Come troviamo effettivamente il petrolio?

Scrivo di criptovalute, razzi e colonizzazione spaziale, ma il mio vero lavoro consisteva nella creazione di software per la modellazione geologica.

La modellazione geologica comporta la creazione di modelli al computer del sottosuolo, ovvero la struttura degli strati di roccia sotto terra. I geologi lo fanno per capire dove potrebbe esserci petrolio e dove dovrebbero perforare.

Quando ho imparato a conoscere la geologia al liceo ho trovato che fosse un argomento piuttosto noioso. Non ho trovato molto interessante memorizzare un sacco di tipi di roccia. Né ho visto alcun chiaro scopo o applicazione di questa conoscenza.

Lavorare come sviluppatore di software in questo campo, ha cambiato molto la mia prospettiva, al punto di pensare che in altre circostanze avrei potuto scegliere di essere un geologo.

Ciò che rende la geologia eccitante in questo contesto, è che scoprire dove si trova il petrolio, quanto c’è e puoi estrarlo al meglio, è come un elaborato lavoro investigativo. Il detective raccoglie vari indizi e li combinano per mettere insieme ciò che gli eventi devono essere accaduti, che porta al crimine.

Allo stesso modo i geologi devono raccogliere vari indizi o dati, per essere più specifici, che possono utilizzare per mettere insieme gli eventi geologici che si sono verificati.

Tutti i vari dati vengono raccolti e importati in software per la modellazione geologica. Questo software dispone di strumenti per analizzare i dati e cercare indizi che possono poi essere utilizzati per costruire un modello 3D del sottosuolo contenente tutte le caratteristiche importanti.

Idrocarburi come petrolio e gas non sono sparsi in modo del tutto casuale. Ci sono particolari caratteristiche geologiche che aumentano significativamente la probabilità che noi troviamo petrolio lì. Cercare il petrolio significa cercare queste caratteristiche geologiche.

Qualunque caratteristica stiamo cercando c’è un modello comune. Hai bisogno di una specie di trappola per l’olio. Il petrolio scorre verso l’alto e quindi stiamo cercando alcune caratteristiche geologiche che possano intrappolare il petrolio, in modo che si concentri in un’area limitata.

A differenza delle raffigurazioni tipiche dei cartoni animati di serbatoi di petrolio, l’olio non è immagazzinato sottoterra in una sorta di grotta cava. Per quanto strano possa sembrare, l’olio è effettivamente immagazzinato all’interno della roccia stessa. Naturalmente l’olio non può essere conservato in alcun tipo di roccia. Abbiamo bisogno di una roccia porosa con un sacco di piccole cavità e canali in cui l’olio può risiedere.

In genere significa una pietra arenaria. Quindi fondamentalmente una pietra che si è formata per compressione di sabbia. In un lontano passato, deve esserci stata una spiaggia, un fiume o qualcosa di simile che ha depositato sabbia in grandi quantità che poi è stata coperta da innumerevoli altri strati di roccia, applicando una pressione sufficiente sulla sabbia per trasformarla in pietra di sabbia.

La pietra di sabbia deve essere coperta sopra da una roccia a cappuccio, come lo scisto che non è permeabile. Questo è solo un modo elegante per dire che i liquidi non possono fluire attraverso la roccia.

Abbiamo anche bisogno che la roccia del cappuccio sia modellata come una sorta di imbuto, in modo che l’olio possa raccogliersi sotto di esso mentre si muove verso l’alto. Ci sono molti modi diversi in cui questo può accadere. Di seguito sono riportati vari esempi di formazioni rocciose che aiutano a intrappolare l’olio.

Quindi il geologo si concentra sulla localizzazione di tali formazioni rocciose, fatte di roccia del giusto tipo di tipo.

Trappole di guasto

Un guasto è quello che si ottiene quando due strati di roccia si spostano, uno rispetto all’altro. Quando ciò accade in genere si ottiene un terremoto. Quando uno si sposta in un angolo, si crea potenzialmente una trappola per l’olio.

Ecco perché quando fai la modellazione geologica capire dove sono i difetti è un grosso problema. Si vuole veramente individuare e modellare correttamente le linee di faglia.

Come mettere insieme il puzzle e costruire un modello

Per creare un modello in cui è possibile vedere i diversi tipi di strati di roccia, e la posizione di caratteristiche come difetti, che possono intrappolare l’olio.

Ai vecchi tempi, la gente perforava un po ‘ l’olio a caso per vedere se sarebbero stati fortunati e avrebbero trovato l’olio. Questo è il motivo per cui i grandi giacimenti petroliferi terrestri in Oklahoma o in California sembravano foreste di piattaforme petrolifere.

Dopo un po ‘diventavano un po’ più intelligenti e tiravano fuori campioni di roccia dai pozzi e da diverse profondità. Osservando questi campioni di roccia in luoghi diversi, potresti interpolare per indovinare come appariva il terreno in aree che non avevi ancora perforato. Ad esempio se trovi scisto e poi pietra di sabbia a 20 metri in una posizione, ma è a 40 metri di profondità in un’altra posizione, allora puoi concludere che la formazione rocciosa in mezzo non è completamente piatta.

Il passo successivo è stato quello di abbassare gli strumenti di misura con una corda e misurare le proprietà delle rocce sottostanti a diverse profondità. Potrebbe ad esempio essere fatto tentando di inviare corrente elettrica attraverso la roccia e vedere quanto bene conduce l’elettricità. La pietra di sabbia riempita d’acqua, ad esempio, conduce molto meglio che se è piena di petrolio o gas.

La misurazione a profondità diverse produce dati che chiamiamo registri di pozzi.

In Norvegia, dove vivo, non abbiamo pozzi petroliferi terrestri. Tutto il petrolio viene recuperato dalle piattaforme petrolifere offshore. Questo è uno dei motivi per cui la produzione di petrolio in Norvegia è iniziata molto più tardi di quanto si dica in Texas. È molto difficile perforare in mare. In Texas l’olio spesso non è molto più profondo di 20 metri. La prima scoperta di petrolio sullo scaffale norvegese era a quasi 3000 metri. Naturalmente in tali condizioni si può andare in giro per trivellare pozzi petroliferi a caso alla ricerca di petrolio.

I pozzi petroliferi onshore costano milioni, le piattaforme petrolifere costano miliardi. Per questo motivo le trivellazioni petrolifere offshore hanno spinto lo sviluppo della modellazione geologica utilizzando dati sismici. Le navi di indagine nel corso della giornata avrebbero fatto esplodere della dinamite per creare enormi onde sonore che viaggiavano attraverso l’acqua e il terreno.

Se pensi alla luce, sai che quando guardi nell’acqua, c’è un riflesso. Questo perché la luce si riflette all’intersezione tra materiali con proprietà diverse. È lo stesso con il suono. Quindi ogni volta che c’è un cambiamento nel tipo di roccia sotterranea, otterrai un riflesso del suono.

Un tipo di microfoni, chiamati idrofoni sono sparsi sulla superficie dell’acqua. Questi raccolgono le onde sonore riflesse. Gli idrofoni sono tirati dopo la nave di indagine in modo che possa muoversi e sparare sismico. Sparare sismico significa fondamentalmente generare suono (un segnale acustico) e registrarlo.

Questo viene trasformato in dati che chiamiamo cubi sismici. È una struttura voxel 3D, che nel software geologico viene mostrata colorando le risposte acustiche in diversi colori, in modo che ad es. le aree in cui c’era una forte riflessione hanno colori più brillanti.

Questo ci permette di avere un’idea della stratificazione delle rocce e della loro forma. Ciò che non dice è tuttavia quanto sono profonde queste diverse formazioni rocciose o di cosa sono fatte. Vediamo solo dove inizia e finisce una formazione rocciosa, misurata in millisecondi.

Questo è un concetto importante nella modellazione geologica. Quasi tutti i dati con cui lavoriamo sono contrassegnati con il dominio in cui si trova. Un dominio è il termine bag per indicare se le profondità sono misurate in unità di tempo o unità di lunghezza come metri o piedi.

Dobbiamo essere in grado di convertire questi dati basati sul tempo in dati basati sulla profondità. Questo è dove il lavoro investigativo entra in gioco. Possiamo combinare indizi. In genere abbiamo fatto alcune perforazioni di prova e registrato i registri dei pozzi. Ciò significa che a giudicare dai registri del pozzo possiamo vedere transizioni tra diversi strati di roccia misurati in profondità.

Possiamo confrontare questi registri con i dati sismici. Se siamo in grado di individuare un livello misurato nel tempo che assomiglia a un livello dal registro pozzo misurato in profondità, allora siamo in grado di assegnare un valore di profondità a un valore di tempo specifico.

Il modo in cui lo facciamo è piuttosto intricato. Possiamo ad esempio misurare le proprietà acustiche delle rocce con un registro di pozzo. A diverse profondità controlla quanto velocemente il suono viaggia attraverso la roccia. Ciò significa che attraverso una serie di calcoli complicati possiamo creare una sorta di falso segnale sismico che possiamo confrontare con il vero sismico. Un geologo può nel software allungare e spremere questo falso sismico fino a quando non corrisponde al sismico dalla nave di indagine nella zona intorno al pozzo.

Il software terrà traccia dello stretching e della spremitura per calcolare la relazione tra diverse profondità nel tempo. Una volta che abbiamo derivato questa relazione tra tempo e profondità in più pozzi, possiamo interpolarli tra loro usando il cubo sismico per guidarci.

Che ci permette di produrre mesh o superfici 3D misurate nel tempo chiamate orizzonti. Gli orizzonti indicano l’intersezione tra due diversi strati di roccia.

Non abbiamo finito a questo punto però. Dobbiamo capire che tipo di rocce esistono tra i diversi strati di roccia e le loro proprietà. Vogliamo anche conoscere le loro proprietà. Ad esempio, qual è la porosità dell’arenaria. Se ha una grande porosità, ha il potenziale per contenere molto olio. Ma se ha una bassa permeabilità, le piccole cavità non sono ben collegate e l’olio non può facilmente dal serbatoio nel pozzo petrolifero.

Ecco perché creiamo strutture dati chiamate zone che rappresentano l’area tra gli orizzonti. Guardando i log dei pozzi geologi cercano di determinare le proprietà della roccia e il tipo. Questo tipo di lavoro richiede molte statistiche e correlazione. I dati di registro che otteniamo sono cose come:

• Log gamma, misurando i raggi gamma emessi dalla roccia.
• Log di neutrini, misura densità di particelle di neutrini.
• Log di resistività. Misurare la resistenza elettrica.
• Sonic log, misurare il tempo necessario per il suono di viaggiare attraverso la roccia.

In breve nessuno misura direttamente le proprietà che stiamo cercando come porosità e permeabilità. Dobbiamo utilizzare le conoscenze sulle relazioni statistiche tra i log che abbiamo misurato e le proprietà a cui siamo interessati.

Ma non abbiamo ancora finito, perché la differenza tra i tipi di roccia non si verifica solo strato per strato. Ci avrebbe potuto essere fiumi serpeggianti, spiagge ecc che depositate sabbia che si trasformò in arenaria che vediamo. Abbiamo bisogno di una modellazione più dettagliata, perché il nostro serbatoio di petrolio non sarà un pezzo omogeneo di arenaria.

Ecco perché creiamo una griglia che significa che dividiamo l’intero modello in molte piccole celle, che sono tipicamente a forma di cubo. Ad ogni cella possiamo assegnare valori diversi per porosità, permeabilità e tipo di roccia.

Questo ci consente di eseguire calcoli di quanto spazio totale c’è nel serbatoio per l’olio.

Di solito un serbatoio è una cosa molto complessa. Ci sono diverse pressioni e come si producono fluidi petroliferi come olio, gas e acqua si muoverà all’interno del serbatoio e influenzare la quantità di olio si può produrre. Ecco perché eseguiamo simulazioni su questi modelli di griglia per prevedere come sarà la produzione di petrolio nel tempo.

Loop e cronologia corrispondenti

Il modo in cui ho presentato tutto questo finora è come se il processo si muovesse in una sola direzione tutto il tempo. Ma in realtà è costituito da anelli più grandi e più piccoli. Stai sempre guadagnando più dati nel tempo. Perfori più pozzi e ottieni più tronchi. Poiché si produce olio per un tempo più lungo, è possibile abbinare la produzione effettiva a ciò che si prevede. Noi chiamiamo che la storia di corrispondenza. Tutto questo viene utilizzato per migliorare continuamente il nostro modello geologico di un giacimento petrolifero in modo da poter scoprire nuovi posti per ottenere petrolio o avere una migliore idea della futura produzione di petrolio.

Avanti, Rappresentazione dei dati dei modelli geologici

Ok Ho lasciato fuori un sacco di dettagli, ma spero che questo ha dato una panoramica di come funziona un geologo e come troviamo il petrolio. Successivamente voglio scrivere di più sulle specifiche dei tipi di dati che usiamo per modellare il serbatoio dell’olio e il sottosuolo e su come sono correlati.

Il mio pubblico destinato sono persone che non sono geologi, ma che sono forse sviluppatori di software e vogliono capire meglio come questo tipo di software è fatto.