Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης 1.8 Χωροθέτηση Θαλάσσιων Ανδρέας Γεωργακόπουλος Καθηγητής Κοιτασματολογίας, Τμήμα Γεωλογίας, Α.Π.Θ. ageorgak@geo.auth.gr
Η λεγόμενη φάση έρευνας (exploration stage) για υδρογονάνθρακες είναι μια επίπονη και σύνθετη διαδικασία με πολλά στάδια, η οποία μπορεί να διαρκέσει αρκετά χρόνια μέχρις ότου επιβεβαιωθεί ή όχι η ανακάλυψη ενός κοιτάσματος. Στο πρώτο στάδιο της αναζήτησης γεωλογικών σχηματισμών που ενδεχομένως φιλοξενούν υδρογονάνθρακες, μελετώνται στο γραφείο γεωλογικοί χάρτες προκειμένου να εντοπιστούν μεγάλες ιζηματογενείς λεκάνες. Αεροφωτογραφίες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ώστε να διευκολύνουν τον εντοπισμό ελπιδοφόρων σχηματισμών, όπως μεγάλα ρήγματα ή αντίκλινα (anticlines). Πιο λεπτομερείς πληροφορίες συγκεντρώνονται μετά από υπαίθρια εργασία και γεωλογική αξιολόγηση πεδίου, η οποία συμπληρώνεται με τρεις κύριες μεθόδους έρευνας: μαγνητική, βαρυτομετρική και σεισμική.
ΦΑΣΕΙΣ ΤΥΠΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ Υ ΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ
Στη διαδικασία αναζήτησης κοιτασμάτων υδρογονανθράκων (πετρελαίου και φυσικού αερίου), ορατές επιφανειακές εμφανίσεις πετρελαίου, φυσικού αερίου, ή μικροί υποθαλάσσιοι κρατήρες που δημιουργούνται από διαφυγή αερίου μπορεί να μαρτυρούν την παρουσία υδρογονανθράκων σε μικρό ή μεγάλο βάθος. Η ανακάλυψη όμως και ο καθορισμός της έκτασης των κοιτασμάτων εξαρτώνται από την εφαρμογή πολύπλοκης υψηλής τεχνολογίας, αρχικά με γεωφυσικές μεθόδους επιφανείας. Σε περιοχές όπου υπάρχει υποψία παρουσίας υδρογονανθράκων στο υπέδαφος, αρχικά εφαρμόζονται βαρυτικές και μαγνητικές διασκοπήσεις, παθητική σεισμική τομογραφία ή διασκόπηση με σεισμικά ανακλάσεως, ώστε να εντοπιστούν στο υπέδαφος κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά μεγάλης κλίμακας.
Ιδιαίτερες γεωλογικές δομές όπως π.χ. τα αντίκλινα ή οι δόμοι άλατος, οι οποίες - αν υπάρχουν - χαρακτηρίζονται ως «πετρελαιο-πιθανές» ή ως«οδηγοί», υπόκεινται στη συνέχεια σε περισσότερο λεπτομερείς σεισμικές διασκοπήσεις που στηρίζονται στην αρχή της ανάκλασης προκλητών ηχητικών κυμάτων από διαφορετικής πυκνότητας γεωλογικά στρώματα. Εφαρμόζοντας τη μέθοδο της μετατροπής του χρόνου ανάκλασης σε βάθος ανάκλασης δημιουργούμε το υπεδάφιο προφίλ. Όταν όλα τα παραπάνω ολοκληρωθούν και εφόσον ικανοποιούνται όλα τα κριτήρια επιλογής που έχουν τεθεί από μια Κυβέρνηση ή μια πετρελαϊκή εταιρεία, τότε και μόνον τότε, αποφασίζεται η χωροθέτηση και η όρυξη μιας πρώτης ερευνητικής γεώτρησης, σε μια προσπάθεια οριστικής επιβεβαίωσης της ύπαρξης ή της απουσίας πετρελαίου ή φυσικού αερίου.
ΣΤΙΣ ΜΕΘΟ ΟΥΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΙΑΣΚΟΠΗΣΗΣ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ: 1. Η Αερομαγνητική ιασκόπηση, 2. Η Βαρυτομετρική ιασκόπηση, 3. Η παθητική σεισμική (passive seismic),
4. Τα σεισμικά ανακλάσεως: Η γενική αρχή της μεθόδου είναι η αποστολή ηχητικών κυμάτων (χρησιμοποιώντας μια πηγή ενέργειας όπως δυναμίτη ή Vibroseis) στο εσωτερικό της Γης, όπου τα διαφορετικά στρώματα του εσωτερικού του φλοιού της Γης αντανακλούν πίσω αυτή την ενέργεια. Αυτά τα ανακλώμενα κύματα ενέργειας καταγράφονται για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα (που ονομάζεται record length), χρησιμοποιώντας υδρόφωνα στονερόκαιγεώφωνα στην ξηρά. Ηγενικήαρχήείναι παρόμοια με την εγγραφή φωνής σε ένα κασετόφωνο, για ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιώντας ένα μικρόφωνο. Μόλις τα δεδομένα καταγραφούν, μπορούν στη συνέχεια να υποβληθούν σε επεξεργασία με ειδικά λογισμικά τα οποία θα οδηγήσουν στη δημιουργία των σεισμικών τομών (seismic profiles). Αυτό το σύνολο των δεδομένων μπορεί να ερμηνευθεί για τυχόν αποθέματα υδρογονανθράκων. ιακρίνουμε τη χερσαία (με Vibroseis και γεώφωνα) και τη θαλάσσια διασκόπηση, είτε με streamer καιυδρόφωναείτεμετοσύστημαobc - Ocean Bottom Cable για μικρά κυρίως βάθη.
Τα μαγνητικά και τα βαρυτομετρικά δεδομένα αποτελούν ένα σύνολο εργαλείων χρήσιμων μόνο για ένα γενικό σχεδιασμό και για μεγάλης κλίμακας μελέτες στο σύνολο μιας γεωλογικής λεκάνης εντός της οποίας εκτελείται έρευνα υδρογονανθράκων. Η ενσωμάτωση των βαρυτομετρικών και των μαγνητικών δεδομένων στο πρόγραμμα αναζήτησης παρέχει τη δυνατότητα να επιβεβαιωθούν υφιστάμενες ερμηνείες ή να τεθούν νέα ερωτηματικά. Αυτές οι δύο μέθοδοι μπορούν κυρίως να βοηθήσουν στην ερμηνεία της τεκτονικής της περιοχής ενδιαφέροντος, στην χαρτογράφηση, στον προσδιορισμό του βάθους του υποβάθρου (basement), στον εντοπισμό διαπυρικών δομών άλατος, στην ταυτοποίηση ηφαιστειακών πετρωμάτων, στον καθορισμό του πάχους των ιζημάτων, καθώς και στη χαρτογράφηση των ενδο-ιζηματογενών ανωμαλιών. Με αυτόν τον τρόπο τα μαγνητικά και τα βαρυτομετρικά δεδομένα μπορούν να μειώσουν το λεγόμενο exploration risk και να βοηθήσουν στον εντοπισμό κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Η ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ Υ ΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ
Η Βαρυτομετρική μέθοδος περιλαμβάνει τη μέτρηση των μικρών διακυμάνσεων του βαρυτικού πεδίου στην επιφάνεια της γης. Οι μετρήσεις γίνονται, στην ξηρά και στη θάλασσα, με την χρήση ενός αεροσκάφους ή ενός ερευνητικού πλοίου, αντίστοιχα.
Ιδιαίτερες γεωλογικές δομές όπως π.χ. τα αντίκλινα ή οι δόμοι άλατος, οι οποίες αν υπάρχουν χαρακτηρίζονται ως πετρελαιο-πιθανές ή ως οδηγοί, υπόκεινται στη συνέχεια σε περισσότερο λεπτομερείς σεισμικές διασκοπήσεις που στηρίζονται στην αρχή της ανάκλασης προκλητών ηχητικών κυμάτων από διαφορετικής πυκνότητας γεωλογικά στρώματα. Εφαρμόζοντας τη μέθοδο της μετατροπής του χρόνου ανάκλασης σε βάθος ανάκλασης δημιουργούμε το υπεδάφιο προφίλ. Οι περιοχές με τη μεγαλύτερη πιθανότητα είναι αυτές που έχουν καθοριστεί με γεωφυσική διασκόπηση 3D [3D surveys].
Οι σεισμικές μέθοδοι διασκόπησης θεωρούνται το καλύτερο εργαλείο για την έρευνα των υδρογονανθράκων, χαρτογραφώντας με σχετικά μεγάλη ακρίβεια τους υπεδάφιους σχηματισμούς και τις ιδιότητες των πετρωμάτων. Τα σεισμικά ή ακουστικά κύματα δημιουργούνται στην επιφάνεια και διαχέονται στο υπέδαφος. Τα κύματα ανακλώνται από κάθε γεωλογικό σχηματισμό που παρουσιάζει διαφορετικές ιδιότητες (rock and fluid properties). Οι ανακλάσεις καταγράφονται στην επιφάνεια από κατάλληλο καταγραφικό εξοπλισμό (γεώφωνα στην ξηρά και υδρόφωνα στη θάλασσα). Ειδικά καλώδια μεταφέρουν τα ηλεκτρικά σήματα σε κινητό εργαστήριο όπου φιλτράρονται και ενισχύονται και κατόπιν ψηφιοποιούνται για περαιτέρω επεξεργασία και ερμηνεία. ιακρίνονται τα στάδια της συλλογής των δεδομένων πεδίου (data acquisition), της επεξεργασίας αυτών (data processing) και τέλος της ερμηνείας των (data interpretation). Ακολουθεί η συνολική αξιολόγηση (evaluation) της περιοχής που ερευνήθηκε με τη γεωφυσική αυτή μέθοδο.
Τα σεισμικά ανακλάσεως Όταν τέθηκαν για πρώτη φορά σε χρήση οι χερσαίες γεωφυσικές έρευνες, τα σεισμικά κύματα δημιουργούνταν από την έκρηξη δυναμίτη που ήταν θαμμένος σε βάθος 7-10 μέτρων. υναμίτης εξακολουθεί να χρησιμοποιείται και σήμερα σε ορισμένες περιπτώσεις, αλλά όλες πλέον οι τρέχουσες έρευνες χρησιμοποιούν ένα φορτηγό που ονομάζεται Vibroseis - γνωστό και ως "Thumper - που παράγει σεισμικό κύμα χωρίς χρήση εκρηκτικών. Τα φορτηγά ζυγίζουν περίπου 20 τόνους και στο κάτω μέρος τους φέρουν μια πλάκα που με υδραυλικό σύστημα ακουμπά στο έδαφος και ανυψώνει το όχημα στον αέρα. Σε αυτή τη θέση, το φορτηγό μετατρέπεται σε ένα κομπρεσέρ 20 τόνων, στέλνοντας σεισμικά κύματα στο υπέδαφος κάθε 10 sec. Oι επιφάνειες των γεωλογικών σχηματισμών δρουν σαν καθρέπτες και αντανακλούν τα κύματα πίσω στα "γεώφωνα", συσκευές οι οποίες τοποθετούνται σε διάφορες διατάξεις στην επιφάνεια. Τα γεώφωνα συνδέονται με μακρά δίκτυα καλωδίων. Στη συνέχεια ειδικά λογισμικά μοντελοποίησης λαμβάνουν τα δεδομένα που προκύπτουν και δημιουργούν χάρτες γεωλογικών δομών, οι οποίοι ερμηνεύονται από τους γεωλόγους για τον πιθανό εντοπισμό κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Η εφαρμογή όλων των παραπάνω μεθόδων στα αρχικά στάδια της έρευνας οδηγεί στη συλλογή δεδομένων τα οποία στη συνέχεια τα Κράτη ή οι εταιρείες γεωφυσικών ερευνών διαθέτουν σε ενδιαφερόμενες πετρελαϊκές εταιρείες. Με τα γεωφυσικά δεδομένα μειώνεται σε σημαντικότατο βαθμό το exploration risk. Οι πετρελαϊκές εταιρείες προτιμούν να γνωρίζουν όσο το δυνατόν περισσότερα από τις σεισμικές έρευνες πριν αναλάβουν το ρίσκο και τους οικονομικούς κινδύνους μιας γεώτρησης. ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΓΙΑ ΤΗ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗ ΜΙΑΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ΕΙΝΑΙ Η ΥΠΑΡΞΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΚΩΝ ΣΤΟΧΩΝ ΚΑΙ Η ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΣΤΗΝ ΟΠΟΙΑ ΑΥΤΗ ΘΑ ΕΚΤΕΛΕΣΤΕΙ.
Μετά την ικανοποίηση του πρώτου κριτηρίου (πιθανότητα ανακάλυψης κοιτάσματος υδρογονανθράκων και γνώση της γεωλογίας της περιοχής) για τη χωροθέτηση εξετάζονται τα σχετικά με την ασφάλεια των εγκαταστάσεων θέματα, προκειμένου να αποφευχθούν οι κίνδυνοι για το περιβάλλον και την υγεία των εργαζομένων, την ασφάλεια του γεωτρυπάνου καθώς και του συνόλου των εγκαταστάσεων. Ερευνώνται οι συνθήκες του πυθμένα (seafloor conditions) και οι κίνδυνοι της γεώτρησης σε μικρό ή μεγάλο βάθος διάτρησης. Οι κίνδυνοι που σχετίζονται με τον πυθμένα οφείλονται κυρίως στην ευστάθεια των πρανών και στη μέθοδο στήριξης των εξεδρών (platforms and drilling rigs). Οι κίνδυνοι της γεώτρησης σε μικρό ή μεγάλο βάθος διάτρησης οφείλονται κατά κύριο λόγο στον κίνδυνο ανεξέλεγκτης ανάβλυσης ελεύθερου φυσικού αερίου, την παρουσία υπερπιεσμένων, χαλαρών στρωμάτων άμμου που υδροφορούν, καθώς και στην παρουσία υπερπιεσμένων αργιλλικών στρωμάτων. Οι πιο σοβαρές περιπτώσεις είναι εκείνες στις οποίες ρευστά υψηλής πίεσης από τους γεωλογικούς σχηματισμούς ρέουν μέσα στη γεώτρηση. Η ανεξέλεγκτη, ή η κακώς ελεγχόμενη εισροή ρευστού αποτελεί ένα σημαντικό κίνδυνο και στις πλέον σοβαρές περιπτώσεις δημιουργεί έκρηξη ( blowout situations). Αυτοί είναι σοβαρότατοι κίνδυνοι τόσο για το φρεάτιο της γεώτρησης όσο και για τη διαδικασία διάτρησης. Γενικά η χωροθέτηση των εξεδρών πρέπει να γίνεται με κριτήριο την απουσία αρνητικών επιπτώσεων στο περιβάλλον ή στις υπάρχουσες τεχνητές κατασκευές εκπληρώνοντας παράλληλα τον στόχο της παραγωγής πετρελαίου και/ή Φυσικού Αερίου.