Hvordan Finder Vi Faktisk Olie?

jeg skriver om kryptovalutaer, raketter og rumkolonisering, men mit egentlige job involverede at lave programmer til geologisk modellering.

geologisk modellering indebærer oprettelse af computermodeller af undergrunden, hvilket betyder strukturen af lagene af sten under jorden. Geologer gør dette for at finde ud af, hvor der kan være olie, og hvor de burde bore.

når jeg lærer om geologi i gymnasiet, fandt jeg det at være et ret kedeligt emne. Jeg fandt det ikke meget interessant at huske en flok rocktyper. Jeg så heller ikke noget klart formål eller anvendelse af denne viden.

at arbejde som programmeludvikler på dette område ændrede mit perspektiv meget, til det punkt at tænke på, at jeg under andre omstændigheder kunne have valgt at være geolog.

det, der gør geologi spændende i denne sammenhæng, er at finde ud af, hvor olien er, hvor meget der er, og du bedst kan udtrække den, er som udførligt detektivarbejde. Detektivet henter forskellige spor og kombinerer dem for at samle, hvilke begivenheder der skal være sket, der fører op til forbrydelsen.

ligeledes skal geologerne indsamle forskellige spor eller data for at være mere specifikke, som han kan bruge til at samle de geologiske begivenheder, der er sket.

alle de forskellige data indsamles og importeres til programmel til geologisk modellering. Dette program har værktøjer til at analysere data og kigge efter spor, som derefter kan bruges til at opbygge en 3D-model af undergrunden, der indeholder alle de vigtige funktioner.

kulbrinter såsom olie og gas er ikke spredt omkring helt tilfældigt. Der er særlige geologiske træk, som signifikant øger sandsynligheden for, at vi finder olie der. At lede efter olie betyder at kigge efter disse geologiske træk.

uanset hvilken funktion vi leder efter, er der et fælles mønster. Du har brug for en slags oliefælde. Olie flyder opad, og derfor leder vi efter nogle geologiske træk, der kan fange olie, så den koncentrerer sig i et begrænset område.

i modsætning til typiske tegneseriebilleder af oliereservoirer opbevares olien ikke under jorden i en slags hul hule. Så mærkeligt som det lyder, er olien faktisk opbevaret inde i selve klippen. Selvfølgelig kan olie ikke opbevares i nogen form for sten. Vi har brug for en porøs sten med masser af små hulrum og kanaler, hvor olien kan opholde sig.

typisk betyder det en sandsten. Så dybest set en sten, der er dannet ved kompression af sand. I en fjern fortid må der have været en strand, flod eller noget lignende, der har deponeret sand i store mængder, som senere er blevet dækket af utallige andre lag af sten, der anvender tilstrækkeligt pres på sandet til at gøre det til sandsten.

sandstenen skal dækkes ovenfor af en hættesten, såsom skifer, der ikke er permeabel. Det er bare en fancy måde at sige, at væsker ikke kan strømme gennem klippen.

vi har også brug for, at cap rock skal formes som en slags tragt, så olie kan samle sig under den, når den bevæger sig opad. Der er mange forskellige måder, dette kan ske på. Nedenfor er forskellige eksempler på klippeformationer, der hjælper med at fange olien.

så geologen fokuserer på at lokalisere sådanne klippeformationer, lavet af sten af den rigtige type.

Fejlfælder

en fejl er, hvad du får, når to klippelag skifter i forhold til hinanden. Når det sker, får du typisk et jordskælv. Når man skifter op i en vinkel, skaber man potentielt en fælde for olien.

det er derfor, når du laver geologisk modellering at finde ud af, hvor fejlene er, er en big deal. Du vil virkelig finde og modellere dine fejllinjer korrekt.

Sådan samles puslespillet og bygger en Model

for at oprette en model, hvor du kan se de forskellige typer klippelag og placering af funktioner såsom fejl, som kan fange olie.

i gamle dage ville folk bare bore olie lidt tilfældigt for at se, om de ville få heldige og finde olie. Oklahoma eller Californien lignede skove af olierigge.

efter et stykke tid blev de lidt mere kloge, og de ville tage stenprøver fra brøndene og forskellige dybder. Ved at se på disse stenprøver på forskellige steder kunne du interpolere for at gætte, hvordan jorden så ud i områder, du ikke havde boret endnu. F. eks. hvis du finder skifer og derefter sandsten på 20 meter på et sted, men det er på 40 meters dybde på et andet sted, kan du konkludere, at klippeformationen imellem ikke er helt flad.

det næste trin var at sænke måleinstrumenterne ned med et reb og måle egenskaberne for klipperne nedenfor i forskellige dybder. Det kan f.eks. gøres ved at forsøge at sende elektrisk strøm gennem klippen og se, hvor godt den leder elektricitet. Sandsten fyldt med vand vil f.eks. lede meget bedre, end hvis den er fyldt med olie eller gas.

måling på forskellig dybde producerer data, vi kalder brøndlogfiler.

i Norge, hvor jeg bor, fik vi ingen landbaserede oliebrønde. Al olien hentes fra offshore olieplatforme. Det er en af grundene til, at olieproduktionen i Norge startede meget senere end i USA. Det er meget svært at bore til søs. Olien er ofte ikke meget dybere end 20 meter ned. Den første olieopdagelse på den norske hylde var næsten 3000 meter nede. Naturligvis under sådanne forhold kan du gå rundt boring oliebrønde tilfældigt på udkig efter olie.

oliebrønde på land koster millioner, olieplatforme koster milliarder. Af denne grund skubbede offshore olieboring udviklingen af geologisk modellering ved hjælp af seismiske data. Undersøgelsesskibe tilbage på dagen ville sprænge noget dynamit for at skabe massive lydbølger, der rejser gennem vandet og jorden.

hvis du tænker på lys, ved du, at når du ser i vandet, er der en refleksion. Det skyldes, at lys reflekterer i skæringspunktet mellem materialer med forskellige egenskaber. Det er det samme med lyd. Så når der er en ændring i typen af sten under jorden, får du en afspejling af lyden.

en type mikrofoner, kaldet hydrofoner, spredes over vandoverfladen. Disse samler de reflekterede lydbølger. Hydrofonerne trækkes efter undersøgelsesskibet, så det kan bevæge sig rundt og skyde seismisk. Optagelse af seismisk betyder dybest set at generere lyd (et akustisk signal) og optage det.

dette omdannes til data, vi kalder seismiske terninger. Det er en 3D-struktur, som i geologiske programmer vises ved at farve de akustiske reaktioner i forskellige farver, således at f. eks. områder, hvor der var en stærk refleksion, har lysere farver.

dette giver os mulighed for at få en fornemmelse af lagdelingen af klipper og deres form. Hvad det ikke fortæller er dog, hvor dybt disse forskellige klippeformationer er, eller hvad de er lavet af. Vi ser kun, hvor en klippeformation begynder og slutter, målt i millisekunder.

dette er et vigtigt begreb i geologisk modellering. Næsten alle data, vi arbejder med, er tagget med hvilket domæne det er i. Et domæne er posebetegnelsen for, om dybder måles i tidsenheder eller længdeenheder såsom meter eller fødder.

vi skal kunne konvertere denne tidsbaserede data til dybdebaserede data. Det er her detektivarbejdet kommer i spil. Vi kan kombinere spor. Vi har typisk lavet et par testboringer og registreret brøndlogfiler. Det betyder at dømme efter brøndlogfilerne kan vi se overgange mellem forskellige klippelag målt i dybden.

vi kan sammenligne disse logfiler med de seismiske data. Hvis vi kan finde et lag målt i tid, der ligner et lag fra brøndloggen målt i dybden, så er vi i stand til at tildele en dybdeværdi til en bestemt tidsværdi.

hvordan vi gør dette er ret indviklet. Vi kan f.eks. måle klippernes akustiske egenskaber med en brøndstamme. På forskellige dybder skal du kontrollere, hvor hurtigt lyden bevæger sig gennem klippen. Dette betyder gennem en masse komplicerede beregninger, at vi kan skabe et slags falsk seismisk signal, som vi kan sammenligne med den virkelige seismiske. En geolog kan i programmet strække og klemme denne falske seismiske, indtil den matcher seismikken fra undersøgelsesskibet i området omkring brønden.

programmet vil holde styr på stretching og klemme for at beregne forholdet mellem forskellige dybder i tide. Når vi har afledt dette forhold mellem tid og dybde i flere brønde, kan vi interpolere mellem dem ved hjælp af den seismiske terning til at guide os.

det giver os mulighed for at producere masker eller 3D-overflader målt i tid kaldet horisonter. Horisonter angiver skæringspunktet mellem to forskellige klippelag.

vi er dog ikke færdige på dette tidspunkt. Vi er nødt til at finde ud af, hvilken slags klipper der findes mellem de forskellige klippelag og deres egenskaber. Vi vil også gerne kende deres egenskaber. Hvad er sandstenens porøsitet. Hvis det har stor porøsitet, har det potentiale for at indeholde en masse olie. Men hvis det har lav permeabilitet, er de små hulrum ikke godt forbundet, og olien kan ikke let fra reservoiret ind i din oliebrønd.

derfor skaber vi datastrukturer kaldet områder, der repræsenterer området mellem horisonterne. Ved at se på brøndlogfilerne forsøger geologer at bestemme klippeegenskaber og type. Denne form for arbejde kræver en masse statistik og korrelation. De logdata, vi får, er ting som:

• Gamma logs, måling af gammastråler udsendt fra klippen.
• Neutrino logs, måling af neutrino partikeldensiteter.
• Resistivitetslogfiler. Mål den elektriske modstand.
• Sonic log, måle den tid det tager for lyd at rejse gennem klippen.

kort sagt måler ingen virkelig direkte de egenskaber, vi leder efter, såsom porøsitet og permeabilitet. Vi er nødt til at bruge viden om statistiske forhold mellem de logfiler, vi har målt, og de egenskaber, vi er interesseret i.

men vi er stadig ikke færdige, fordi forskellen mellem klippetyper ikke forekommer bare lag for lag. Der kunne have været bugtende floder, strande osv., som deponerede sand, der blev til den sandsten, vi ser. Vi har brug for en mere detaljeret modellering, fordi vores oliereservoir ikke bliver en homogen del af sandsten.

derfor skaber vi et gitter, der betyder, at vi opdeler hele vores model i masser af små celler, som typisk er terningformede. Til hver celle kan vi tildele forskellige værdier for porøsitet, permeabilitet og klippetype.

dette giver os mulighed for at udføre beregninger af, hvor meget samlet plads der er i reservoiret for olie.

normalt er et reservoir en meget kompleks ting. Der er forskellige tryk, og når du producerer olievæsker som olie, vil gas og vand bevæge sig rundt inde i reservoiret og påvirke, hvor meget olie du kan producere. Derfor kører vi simuleringer på disse gittermodeller for at forudsige, hvordan olieproduktionen vil være over tid.

Loops and History Matching

den måde, jeg har præsenteret alt dette hidtil, er som om processen bevæger sig i en retning hele tiden. Men det består virkelig af større og mindre sløjfer. Du får altid flere data over tid. Du bore flere brønde og få mere godt logs. Når du producerer olie over længere tid, kan du matche den faktiske produktion med det, du forudsagde. Vi kalder det historie matching. Alt dette bruges til løbende at forbedre vores geologiske model af et oliefelt, så vi kan opdage nye steder at få olie eller få en bedre ide om fremtidig olieproduktion.

næste, datarepræsentation af geologiske modeller

Okay jeg udeladte en masse detaljer, men jeg håber, at dette gav et overblik over, hvordan en geolog fungerer, og hvordan vi finder olie. Dernæst vil jeg skrive mere om specifikationerne for de datatyper, vi bruger til at modellere oliereservoiret og undergrunden, og hvordan de er relateret.

min målgruppe er mennesker, der ikke er geologer, men som måske er programmeludviklere og ønsker at forstå bedre, hvordan denne type programmer er lavet.