Forsøg: Indvinding af olie fra kalk Udarbejdet af Peter Frykman, GEUS En stor del af verdens oliereserver, bl.a. olien i Nordsøen findes i kalkbjergarter. 90 % af den danske olieproduktion kommer fra kalk i Nordsøen. I dette forsøg skal I undersøge/iagttage hvordan man kan få olie ud af kalken. Formål A. Finde ud af hvad kridt er for en bjergart og hvordan man kan bestemme porøsiteten og dermed den potentielle mængde olie, der kan være i kridtet. B. Undersøge hvor meget olie, der kan være i en bestemt mængde kridt. C. Lave et forsøg der illustrerer hvorledes indvindingsmetoder med vandinjektion i kalkreservoirer i Nordsøen fungerer. Metoden har en stor del af æren for at indvindingsgraden er steget gennem tiden. Hypotese Start med at opstille et underbygget gæt på hvor mange ml olie, der kommer ud af kridt-prøven I får udleveret. Materialer En kerneprøve af skrivekridt fra Stevns, ca. 66 mil år gammel. Kridtprøven er blevet fyldt med olie i et laboratorium, hvor den har ligget i et bæger med olie i et vacuum-kammer. Når luften lukkes ind igen trykkes olien ind i prøven. Kridtet er nu mættet med olie. Skrivekridt er 98 % calcit, og består udelukkende af meget små calcitkrystaller dannet af mikroskopiske kalkalger i Kridttidshavet. Calcit er et mineral der består af CaCO 3. Plastinjektionssprøjter, stor og lille En kerneprøve, der ikke er mættet med olie, som kan bruges til at beregne kridtets porøsitet. Når alle kerner er brugt kan der købes flere, til en favorabel pris, hos Peter Frykman ved GEUS (tlf.: 38142439 - e-post: pfr@geus.dk - afd.: Reservoirgeolog). Et sæt består af 7 oliemættede prøver + en umættet og vil koste omkring 300,-kr.. Forsøg 1. Mål længde og diameter på kalkprøven med olie i. 2. Den oliemættede kridtprøve anbringes i en stor plast-injektionssprøjte, som fyldes med vand til prøven er dækket (hold en finger for enden). Stemplet sættes forsigtigt i mens sprøjten vendes med spidsen opad, sprøjten tømmes for luft og stilles i et stativ. Det ses, hvorledes olien spontant kommer ud, som følge af at vand suges ind i kalken pga de store kapillærkræfter i de meget små porer der er i kalken (hårrørs-virkning). Kridtet består af calcit, som af natur er vandvådt, dvs. mineraloverfladen tiltrækker vand. Olien lægger sig øverst i sprøjten, og kan suges op med en lille sprøjte og mængden kan aflæses. Afhængig af olietypen vil det tage nogle timer til et par døgn at få drevet det meste af olien ud. 1
Beregninger A. Af porøsiteten 1. Mål længde og diameter på kalkprøven uden olie i. 2. Vej prøven. 3. Beregn voluminet af porer i kalkprøven udfra totalvoluminet, vægten og densiteten af calcit som er 2,71 g/cm 3, idet vi går ud fra at der kun er calcit i prøven. Skriv op hvordan I laver beregningen. B. indvindingsprocenten 1. Mål mængden af olie der er kommet ud. 2. Tag den før målte længde og diameter og beregn volumen af prøven. 3. Antag at den har samme porøsitet som den prøve I har målt på uden olie i, og beregn indvindingsprocenten. Rapport I skal lave en individuel rapport. Den skal indeholde følgende punkter: 1. Formål 2. Teori: Besvar de to spørgsmål. A) Forklar hvordan kridt og olie dannes. Lav meget gerne tegninger til. B) Forklar hvordan det indgår i det globale kulstofkredsløb. 3. Hypotese: Opskriv jeres bud på hvor mange ml olie I forventede, der kom ud af kridtet. 4. Fremgangsmåde: Beskriv hvad I har gjort. Lav gerne tegninger til. 5. Resultater: Omfatter dels en beskrivelse (evt. et billede eller en tegning af hvad der skete med kernen med olie i). Endvidere jeres beregninger af porøsiteten og indvindingsprocenten. 6. Diskussion og konklusion Kommenter resultaterne, sammenhold jeres hypotese med resultatet og konkluder på hvad I fagligt er blevet klogere på ved at lave dette forsøg. Læsestof Geologiportalen: http://www.geologi.dk/oliegas/ 2
http://ess.geology.ufl.edu/ess/notes/030-solar_system/carboncycle.gif Kridt Skrivekridt er 98 % calcit, og består udelukkende af meget små calcitkrystaller dannet af mikroskopiske kalkalger i Kridttidshavet. Calcit er et mineral der består af CaCO 3. 2 mikrometer Scanning-mikroskop-billede af et stykke kridt fra Stevns som viser coccolith plader der er skeletrester fra kalkalger, og de meget små calcitkrystaller som de er opbygget af. Læg mærke til de meget små porer som olien skal igennem. 3
coccolit 20 mikrometer = 0.02 mm Scanning-mikroskop-billede af et menneske hår med en enkelt coccolith på. 4
Beregningsskema til olieudvinding fra kridt A. Beregning af porøsiteten i kridt-prøven uden olie 1. Vej prøven vægt = g 2. Udregn hvor mange cm 3 kalk det svarer til, idet vægtfylden af ren kalk er 2.71 g/cm 3 Vægt/2.71 = cm 3 = v 3. Beregn så prøvens aktuelle rumfang V ved at måle diameter og højde Diameter: cm beregn radius r = (D/2) cm Højde = h : cm Beregn rumfanget V ud fra formlen: π r 2 h = cm 3 = V (π = 3.14) 4. Forskellen på de to rumfang skyldes at der er masser af små hulrum indeni prøven, så volumen af porer = V-v= p cm 3 D.v.s. porøsiteten i procent er (p *100)/V = % B. Beregning af indvindingsgrad fra kridtprøven med olie Indvindingsgraden er den andel af olien der er i prøven fra starten som vi kan få ud med vand-metoden 1. Beregn prøvens aktuelle rumfang Vs ved at måle diameter og højde Diameter: cm beregn radius r = (D/2) cm Højde = h : cm Beregn rumfanget V ud fra formlen: π r 2 h = cm 3 Vs (π = 3.14) 2. Beregn olie-indholdet i prøven ved at antage den har samme porøsitet som den første prøve, og at den er helt fyldt med olie. (Vs* porøsitet)/100 = cm 3 olie 3. Mål hvor meget olie der er kommet ud = U cm 3 idet 1 ml=1 cm 3 4. Beregn indvindingsgraden = (U*100)/olie = % 5
Måleopstilling og beregning Seismik En forenklet tegning af en seismisk undersøgelse ser således ud: Figur 1: Ved et hammerslag udsendes en seismisk bølge. Bølgeudbredelsen beskrives vha. strålebaner, som står vinkelret på bølgefronterne. Figur 2: Strålebaner i to-lags model, hvor V 2 > V 1. Bølger, som løber langs strålebaner, der rammer lag 2 med den kritiske vinkel, i c, danner kritisk refrakterede bølger, som løber langs laggrænsen ml. lag 1 og 2 med hastigheden i lag 2, V 2. Den kritisk refrakterede bølge sender energi tilbage mod jordoverfladen langs strålebaner med en vinkel på i c i forhold til normalen på grænsefladen. Ved hjælp af geofonerne vil man nu kunne registrere, hvornår bølgen fra den seismiske kilde når frem til de enkelte geofoner. Man vil kunne se at bølgen først ankommer til geofonen, der står tættest på den seismiske kilde og 6
senere til de andre. Ved at plotte tiden for bølgeankomsten som funktion af afstanden for den seismiske kilde, vil man kunne få en graf der fx ser således ud: Figur 3: Eksempel på plottede tider for en seismisk måling. Vis xc, hvor Linie 2 starter. Linje 2 bør stiples fra xc og ind til x=0. Tiden, som det tager en bølge at bevæge sig igennem et ensartet materiale, er lineær. På grafen kan vi se, at punkterne ikke er lineære. Til gengæld kan vi lave to linier (den røde linie 1 og 2). Det betyder, at der er to forskellige lag. Linie 2 er den refrakterede bølges løbetidskurve. X c er den mindste afstand, hvor den refrakterede bølge kan detekteres og kaldes den kritiske afstand. 7
Afstanden (dybden) ned til laggrænsen mellem de to lag kan findes via formlen: 1 z = ν 2 1t i cosθ c Hvor: z = dybden ν 1 = hastigheden i det øverste lag t i = skæring med tidsaksen for den ekstrapolerede linie 2 Ө= den kritiske brydningsvinkel ν 1 kan findes v.h.a. hældningen af Linie1, ά1. v1 beregnes som 1/ά1. På samme måde kan v2 findes v.h.a. hældningskoefficienten for Linie2, ά2: v2=1/ά2. Өc kan herefter findes ved at benytte brydningsloven: sin Өc =v1/v2 t i aflæses på grafen. Ud fra ovenstående løbetidskurver og formler er det således muligt at bestemme de seismiske hastigheder og finde dybden til laggrænsen i en tolags jordmodel, hvor lagene er ensartede og grænsen mellem de to lag ikke hælder. Disse forudsætninger er forsimplinger, som almindeligvis ikke er opfyldt. Til trods for dette giver ovenstående simple relationer ofte meget brugbare resultater i praksis. I Tabel 1 er typiske seismiske P-bølgehastigheder for nogle udvalgte materialer gengivet. For en mere detaljeret gennemgang af ovenstående se appendiks A. Materiale (bjergart) P-bølge hastighed (m/s) Sand/grus (tørt) 200-1000 Sand/grus (vandmættet) 1500-2000 Sandsten 2000-6000 Ler 1000-2500 Kalk 2000-4500 Granit 5800-6500 Tabel 1: Bemærk: Seismiske hastigheder stiger normalt med voksende dybde pga. tiltagende kompaktion af bjergarterne. 8