Petroleumreservoar - Petroleum reservoir

En strukturkarta, som ser nedåt, genererad av konturkartsprogramvara för en 8500 fot djup gas- och oljereservoar i Erath-fältet, Erath, Louisiana . Vänster-till-höger-gapet nära toppen indikerar en fellinje mellan de blå och gröna konturlinjerna och de lila, röda och gula linjerna. Den tunna röda cirkulära linjen i mitten indikerar toppen av oljereservoaren. Eftersom gas stiger över olja, markerar den senare linjen gas-och-olja-kontaktzonen.

En petroleumreservoar eller olje- och gasreservoar är en kolväte av kolväten som finns i porösa eller sönderdelade bergformationer . Petroleumreservoarer klassificeras i stort sett som konventionella och okonventionella reservoarer. I konventionella reservoarer är de naturligt förekommande kolvätena, såsom råolja eller naturgas , instängda av överliggande bergformationer med lägre permeabilitet , medan bergarterna i okonventionella reservoarer har hög porositet och låg permeabilitet, vilket håller kvar kolvätena på plats. inte kräver en cap rock . Reservoarer hittas med hjälp av kolväteutforskningsmetoder .

Oljefält

Ett oljefält med dussintals brunnar. Detta är Summerland Oil Field , nära Santa Barbara, Kalifornien , före 1906
Oil Field Mittelplate i Nordsjön
Eagle Ford Shale blossar synliga från rymden (gröna och infraröda våglängder), i bågen mellan "1" och "2", mitt i städer i sydöstra Texas 2012.

Ett oljefält är en oljepöl under jordens yta, fångad i en tät ihålig av ogenomtränglig sten. Som det faktiskt används i praktiken innebär termen möjligheten till tillräcklig ekonomisk fördel som är värd kommersiell uppmärksamhet. För det andra kallas området på ytan ovanför där olja ligger fångat under jorden också ett oljefält.

Eftersom oljereservoarer vanligtvis sträcker sig över ett stort område, möjligen flera hundra km tvär, innebär full exploatering flera brunnar spridda över området. Dessutom kan det finnas undersökningsbrunnar som undersöker kanterna, rörledningar för att transportera oljan någon annanstans och stödanläggningar.

Eftersom ett oljefält kan vara avlägset från civilisationen är etablering av ett fält ofta en extremt komplicerad övning inom logistik . Detta går utöver kraven för borrning , för att inkludera tillhörande infrastruktur. Till exempel kräver arbetare bostäder för att de ska kunna arbeta på plats i månader eller år. I sin tur kräver bostäder och utrustning el och vatten. I kalla områden kan rörledningar behöva värmas upp. Överskott av naturgas kan också brännas av om det inte finns något sätt att använda den - vilket kräver en ugn, skorsten och rör för att transportera den från brunnen till ugnen.

Således påminner det typiska oljefältet om en liten, fristående stad mitt i ett landskap prickat med borrigg eller pumputtag, som är kända som " nickande åsnor " på grund av sin viftande arm. Flera företag, såsom Hill International , Bechtel , Esso , Weatherford International , Schlumberger Limited , Baker Hughes och Halliburton , har organisationer som är specialiserade på storskalig konstruktion av infrastrukturen och tillhandahåller specialiserade tjänster som krävs för att driva ett fält lönsamt.

Mer än 40 000 oljefält är utspridda över hela världen, på land och till havs. De största är Ghawar -fältet i Saudiarabien och Burgan -fältet i Kuwait , med mer än 60 miljarder fat (9,5 × 10 9 m 3 ) uppskattade i varje. De flesta oljefält är mycket mindre. Enligt det amerikanska energidepartementet (Energy Information Administration) hade USA från 2003 ensam över 30 000 oljefält.

I modern tid är placeringen av oljefält med beprövade oljereserver en viktig bakomliggande faktor i många geopolitiska konflikter.

Termen "oljefält" används också som en stenografi för att hänvisa till hela petroleumindustrin . Det är dock mer exakt att dela upp oljeindustrin i tre sektorer: uppströms (råproduktion från brunnar och separation av vatten från olja), mittströms (rörledning och tankfartygstransport av råolja) och nedströms (raffinering, marknadsföring av raffinerade produkter och transport till Oljestationer).

Gasfält

plats för gasfält i Iran
Borrskeppet Discoverer Enterprise visas i bakgrunden, på jobbet under utforskningsfasen av ett nytt offshorefält. Offshore supportfartyget Toisa Perseus visas i förgrunden och illustrerar en del av den komplexa logistiken för olje- och gasutforskning och produktion till havs.

Naturgas härstammar från samma geologiska termiska krackningsprocess som omvandlar kerogen till petroleum . Som en konsekvens hittas ofta olja och naturgas tillsammans. Vid vanlig användning kallas fyndigheter som är rika på olja oljefält och fyndigheter som är rika på naturgas kallas naturgasfält.

I allmänhet genererar organiska sediment begravda på 1 000 till 6 000 meters djup (vid temperaturer på 60 ° C till 150 ° C) olja, medan sediment begravda djupare och vid högre temperaturer genererar istället naturgas. Ju djupare källan är, "torrare" gasen (det vill säga ju mindre andel kondensat i gasen). Eftersom både olja och naturgas är lättare än vatten tenderar de att stiga från sina källor tills de antingen sipprar till ytan eller fångas av en icke-permeabel stratigrafisk fälla. De kan extraheras ur fällan genom borrning.

Det största naturgasfältet är South Pars/Asalouyeh gasfält, som delas mellan Iran och Qatar . Det näst största naturgasfältet är Urengoy -gasfältet , och det tredje största är Yamburg -gasfältet , båda i Ryssland .

I likhet med olja finns naturgas ofta under vattnet i offshore gasfält som Nordsjön , Corrib Gas Field utanför Irland och nära Sable Island . Tekniken för att utvinna och transportera offshore-naturgas skiljer sig från landbaserade fält. Den använder några få, mycket stora offshore borriggar, på grund av kostnaden och logistiska svårigheter att arbeta över vatten.

Stigande gaspriser i början av 2000 -talet uppmuntrade borrmaskiner att återkomma till fält som tidigare inte ansågs vara ekonomiskt lönsamma. Till exempel, 2008, passerade McMoran Exploration ett borrdjup på över 32000 fot (9754 m) (den djupaste testbrunnen i gasproduktionens historia) vid Blackbeard -platsen i Mexikanska golfen. Exxon Mobils borrigg där hade nått 30 000 fot år 2006, utan att hitta gas, innan den övergav platsen.

Bildning

Råolja finns i alla oljereservoarer som bildas i jordskorpan från rester av en gång levande saker. Bevis tyder på att miljoner år av värme och tryck förändrade resterna av mikroskopiska växter och djur till olja och naturgas .

Roy Nurmi, tolkningsrådgivare för Schlumberger oljefältstjänster, beskrev processen enligt följande:

Plankton och alger, proteiner och livet som flyter i havet när det dör faller till botten och dessa organismer kommer att vara källan till vår olja och gas. När de är begravda med det ackumulerade sedimentet och når en tillräcklig temperatur, något över 50 till 70 ° C börjar de laga mat. Denna omvandling, denna förändring, förändrar dem till de flytande kolväten som rör sig och migrerar, kommer att bli vår olje- och gasreservoar.

Förutom vattenmiljön , som vanligtvis är ett hav men också kan vara en flod , sjö , korallrev eller algmatta , kräver bildandet av en olje- eller gasreservoar också ett sedimentärt bassäng som passerar genom fyra steg:

  • Djup begravning under sand och lera.
  • Tryckkokning.
  • Kolvätevandring från källan till reservoarberget
  • Fångning av ogenomtränglig sten.

Timing är också en viktig faktor; det föreslås att Ohio River Valley kunde ha haft lika mycket olja som Mellanöstern vid en tidpunkt, men att det rymde på grund av brist på fällor. Den Nordsjön , å andra sidan, uthärdade miljontals år av havsnivåförändringar som framgångsrikt resulterat i bildandet av mer än 150 oljefält .

Även om processen generellt är densamma, leder olika miljöfaktorer till skapandet av en mängd olika reservoarer. Reservoarer finns överallt från landytan till 30 000 fot (9 000 m) under ytan och har en mängd olika former, storlekar och åldrar. Under de senaste åren har magmatiska reservoarer blivit ett viktigt nytt område för oljeutforskning, särskilt i trakyt- och basaltformationer . Dessa två typer av reservoarer skiljer sig åt i oljeinnehåll och fysikaliska egenskaper som frakturanslutning , poranslutning och bergporositet .

Fällor

En fälla bildas när flytkrafterna som driver uppåtgående migration av kolväten genom en permeabel sten inte kan övervinna kapillärkrafterna hos ett tätningsmedium. Tidpunkten för fällbildning i förhållande till petroleumproduktion och migration är avgörande för att säkerställa att en reservoar kan bildas.

Petroleumgeologer klassificerar i stort sett fällor i tre kategorier som baseras på deras geologiska egenskaper: strukturfällan , den stratigrafiska fällan och den mycket mindre vanliga hydrodynamiska fällan. Fångstmekanismerna för många petroleumreservoarer har egenskaper från flera kategorier och kan kallas en kombinationsfälla. Fällor beskrivs som strukturella fällor (i deformerade skikt som veck och fel) eller stratigrafiska fällor (i områden där bergarter ändras, såsom avvikelser, nypor och rev). En fälla är en väsentlig komponent i ett petroleumsystem.

Strukturella fällor

Strukturella fällor bildas som ett resultat av förändringar i underjordens struktur på grund av processer som vikning och fel, vilket leder till bildandet av kupoler , antikliner och veck . Exempel på denna typ av fälla är en anticlin -fälla , en felfälla och en saltkupelfälla . (se saltkupol )

De är lättare att avgränsa och mer potentiella än sina stratigrafiska motsvarigheter, där majoriteten av världens petroleumreserver finns i strukturfällor.

Stratigrafiska fällor

Stratigrafiska fällor bildas som ett resultat av laterala och vertikala variationer i tjockleken, strukturen, porositeten eller litologin hos reservoarberget. Exempel på denna typ av fälla är en avvikelsefälla , en linsfälla och en revfälla .

Hydrodynamiska fällor

Hydrodynamiska fällor är en mycket mindre vanlig typ av fälla. De orsakas av skillnaderna i vattentryck, som är associerade med vattenflöde, vilket skapar en lutning av kolväte-vattenkontakten.

Tätning/ locklock

Tätningen är en grundläggande del av fällan som förhindrar kolväten från ytterligare uppåtgående migration.

En kapillärförsegling bildas när kapillartrycket över porhalsarna är större än eller lika med flytkraften för de migrerande kolvätena. De tillåter inte att vätskor vandrar över dem förrän deras integritet störs och får dem att läcka. Det finns två typer av kapillärtätning vars klassificeringar är baserade på den förmånliga läckagemekanismen: den hydrauliska tätningen och membrantätningen.

Membrantätningen kommer att läcka när tryckskillnaden över tätningen överskrider tröskelförskjutningstrycket, så att vätskor kan vandra genom porutrymmena i tätningen. Det kommer att läcka precis tillräckligt för att få tryckskillnaden under förskjutningstrycket och återförslutas.

Den hydrauliska tätningen förekommer i bergarter som har ett betydligt högre förskjutningstryck så att trycket som krävs för spänningsbrottning faktiskt är lägre än det tryck som krävs för vätskeförskjutning - till exempel i evaporiter eller mycket snäva skiffer. Berget kommer brista när pore trycket är större än både dess minsta stress och dess draghållfasthet sedan återförsluta när trycket minskar och sprickorna close.

Uppskattning av reserver

Efter upptäckten av en reservoar kommer en petroleumingenjör att försöka skapa en bättre bild av ackumuleringen. I ett enkelt läroboksexempel på en enhetlig reservoar är det första steget att genomföra en seismisk undersökning för att bestämma fällans möjliga storlek. Bedömningsbrunnar kan användas för att bestämma placeringen av olja -vattenkontakt och därmed höjden på oljebärande sanden. Ofta i kombination med seismiska data är det möjligt att uppskatta volymen av en oljebärande reservoar.

Nästa steg är att använda information från värderingsbrunnar för att uppskatta bergets porositet. Porositeten, eller procentandelen av den totala volymen som innehåller vätskor snarare än fast sten, är 20–35% eller mindre. Det kan ge information om den faktiska kapaciteten. Laboratorietester kan bestämma egenskaperna hos behållarvätskorna, särskilt oljans expansionsfaktor, eller hur mycket oljan expanderar när den förs från högt tryck och hög temperatur i behållaren till en "lagertank" vid ytan.

Med sådan information är det möjligt att uppskatta hur många "lagertank" fat olja som finns i reservoaren. Sådan olja kallas lagertankolja initialt på plats (STOIIP) . Som ett resultat av att studera faktorer som bergets permeabilitet (hur lätt vätskor kan strömma genom berget) och möjliga drivmekanismer är det möjligt att uppskatta återvinningsfaktorn, eller hur stor andel olja på plats som rimligen kan förväntas vara produceras. Återvinningsfaktorn är vanligtvis 30–35%, vilket ger ett värde för de återvinningsbara resurserna.

Svårigheten är att reservoarer inte är enhetliga. De har variabel porositet och permeabilitet och kan delas upp med sprickor och fel som bryter upp dem och komplicerar vätskeflödet. Av denna anledning utförs ofta datormodellering av ekonomiskt hållbara reservoarer. Geologer , geofysiker och reservoaringenjörer arbetar tillsammans för att bygga en modell som möjliggör simulering av vätskeflödet i reservoaren, vilket leder till en förbättrad uppskattning av de återvinningsbara resurserna.

Reserver är bara den del av de återvinningsbara resurser som kommer att utvecklas genom identifierade och godkända utvecklingsprojekt. Eftersom utvärderingen av "reserver" har en direkt inverkan på företaget eller tillgångens värde följer det vanligtvis en strikt uppsättning regler eller riktlinjer (även om kryphål vanligtvis används av företag för att höja sin egen aktiekurs). De vanligaste riktlinjerna är SPE PRMS -riktlinjerna, SEC -reglerna eller COGE -handboken. Regeringen kan också ha egna system, vilket gör det mer komplicerat för investerare att jämföra ett företag med ett annat.

Produktion

För att få innehållet i oljereservoaren är det vanligtvis nödvändigt att borra i jordskorpan, även om ytolja sipprar i vissa delar av världen, såsom La Brea -tjärgroparna i Kalifornien och många sipprar i Trinidad . Faktorer som påverkar mängden återvinningsbara kolväten i en reservoar inkluderar vätskefördelningen i behållaren, initiala volymer av vätskor på plats, behållartryck, vätske- och bergegenskaper, reservoargeometri, brunnstyp, brunnantal, brunnplacering, utvecklingskoncept och driftsfilosofi.

Drivmekanismer

En jungfrubehållare kan ha tillräckligt tryck för att skjuta kolväten till ytan. När vätskorna produceras kommer trycket ofta att sjunka och produktionen vilar. Behållaren kan reagera på vätskeutsugning på ett sätt som tenderar att bibehålla trycket. Artificiella drivmetoder kan vara nödvändiga.

Lösningsgasdrivning

Denna mekanism (även känd som utarmningsdrift) beror på oljans tillhörande gas. Jungfrubehållaren kan vara helt halvvätska men förväntas ha gasformiga kolväten i lösning på grund av trycket. När behållaren töms, sjunker trycket under bubbelpunkten och gasen kommer ut ur lösningen för att bilda ett gaslock på toppen. Denna gaslocket trycker ner vätskan och hjälper till att hålla trycket.

Detta inträffar när naturgasen är i ett lock under oljan. När brunnen borras innebär det sänkta trycket ovan att oljan expanderar. När trycket minskar når det bubbelpunkten och därefter driver gasbubblorna oljan till ytan. Bubblorna når sedan kritisk mättnad och flyter ihop som en enda gasfas. Utöver denna punkt och under detta tryck flyter gasfasen ut snabbare än oljan på grund av dess sänkta viskositet. Mer fri gas produceras och så småningom är energikällan utarmad. I vissa fall kan gasen, beroende på geologin, migrera till toppen av oljan och bilda en sekundär gaslock.

Viss energi kan tillföras av vatten, gas i vatten eller komprimerat berg. Dessa är vanligtvis mindre bidrag med avseende på kolvätexpansion.

Genom att hantera produktionshastigheterna på rätt sätt kan större fördelar uppnås med lösningsgasdrivningar. Sekundär återvinning innebär injektion av gas eller vatten för att bibehålla trycket i behållaren. Gas/oljeförhållandet och oljeproduktionshastigheten är stabila tills reservoartrycket sjunker under bubblan när kritisk gasmättnad uppnås. När gasen är uttömd, gas/oljeförhållandet och oljemängden sjunker, har behållartrycket minskats och behållarenergin tömts.

Gaslocket drivning

I behållare som redan har ett gaslock (jungfrutrycket är redan under bubbelpunkten) expanderar gaslocket med uttömningen av behållaren och trycker ner på vätskesektionerna med extra tryck.

Detta finns i behållaren om det finns mer gas än vad som kan lösas i behållaren. Gasen migrerar ofta till strukturens topp. Det komprimeras ovanpå oljereserven, eftersom oljan produceras hjälper locket att pressa ut oljan. Med tiden rör sig gaslocket nedåt och infiltrerar oljan och så småningom kommer brunnen att börja producera mer och mer gas tills den bara producerar gas. Det är bäst att hantera gaslocket effektivt, det vill säga placera oljekällorna så att gaslocket inte når dem förrän den maximala mängden olja har producerats. Även en hög produktionshastighet kan få gasen att vandra nedåt till produktionsintervallet. I detta fall, med tiden, är reservoarens tryckminskning inte lika brant som vid lösningsbaserad gasdrivning. I detta fall kommer oljemängden inte att sjunka lika brant utan beror också på brunnens placering med avseende på gaslocket.

Som med andra drivmekanismer kan vatten- eller gasinjektion användas för att bibehålla trycket i behållaren. När ett gaslock är kopplat till vatteninflöde kan återvinningsmekanismen vara mycket effektiv.

Aquifer (vatten) enhet

Vatten (vanligtvis salt) kan förekomma under kolväten. Vatten, som med alla vätskor, är i liten grad komprimerbart. När kolvätena är uttömda, tillåter minskningen av trycket i behållaren att vattnet expanderar något. Även om denna enhetsexpansion är liten, om vattendragaren är tillräckligt stor kommer detta att leda till en stor volymökning, vilket kommer att trycka upp kolvätena och bibehålla trycket.

Med en vattendriven reservoar är nedgången i behållartrycket mycket liten; i vissa fall kan behållartrycket förbli oförändrat. Gas/oljeförhållandet är också stabilt. Oljemängden förblir ganska stabil tills vattnet når brunnen. Med tiden kommer vattenskärningen att öka och brunnen vattnas ut.

Vattnet kan finnas i en akvifer (men sällan fylls det med ytvatten). Detta vatten ersätter gradvis volymen olja och gas som produceras ur brunnen, med tanke på att produktionshastigheten är ekvivalent med akviferaktiviteten. Det vill säga att akvifern fylls på från en viss naturlig tillströmning av vatten. Om vattnet börjar produceras tillsammans med oljan kan återvinningsgraden bli oekonomisk på grund av de högre lyft- och vattenförbrukningskostnaderna.

Vatten- och gasinjektion

Om de naturliga drivkrafterna är otillräckliga, som de ofta är, kan trycket upprätthållas artificiellt genom att injicera vatten i vattenledaren eller gas i gaslocket.

Gravitation dränering

Tyngdkraften kommer att få oljan att röra sig nedåt från gasen och uppåt från vattnet. Om vertikal permeabilitet finns kan återhämtningshastigheterna vara ännu bättre.

Gas- och gaskondensatbehållare

Dessa uppstår om reservoarförhållandena tillåter kolväten att existera som en gas. Återhämtning handlar om gasexpansion. Återhämtning från en sluten behållare (dvs. ingen vattendrift) är mycket bra, speciellt om bottenhålstrycket reduceras till ett minimum (vanligtvis med kompressorer vid brunnhuvudet). Alla producerade vätskor är ljusfärgade till färglösa, med en tyngdkraft högre än 45 API. Gascykling är processen där torr gas injiceras och produceras tillsammans med kondenserad vätska.

Se även

Referenser