جيولوجيا البترول

تُعدّ اللحظة الحاسمة هي وقت تكوّن معظم الهيدروكربونات وهجرتها وتراكمها في مصائدها الأولية. وتحدث هجرة الهيدروكربونات وتراكمها خلال فترة قصيرة نسبيًا مقارنةً بالزمن الجيولوجي. وتحدث هذه العمليات (التكوّن والهجرة والتراكم) قرب نهاية دورة حياة النظام البترولي، وهي الفترة الزمنية التي تتراكم خلالها العناصر الأساسية لهذا النظام.

تُعدّ اللحظة الحرجة بالغة الأهمية لأنها تعتمد على تاريخ دفن الصخور المصدرية عند أقصى عمق لها. في هذه المرحلة، تتولد معظم الهيدروكربونات، حيث يُنتج ويُستخرج ما يقارب 50% إلى 90% من البترول. بعد ذلك، تدخل الهيدروكربونات مرحلة "نافذة النفط"، والتي ترتبط بنضج الصخور المصدرية ووجودها على العمق المناسب لاستكشاف النفط. يحتاج علماء الجيولوجيا إلى هذه المعلومات لجمع البيانات الطبقية للنظام البترولي لتحليلها.

فيما يتعلق بتحليل الصخور المصدرية، يجب تحديد عدة حقائق. أولاً، يجب الإجابة على سؤال ما إذا كانت هناك بالفعل صخور مصدرية في المنطقة. يعتمد تحديد وتصنيف الصخور المصدرية المحتملة على دراسات الطبقات الجيولوجية المحلية ، والجغرافيا القديمة، وعلم الرسوبيات لتحديد احتمالية ترسب رواسب غنية بالمواد العضوية في الماضي. ^{[ 1 ]}

إذا كان يُرجّح وجود صخرة مصدرية، فإنّ المسألة التالية التي يجب معالجتها هي حالة النضج الحراري لهذه الصخرة، وتوقيت هذا النضج. يعتمد نضج الصخور المصدرية (انظر: التكوّن الصخري والوقود الأحفوري ) اعتمادًا كبيرًا على درجة الحرارة، حيث يحدث معظم توليد النفط في نطاق 60 إلى 120 درجة مئوية (140 إلى 248 درجة فهرنهايت) . يبدأ توليد الغاز عند درجات حرارة مماثلة، ولكنه قد يستمر حتى ما بعد هذا النطاق، وربما يصل إلى 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) . ^{[ 1 ]} ولتحديد احتمالية توليد النفط/الغاز، يجب حساب التاريخ الحراري للصخرة المصدرية. ويتم ذلك من خلال الجمع بين التحليل الجيوكيميائي للصخرة المصدرية (لتحديد نوع الكيروجين الموجود وخصائص نضجه) وأساليب نمذجة الأحواض ، مثل طريقة التعرية العكسية ، لنمذجة التدرج الحراري في العمود الرسوبي.    

بدأ العلماء في منتصف القرن العشرين بدراسة جيوكيمياء البترول بشكل جاد. استُخدمت الجيوكيمياء في البداية للتنقيب السطحي عن الهيدروكربونات الجوفية. واليوم، تخدم الجيوكيمياء صناعة البترول من خلال المساعدة في تحديد أنظمة البترول الفعّالة. يُعدّ استخدام الجيوكيمياء فعالاً من حيث التكلفة، مما يسمح للجيولوجيين بتقييم المشكلات المتعلقة بالمكامن. بمجرد تحديد العلاقة بين النفط والصخور المصدرية، يستخدم جيولوجيو البترول هذه المعلومات لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للحوض. وبذلك، يمكنهم تقييم توقيت التكوّن والهجرة والتراكم بالنسبة لتكوين المصائد. يساعد هذا في عملية اتخاذ القرار بشأن ما إذا كان من الضروري إجراء المزيد من الاستكشاف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يزيد هذا من استخلاص البترول المتبقي في المكامن التي اعتُبرت في البداية غير قابلة للاستخراج.

عادةً ما تُجرى دراسة تحليلية شاملة للحوض قبل تحديد المواقع المحتملة للتنقيب المستقبلي. تتناول هذه الدراسة النظام البترولي، وتدرس الصخور المصدرية (وجودها وجودتها)؛ وتاريخ دفنها؛ ونضجها (توقيته وحجمه)؛ وهجرتها وتركيزها؛ والطبقات العازلة الإقليمية المحتملة ووحدات الخزانات الرئيسية (التي تحدد الطبقات الحاملة). تُستخدم جميع هذه العناصر للتحقق من وجهة هجرة الهيدروكربونات المحتملة. بعد ذلك، تُحدد المصائد والمواقع المحتملة في المنطقة التي يُرجح أنها استقبلت هيدروكربونات.

على الرغم من أن تحليل الحوض يُعد عادةً جزءًا من الدراسة الأولية التي تُجريها الشركة قبل دخول منطقة ما للاستكشاف المستقبلي، إلا أنه يُجرى أحيانًا خلال مرحلة الاستكشاف نفسها. يشمل علم جيولوجيا الاستكشاف جميع الأنشطة والدراسات اللازمة للعثور على مكامن هيدروكربونية جديدة. عادةً ما تُجرى دراسات زلزالية (أو زلزالية ثلاثية الأبعاد)، وتُستخدم بيانات الاستكشاف السابقة (الخطوط الزلزالية، وسجلات الآبار، والتقارير) لتوسيع نطاق الدراسات الجديدة. في بعض الأحيان، تُجرى دراسات الجاذبية والمغناطيسية، ويتم رسم خرائط لتسربات النفط وبقعها لتحديد المناطق المحتملة لوجود الهيدروكربونات. بمجرد العثور على مكامن هيدروكربونية مهمة من خلال بئر استكشافية ، تبدأ مرحلة التقييم.

تُستخدم مرحلة التقييم لتحديد نطاق الاكتشاف. ويتم تحديد خصائص مكامن الهيدروكربونات، والترابط بينها، ونوع الهيدروكربون، ومستويات التماس بين الغاز والنفط، والنفط والماء، لحساب الأحجام القابلة للاستخراج المحتملة. ويتم ذلك عادةً بحفر المزيد من آبار التقييم حول بئر الاستكشاف الأولي. كما قد تُسهم اختبارات الإنتاج في فهم ضغوط المكمن وترابطه. ويُقدم التحليل الجيوكيميائي والفيزيائي معلومات عن نوع الهيدروكربون ( اللزوجة ، والتركيب الكيميائي، ومؤشر API، ومحتوى الكربون، إلخ) وطبيعة المكمن (المسامية، والنفاذية، إلخ). ^{[ 2 ]}

بعد اكتشاف وجود الهيدروكربونات وتأكيد جدوى الاكتشاف تجاريًا، تبدأ مرحلة الإنتاج. تركز هذه المرحلة على استخراج الهيدروكربونات بطريقة مضبوطة (دون إلحاق الضرر بالتكوين، وضمن الكميات التجارية المناسبة، إلخ). تُحفر آبار الإنتاج وتُستكمل في مواقع استراتيجية. عادةً ما تتوفر بيانات المسح الزلزالي ثلاثي الأبعاد في هذه المرحلة لتحديد الآبار بدقة لتحقيق الاستخلاص الأمثل. في بعض الأحيان، تُستخدم تقنيات الاستخلاص المعزز ( حقن البخار ، المضخات، إلخ) لاستخراج المزيد من الهيدروكربونات أو لإعادة تطوير الحقول المهجورة.

يُحدد وجود صخور الخازنة (عادةً ما تكون أحجارًا رملية وأحجارًا جيرية متصدعة ) من خلال مجموعة من الدراسات الإقليمية (أي تحليل الآبار الأخرى في المنطقة)، وعلم الطبقات وعلم الرسوبيات (لتحديد نمط ومدى الترسيب)، والتفسير الزلزالي. وبمجرد تحديد خزان هيدروكربوني محتمل، فإن الخصائص الفيزيائية الرئيسية للخزان التي تهم مستكشف الهيدروكربونات هي حجم الصخور الكلي، ونسبة الصافي إلى الإجمالي، والمسامية، والنفاذية. ^{[ 2 ]}

يُحدد حجم الصخور الكلي، أو الحجم الإجمالي للصخور فوق أي مستوى تماس بين الهيدروكربونات والماء، من خلال رسم خرائط للطبقات الرسوبية ومقارنتها. وتُستخدم نسبة الحجم الصافي إلى الإجمالي، التي تُقدر عادةً من خلال النماذج النظيرة وسجلات الآبار السلكية، لحساب نسبة الطبقات الرسوبية التي تحتوي على صخور المكمن. وبضرب حجم الصخور الكلي في نسبة الحجم الصافي إلى الإجمالي، نحصل على الحجم الصافي للصخور في المكمن. وبضرب الحجم الصافي للصخور في المسامية، نحصل على إجمالي حجم مسام الهيدروكربونات، أي الحجم داخل الطبقة الرسوبية الذي يمكن أن تشغله السوائل (وخاصةً الهيدروكربونات والماء). ويُمكّن مجموع هذه الأحجام (انظر STOIIP و GIIP ) لموقع استكشافي معين المستكشفين والمحللين التجاريين من تحديد الجدوى الاقتصادية لهذا الموقع.

تقليديًا، كان يتم تحديد المسامية والنفاذية من خلال دراسة عينات الحفر، وتحليل اللب المستخرج من البئر ، وفحص الأجزاء المتجاورة من المكمن الظاهرة على السطح، وباستخدام تقنية تقييم التكوينات باستخدام أدوات سلكية تُمرر عبر البئر نفسه. أما التطورات الحديثة في جمع ومعالجة البيانات الزلزالية فقد أتاحت الحصول بسهولة على الخصائص الزلزالية للصخور تحت السطحية، والتي يمكن استخدامها لاستنتاج الخصائص الفيزيائية/الرسوبية للصخور نفسها.