Think Outside The Box

Transindex rovatok


Aktualitás | 18.12.2012

Geológiai kisokos: hogyan alakul ki a kőolaj és a földgáz?

Olajmező Kaliforniában. Fotó: Keturah Stickann/flickr.com

Időről időre találkozunk a sajtóban olyan beszámolókkal, amelyek arról adnak hírt, hogy egy energiaipari vállalat mekkora mennyiségű szénhidrogén mezőt fedezett fel és ennek mekkora gazdasági jelentősége van. Sajnos sok esetben ezek az információk részben vagy egészben pontatlanok. Emellett számos híradás szól minden szakértelmet és tudományos hátteret nélkülözve a nem hagyományos mezők kitermelési technológiájának veszélyeiről. Cikksorozatunkban azon természeti folyamatokat mutatjuk be, amelyek során a szénhidrogén készletek kialakultak, valamint a hagyományos kőolajmezők jelentőségét és a nem hagyományos mezők szerepét a világ energiaellátásában.

Bartha István Róbert

A szénhidrogének még napjainkban is a legjelentősebb energiahordozónak számítanak. Nem mellesleg számos iparág (vegyi-, gyószer-, élelmiszer-, textilipar, stb.) alapanyagként felhasználja a szénhidrogén származékokat. Így legalább annyira fontos az ipari felhasználásuk, mint az energiahordozóként betöltött szerepük. Ahhoz, hogy megértsük a szénhidrogének jelentőségét és kitermelésük problematikáját, elengedhetetlen a keletkezési és felhalmozódási körülményeiknek az ismerete, azaz megfelelő ismeretekkel kell rendelkezzünk azokról a természetben lezajló folyamatokról, amelyek során kialakultak Földünk kőolaj-és földgázkészletei.

A szénhidrogéntelepek létrejöttének öt alapfeltétele van, amelyeknek maradéktalanul teljesülnie kell, ahhoz hogy létrejöhessen egy hagyományos, vagy nem hagyományos módszerrel kitermelésbe vonható szénhidrogén mező. Fontos pontról pontra megvizsgálni ezeket, valamint a hozzuk társuló folyamatokat.

Érett anyakőzet. Földünk felszínének alakja (geomorfológiája) a földtörténeti múlt folyamán jelentősen eltért a maitól. A különböző hajdani óceánok és beltengerek medencéiben az évmilliók során egysejtű és többsejtű élőlények milliárdjai pusztultak el, tetemük leülepedett az aljzaton és felhalmozódott, amennyiben óceánfenéken erre megfelelő körülmények voltak (például oxigénszegény környezet). A sekély, part menti tengerrészekben és szárazföldi mocsarakban kedvező körülmények között szintén nagy mennyiségű szerves anyag halmozódott fel.

A változás a mai geomorfológiához és kontinenselrendeződéshez viszonyítva lenyűgöző: Földünk felszíne a jura időszakban, 195 millió évvel ezelőtt. Forrás: scotese.com

Az évezredek és évmilliók során ezekre a szerves üledékekre finomszemcsés szervetlen fedőkőzetek települtek, ezáltal a szerves anyag tartalmú részek mélyebbre kerültek. Így a megemelkedett hőmérséklet és a nyomás, valamint az anoxikus (oxigénmentes) környezet hatására beindulhatott a szerves anyagok átalakulása szénhidrogénekké. A szerves anyag betemetődésével rothadó iszap, szapropél jött létre, ami további betemetődéssel sötétszürke bitumenes kőzetté, a kőolaj és földgáz anyakőzetévé alakult. A folyamat kiindulási anyaga, az élőlényeket felépítő fehérje-, zsír- és szénhidrát-molekulák elmeikre (C, H, N, O) bomlottak, hogy a megnövekedett hőmérséklet és nyomásviszonyok mellett szénhidrogén-molekulákká álljanak össze.

A szerves anyagok minőségi mutatói, illetve az érési (átalakulási) környezet hőmérsékleti és mélységi viszonyainak függvénye az, hogy a szerves anyag kőolajjá vagy földgázzá alakul át.

Az érsi folyamat is több fázisból áll. Az első fázis az úgynevezett diagenezis, amely során a biogén eredetű molekulák (biopolimerek) átalakulnak úgynevezett geopolimerekké, ezáltal a szerves anyag kerogénné alalkul. A kerogén egy átmeneti állapot a szerves anyagok és szénhidrogének között. A mikroszkopikus szerves eredetű roncsok még felismerhetőek, de szerves oldószerekben már nem oldódnak. A diagenezis 60 °C-ig és 1-2-km mélységig tart.

Ezt követően történik a kategenézis, azaz a kerogénből apró cseppek formájában elkezdődik a földgáz és a kőolaj elkülönülése. Ezen folyamatok a 60-175 °C hőmérséklet tartományban játszódnak le, 4 km körüli maximális mélységben. Ez a kőolaj képződésének a tartománya, ezért ezt a szakaszt kőolaj ablaknak is nevezik.

Ha az érési folyamat ennél is nagyobb hőmérsékleten megy végbe, akkor a metagenézisnek nevezett folyamat során a kerogénből történő direkt elkülönülés megszűnik és főként metán keletkezik a kategenézis során elkülönült szénhidrogének termális átalakulása során. Ez a szakasz a földgázképződésnek a tartománya.

Az anyakőzetben kialakult földgáz, kőolaj a fizikai törvényeinek következtében vándorlásnak indul a földkéreg felsőbb rétegei felé. Például a kőzetnyomás vagy a kőzetpórusokban igen gyakori víz felhajtó ereje addig tolta felfele a folyadék és gáz halmazállapotú szénhidrogéneket, amíg egy át nem eresztő kőzetrétegbe, azaz nem permeábilis (permeabilitás – áteresztőképesség) fedőkőzetbe ütköztek. Ezt a folyamatot nevezzük migrációnak.

Ideális esetben a fedőkőzet alatt a szénhidrogének megtartásra alkalmas (magas porozitású és permeabilitású) tárolókőzet (rezervoár) található.

A migráció folyamatát két részre oszthatjuk, az elsődleges migráció során az anyakőzetben való vándorlást nevezzük, ez a folyamat a tárolókőzetbe való eljutásig tart. A másodlagos migráció során a szénhidrogének a tárolókőzetben vándorolnak mindaddig, amíg egy fedőkőzetbe nem ütköznek.

A tárolókőzet egyik legfontosabb tulajdonsága a porozitása, ami lehet elsődleges porozitás (a kőzet kialakulásakor jön létre), vagy másodlagos porozitás (külső erők hatásra kőzetben repedésrendszerek alakulnak ki, ezáltal megnő pórusok térfogata).

Ezek a rétegzett földtani szerkezetek nem mindig párhuzamosan, síkszerűen helyezkednek el, hanem a tektonikai erők hatására alakváltozáson mentek keresztül, meggyűrődve, elvetődve olyan csapdának nevezett szerkezetekbe rendeződtek, amelyek évmilliókig képesek magukban őrizni a szénhidrogén ásványkincseket.

A szénhidrogéncsapdák leggyakoribb típusa, az antiklináis szerkezet, amely a rétegek alakváltozása során jön létre.

Láthatjuk tehát, hogy a tévhitekkel ellentétben a földgáz, illetve kőolaj nem hatalmas térfogatú üregben csapdázódik, hanem a likacsos, repedezett kőzetek (mészkő, homokkő) pórusainak millióiban. Ezért is helytelen az elképzelés, hogy egy tározó kitermelése után egy olyan nagytérfogatú és összefüggő üreg marad a mélyben, ami beomolva katasztrófát idézhet elő.

Sorozatunk második részében, megismerkedhetünk a hagyományos és az óriás mező fogalmával, ezek típusaival/fajtáival, néhány kutatási és kitermelési módszerrel.

Felhasznált irodalom:
Somfai Attila., Kőolajföldtan. Egyetemi jegyzet. Tankönyvkiadó,
G.v Chilingar, L.A. Buryakovsky, N.A. Ermenko, M.V. Gorfunkel.,2005. Geology and Geochemistry of oil and gas – Developements in Petroleum Science. vVol.52. p.19-35, p. 135-141,
Hartai Éva.,2003. A változó Föld. Miskolci Egyetem Kiadó. p. 60-62.

Címkék: , , ,

Egy hozzászólás

  1. A hozzászólás szerzője: Silye Lóránd
    Közzétéve: 19.12.2012, 12:36 am

    A szerző a kolozsvári Babeș-Bolyai Tudományegyetem, Földtan Intézete, Mérnök geológia szakának, negyedéves hallgatója.

Szólj hozzá!