Olieudvinding i den Danske Undergrund - Rapport i NG

Side 1

Olie i den danske undergrund

STX 1.g

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 vil jeg

undersøge/iagttage hvordan man kan få olie ud af kalken.

Citeret fra opgavebeskrivelsen.

1.p

13/4 2012

STX 1.g

Side 2

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

1

Indholdsfortegnelse

Hvad jeg vil komme ind på i løbet af rapporten: ............................................................................................... 2 Formål: ............................................................................................................................................................... 2 Hypotese: ........................................................................................................................................................... 2 Udførelse: .......................................................................................................................................................... 3 Materialer: ......................................................................................................................................................... 3 Resultater (beregningsark og kommenter det): ................................................................................................ 3 Passede resultaterne med hypotesen? ............................................................................................................. 5 Hvordan de danske olieforekomster blevet dannet, og hvordan er olien havnet og blevet fanget i kalken? .. 5 Hvordan kan man optimere indvindingsgraden? .............................................................................................. 6

Diskussion/Konklusion: ...................................................................................................................................... 7

Fejlkilder: ........................................................................................................................................................... 8 Litteraturliste: .................................................................................................................................................... 8 OBS: ................................................................................................................................................................... 8

Side 3

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

2

Hvad jeg vil komme ind på i løbet af rapporten:

Jeg vil komme ind på hvad indvendingsgraden er i de danske oliereservoirer, hvordan det kan optimeres og hvilke flooding metoder som evt. kunne hjælpe med det. Jeg vil også komme ind på hvilke forskellige flooding metoder der findes og hvordan de fungerer og hvad de sekundære metoder er.

Derudover vil jeg forklare om det forsøg vi har lavet i timen, hvordan vi på beregningskemaet udregnet bla.

Indvendingsgraden i den kalkprøve vi fik udleveret.

Jeg vil også komme ind på hvordan de danske olieforekomster er blevet dannet, hvorfor det er så svært at vurdere hvornår olien slipper op og en del om de 3 geofysiske metoder til lokalisering af olieforekomster.

Formål:

Formålet med dette forsøg er, at opnå en grundlæggende forståelse af oliereservernes foranderlige natur og hvilke processer der bliver gennemgået før det endelige resultat bliver olie, samt gas.

Vi har også til hensigt at lave et forsøg, som illustrerer hvorledes indvindingsmetoder med flooding i kalkreservoirer i Nordsøen foregår.

Finde ud af hvad indvindingsgraden er, hvordan den kan bestemmes, hvad porøsitet er og hvilken effekt den har på mængden af olie i kalk, samt udvindingen af olie.

Hypotese:

Da vi har en oliemættet kalkprøve i en beholder med vand som dækker prøven fuldstændig, vil olien

naturligvis presse olien ud af kalkprøven da vand (1,000 g/cm³ massefylde) har en højere densitet end olie
(0,8 g/cm^{3} massefylde). Dette gør at olien der bliver presset ud af kalkprøven, vil lægge sig øverst i

beholderen (over vandet) fordi det er lettere end vand, og derfor vil olien befinde sig i den lille injektionssprøjte, som er fastgjort og tilsluttet over den store kolbe.

Side 4

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

3

Udførelse:

1. Vi målte vi længde og diameter på kalkprøven med olie.

2. Vi anbragte den oliemættede kalkprøve i en stor plast-injektionssprøjte, som vi fyldte med vand indtil prøven var helt dækket af vand. Stemplet satte vi forsigtigt i, mens sprøjten vendes med spidsen opad, sprøjten tømte vi for luft (så meget som muligt) og stillede i et stativ. Vi satte den lille injektionssprøjte fast i hullet på den store således, at vi senere var i stand til at trække olien ud uden, at trække for meget vand med.

3. Vi målte længden og diameteren af kalkprøven uden olie og vejede den.

4. Til sidst målte vi mængden af olie, som var presset ud af den oliemættede kalkprøve.

Materialer:

-En kalkprøve som er blevet kunstigt mættet med olie i et laboratorium, hvor den har ligget i bæger med olie i et vacuum-kammer og når luften lukkes ind i kammeret igen vil olien trykkes ind i prøven, hvorefter resultatet vil være at prøven er mættet med olie. Dette har til hensigt, at skabe en kunstig efterligning af oliemættet kalksten fra mange kilometer nede i jorden.

-Plastikinjektionssprøjter, en stor og en lille.

-Et skydelære til at måle kalkprøverne.

-En kalkprøve som ikke er mættet med olie og som kan bruges til at beregne kalkprøvens porøsitet.

Resultater (beregningsark og kommenter det):

Observation af forsøget: Allerede få minutter efter, at kalkprøven var blevet dækket af vand og injektionssprøjterne fastgjort til hinanden, kunne jeg tydeligt se små oliedråber løsrive sig fra kalkprøven og flyde op i den lille injektionssprøjte.

Ugen efter vi havde foretaget forsøget og vi igen kunne observere det, bemærkede man hurtigt den sorte olie - i den lille injektionssprøjte - som var tydeligt adskilt fra vandet. Der var ikke længere små oliedråber sivende ud fra kalkprøven og det skyldes, at kalkprøven sandsynligvis har været tømt fra det udvindelige olie.

Jeg bemærkede det ikke selv, men jeg kunne forestille mig, at kalkprøven muligvis er blevet lysere

(farvemæssigt) efter en uge under vand vandflooding-processen.

Beregninger: Vi fik i beregning A) af kalk-prøven uden olie, 49,58 % porøsitet i kalkprøven. Porøsiteten i en kalksten i de bedste lag er 40-45 %, det vil sige, at (hvis vi har regnet korrekt) var i besiddelse af en kalksten med en exceptionel porøsitet. Dette kan skyldes, at vores kalksten ikke befinder- eller har befundet sig i langt nede i jorden og ikke er udsat for samme tryk og temperatur.

Ud fra beregning B) af kalkprøven med olie, fik vi indvindingsgraden til 71,4 % i kalkprøven.

Da indvindingsgraden i den danske boreplatform i Nordsøen er på ca. 25 % og vores indvindingsgrad i kalkprøven er på 71,4 %, kan jeg roligt konstatere at vores indvinding har været yderst effektiv.

Side 5

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

4

Der er mange grunde til at indvindingsgraden i vores kalkprøve og indvindingsgraden i Nordsøen er forskellig, men jeg vil prøve at forklare nogle af dem, som jeg finder væsentlige.

At udvinde olie fra flere kilometers dybde er en hel anden sag end blot, at udvinde olie i et forsøgslokale med brug af vandflooding og ved 1 atmosfæres tryk.

Når man forsøger, at udvinde olie fra kalksten i mange kilometers dybde, er det i første omgang ikke sikkert at man rammer steder med kalksten med høj porøsitet.

Hvis man rammer et område med kalksten med høj porøsitet er det ikke forventeligt, at olien vil opretholde det samme tryk hele vejen op gennem rørene til boreplatformen. Hvorimod længden olien i vores forsøg skal gennemgå er omtrent 5 cm.

Side 6

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

5

Passede resultaterne med hypotesen?

Observationerne passede i høj grad til hypotesen, da olien i sprøjten efter kun få minutter allerede kunne ses sive ud fra kalkprøven. Olien lagde sig – i overensstemmelse med hypotesen – også i toppen af den lille injektionssprøjte, som er grundet forskellen på de to væskers densitet, hvor vand har den højeste densitet og olie den laveste, og derfor vil olien flyde ovenpå vandet.

Hvordan er de danske olieforekomster blevet dannet, og hvordan er olien havnet og blevet fanget i kalken?

Først er det vigtigt at vide hvilke faktorer, som er afgørende før der kan dannes olie.

• Organisk materiale

• Aflejring under iltfrie forhold

• Tid

• Temperatur

• Tryk

Olie er rester fra en anaerob-proces, hvor organisk materiale som alger, mikroorganismer, pollen og planterester er blevet aflejret og pga. den anerobe-proces, ikke gået i forrådnelse. Et anaerobt miljø kan typisk findes på havets bund hvor ilt ikke er tilstedeværende til – i stedet –, at skabe en aerob-proces.

Det organiske materiale er over mange millioner år, blevet udsat for den rette temperatur og tryk og da olie er en væske, blevet presset ind i kalkstenens porer forudsat, at kalkstenen har den rette porøsitet til at kunne lagre olie (Porøsitet er: hvor stor en procentdel af en jordart, som udgøres af hulrum – også kaldet porer. Porøsiteten: angiver hvor meget vand en given jordart kan indeholde).

Side 7

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

6

Hvordan kan man optimere indvindingsgraden?

I de danske oliereservoirer er indvendingsgraden kun ca. 25 %.

For at optimere indvindingsgraden kan man i stedet for, at bruge vandflooding-metoden, bruge andre metoder til, at hente olie op fra undergrunden.

En meget lovende og tillokkende metode går ud på, at pumpe CO2 ned i undergrunden således, at CO2’en blander sig med olien og gør den tyndtflydende og dermed lettere at få op.

Denne metode forskes der meget i, da man både er interesseret i at øge indvindingsgraden af olie og slippe af med CO2, dette kunne skabe et ”win-win” for olieproduktionen.

En anden metode går ud på, at blande nogle kemikalier fra injektionsvandet, som vil mindske oliens overfaldespænding og derpå vil olien nemmere befries fra kridtet og på den måde nemmere blive udvundet.

En helt anden metode går ud på, at udnytte det faktum at olie flyder lettere hvis det bliver varmet op.

Dette er muligt hvis man evt. pumper ilt ned i reservoiret og antenner en del af olien. Det samme kan opnås hvis der pumpes varm damp ned i reservoiret.

Det ”nemmeste og enkleste” ville være, at forske i forbedring af flooding metoderne og derpå øge indvindingsgraden.

Der bruges også de sekundære metoder som går ud på, at lave horisontale boringer, hvor man borer ned i reservoirerbjergarten og bøjer røret under tryk, hvorved det bliver muligt, at lave forgreninger ud fra det selvsamme borehul. Da de horisontale boringer kræver stor præcision og dygtighed, kræver det gode færdigheder indenfor emnet, dette er vi rent faktisk gode til i Danmark. Ved de sekundære boringer bruges der som hovedregel vandflooding.

Side 8

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

7

Diskussion/Konklusion:

Grunden til at det er så svært at vurdere hvornår olien slipper op er, at man for det første ikke ved præcist hvor der er olie og hvor meget. Man har ”gættet” sig til hvor der befinder sig olie ved hovedsageligt, at bruge en blanding af 3 geofysiske metoder:

• Gravimetri

• Magnetometri

• Seismik

Ved Gravimetri og Magnetometri skaber man et overbliksbillede af et stort område, med relativt ringe detaljeringsgrad, som bruges i den indledende fase af olieefterforskingen. Seismik er derimod en af de mest effektive metoder til at lokalisere oliefælder. Næste skridt efter undersøgelserne af undergrunden, er en prøveboring, før en egentlig produktion bliver iværksat.

Gravimetri: Ved Gravimetri benytter man sig af, at forskellige materialer i undergrunden har forskellig massefylde og derved også en forskellig tiltrækningskraft. Da grundfjeld og kalkbjergarter har en højere massefylde end salt, og derpå kan geologerne få et førstehåndsindtryk af undergrunden (Oliespekulanter køber typisk disse overbliksbilleder af geologer, som specialiserer sig inden for dette emne).

Seismik: Ved seismik opstilles en kilde som udsender trykbølger, det kunne eksempelvis være en luftkanon, og lang række mikrofoner som har til hensigt, at opfange signalet fra kilden. Når mikrofoner befinder sig i vand kaldes de hydrofoner og på land geofoner. Seismik går i hovedtræk ud på at forskellige jordlag reflekterer trykbølger forskelligt, og derved kan der udarbejdes en form for ultralydsbillede af undergrunden. Man kan ved brug af denne metode finde oliefælder, som man kan lokalisere babyfostre i gravide kvinder (Oliefælde: ”Enhver form for barriere i undergrunden, der standser kulbrinters videre bevægelse opad ved migration og derved bevirker, at disse akkumuleres”).

Seismik danner et langt mere detaljeret billede af undergrunden end gravimetri og magnetometri, men er grundet de store omkostninger, bruges det kun over et mindre areal.

Side 9

Naturgeografi | Olieforsøg | | 1.p

Lærer: Tryggve Sveinbjørnsson

8

Ifølge en artikel udgivet af Politiken i 2008 (se litteraturliste), vil olien slippe op i år 2030 baseret på en hypotese omkring den voksende efterspørgsel og naturligvis kun tal fra den daværende indvendingsgrad af oliereservoirene. Teknikker og forbedringer af flooding metoderne siden år 2008 har højst sandsynligt ændret sig og derfor vil jeg mene, at man kan forskyde tidspunktet for ”oliestop” nogle år endnu.

Det er meget besværligt, at forudse hvornår olien vil slippe op fordi man i princippet ikke ved nøjagtigt hvor meget olie der er tilgængeligt, på nuværende tidspunkt. Ved at forbedre flooding metoderne vil indvendingsgraden øges og derpå vil man udvinde mere olie, hvilket også vil udskyde tidspunktet for ”oliestop”.

Fejlkilder:

Da vi skulle have vores olie i den lille injektionssprøjte frakoblet den store, tabte vi noget af olien på gulvet, hvilket må have medført delvist forkerte resultater.

Da vi har lavet et forsøg på ”landjorden” og med vores simple forsøg. Kan det ikke direkte sammenlignes med en rigtig olieudvinding i mange kilometers dybde, med anderledes tryk og temperatur osv…

Der var også lidt luft i den lille injektionssprøjte hvilket delvist kan have mindsket trykket, så ikke al den tilgængelige olie blev udvundet.

Men dette forsøg kan selvfølgelig give os en indikation af hvordan det foregår og kan sammenlignes – dog i et mindre forhold.

Litteraturliste:

http://da.wikipedia.org/wiki/Olieudvinding
http://www.geus.dk/publications/aarsberetning99/aab99-03.htm
http://viden.jp.dk/galathea/undervisning/temaartikler/default.asp?cid=27865
http://ing.dk/artikel/69112-danmark-gaar-glip-af-milliarder-af-oliekroner
http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Geologi_og_kartografi/Oliegeologi/olief%C3

%A6lde

http://politiken.dk/indland/ECE597031/rapport-olien-slipper-op-i-2030/

Opgavebeskrivelsen.

Bogen ”Naturgeografi – vores verden” 1. udgave, 2. opslag 2011 af Jimmy Mangelsen, Asger N. Kristiansen, Allan Andreasen Kortnum og Anders Teglgaard Kjær.

OBS:

Jeg har til forsøget arbejdet sammen med Camilla B, Cecilie C og W. Derfor er det muligt, at vores opgaver delvist tager udgangspunkt i det samme, mest sandsynligt i opgaven med ”Beregning”, hvor vi alle har en kopi af det samme svars ark.