Hur Hittar Vi Faktiskt Olja?

jag skriver om kryptomarginaler, raketer och rymdkolonisering men mitt faktiska jobb involverade att göra programvara för geologisk modellering.

geologisk modellering innebär att man skapar datormodeller av underytan, vilket betyder strukturen hos bergskikten under marken. Geologer gör detta för att ta reda på var det kan finnas olja och var de borde borra.

när jag lärde mig om geologi i gymnasiet tyckte jag att det var ett ganska tråkigt ämne. Jag tyckte inte att det var väldigt intressant att memorera en massa bergarter. Inte heller såg jag något tydligt syfte eller tillämpning av denna kunskap.

att arbeta som mjukvaruutvecklare inom detta område förändrade mitt perspektiv mycket, så att jag under andra omständigheter kunde ha valt att vara geolog.

vad gör Geologi spännande i detta sammanhang, är att ta reda på var oljan är, hur mycket det finns och du kan bäst extrahera den, är som utarbetat detektivarbete. Detektiven plockar upp olika ledtrådar och kombinerar dem för att pussla ihop vilka händelser som måste ha hänt, vilket ledde fram till brottet.

på samma sätt måste geologerna samla in olika ledtrådar eller data, för att vara mer specifika, som han kan använda för att sammanfoga de geologiska händelser som har inträffat.

alla olika data samlas in och importeras till programvara för geologisk modellering. Denna programvara har verktyg för att analysera data och leta efter ledtrådar som sedan kan användas för att bygga upp en 3D-modell av underytan som innehåller alla viktiga funktioner.

kolväten som olja och gas sprids inte helt slumpmässigt. Det finns särskilda geologiska egenskaper som avsevärt ökar sannolikheten för att vi hittar olja där. Letar du efter olja betyder att du letar efter dessa geologiska egenskaper.

oavsett vilken funktion vi letar efter finns det ett vanligt mönster. Du behöver någon form av oljefälla. Olja strömmar uppåt och så letar vi efter några geologiska egenskaper som kan fånga olja, så att den koncentreras i ett begränsat område.

till skillnad från typiska tecknade skildringar av oljereservoarer lagras inte oljan under jord i en slags ihålig grotta. Så konstigt som det låter lagras oljan faktiskt inuti själva berget. Naturligtvis kan olja inte lagras i någon form av sten. Vi behöver en porös sten med massor av små håligheter och kanaler där oljan kan bo.

vanligtvis betyder det en sandsten. Så i grunden en sten som har bildats genom kompression av sand. I något avlägset förflutet måste det ha funnits en strand, flod eller något liknande som har deponerat sand i stora mängder som senare har täckts av otaliga andra lager av sten och applicerat tillräckligt med tryck på sanden för att göra den till sandsten.

sandstenen måste täckas ovan av en kappsten, som skiffer som inte är permeabel. Det är bara ett fint sätt att säga att vätskor inte kan strömma genom berget.

vi behöver också cap rock formas som någon form av tratt, så att olja kan samlas under den när den rör sig uppåt. Det finns många olika sätt att detta kan hända. Nedan finns olika exempel på klippformationer som hjälper till att fånga oljan.

så geologen fokuserar på att hitta sådana bergformationer, gjorda av sten av rätt typ av typ.

Felfällor

ett fel är vad du får när två berglager skiftar i förhållande till varandra. När det händer får du vanligtvis en jordskalv. När man växlar upp i en vinkel skapar du potentiellt en fälla för oljan.

det är därför när du gör geologisk modellering att ta reda på var felen är är en stor sak. Du vill verkligen hitta och modellera dina fellinjer korrekt.

hur man pusslar ihop pusslet och bygger en modell

för att skapa en modell där du kan se olika typer av berglager och placering av funktioner som fel, som kan fånga olja.

i gamla dagar skulle folk bara borra olja lite slumpmässigt för att se om de skulle ha tur och hitta olja. Det är därför stora landbaserade oljefält i t.ex. Oklahoma eller Kalifornien såg ut som skogar av oljeplattformar.

efter ett tag blev de lite smartare och de skulle ta ut stenprover från brunnarna och olika djup. Genom att titta på dessa bergprover på olika platser kan du interpolera för att gissa hur marken såg ut i områden du inte hade borrat ännu. Ex. om du hittar skiffer och sedan sandsten på 20 meter på en plats, men på 40 meters djup på en annan plats, kan du dra slutsatsen att bergformationen däremellan inte är helt platt.

nästa steg var att sänka ner mätinstrument med ett rep och mäta egenskaperna hos klipporna nedan på olika djup. Det kan t.ex. göras genom att försöka skicka elektrisk ström genom berget och se hur bra den leder elektricitet. Sandsten fylld med vatten kommer t.ex. att leda mycket bättre än om den är fylld med olja eller gas.

mätning på olika djup producerar data som vi kallar väl loggar.

i Norge, Där jag bor, har vi inga landbaserade oljebrunnar. All olja hämtas från oljeplattformar till havs. Det är en av anledningarna till att oljeproduktionen i Norge startade mycket senare än i Texas. Det är mycket svårt att borra till sjöss. I Texas är oljan ofta inte mycket djupare än 20 meter ner. Den första oljeupptäckten på den norska hyllan var nästan 3000 meter ner. Naturligtvis under sådana förhållanden kan du gå runt borrning oljebrunnar på måfå söker olja.

oljebrunnar på land kostar miljoner, oljeplattformar kostar miljarder. Av denna anledning drev oljeborrning till havs utvecklingen av geologisk modellering med hjälp av seismiska data. Undersökningsfartyg tillbaka på dagen skulle spränga lite dynamit för att skapa massiva ljudvågor som reser genom vattnet och marken.

om du tänker på ljus vet du att när du tittar i vattnet finns det en reflektion. Det beror på att ljus reflekterar i skärningspunkten mellan material med olika egenskaper. Det är samma sak med ljud. Så när det finns en förändring i typen av berg under jord, kommer du att få en återspegling av ljudet.

en typ av mikrofoner, som kallas hydrofoner, är spridda över vattenytan. Dessa samlar de reflekterade ljudvågorna. Hydrofonerna dras efter undersökningsfartyget så att det kan röra sig och skjuta seismiska. Att skjuta seismisk betyder i princip att generera ljud (en akustisk signal) och spela in den.

detta omvandlas till data som vi kallar seismiska kuber. Det är en 3D voxel-struktur, som i geologisk programvara visas genom att färga de akustiska svaren i olika färger, så att t. ex. områden där det var en stark reflektion har ljusare färger.

detta gör att vi kan få en känsla av skiktning av stenar och deras form. Vad det inte säger är dock hur djupt dessa olika klippformationer är eller vad de är gjorda av. Vi ser bara var en bergformation börjar och slutar, mätt i millisekunder.

Detta är ett viktigt begrepp inom geologisk modellering. Nästan alla data vi arbetar med är taggade med vilken domän den är i. En domän är påsetermen för huruvida djup mäts i tidsenheter eller längdenheter som Meter eller fötter.

vi måste kunna konvertera denna tidsbaserade data till djupbaserade data. Det är här detektivarbetet spelar in. Vi kan kombinera ledtrådar. Vanligtvis har vi gjort några testborrningar och inspelade brunnsloggar. Det betyder att döma av brunnsloggarna kan vi se övergångar mellan olika berglager uppmätta i djupet.

vi kan jämföra dessa loggar med seismiska data. Om vi kan hitta ett lager uppmätt i tid som ser ut som ett lager från brunnsloggen uppmätt i djup, kan vi tilldela ett djupvärde till ett visst tidsvärde.

hur vi gör detta är ganska invecklat. Vi kan t.ex. mäta de akustiska egenskaperna hos stenar med en brunnslogg. På olika djup kontrollera hur snabbt ljudet färdas genom berget. Det betyder genom en massa komplicerade beräkningar att vi kan skapa en slags falsk seismisk signal som vi kan jämföra med den verkliga seismiska. En geolog kan i mjukvaran sträcka och pressa denna falska seismik tills den matchar seismiken från undersökningsfartyget i området runt brunnen.

programvaran kommer att hålla reda på sträckningen och klämma för att beräkna förhållandet mellan olika djup i tid. När vi har härlett detta förhållande mellan tid och djup i flera brunnar kan vi interpolera mellan dem med hjälp av den seismiska kuben för att vägleda oss.

som tillåter oss att producera maskor eller 3D-ytor mätt i tid som kallas horisonter. Horisonter indikerar korsningen mellan två olika berglager.

vi är dock inte färdiga vid denna tidpunkt. Vi måste ta reda på vilken typ av stenar som finns mellan de olika berglager och deras egenskaper. Vi vill också veta deras egenskaper. T. ex. Vad är sandstenens porositet. Om den har stor porositet har den potential att innehålla mycket olja. Men om den har låg permeabilitet är de små hålrummen inte väl anslutna och oljan kan inte lätt från behållaren till din oljebrunn.

det är därför vi skapar datastrukturer som kallas zoner som representerar området mellan horisonterna. Genom att titta på brunnsloggarna försöker geologerna bestämma bergegenskaper och typ. Denna typ av arbete kräver mycket statistik och korrelation. Loggdata vi får är saker som:

• Gamma loggar, mätning av gammastrålar som emitteras från berget.
• Neutrino loggar, mätning neutrino partikeldensiteter.
• resistivitetsloggar. Mät det elektriska motståndet.
• Sonic log, mät den tid det tar för ljudet att resa genom berget.

kort sagt ingen mäter verkligen de egenskaper Vi är efter, såsom porositet och permeabilitet. Vi måste använda kunskap om statistiska samband mellan de loggar vi har mätt och de egenskaper vi är intresserade av.

men vi är fortfarande inte färdiga, eftersom skillnaden mellan bergarter inte uppstår bara lager för lager. Det kunde ha varit slingrande floder, stränder etc som deponerade sand som förvandlades till sandstenen vi ser. Vi behöver en mer detaljerad modellering, eftersom vår oljebehållare inte kommer att vara en homogen Bit sandsten.

det är därför vi skapar ett rutnät vilket innebär att vi delar upp hela vår modell i massor av små celler, som vanligtvis är kubformade. Till varje cell kan vi tilldela olika värden för porositet, permeabilitet och bergstyp.

detta gör att vi kan utföra beräkningar av hur mycket totalt utrymme det finns i behållaren för olja.

vanligtvis är en reservoar en mycket komplex sak. Det finns olika tryck och när du producerar oljevätskor som olja, gas och vatten kommer att röra sig inuti behållaren och påverka hur mycket olja du kan producera. Det är därför vi kör simuleringar på dessa nätmodeller för att förutsäga hur oljeproduktionen kommer att bli över tiden.

Loops and History Matching

hur jag har presenterat allt detta hittills är som om processen rör sig i bara en riktning hela tiden. Men egentligen består det av större och mindre slingor. Du får alltid mer data över tiden. Du borrar fler brunnar och får mer väl loggar. När du producerar olja över längre tid kan du matcha den faktiska produktionen med vad du förutspådde. Vi kallar det historikmatchning. Allt detta används för att kontinuerligt förbättra vår geologiska modell av ett oljefält så att vi kan upptäcka nya platser för att få olja eller få en bättre uppfattning om framtida oljeproduktion.

därefter datarepresentation av geologiska modeller

Okej jag utelämnade mycket detaljer, men jag hoppas att detta gav en översikt över hur en geolog fungerar och hur vi hittar olja. Därefter vill jag skriva mer om detaljerna i de datatyper vi använder för att modellera oljebehållaren och underytan, och hur de är relaterade.

min avsedda publik är människor som inte är geologer men som kanske är mjukvaruutvecklare och vill förstå bättre hur denna typ av programvara görs.