ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ 1. ΔΗΑΓΧΓΖ...3 1.1 Γεληθά...3 1.2 Ηζηνξηθή Αλαδξνκή...6 2. ΓΔΧΛΟΓΗΑ ΚΑΗ ΓΔΧΦΤΗΚΖ...11 2.1 Βαζηθά ηνηρεία Γεσινγίαο...11 2.2 Πξνέιεπζε Πεηξειατθψλ Πεδίσλ...15 2.3 εηζκηθά Γεδνκέλα...17 2.3.1 Απφθηεζε...17 2.3.2 Αδηκνπζηαθά εηζκηθά Γεδνκέλα...20 2.3.3 Δπεμεξγαζία...21 2.3.4 Απεηθφληζε...24 2.3.5 Δξκελεία...25 3. ΓΔΧΣΡΖΣΗΚΟ ΔΞΟΠΛΗΜΟ...28 3.1 Βαζηθφο Δμνπιηζκφο...28 3.2 Δηδηθφο Δμνπιηζκνο Θαιάζζησλ Γεσηξχπαλσλ...34 3.2.1 Πισηέο Ζκηβπζηδφκελεο Δμέδξεο...35 3.2.2 Γεσηξεηηθά θάθε...37 4. ΤΣΖΜΑΣΑ ΔΚΜΔΣΑΛΛΔΤΖ & ΠΑΡΑΓΧΓΖ...39 4.1 Καηεγνξίεο πζηεκάησλ...39 4.2 Δπηινγή πζηήκαηνο...43 5. ΣΑΘΔΡΔ ΚΑΣΑΚΔΤΔ...49 5.1 πκβαηηθέο Δμέδξεο...49 5.2 Δμέδξεο θπξνδέκαηνο...53 5.3 Δχθακπηνη Πχξγνη...54 6. ΠΛΧΣΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ...56 6.1 Δμέδξεο Τπνζηεξηγκάησλ Δθειθπζκνχ...59 ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 1
6.2 Πισηά Μέζα Παξαγσγήο, Απνζήθεπζεο & Δθθφξησζεο...63 6.3 Πισηά Μέζα Γεψηξεζεο, Παξαγσγήο, Απνζήθεπζεο & Δθθφξησζεο...68 6.4 Πισηέο Μνλάδεο Απνζήθεπζεο & Δθθφξησζεο...69 6.5 Πισηά πζηήκαηα Παξαγσγήο...69 6.6 Δμέδξεο Spar...71 7. ΤΠΟΘΑΛΑΗΑ ΤΣΖΜΑΣΑ...74 7.1 Αξρηηεθηνληθή Τπνζαιάζζησλ πζηεκάησλ...76 7.2 ηνηρεία Τπνζαιάζζηνπ πζηήκαηνο...79 7.3 Γηαζθάιηζε ηεο Ρνήο...90 8. ΔΗΓΗΚΑ ΠΡΟΒΛΖΜΑΣΑ ΚΑΣΑ ΣΖΝ ΤΠΔΡΑΚΣΗΑ ΔΞΟΡΤΞΖ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ Δ ΒΑΘΔΑ ΤΓΑΣΑ...94 8.1 Κπθιηθφ Ρεχκα θαη Γηλνξεχκαηα...94 8.2 Ρερνί Κίλδπλνη...96 8.3 Ρνή Ρερνχ Νεξνχ...97 8.4 Πνιππινθφηεηα Σακηεπηήξα...98 8.5 Απφδνζε Σακηεπηήξα... 100 8.6 Τδξίηεο Αεξίσλ... 101 9. ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ... 102 9.1 Βηβιία θαη Papers... 102 9.2 Κχξηνη Ηζηφηνπνη... 103 ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 2
1. ΔΗΑΓΩΓΖ 1.1 Γεληθά Ο φξνο «ππεξάθηηα γεψηξεζε» ή «ππεξάθηηα εμφξπμε» (offshore drilling) αλαθέξεηαη ζηε κεραληθή δηεξγαζία φξπμεο ηεο νπήο ελφο θξεαηίνπ (wellbore) δηακέζνπ ηνπ ππζκέλα ηεο ζάιαζζαο. Ζ ελ ιφγσ δηεξγαζία απνζθνπεί ζπλήζσο ζηελ εμεξεχλεζε θαη επαθφινπζε παξαγσγή πδξνγνλαλζξάθσλ πνπ πεξηέρνληαη ζε ζρεκαηηζκνχο πεηξσκάησλ πνπ βξίζθνληαη θάησ απφ ηνλ ππζκέλα ηεο ζάιαζζαο. ηηο πεξηζζφηεξεο πεξηπηψζεηο, ν φξνο ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα πεξηγξάςεη γεσηξεηηθέο δξαζηεξηφηεηεο πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζηελ επεηξσηηθή πθαινθξεπίδα (continental shelf), αλ θαη κπνξεί επίζεο λα αλαθέξεηαη ζε γεσηξήζεηο πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη ζε ιίκλεο, παξάθηηα χδαηα θαη θιεηζηέο ζάιαζζεο. ηελ πεξίπησζε πνπ νη δξαζηεξηφηεηεο ππεξάθηηαο εμφξπμεο πξαγκαηνπνηνχληαη ζε βάζε λεξνχ κεγαιχηεξα ησλ 150 κέηξσλ (δειαδή εθηείλνληαη πέξα απφ ηα φξηα ηεο επεηξσηηθήο πθαινθξεπίδαο), ρξεζηκνπνηείηαη ν φξνο «ππεξάθηηα εμφξπμε (ή γεψηξεζε) ζε βαζέα χδαηα» (deepwater drilling). Βάζεη ηνπ πξνεγνχκελνπ νξηζκνχ, κέρξη ηα κέζα ηνπ 2010, είραλ πξαγκαηνπνηεζεί ζηνλ Κφιπν ηνπ Μεμηθνχ πεξίπνπ 600 γεσηξήζεηο βαζέσλ πδάησλ. Αλ θαη ε ππεξάθηηα εμφξπμε ζε βαζέα χδαηα παξέκελε επί ζεηξά πνιιψλ εηψλ νηθνλνκηθά αζχκθνξε θαη κε πξαθηηθή, ιφγσ ησλ απμαλφκελσλ ηηκψλ ηνπ πεηξειαίνπ, νινέλα θαη πεξηζζφηεξεο εηαηξείεο επελδχνπλ πιένλ ζε απηή. Μεηαμχ ησλ ζεκαληηθφηεξσλ εηαηξεηψλ πνπ δξαζηεξηνπνηνχληαη ζηνλ ηνκέα ηεο ππεξάθηηαο εμφξπμεο ζε βαζέα χδαηα πεξηιακβάλνληαη νη Diamond Offshore, TransOcean θαη Baker Hughes. Τπάξρνπλ δχν βαζηθά είδε θηλεηήο εμέδξαο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε γεσηξεηηθέο δξαζηεξηφηεηεο ζε βαζέα χδαηα: ε πισηή εκηβπζηδφκελε εμέδξα (semi-submersible) θαη ην γεσηξεηηθφ ζθάθνο (drillship). Οη εκηβπζηδφκελεο εμέδξεο ζηαζεξνπνηνχληαη κέζσ αγθχξσζεο ζηνλ ππζκέλα ηεο ζάιαζζαο, ελψ ηα γεσηξεηηθά ζθάθε ρξεζηκνπνηνχλ δπλακηθφ πξνζδηνξηζκφ ζέζεσο (dynamic positioning). Ζ γεψηξεζε κπνξεί επίζεο λα πξαγκαηνπνηεζεί θαη απφ ην θαηάζηξσκα κίαο «ζηαζεξήο» ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 3
εγθαηάζηαζεο, φπσο γηα παξάδεηγκα απφ κία εμέδξα Spar ή απφ κία εμέδξα ππνζηεξηγκάησλ εθειθπζκνχ (TLP). χκθσλα κε κία πξφζθαηε αλάιπζε ηεο ζρεηηθήο βηνκεραλίαο (Πεγή: Wikipedia), ην 2011, ε ζπλνιηθή εθηηκψκελε δαπάλε γηα ηελ θαηαζθεπή ππνδνκψλ ππεξάθηηαο εμφξπμεο πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ ζε βαζέα χδαηα πξνζέγγηζε ζε παγθφζκην επίπεδν ηα 145 δηζεθαηνκκχξηα δνιάξηα. ήκεξα, ε θχξηα ππεξάθηηα γεσηξεηηθή δξαζηεξηφηεηα εληνπίδεηαη ζηε Βφξεηα Θάιαζζα, ζηνλ Κφιπν ηνπ Μεμηθνχ, ζηηο ιεθάλεο Campos θαη Santos ζηα αλνηρηά ησλ αθηψλ ηεο Βξαδηιίαο, ζηε Νέα Γε (Newfoundland) θαη ηε Νέα θσηία (Nova Scotia) (Αηιαληηθφο Καλαδάο), ζε αξθεηά πεδία ζηα αλνηρηά ηεο Γπηηθήο Αθξηθήο (θπξίσο ζηα δπηηθά ηεο Νηγεξίαο θαη ηεο Αλγθφια), θαζψο θαη ζε ππεξάθηηα πεδία ζηε λνηηναλαηνιηθή Αζία θαη ζηελ Πεξηθέξεηα ηεο αραιίλεο (Ρσζία). Δπίζεο, ζεκαληηθά ππεξάθηηα πεηξειατθά πεδία βξίζθνληαη ζηνλ Πεξζηθφ Κφιπν, φπσο ηα πεδία Sanafiya, Manifa θαη Marjan πνπ αλήθνπλ ζηε ανπδηθή Αξαβία θαη ηεινχλ ππφ εθκεηάιιεπζε απφ ηελ εηαηξεία Saudi Aramco. ην ράξηε ηεο Δηθφλαο 1-1, θαίλνληαη ηα ζεκαληηθφηεξα ππεξάθηηα πεδία ζηα νπνία αλαπηχζζεηαη ζήκεξα γεσηξεηηθή δξαζηεξηφηεηα γηα ηελ εμφξπμε πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ. Δηθόλα 1-1. Κχξηα πεδία ππεξάθηηαο γεσηξεηηθήο δξαζηεξηφηεηαο γηα εμφξπμε πδξνγνλαλζξάθσλ (Πεγή: www.leahlawrence.wordpress.com) ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 4
Ζ ππεξάθηηα παξαγσγή πεηξειαίνπ ελέρεη αξθεηνχο πεξηβαιινληηθνχο θηλδχλνπο, ζνβαξφηεξνο εθ ησλ νπνίσλ είλαη ν ζρεκαηηζκφο πεηξειαηνθειίδσλ ιφγσ δηαξξνψλ απφ βπηηνθφξα πινία θαη απφ ζσιελνγξακκέο πνπ κεηαθέξνπλ ηελ παξαγσγή απφ ηελ εμέδξα ζηηο παξάθηηεο εγθαηαζηάζεηο. Γηαξξνή πεηξειαίνπ ιφγσ αηπρεκάηνο ζηελ εμέδξα γεψηξεζεο θαη παξαγσγήο είλαη επίζεο πηζαλή. (Υαξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα απνηειεί ε έθξεμε πνπ ζεκεηψζεθε ζηηο 20 Απξηιίνπ ηνπ 2010 ζηελ εκηβπζηδφκελε εμέδξα Deepwater Horizon, θαηά ηε δηελέξγεηα γεσηξήζεσλ ζην Macondo Prospect, ζηα αλνηρηά ηεο αθηήο ηεο πνιηηείαο ηεο Λνπηδηάλα. Ζ έθξεμε θφζηηζε ηε δσή ζε 11 κέιε ηνπ πιεξψκαηνο θαη νδήγεζε ζηελ αλάθιεμε κηαο πχξηλεο κπάιαο πνπ ήηαλ νξαηή απφ 56 ρηιηφκεηξα καθξηά. Ζ ππξθαγηα πνπ μέζπαζε, δελ κπφξεζε λα θαηαζβεζηεί θαη, έηζη, ζηηο 22 Απξηιίνπ ηνπ 2010, ην Deepwater Horizon βπζίζηεθε, αθήλνληαο ην θξεάηην λα αλαβιήδεη ζηνλ ππζκέλα ηεο ζάιαζζαο θαη πξνθαιψληαο ηε κεγαιχηεξε ππεξάθηηα δηαξξνή πεηξειαίνπ ζηελ ηζηνξία ησλ ΖΠΑ.) Έλα άιιν πξφβιεκα είλαη ε ζπκπαξαγσγή λεξνχ (co-produced water). Πξφθεηηαη γηα λεξφ πνπ αληιείηαη ζηελ επηθάλεηα απφ θνηλνχ κε ην πεηξέιαην θαη ην θπζηθφ άεξην, πεξηέρεη δε θπκαηλφκελεο θαηά πεξίπησζε ζπγθεληξψζεηο πεηξειαίνπ θαη άιισλ ρεκηθψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ή πξνθχπηνπλ απφ ηελ θχξηα παξαγσγή. χκθσλα κε ηνλ νξγαληζκφ Culture Change, κηα γεσηξεηηθή εμέδξα ζηνλ Κφιπν ηνπ Μεμηθνχ, απνξξίπηεη πεξίπνπ 90,000 ηφλνπο ιάζπεο δηάηξεζεο θαη ζξπκκάησλ δηάηξεζεο θαζφιε ηε δηάξθεηα δσήο ηεο, ελψ ε «ζπλεηζθνξά» ηνπ θξεαηίνπ ηεο ζε βαξέα κέηαιια είλαη επίζεο ζεκαληηθή. ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 5
1.2 Ηζηνξηθή Αλαδξνκή Σα πξψηα ππνβξχρηα θξεάηηα πεηξειαίνπ νξχρζεθαλ γχξσ ζηα 1891, ζηα γιπθά λεξά ηεο Grand Lake Saint Marys, ζηελ πνιηηεία ηνπ Οράην ησλ ΖΠΑ, απφ εμέδξεο πνπ ζηεξίδνληαλ ζε μχιηλνπο παζζάινπο. Ζ εθκεηάιιεπζε ησλ θξεαηίσλ γηλφηαλ απφ κηθξέο ηνπηθέο εηαηξείεο φπσο πνπ πεξηειάκβαλαλ ηηο Bryson, Riley Oil, German-American θαη Banker s Oil. Ζ φξπμε ησλ πξψησλ ππνβξχρησλ θξεαηίσλ πεηξειαίνπ ζε αικπξφ λεξφ πξαγκαηνπνηήζεθε γχξσ ζηα 1896, ζην ηκήκα ηνπ (πεηξειατθνχ) πεδίνπ Summerland πνπ εθηείλεηαη θάησ απφ ην θαλάιη Santa Barbara, ζηελ πνιηηεία ηεο Καιηθφξληα. Σα θξεάηηα νξχρζεθαλ απφ μπιηλεο πξνβιήηεο πνπ εθηείλνληαλ ζε κήθνο πεξίπνπ 410 κέηξσλ καθξηά απφ ηελ αθηνγξακκή (Δηθφλα 1-2). Δηθόλα 1-2. Ξχιηλεο απνβάζξεο θαη πχξγνη γεψηξεζεο ζην Summerland ηεο Καιηθφξληα (Πεγή: www.countyofsb.org) Άιιεο αμηνζεκείσηεο πξψηκεο ππνβξχρηεο γεσηξεηηθέο δξαζηεξηφηεηεο ζπλέβεζαλ ηε δεθαεηία ηνπ 1900, ζηελ θαλαδηθή πιεπξά ηεο ιίκλεο Erie, θαη ηε δεθαεηία ηνπ 1910, ζηε ιίκλε Cado, ζηελ πνιηηεία ηεο Λνπηδηάλα. χληνκα, αθνινχζεζαλ γεσηξήζεηο θαηά κήθνο ησλ παιηξξνηθψλ δσλψλ ηνπ Κφιπνπ ηνπ Μεμηθνχ πνπ αλήθνπλ ζηηο πνιηηείεο ηνπ Σέμαο θαη ηεο Λνπηδηάλα. Υαξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 6
απνηειεί ην πεηξειατθφ πεδίν Goose Creek, θνληά ζην Baytown ηνπ Σέμαο. Σε δεθαεηία ηνπ 1920, πξαγκαηνπνηήζεθαλ γεσηξήζεηο απφ ηζηκεληέληεο εμέδξεο ζηε ιίκλε Maracaibo ηεο Βελεδνπέιαο. ηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1930, ε εηαηξεία Texas Co. (κεηέπεηηα Texaco, ζήκεξα Chevron), αλέπηπμε ηηο πξψηεο κεηαιιηθέο θνξηεγίδεο γηα ηελ δηελέξγεηα γεσηξήζεσλ ζηηο πθάικπξεο παξάθηηεο πεξηνρέο ηνπ Κφιπνπ ηνπ Μεμηθνχ. ηα 1937, νη ζπλεξγαδφκελεο εηαηξείεο Pure Oil (ζήκεξα Chevron) θαη Superior Oil (ζήκεξα ExxonMobil), ρξεζηκνπνίεζαλ κία ζηαζεξή εμέδξα γηα ηελ εθκεηάιιεπζε ελφο πεδίνπ πνπ βξηζθφηαλ ζε απφζηαζε πεξίπνπ 1.6 ρηιηνκέηξσλ αλνηρηά ηνπ Calcasieu Parish, ζηελ πνιηηεία ηεο Λνπηδηάλα, θαη ζε βάζνο κφιηο 4.3 κέηξσλ. ηα 1946, ε εηαηξεία Magnolia Petroleum (ζήκεξα ExxonMobil), πξαγκαηνπνίεζε γεψηξεζε ζε κία ζέζε επξηζθφκελε πεξίπνπ 29 ρηιηφκεηξα αλνηρηά ηεο αθηήο, αλεγείξνληαο κία εμέδξα ζε βάζνο πεξίπνπ 5.5 κέηξσλ, ζηα αλνηρηά ηνπ St. Mary Parish, ζηελ πνιηηεία ηεο Λνπηδηάλα. ηηο αξρέο ηνπ 1947, ε εηαηξεία Superior Oil, θαηαζθεχαζε κία εμέδξα γεψηξεζεο θαη παξαγσγήο ζε βάζνο πεξίπνπ 6 κέηξσλ, θάπνπ 29 ρηιηφκεηξα ζηα αλνηρηά ηνπ Vermilion Parish, ζηελ πνιηηεία ηνπ Λνο Άληδειεο. Ήηαλ, φκσο, ε εηαηξεία Kerr- McGee Oil Industries (ζήκεξα Anadarko Petroleum) πνπ, δξψληαο σο δηαρεηξηζηήο γηα ινγαξηαζκφ ησλ ζπλεξγαδφκελσλ εηαηξεηψλ Phillips Petroleum (ζήκεξα ConocoPhillips) θαη Stanolind Oil & Gas (BP), νινθιήξσζε ηνλ Οθηψβξην ηνπ 1947 ηελ ηζηνξηθή πεηξειαηνπεγή Ship Shoal Block 32 (Δηθφλα 1-3), ιίγνπο κήλεο πξσηνχ ε Superior Oil πξνρσξήζεη πξαγκαηηθά ζηελ πξψηε γεψηξεζε πεηξειαίνπ απφ ηελ εμέδξα Vermilion, ζε αθφκε κεγαιχηεξε απφζηαζε απφ ηελ αθηή. ε θάζε πεξίπησζε, ε πεηξειαηνπεγή ηεο Kerr-McGee, απνηέιεζε ηελ πξψηε γεψηξεζε πεηξειαίνπ πνπ ήηαλ αζέαηε απφ ηε ζηεξηά. ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 7
Δηθόλα 1-3. Ζ ηζηνξηθή πεηξειαηνπεγή Ship Shoal Block 32 ηεο εηαηξείαο Kerr-McGee (Πεγή: www.offshoreindustry.blogspot.com) Όηαλ ε ππεξάθηηα γεσηξεηηθή δξαζηεξηφηεηα κεηαηνπίζηεθε ζε βάζε λεξνχ κέρξη 30 κέηξα, θαηαζθεπάζηεθαλ ζηαζεξέο εμέδξεο γηα εγθαηάζηαζε ηνπ απαηηνχκελνπ εμνπιηζκνχ. Ζ αλάγθε εγθαηάζηαζεο γεσηξεηηθνχ εμνπιηζκνχ ζηα λεξά ηνπ Κφιπνπ ηνπ Μεμηθνχ, ζε βάζε κεηαμχ 30 θαη 120 κέηξσλ, νδήγεζε ζηελ εκθάληζε ησλ πξψησλ ζηαζεξψλ εμέδξσλ κε αλπςνχκελν θαηάζηξσκα (jack-up rigs) απφ εμεηδηθεπκέλνπο εξγνιάβνπο ηνπ ρψξνπ, φπσο γηα παξάδεηγκα νη πξνθάηνρνη ηεο εηαηξείαο ENSCO International. Ζ πξψηε πισηή εκηβπζηδφκελε εμέδξα πξνέθπςε ζηα 1961, απφ κία αλαπάληερε παξαηήξεζε. Ζ εηαηξεία Blue Water Drilling, θαηείρε θαη ιεηηνπξγνχζε ζηνλ Κφιπν ηνπ Μεμηθνχ γηα ινγαξηαζκφ ηεο εηαηξείαο Shell Oil, ηελ ηεηξάζηειε βπζηδφκελε εμέδξα Blue Water Rig No. 1. Δπεηδή νη δεμακελέο ζαιαζζέξκαηνο δε δηέζεηαλ ηελ απαηηνχκελε άλσζε γηα λα ζηεξίμνπλ ην βάξνο ηνπ εμνπιηζκνχ θαη ησλ αλαιψζηκσλ πιηθψλ, ε εμέδξα ξπκνπιθείην κεηαμχ δηαθνξεηηθψλ ζέζεσλ ζε βχζηζκα πνπ βξηζθφηαλ ζην κέζν ηεο απφζηαζεο κεηαμχ ηεο άλσ επηθάλεηαο ησλ δεμακελψλ θαη ηεο θάησ επηθάλεηαο ηνπ θαηαζηξψκαηνο. Καζψο παξαηεξήζεθε φηη νη θηλήζεηο ζε απηφ ην βχζηζκα ήηαλ πνιχ κηθξέο, νη Blue Water θαη Shell απνθάζηζαλ απφ θνηλνχ λα πξνζπαζήζνπλ λα ιεηηνπξγήζνπλ ηελ εμέδξα ηνπο ππφ θαζεζηψο πιεχζεο. Ζ ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 8
ηδέα κηαο αγθπξσκέλεο ζηαζεξήο πισηήο εμέδξαο γηα κεγάια βάζε, είρε ζρεδηαζηεί θαη δνθηκαζηεί γηα πξψηε θνξά ζηε δεθαεηία ηνπ 1920 απφ ηνλ Edward Robert Armstrong, κέζσ κηαο εθεχξεζεο πνπ πξννξηδφηαλ λα ρξεζηκεχεη σο πισηφο δηάδξνκνο πξνζγείσζεο αεξνζθαθψλ (ην απνθαινχκελν seadrome ). Ζ πξψηε εκηβπζηδφκελε εμέδξα γεψηξεζεο πνπ θαηαζθεπάζηεθε σο ηέηνηα ήηαλ ην Ocean Driller πνπ λαππεγήζεθε ην 1963 απφ ηελ εηαηξεία Odeco (Δηθφλα 1-4). Έθηνηε, ν ζηφινο ηεο βηνκεραλίαο ππεξάθηησλ γεσηξήζεσλ έρεη εκπινπηηζηεί κε πιήζνο πισηψλ εκηβπζηδφκελσλ εμέδξσλ εηδηθνχ ζρεδηαζκνχ. Δηθόλα 1-4. Σν Ocean Driller, ε πξψηε πισηή εκηβπζηδφκελε έμέδξα γεψηξεζεο (Πεγή: www.offshore-mag.com) Σν πξψην γεσηξεηηθφ ζθάθνο, ην CUSS 1 (Δηθφλα 1-5), λαππεγήζεθε ην 1961 απφ ηελ εηαηξεία Global Marine γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί ζην πεξηβφεην Mohole Project, ην νπνίν ζηφρεπε ζηελ φξπμε νπήο δηακέζνπ ηνπ γήηλνπ θινηνχ. Μέρξη ηνλ Ηνχλην ην 2010, ν παγθφζκηνο ππεξάθηηνο γεσηξεηηθφο ζηφινο αξηζκνχζε πάλσ απφ 620 ελεξγά ζαιάζζηα γεσηξχπαλα (jack-ups, εκηβπζηδφκελεο εμέδξεο, γεσηξεηηθά ζθάθε θαη θνξηεγίδεο). ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 9
Σν παγθφζκην ξεθφξ βάζνπο εγθαηάζηαζεο, θαηέρεηαη απηή ηε ζηηγκή απφ ηελ εμέδξα (Spar) Perdido, ε νπνία πιέεη ζε βάζνο 2438 κέηξσλ ζηνλ Κφιπν ηνπ Μεμηθνχ. Ζ ελ ιφγσ εμέδξα ιεηηνπξγείηαη απφ ηελ εηαηξεία Royal Dutch Shell, ελψ ην θφζηνο θαηαζθεπήο ηεο αλήιζε ζηα ηξία δηζεθαηνκκχξηα δνιάξηα. Δηθόλα 1-5. Σν CUSS 1, ην πξψην γεσηξεηηθφ ζθάθνο (Πεγή: www.beaconmag.com) ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 10
2. ΓΔΩΛΟΓΗΑ ΚΑΗ ΓΔΩΦΤΗΚΖ 2.1 Βαζηθά ηνηρεία Γεσινγίαο Ζ θαηαλφεζε ηεο παξνπζίαο πδξνγνλαλζξάθσλ ζε ππνζαιάζζηα πεηξειατθά πεδία βαζίδεηαη ζε νξηζκέλεο γεσινγηθέο αξρέο θαη δηεξγαζίεο. Σξεηο είλαη νη πην ζεκαληηθέο: (1) ν ζρεκαηηζκφο ηδεκαηνγελψλ πεηξσκάησλ, (2) ε παξακφξθσζε, ζπζηξνθή (ζηξέβισζε) θαη ζξαχζε ησλ πεηξσκάησλ (ηεθηνληθή γεσινγία) θαη (3) νη ρεκηθέο κεηαηξνπέο ιφγσ αχμεζεο ηεο πίεζεο θαη ηεο ζεξκνθξαζίαο. Γεσινγηθόο ρξόλνο. Ζ γε έρεη ειηθία δηζεθαηνκκπξίσλ εηψλ θαη νη γεσιφγνη έρνπλ δηαηξέζεη ηε ρξνληθή απηή πεξίνδν ζε δηαθνξεηηθέο ππνπεξηφδνπο πνπ αλαθέξνληαη σο γεσινγηθή ρξνληθή θιίκαθα. Σψξα δνχκε ζηελ επνρή ηνπ Οιφθαηλνπ πνπ πξνεγήζεθε απφ ην Πιεηζηφθαηλν, φηαλ πξσηνεκθαλίζηεθε ν άλζξσπνο ζηε Γε. Σν Πιεηζηφθαηλν μεθίλεζε πξηλ απφ πεξίπνπ 2 εθαηνκκχξηα ρξφληα. Καη νη δχν απηέο επνρέο πξνεγήζεθαλ απφ κία πεξίνδν δηάξθεηαο 65 εθαηνκκπξίσλ εηψλ πνπ απνθαιείηαη Σξηηαία θαη ε νπνία μεθίλεζε φηαλ έλαο κεγάινο κεηεσξίηεο πξνζέθξνπζε ζηε γε πξνθαιψληαο εθηεηακέλεο εμαθαλίζεηο δψλησλ εηδψλ. Ζ πεξίνδνο πξηλ απφ ηελ Σξηηαία απνθαιείηαη Κξεηηδηθή. Πξν ηεο Κξεηηδηθήο, ππήξμαλ ε Ηνπξάζηα θαη ε Σξηάζηα πεξίνδνο. Οη γεσιφγνη θαη ηα επηζηεκνληθή πεξηνδηθά πνπ θαιχπηνπλ ηηο δξαζηεξηφηεηέο ηνπο, αλαθέξνπλ φηη ε δεκηνπξγία ησλ κεγάινπ βάζνπο ππνζαιάζζησλ πεηξειατθψλ πεδίσλ αλήθεη ζηελ πξψηκε Σξηηαία (lower Tertiary) ή πξψηκε Κξεηηδηθή (Κξεηηδηθή πξν ηεο ελαπφζεζεο αιάησλ, pre-salt Cretaceous) πεξίνδν, ππνδεηθλχνληαο έηζη ηε ρξνληθή πεξίνδν ελαπφζεζεο ησλ πεηξσκάησλ. Πεηξώκαηα. Οη γεσιφγνη θαηαηάζζνπλ ηα πεηξψκαηα ζε ηξεηο θχξηεο θαηεγνξίεο: ππξηγελή, κεηακνξθσκέλα θαη ηδεκαηνγελή. Ζ κφλε θαηεγνξία πνπ ελδηαθέξεη πξαγκαηηθά ηνπο γεσιφγνπο πεηξειαίνπ είλαη ηα ηδεκαηνγελή πεηξψκαηα, θαζψο ηφζν νη ηακηεπηήξεο φζν θαη νη κεηξηθνί ζρεκαηηζκνί ζπλίζηαληαη απφ απηά. Σα ηδεκαηνγελή πεηξψκαηα ρσξίδνληαη επίζεο ζε ηξεηο θαηεγνξίεο πνπ είλαη εμίζνπ ζεκαληηθέο γηα ηελ ππνζαιάζζηα έξεπλα πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ: ζηνπο ςακκίηεο, ηα αλζξαθηθά πεηξψκαηα θαη ηνπο ζρηζηφιηζνπο. ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 11
Οη ςακκίηεο (sandstones) ζπλίζηαληαη απφ θφθθνπο άκκνπ πξνεξρφκελνπο απφ ηε δηάβξσζε άιισλ πεηξσκάησλ. Οη θφθθνη απηνί ελαπνηίζεληαη απφ πνηακνχο ζε παξαιίεο ή άιιεο ηνπνζεζίεο. Ηδηαίηεξνπ ελδηαθέξνληνο γηα ηνπο γεσιφγνπο πεηξειαίνπ είλαη νη ςακκίηεο εθείλνη πνπ ελαπνηίζεληαη απφ ππνβξχρηα ξεχκαηα πνπ απνθαινχληαη ηνπξβηδηηηθά ξεχκαηα ή ξεχκαηα ζνιφηεηαο (turbidity currents). Σα ελ ιφγσ ξεχκαηα πξνθχπηνπλ φηαλ ην λεξφ αλακηγλχεηαη κε ηδήκαηα (κε απνηέιεζκα λα γίλεηαη ζνιφ θαη ππθλφ) θαη ξέεη θαηεθνξηθά πξνο κεγαιχηεξα βάζε. Οη ξνέο απηέο δχλαηαη λα δηαλχζνπλ δεθάδεο ρηιηφκεηξα αλά ψξα θαη κπνξνχλ λα κεηαθέξνπλ κεγάιεο πνζφηεηεο άκκνπ. ηελ Δηθφλα 2-1 θαίλεηαη ζρεκαηηθά ε δηεξγαζία ζρεκαηηζκνχ ησλ θφθθσλ άκκνπ απφ ηε δηάβξσζε ησλ βνπλψλ θαη ε ηειηθή κεηαθνξά ηνπο ζην βαζχ ζαιάζζην ππζκέλα απφ ηα ξεχκαηα ζνιφηεηαο. Δηθόλα 2-1. Μεηαθνξά άκκνπ απφ ηηο νξνζεηξέο ζην βαζχ σθεάλην ππζκέλα κέζσ ησλ ξεπκάησλ ζνιφηεηαο (Πεγή: Leffler et al.) ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 12
Σα αλζξαθηθά πεηξψκαηα (carbonates) απνηεινχληαη απφ αζβεζηφιηζνπο (limestones) θαη δνινκίηεο (dolomites). Σα πεηξψκαηα απηά πξνέξρνληαη απφ νξγαληζκνχο φπσο θνξαιιηνγελείο χθαινη, άιγε, κχδηα θαη αρηλνί πνπ θαηαθξεκλίδνπλ αλζξαθηθφ αζβέζηην απφ ην λεξφ ηεο ζάιαζζαο γηα λα ζρεκαηίζνπλ ζθειεηνχο θαη θειχθε. Ολνκάδνληαη αλζξαθηθά γηαηί ε ρεκηθή ηνπο ζχζηαζε είλαη αλζξαθηθφ αζβέζηην (αζβεζηφιηζνη) ή αλζξαθηθφ αζβέζηην-καγλήζην (δνινκίηεο). Δλαπνηίζεληαη ζε δηαπγή ξερά λεξά. Οη ζρηζηφιηζνη (shales) είλαη πνιχ ιεπηφθνθθα ηδήκαηα πνπ απνηεινχληαη θπξίσο απφ αξγίινπο (clays). Κάπνηνη ελδέρεηαη επίζεο λα πεξηέρνπλ θαη αλζξαθηθά νξπθηά. Ζ ζχζηαζε ησλ ζρηζηφιηζσλ πεξηέρεη επίζεο έλα κηθξφ πνζνζηφ νξγαληθήο χιεο, θπξίσο κηθξν-θπηηθή θαη, ίζσο, νιίγε κηθξν-δσηθή. πλήζσο ελαπνηίζεληαη απφ βξαδέσο θηλνχκελα πνηάκηα ξεχκαηα ή ξεχκαηα ζνιφηεηαο. Δίλαη πνιχ ζεκαληηθνί γηα δχν ιφγνπο: πξψηνλ, νη ζρηζηφιηζνη απνηεινχλ ην κεηξηθφ πέηξσκα γηα ην ζχλνιν ζρεδφλ ηνπ πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ θαη, δεχηεξνλ, έρνπλ ζπλήζσο πνιχ ρακειή δηαπεξαηφηεηα, γεγνλφο πνπ ηνπο θαζηζηά βαζηθνχο ζρεκαηηζκνχο παγίδεπζεο ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ. Γνκή. Ζ κειέηε ηεο παξακφξθσζεο, ζπζηξνθήο θαη ζξαχζεο ηνπ εδάθνπο απνθαιείηαη ηεθηνληθή γεσινγία. Σα ζηξψκαηα ησλ πεηξσκάησλ δχλαηαη είηε λα δηαξξαγνχλ (ξεγκάησζε, faulting) είηε λα θακθζνχλ (bending). Απηφ κπνξεί λα ζπκβεί κέζσ κηαο ζεηξάο δηεξγαζηψλ, αιιά εθείλε πνπ έρεη ηδηαίηεξε ζεκαζία ζε πνιινχο ππνζαιάζζηνπο ηακηεπηήξεο κεγάινπ βάζνπο είλαη ε παξνπζία άιαηνο. ηνλ Κφιπν ηνπ Μεμηθνχ, γηα παξάδεηγκα, έλα παρχ ζηξψκα άιαηνο ελαπνηέζεθε ζην ζαιάζζην ππζκέλα ζην καθξηλφ παξειζφλ θαη ηειηθά θαιχθζεθε απφ ηδήκαηα. Σν άιαο είλαη ιηγφηεξν ππθλφ απφ ηα άιια πεηξψκαηα θαη, σο εθ ηνχηνπ, δχλαηαη λα «θνπζθψζεη» δηακέζνπ ησλ ππεξθείκελσλ πεηξσκάησλ. Καζψο ζπκβαίλεη απηφ, επέξρεηαη ηφζν ξεγκάησζε φζν θαη θάκςε ησλ ηειεπηαίσλ. Απηφ ελδέρεηαη λα είλαη επεξγεηηθφ, θαζψο ζπληειεί ζην ζρεκαηηζκφ ηακηεπηήξσλ πεηξειαίνπ κέζσ ηεο δεκηνπξγίαο παγίδσλ πνπ εκπνδίδνπλ ηελ ειεχζεξε θίλεζε θαη πεξαηηέξσ δηαξξνή ηνπ πεηξειαίνπ. Μπνξεί, φκσο, λα είλαη θαη αλεπηζχκεην, θαζψο ζπληειεί ζηε δεκηνπξγία θξαγκψλ ζην εζσηεξηθφ ησλ ηακηεπηήξσλ, απνηξέπνληαο έηζη ηελ πιήξε πξφζβαζε ζε φινπο ηνπο πδξνγνλάλζξαθεο κέζσ ελφο θαη κφλν θξέαηνο άληιεζεο. ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 13
Μηα άιιε δηεξγαζία πνπ δχλαηαη λα πξνθαιέζεη ξεγκάησζε θαη θάκςε πξνθχπηεη απφ ηε κεγάιεο θιίκαθαο θίλεζε ηνπ θινηνχ ηεο γεο θαη νλνκάδεηαη ηεθηνληθή ησλ ιηζνζθαηξηθψλ πιαθψλ (plate tectonics). Όπσο γλσξίδνπκε, ν ζηεξεφο θινηφο ηεο γεο απνηειείηαη απφ έλα κηθξφ αξηζκφ αλεμάξηεησλ πιαθψλ πνπ δεκηνπξγνχλ ηφζν ηηο κάδεο ηεο μεξάο φζν θαη ηηο πεξηνρέο ηνπ ζαιάζζηνπ ππζκέλα. Οη πιάθεο «πεξηπιαλψληαη» πάλσ ζην καλδχα ηεο γεο θαη ηέκλνληαη ζηα ιεγφκελα πεξηζψξηα ησλ πιαθψλ (plate margins). Ζ ζχγθξνπζε δχν πιαθψλ, ην απνθαινχκελν θαη σο ελεξγφ πεξηζψξην (active margin), νδεγεί ζην ζρεκαηηζκφ νξνζεηξψλ, ηελ πξφθιεζε ζεηζκψλ θαη ηελ έθξεμε εθαηζηείσλ. Ζ απνκάθξπλζε δχν πιαθψλ, ην απνθαινχκελν θαη σο παζεηηθφ πεξηζψξην (passive margin), ζπκβάιεη ζην ζρεκαηηζκφ λένπ θινηνχ. Ζ αθηή ηεο Καιηθφξληα απνηειεί παξάδεηγκα ελεξγνχ πεξηζσξίνπ, ελψ ε αθηή ηεο Βξαδηιίαο παζεηηθνχ πεξηζσξίνπ. Σα παζεηηθά πεξηζψξηα απνηεινχλ εμαηξεηηθέο ζέζεηο γηα κεγάιεο έθηαζεο θαη πάρνπο επηζσξεχζεηο ςακκηηψλ θαη ζρηζηφιηζσλ. ε παγθφζκην επίπεδν, νη ζεκαληηθφηεξεο κεγάινπ βάζνπο ππνζαιάζζηεο πεξηνρέο αλάπηπμεο πεηξειατθψλ θνηηαζκάησλ βξίζθνληαη θαηά κήθσλ παζεηηθψλ πεξηζσξίσλ, ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ Κφιπνπ ηνπ Μεμηθνχ, ηεο Βξαδηιίαο θαη ηεο Γπηηθήο Αθξηθήο. Γηαγέλεζε. Σα ηδεκαηνγελή πεηξψκαηα πνπ ελαπνηίζεληαη ζηνπο σθεαλνχο ή ηα πνηάκηα, θαηαθζάλνπλ εθεί έρνληαο επηθαλεηαθή ζεξκνθξαζία θαη πίεζε. Δπεηδή ην θέληξν ηεο γεο είλαη θαηά πνιχ ζεξκφηεξν απφ ηελ επηθάλεηα, θαηά ηνλ εληαθηαζκφ ηνπο, ηα πεηξψκαηα έξρνληαη αληηκέησπα κε απμαλφκελε πίεζε θαη ζεξκνθξαζία. Ο ελ ιφγσ ζπλδπαζκφο απφ θνηλνχ κε ηνλ αζξνηζηηθφ ρξφλν εληαθηαζκνχ ησλ, νδεγεί ζην ρεκηθφ κεηαζρεκαηηζκφ ησλ πεηξσκάησλ, θάηη πνπ νη γεσιφγνη απνθαινχλ δηαγέλεζε (diagenesis). Ζ δηαγέλεζε έρεη νξηζκέλα ζεηηθά θαη νξηζκέλα αξλεηηθά απνηειέζκαηα. Σν πξψην απνηέιεζκα είλαη επηζπκεηφ, θαζψο ε απμεκέλε ζεξκνθξαζία είλαη απαξαίηεηε γηα ηε κεηαηξνπή ηεο νξγαληθήο χιεο πνπ πεξηέρεηαη ζηνπο ζρηζηφιηζνπο ζε πεηξέιαην θαη θπζηθφ αέξην. Απφ ηελ άιιε κεξηά, φκσο, ν παξαηεηακέλνο ρξφλν εληαθηαζκνχ νδεγεί ζπλήζσο ζε κείσζε ηνπ πνξψδνπο θαη ηεο δηαπεξαηφηεηαο ησλ απνζήθεπηξσλ πεηξσκάησλ έλεθα ρεκηθψλ κεηαβνιψλ θαη κεραληθήο ζπκπίεζεο. Ηδήκαηα λεφηεξεο ειηθίαο πνπ είλαη εληαθηαζκέλα ζε κηθξφηεξα βάζε θαη εθηίζεληαη ζε επηφηεξεο ζεξκνθξαζηαθέο απμήζεηο, απνηεινχλ ζπλήζσο ηα βέιηηζηα απνζήθεπηξα πεηξψκαηα. ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 14
2.2 Πξνέιεπζε Πεηξειατθώλ Πεδίσλ Κάζε πεδίν πεηξειαίνπ ή θπζηθνχ αεξίνπ νπνπδήπνηε ζηνλ θφζκν, ππνζαιάζζην ή ρεξζαίν, πνιχ ξερφ ή επξηζθφκελν βαζηά θάησ απφ ηελ επηθάλεηα ηεο γεο, πξνυπνζέηεη ηξία βαζηθά ζπζηαηηθά (Δηθφλα 2-2): 1. Μεηξηθό πέηξσκα (source rock). Όπσο πξναλαθέξζεθε, πεηξέιαην θαη θπζηθφ αέξην παξάγνληαη φηαλ νξγαληθή χιε (θπξίσο ππνιείκκαηα απφ άιγε) εληαθηάδεηαη ζε βάζε φπνπ εθηίζεηαη ζε ζεξκνθξαζίεο κεηαμχ 60-100 ν C, κε απνηέιεζκα ην ρεκηθφ κεηαζρεκαηηζκφ ηεο. Σν πεηξέιαην ζρεκαηίδεηαη ζε ρακειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο απφ ην θπζηθφ αέξην. Καζψο ην νξγαληθφ πιηθφ κεηαηξέπεηαη ζε πεηξέιαην ή αέξην, απμάλεη ζε φγθν, πξνθαιψληαο ζξαχζεηο ζην πέηξσκα. Οη ρψξνη ησλ πφξσλ ζχλήζσο πιεξψλνληαη κε λεξφ. Δπεηδή νη πδξνγνλάλζξαθεο είλαη ειαθξχηεξνη απφ ην λεξφ, θηλνχληαη αλνδηθά πξνο ηελ επηθάλεηα κέζσ ησλ ξσγκψλ θαη ηνπ άιινπ ρψξνπ ησλ πφξσλ. 2. Απνζήθεπηξν πέηξσκα ή ηακηεπηήξαο (reservoir). Οη ηακηεπηήξεο απνηεινχληαη απφ πέηξσκα κε θελνχο ρψξνπο (πφξνπο) πνπ είλαη πιεξσκέλνη κε πεηξέιαην, αέξην θαη λεξφ θαη, νξηζκέλεο θνξέο, κε ζπλδπαζκφ θαη ησλ ηξηψλ. Ο ρψξνο ησλ πφξσλ ή πνξψδεο (porosity) ζπλήζσο αληηζηνηρεί ζην 10-30% ηνπ ζπλνιηθνχ φγθνπ ηνπ ηακηεπηήξα, θάπνηεο θνξέο πεξηζζφηεξν θαη θάπνηεο ιηγφηεξν. Δάλ νη πφξνη είλαη αξθνχλησο δηαζπλδεκέλνη, νη πδξνγνλάλζξαθεο δχλαηαη λα ξεχζνπλ απφ ηνλ έλα πφξν ζηνλ άιιν θαη, ηειηθά, ζε έλα θξέαξ. Ο βαζκφο δηαζχλδεζεο ησλ πφξσλ απνθαιείηαη δηαπεξαηφηεηα (permeability) θαη εθθξάδεηαη ζε Darcy. Έλαο πνιχ θαιφο ηακηεπηήξαο κπνξεί λα έρεη δηαπεξαηφηεηα ίζε κε 1 Darcy. πλήζσο, θαινί ηακηεπηήξεο έρνπλ δηαπεξαηφηεηεο κεηαμχ 0.1-0.5 Darcy (100-500 millidarcies). 3. Παγίδα (trap). Δάλ δελ ππάξρεη ηξφπνο λα ζηακαηήζεη ε αλνδηθή θίλεζε ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ, ηειηθά ζα δηαθχγνπλ ακθφηεξα ζηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο, είηε απηή βξίζθεηαη ζην ζαιάζζην ππζκέλα είηε ζηελ μεξά, φπσο γηα παξάδεηγκα ζπκβαίλεη κε ηνπο πηζζφιαθνπο ηεο La Brea ζην Los Angeles. Ληκλνχιεο πεηξειαίνπ πνπ έρνπλ ζρεκαηηζηεί κε θπζηθφ ηξφπν ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 15
απαληψληαη ζην ζαιάζζην ππζκέλα ζε νιφθιεξν ηνλ θφζκν. Δθεί, κηθξέο πνζφηεηεο πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ δηαθεχγνπλ ζπλερψο ζηνλ σθεαλφ. Μνιαηαχηα, εάλ ν ζπλδπαζκφο ελφο αδηαπέξαηνπ πεηξψκαηνο θαη ηεο θαηάιιειεο γεσκεηξηθήο δηακφξθσζεο αλαθφςεη ηελ αλνδηθή ξνή ηνπ πεηξειαίνπ ή ηνπ αέξηνπ, ην ηειεπηαίν ελδέρεηαη λα παγηδεπηεί ζε θάπνηνλ ηακηεπηήξα πνπ δχλαηαη λα αμηνπνηεζεί κέζσ ππνζαιάζζηαο γεψηξεζεο. Δηθόλα 2-2. Ζ πξνέιεπζε ελφο πεηξειατθνχ πεδίνπ. Πεηξέιαην ζρεκαηίδεηαη ζε έλα κεηξηθφ πέηξσκα εληαθηαζκέλν ζε κεγάιν βάζνο κε επηθξαηνχζεο ζεξκνθξαζίεο 60-100 ν C (1), πξνθαιψληαο κηθξνζθνπηθέο ξσγκέο ζην πέηξσκα. Σν πεηξέιαην, θηλνχκελν αλνδηθά κέζσ ησλ ξσγκψλ, εηζέξρεηαη ζε έλα πνξψδε ςακκίηε θαη ζηε ζπλερεία θηλείηαη πιεπξηθά θαηεπζπλφκελν πξνο έλα ξήγκα (fault) (2). Κηλνχκελν αλνδηθά κέζσ ηνπ ξήγκαηνο, ην πεηξέιαην εηζέξρεηαη ζε έλα δεχηεξν πνξψδε ςακκίηε (3). ηε ζεκείν απηφ, κηα πνζφηεηα πεηξειαίνπ παγηδεχεηαη θαη κεηαηξέπεηαη ζε δπλάκεη ηακηεπηήξα (5), ελψ κηα άιιε πνζφηεηα δηαξξέεη πξνο ηα πάλσ κέζσ ελφο δεχηεξνπ ξήγκαηνο θαη ζρεκαηίδεη κηα ιηκλνχια πεηξειαίνπ (seep) ζηνλ σθεάλην ππζκέλα (6). (Πεγή: Leffler et al.) ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 16
2.3 εηζκηθά Γεδνκέλα Σα δεδνκέλα ππνζαιάζζησλ ζεηζκηθψλ εξεπλψλ (seismic data), ηδηαίηεξα ηα ηξηζδηάζηαηα δεδνκέλα, απνηεινχλ έλα απφ ηα ιηγνζηά αμηφπηζηα εξγαιεία πνπ θαηέζηεζαλ απνηειεζκαηηθή ηελ εμεξεχλεζε πεηξειαίνπ ζε κεγάια βάζε. Ζ θαηαλφεζε θαη αμηνιφγεζε ησλ ζεηζκηθψλ δεδνκέλσλ κπνξεί λα απνδεηρζεί πεξηζζφηεξν ελδηαθέξνπζα απφ νπνηνδήπνηε άιιν βήκα ζηελ πνξεία εχξεζεο θαη παξαγσγήο πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ. Όπσο είλαη αλακελφκελν, νη ζρεηηθνί επαγγεικαηίεο ηνπ ρψξνπ γεσθπζηθνη, γεσιφγνη, καζεκαηηθνί, εηδηθνί Ζ/Τ, θ.α. έρνπλ αλαπηχμεη ηε δηθή ηνπο ηδηαίηεξε ηερληθή γιψζζα. ηηο παξαγξάθνπο πνπ αθνινπζνχλ, γίλεηαη κηα ζπλνπηηθή αλαθνξά ζηηο εθαξκνδφκελεο πξαθηηθέο ιήςεο ζεηζκηθψλ δεδνκέλσλ, θαζψο επίζεο θαη ζηε ρξεζηκνπνηνχκελε νξνινγία. Ζ ππνζαιάζζηα ζεηζκηθή έξεπλα πεξηιακβάλεη ηέζζεξα βαζηθά ζηάδηα: απφθηεζε, επεμεξγαζία, απεηθφληζε θαη εξκελεία. Οη πεηξειατθέο εηαηξείεο ζπλήζσο αλαζέηνπλ ζε ηξίηνπο ηελ απφθηεζε θαη ηελ αξρηθή επεμεξγαζία θαη απεηθφληζε ησλ ζεηζκηθψλ δεδνκέλσλ. Ζ ηειηθή επεμεξγαζία γίλεηαη ζπλήζσο απφ εμεηδηθεπκέλεο εηαηξείεο πνπ δηαζέηνπλ ηελ θαηάιιειε ηερλνγλσζία θαη εμνπιηζκφ, αιιά νξηζκέλεο πεηξειατθέο εηαηξείεο επεμεξγάδνληαη θαη απεηθνλίδνπλ νη ίδηεο ηα ιεθζέληα ζεηζκηθά δεδνκέλα. 2.3.1 Απόθηεζε O αληηθεηκεληθφο ζθνπφο ζηε θάζε ηεο απφθηεζεο (acquisition) είλαη ε ζπιινγή δεδνκέλσλ πνπ ζπλζέηνπλ κηα εηθφλα ηνπ επξηζθφκελνπ θάησ απφ ηνλ ππζκέλα ηεο ζάιαζζαο ρψξνπ. εηζκηθά ζθάθε ζέξλνπλ εηδηθά θαηαγξαθηθά φξγαλα (streamers), ήηνη πιαζηηθνχο ζσιήλεο πνπ εθηείλνληαη ζε κήθνο 8-10 km πίζσ απφ ηα ζθάθε. Οη θαηαγξαθείο βξίζθνληαη θάησ απφ ηελ επηθάλεηα ηεο ζάιαζζαο, θέξνπλ δε ζηελ επηθάλεηα νξαηά ζεκάδηα ηνπνζεηεκέλα θαηά δηαζηήκαηα, ηα νπνία απνζθνπνχλ ηφζν ζηε ζήκαλζε ησλ ζεηζκηθψλ θαισδίσλ φζν θαη ζην λα πξνεηδνπνηνχλ άιια ζθάθε ψζηε λα κε δηέιζνπλ απφ ηε ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή εξεχλεο. Κάζε θαηαγξαθέαο πεξηιακβάλεη ρηιίαδεο πδξφθσλα (αληρλεπηέο κεηαβνιήο πίεζεο). Σν ζθάθνο ζέξλεη επίζεο ζε κηθξή απφζηαζε πίζσ ηνπ εηδηθά αεξνβφια φπια, ηα νπνία απνηεινχλ ηε ζεηζκηθή πεγή. Σα ελ ιφγσ φπια πιεξνχληαη κε πεπηεζκέλν ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 17
αέξα θαη ελεξγνπνηνχληαη απφηνκα, κε απνηέιεζκα ηελ έθιπζε αέξα πνπ ζπλνδεχεηαη απφ μαθληθή έθξεμε, φπσο αθξηβψο ζπκβαίλεη κε έλα κπαιφλη πνπ ζθάδεη. Καζψο ζπκβαίλεη απηφ, ιακβάλεη ρψξα ε ζπλήζεο ζπιινγή ζεηζκηθψλ δεδνκέλσλ (Δηθφλα 2-3). Σα ερεηηθά θχκαηα δηαρεφληαη πξνο ηα θάησ κέζσ ηνπ λεξνχ ιίγν σο πνιχ αλεκπφδηζηα. Καζψο εηζέξρνληαη κέζσ ηνπ ζαιάζζηνπ ππζκέλα ζην ππέδαθνο, ηα θχκαηα αλαθιψληαη ζηηο δηεπηθάλεηεο ησλ δηάθνξσλ γεσινγηθψλ ζηξσκάησλ θαη επηζηξέθνπλ ζηελ επηθάλεηα ηεο ζάιαζζαο φπνπ ε αληήρεζή ηνπο ζπιιακβάλεηαη απφ ηα πδξφθσλα. Κάζε πδξφθσλν θαηαγξάθεη ην αλαθιψκελν ζεηζκηθφ θχκα απφ δηαθνξεηηθή γσλία. Δδψ αθξηβψο βξίζθεηαη ε νπζία ηεο εθαξκνδφκελεο κεζφδνπ: φζν βαζχηεξα βξίζθεηαη έλα ζπγθεθξηκέλν γεσινγηθφ ζηξψκα ζην ππέδαθνο ηφζν πεξηζζφηεξν ρξφλν ρξεηάδεηαη ε ερψ γηα λα θηάζεη ζε θάπνην πδξφθσλν. Δπηπιένλ, θαη απηφ είλαη εμίζνπ ζεκαληηθφ, ηα δηάθνξα επηκέξνπο ζηξψκαηα ηνπ ππεδάθνπο εκθαλίδνπλ δηαθνξεηηθέο αθνπζηηθέο ηδηφηεηεο. Ζ μερσξηζηή ηαρχηεηα θαη ππθλφηεηα θάζε ζηξψκαηνο πεηξσκάησλ επεξεάδεη ηελ ηζρχ ηεο παξαγφκελεο ερνχο. Οη ππνζαιάζζηεο ζεηζκηθέο θαηαγξαθέο κπνξνχλ λα απεηθνληζζνχλ κε αξθεηνχο δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο, φπσο κε καχξεο θπκαηηζηέο γξακκέο ή κε δηαηνκέο πνπ ζεκαίλνληαη κε εηδηθφ ρξσκαηηθφ θψδηθα. Σα αεξνβφια φπια εμαλαγθάδνληαη ζε πνιιαπιέο ππξνδνηήζεηο θαζψο ην ζεηζκηθφ πινίν δηέξρεηαη πάλσ απφ ηελ πεξηνρή-ζηφρν. πλνιηθά, ν αξηζκφο ησλ ερνγξαθεκέλσλ ήρσλ κπνξεί λα αλέξρεηαη ζε ρηιηάδεο ρηιηάδσλ. Ο ρξφλνο πνπ ηαμηδεχεη ν ζεηζκηθφο αληίιαινο είλαη κεηαβιεηφο, εμαξηφκελνο πάληνηε απφ ηελ ηαρχηεηα ησλ ππνθείκελσλ ηδεκαηνγελψλ ζηξσκάησλ. ε νξηζκέλεο πεξηνρέο, 3000 κέηξα δηαλχνληαη ζε πεξίπνπ 3 δεπηεξφιεπηα. Μηα κεγάινπ βάζνπο ππνζαιάζζηα ζεηζκηθή θαηαγξαθή πεξηιακβάλεη ζπλήζσο δεδνκέλα δηάξθεηαο 12 δεπηεξνιέπησλ. Απφ ηε ζηηγκή πνπ ηα πδξφθσλα εθηείλνληαη ζε επζεία γξακκή πίζσ απφ ην ζεηζκηθφ ζθάθνο, ε ζεηζκηθή θαηαγξαθή έρεη δηζδηάζηαηε (2-D) κνξθή. Οη ερεηηθέο αλαθιάζεηο έξρνληαη θπξίσο απφ θάησ απφ ην ζεηζκηθφ θαιψδην. Γηα ηε δεκηνπξγία ηξηζδηάζηαησλ (3-D) θαηαγξαθψλ, ηα ζεηζκηθά ζθάθε ζέξλνπλ αξθεηά παξάιιεια ζεηζκηθά θαιψδηα. Καηά ηε κεηέπεηηα επεμεξγαζία, νη παξάιιειεο θαηαγξαθέο- ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 18
ερνγξαθήζεηο κεηαζρεκαηίδνληαη ζε ζπλερή ηξηζδηάζηαηα ηκήκαηα δεδνκέλσλ, ηνλ απνθαινχκελν «ζεηζκηθφ θχβν» (seismic cube). Σα ζχγρξνλα ζεηζκηθά θαιψδηα κεηαηξέπνπλ ηα αλαθιψκελα ερεηηθά θχκαηα ζε ςεθηαθφ θνξκά ρξήζεη εηδηθψλ δηαηάμεσλ. Σα ςεθηαθά δεδνκέλα κεηαθέξνληαη ελ ζπλερεία ζην δσκάηην θαηαγξαθήο ηνπ ζθάθνπο. ε νξηζκέλεο 3-D ζεηζκηθέο έξεπλεο ζπιιέγνληαη θαη θαηαγξάθνληαη αξθεηά terabytes δεδνκέλσλ. Ζ επεμεξγαζία ησλ ελ ιφγσ δεδνκέλσλ απαηηεί ηε ρξεζηκνπνίεζε ππεξππνινγηζηψλ πνπ απαζρνινχληαη απνθιεηζηηθά θαη κφλν κε «ζεηζκηθέο εξγαζίεο». Ζ απαηηνχκελε ππνινγηζηηθή ηζρχο νδεχεη πξνο ηελ θαηεχζπλζε ησλ petabytes (10 15 bytes). Δηθόλα 2-3. Λήςε ππεξάθηησλ ζεηζκηθψλ δεδνκέλσλ (Πεγή: U.S. EPA) ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 19
2.3.2 Αδηκνπζηαθά εηζκηθά Γεδνκέλα Χο γλσζηφ, ην αδηκνχζην απνηειεί παξάκεηξν εληνπηζκνχ ηεο ζέζεο ζε ηξηζδηάζηαηα ζπζηήκαηα ζπληεηαγκέλσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε δηάθνξα επηζηεκνληθά πεδία, ζπκπεξηιακβαλνκέλεο ηεο λαπζηπινΐαο, ηεο αζηξνθπζηθήο θαη ηεο γεσθπζηθήο. πγθεθξηκέλα, πξφθεηηαη γηα γσληαθή κέηξεζε ζε ζχζηεκα ζθαηξηθψλ ζπληεηαγκέλσλ. Έπεηηα απφ ηελ ππξνδφηεζε ηνπ αεξνβφινπ φπινπ, νη ζεηζκηθνί αληίιαινη δηαρεφληαη ζην ρψξν ζε πεξηθέξεηα 360 ν γχξσ απφ απηφ θαη, επνκέλσο, ηα πδξφθσλα ζπιιέγνπλ αλαθιψκελνπο ήρνπο απφ πνιιαπιά αδηκνχζηα. Δπηπιένλ, ην ζθάθνο κπνξεί λα δηέιζεη αξθεηέο θνξέο πάλσ απφ ηνλ επηιεγκέλν ζηφρν. ηελ Δηθφλα 2-4 θαίλνληαη ηέζζεξηο δηαθνξεηηθέο ηερληθέο γηα ηε ζπιινγή νινέλα πινπζηφηεξσλ αδηκνπζηαθψλ ζεηζκηθψλ δεδνκέλσλ (azimuthal seismic). Έπεηηα απφ εθηεηακέλε θαη πεξίπινθε επεμεξγαζία ησλ αληίζηνηρσλ δεδνκέλσλ, θάζε ηερληθή παξέρεη κία δηαδνρηθά πιεξέζηεξε εηθφλα ηνπ ρψξνπ πνπ θξχβεηαη θάησ απφ ην ζαιάζζην ππζκέλα. Καηά ηελ ηερληθή ΝΑΕ (narrow azimuth seismic) πνπ απνηειεί ηελ πξσηαξρηθή 3-D πξνζέγγηζε, έλα κεκνλσκέλν ζθάθνο ζέξλεη αξθεηά παξάιιεια θαιψδηα ζε απφζηαζε 30-60 κέηξσλ ην έλα απφ ην άιιν, θαηαγξάθσληαο αλαθιάζεηο θπξίσο θάησ απφ ηα θαιψδηα. Καηά ηελ ηερληθή ΜΑΕ (multi-azimuth seismic), έλα κεκνλσκέλν ζθάθνο θάλεη θαηαγξαθέο θαζψο δηέξρεηαη αξθεηέο θνξέο πάλσ απφ ηνλ επηιεγκέλν ζηφρν ππφ δηαθνξεηηθέο δηεπζχλζεηο. Καηά ηελ ηερληθή WAZ (wide azimuth seismic), νξηζκέλεο εηαηξείεο ρξεζηκνπνηνχλ δχν αθξηαλά ζθάθε πνπ ζέξλνπλ πνιιαπιά θαιψδηα θαη έλα ηξίην ζηε κέζε πνπ θέξεη ηε ζεηζκηθή πεγή. Με ηνλ ηξφπν απηφ, δχλαηαη λα θαιπθζεί πιάηνο κεηαμχ 900-1200 κέηξσλ. Καηά ηελ ηερληθή RAZ (rich azimuth seismic), έλα κεκνλσκέλν ξπκνπιθφ πινίν δηαγξάθεη πνιιαπιέο θπθιηθέο δηαδξνκέο πάλσ απφ ηελ ππφ έξεπλα πεξηνρή, απμάλνληαο κε ηνλ ηξφπν απηφ ηφζν ηελ πνζφηεηα ησλ πξσηνγελψλ ΣΔΗ ΚΑΒΑΛΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ & ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ει. 20