زمین – سیاره ای در حال رشد

تقریباً ۴۶۰۰ میلیون سال پیش، زمین از توده هایی شامل تکه‌های بزرگ و کلفت مواد به سیاره‌ای دیگر با قاره‌ها، اقیانوس‌ها و جو تبدیل شد.
سیاره‌ی اولیه به دلیل اجسامی که در سرعت‌های بالا به آن برخورد می‌کردند، شروع به گرم شدن کرد.
۳ فرایند اصلی در گرم نگه داشتن زمین شرکت دارند.

1. برخورد(انفجار)
2. فشار وزن مواد
3. واپاشی ماد رادیواکتیو

در ابتدا فشار یا تراکم، دمای درونی زمین را تا °۱۰۰۰ (به طور میانگین) بالا برده است. مواد رادیواکتیو نیز تاثیر عمیقی بر رشد زمین داشت. واپاشی عناصر رادیو اکتیو در افزایش دمای درونی زمین تا °۲۰۰۰ (به طور میانگین) شرکت داشت، دمایی که در آن آهن ذوب می شود. این پدیده‌ی مهمی است، زیرا ذوب آهن که یک سوم زمین را می‌سازد، باعث شروع فرایندهایی می شود که زمین را به همان صورتی که امروزه می‌بینیم . آهن چگال‌تر از دیگر عناصر معمول زمین می‌باشد، وقتی آهن ذوب می‌شود، هسته‌ی زمین را تشکیل می‌دهد.
دیگر مواد مذاب سبک‌تر هستند و لایه‌های بالایی را تشکیل می‌دهند. سبک‌ترین آنها به بالاترین قسمت رفته، سرد شده و پوسته را تشکیل می‌دهند.

لایه‌های زمین‌شناسی

مقطع عرضی زمین

انتقال رسوبات

زمین از ۳ لایه اصلی تشکیل می شود:

1. هسته
2. گوشته
3. پوسته

پوسته لایه‌ای است که در زمین‌شناسی نفت از اهمیت بالایی برخوردار است. زمین شناسی بین پوسته‌ی اقیانوسی و پوسته‌ی قاره‌ای تمایز قایل می‌شود. پوسته‌ی اقیانوس در زیر اقیانوس قرار دارد و ضخامت آن حدود ۷-۵ مایل(۸-۱۱ کیلومتر) می باشد و از سنگ‌های سنگینی که از انجماد مواد مذاب ( ماگما ) حاصل می‌شود، تشکیل می‌شود.
پوسته‌ی قاره‌ای ضخامتی حدود ۱۰-۳۰ مایل (یا ۱۶-۴۸ کیلومتر) دارد و سنگ‌های تشکیل دهنده‌ی آن از سنگ‌های پوسته‌ی اقیانوسی سبک‌تر است.

پوسته

پوسته دائماً در حال تغییر و حرکت است. ۲ نیروی اصلی فعالیت‌های کوهزایی و فرایندهای هوازدگی – فرسایش عامل این تغییر هستند. کوهزایی فرایندی است که لایه‌های پوسته شکسته شده و به بالا حرکت می‌کنند.
مانند فرایندهای تکنونیک صفحه‌ای و آتشفشانی، هوازدگی و فرسایش نیروهایی هستند که در آن رسوبات شکسته شده و به پایین منتقل می شوند.

دو نوع اصلی هوازدگی

1. فیزیکی: فرایندی است که در آن سنگ‌های جامد به وسیله‌ی فرایندهای فیزیکی تکه‌تکه می‌شوند و ترکیب شیمیایی سنگ تغییری نمی‌کند. این فرایندها حرکت آب، باد و یخچال‌ها را شامل می‌شوند. یخ بندان نمونه‌ای از هوازدگی فیزیکی است.
2. شیمیایی: فرایندی است که در آن کانی‌های یک سنگ تغییر کرده یا حل می‌شوند. هوازدگی تبدیل پتاسیم فلدسپات به کائولینیت نمونه‌ای از هوازدگی شیمیایی است.

هوازدگی و فرسایش فرایندهای مشابه زمین شناسی هستند. وقتی یک سنگ هوازده می‌شود آماده‌ی فرسایش است. فرسایش در واقع حذف آوارها و خرده‌سنگ‌های حاصل از هوازدگی می‌باشد.مهمترین عامل هوازدگی شیمیایی آب است اینها و نیروها و فرایندهای اضافی دیگر موجب تشکیل سازندهای زیر زمینی نظیر مخازن نفتی می‌شوند.

سه نوع اصلی سنگ‌ها

پوسته‌ی زمین از ۳ نوع سنگ تشکیل می‌شود:

1. آذرین:

   سنگ‌های آذرین از کریستاله شدن سنگ‌های مذاب (ماگما) که در گذشته از زمین خارج می‌شوند، تشکیل می‌شود. #:معمول ترین آنها، گرانیت، بازالت و سنگ آتشفشانی می‌باشند.

2. دگرگونی:

   سنگ دگرگونی، سنگ‌هایی هستند که از تغییر و تحول سنگ‌های آذرین و رسوبی در اثر تغییر در دما، فشار، کنش‌های صفحه‌ای و عوامل شیمیایی به وجود می‌آیند. این تغییرات در عمق پوسته‌ی زمین اتفاق می‌افتند.

   نمونه سنگ‌های دگرگونی زغال‌سنگ، مرمر و شیست می‌باشد.

3. رسوبی:

   سنگ‌های رسوبی از رسوبات تشکیل می‌شود. این نوع سنگ‌ها به وسیله‌ی ۲ فرایند تراکم، که دانه‌ها فشرده‌شده و ماده‌ی چگال‌تری را می‌سازند و سیمانی شدن که در آن کانی‌ها در اطراف دانه‌ها جمع شده و آنها را به هم می‌چسباند، تشکیل می‌شوند.

   مواد موثر در هر یک از این ۲ روش در اثر فرسایش قطعات سنگ‌های قدیمی‌تر و فرایندهای شیمیایی به وجود می‌آیند.

   این نوع از سنگ‌ها معمولاً در لایه‌های افقی مانند کف رودخانه‌ها، اقیانوس‌ها ودلتاها نهشته می‌شوند. ماسه‌سنگ، سنگ آهکی و رسی از انواع معمول سنگ‌های رسوبی هستند.

چرخه‌ی سنگ

چرخه‌ی سنگ

سنگ‌های آذرین، دگرگونی و رسوبی توسط چرخه‌ی سنگ با هم ارتباط دارند.
فرایند چرخه‌ای به گونه‌ای است که هر کدام از دیگری تشکیل می‌شود، سنگ‌ها هوازده می‌شوند به فرم رسوبی بعد از اینکه ته نشین شدند، در طول تدفین عمیق و عمیق‌تر سنگ ها تحت تاثیر متامورفیسم و یا ذوب شدن قرار می‌گیرند. بعد آنها دوباره به صورت کوه‌ها بالا می‌آیند و رشته کوه‌ها را تشکیل می‌دهند.

سنگ‌های نفتی

سنگ‌های رسوبی در صنعت نفت مهم‌ترین انواع سنگ‌ها می‌باشد. زیرا تمام تجمعات نفتی (نفتگیرها) در آنها ایجاد می‌شود. سنگ‌های آذرین و دگرگونی به ندرت می‌توانند شامل گاز و نفت باشند.
علاوه‌براین، اکثر نفت‌های دنیا در سنگ‌های رسوبی که از رسوبات دریایی در خلاف پیشروی قاره‌ها تشکیل شده اند، قرار دارند، مانند خلیج مکزیک و خلیج فارس.

زمان زمین‌شناسی

زمان و تاریخچه‌ی زمین‌شناسی مفاهیمی هستند که نیاز به فهمیدن و درک چگونگی تاثیر آنها بر زمین شناسی نفت داریم. میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا شرایط خاصی برای اینکه مواد رسوبی و آلی به هیدروکربن تبدیل شوند فراهم آید. قرن هجدهم شروع زمین‌شناسی مدرن محسوب می‌شود.
در سال ۱۷۸۵ جیمز هوتن فیزیکدان اسکاتلندی در طی مطالعات خود نظریه‌ای برای زمین ارائه داد که اصل چهارم آن اصل یکنواختی بود.
این اصل بیان می‌کند که نیروها و فرایندهای زمین‌شناسی که در حال حاضر عمل می‌کند در طول زمان زمین‌شناسی هم به همین حالت بوده است و حوادث زمین شناسی گذشته را می توان با بررسی نیروهای حال حاضر شرح داد. این موضوع به وسیله‌ی عبارت "حال کلید گذشته است." شهرت یافته است.

سن زمین

توالی سنگ‌های رسوبی و سن زمین

قبل از اینکه مواد رادیواکتیو کشف شوند زمین‌شناسان از روش‌های دیگر مثلاً شناختن فسیل‌ها برای تعیین سن نسبی لایه‌های سنگی رسوبی استفاده می‌کرده‌اند. این روش تنها می‌توانستند سن نسبی لایه‌ها را برای ما مشخص کنند.
سن نسبی اطلاعی از اینکه در چند سال پیش اجسام شکل گرفته‌اند، به ما نمی‌دهد و فقط ترتیب نسبی آنها را برای زمین‌شناسان مشخص می‌کند.
اولین باری که مواد رادیواکتیو کشف شدند، زمین‌شناسان از خصوصیات واپاشی مواد رادیواکتیو برای تعیین سن مطلق سنگ‌ها استفاده کردند.
روش‌های کلی که برای قدمت گذاری مستقیم سنگ‌های رسوبی استفاده می‌شوند، در زیر آمده است :

1. روش کربن ۱۴ برای مواد آلی
2. روش K–Ar و Rb-Sr برای سیلیکات‌های آبدار آهن، هورنبلند، بیوتیت و ...
3. روش توریم (۲۳۰) برای رسوبات عمیق دریایی، مرجان‌های آراگونایتی و ...
4. روش پروتکتینیوم(۲۳۱) برای رسوبات دریایی، مرجان‌های آراگونایتی و...
5. روش اورانیوم (۲۳۸) برای آپاتیت، سنگ آتشفشانی شیشه‌ای و ...

قواعد اساسی تعیین سن زمین

برای پایه‌گذاری یک مقیاس زمانی نسبی، تعدادی قواعد کلی ساده یا قوانینی باید کشف شده و به کار بسته شود، اگر چه امروزه ممکن است واضح به نظر برسند، ولی کشف آنها یک دستیابی مهم عملی بود، چینه‌شناسی در واقع مطالعه‌ی اصولی ترکیب، توزیع و ترتیب لایه‌های سنگ‌های رسوبی می‌باشد.
لایه‌بندی یک ویژگی لایه‌ای و صفحه‌ای سنگ‌های رسوبی است. این ویژگی در واقع پایه‌ی ۲ قانون کلی است که برای تفسیر پدیده‌های زمین شناسی سنگ‌های رسوبی است.
اولین قانون، قاعده‌ی لایه‌بندی افقی است که بیان کننده‌ی این است که اکثر رسوبات به صورت لایه‌های افقی، ته‌نشین می‌شوند که این رسوبات ممکن است بر اثر پدیده‌های تکنونیکی تغییر شکل بدهند.
دومین قانون اصل انطباق است که بیان می‌کند هر لایه از سنگ رسوبی که دچار تغییرات تکنونیک نشده است، جوان‌تر از لایه‌های زیرین و قدیمی‌تر از لایه‌های بالایی خود می‌باشد. بنابراین یک مجموعه‌ی سنگ‌های رسوبی می‌توانند بیانگر یک خط زمانی عمودی باشند. این قانون همچنین برای دیگر نهشت های سطحی مانند دنباله‌های گدازه‌ای یا لایه‌های خاکستر حاصل از فعالیت‌های آتشفشانی نیز به کار می‌رود.

دیرینه‌شناسی ( فسیل‌شناسی، مطالعه‌ی زندگی در زمان‌های گذشته‌ی زمین‌شناسی است که بر پایه‌ی فسیل گیاهان و جانوران می‌باشد. در مطالعات نوین زمین‌شناسان، شاخص فسیل، یک وسیله برای تعیین روابط واقعی و نسبت دادن سن به توالی‌های رسوبی شناخته شده است.

ارتباط بین فسیل‌ها

ارتباط دادن فرایندی است که سنگ‌های یک منطقه را به مناطق دیگر تعمیم می‌دهد. در سال ۱۷۹۳ ویلیام اسمیت، یک نقشه‌بردار در جنوب انگلیس، دریافت که فسیل‌ها برای تعیین سن نسبی سنگ‌های رسوبی می‌توانند به کار روند.
اسمیت اولین کسی بود که سازندها را در یک واحد سنگی تعریف کرد. در واقع سازند یک واحد سنگی می باشد که قابلیت نقشه‌برداری در گستره‌ی جانبی وسیعی را دارد و دارای خصوصیات فیزیکی یکسان و محتوی گروه فسیلی مشابه می‌باشد. بعضی از سازندها دارای یک نوع سنگ هستند، مانند سنگ آهک. بعضی از آنها هم ممکن است به صورت خوابیده در میان چینه‌ها یافت شوند، مانند لایه‌های متناوب ماسه‌سنگ و شیل که می‌توانند به عنوان یک واحد در نظر گرفته شوند.
با ترکیب کردن توالی‌های فسیلی جانوری و توالی‌های چینه‌ای، زمین شناسان می‌توانند سازندها را در یک منطقه به هم ارتباط دهند. صنعت نفت به کاربرد این قواعد برای اکتشاف و تولید وابسته است.

مقیاس زمانی زمین‌شناسی

مقیاس زمان زمین‌شناسی

در طول قرن‌های نوزدهم و بیستم، زمین‌شناسان بر اساس دانش قبلی خودشان شروع به ساختن یک ستون جهانی سنگ کردند. اگر چه از شروع زمان زمین‌شناسی، این ستون هرگز پیوسته نخواهد بود. قوانین بالا (قبلی) به زمین‌شناسان این اجازه را داده است که ترکیب نسبی زمان جهانی را تدوین کنند.

جدول توضیع زمانی ذخایر نفت جهان

توزیع میدان های نفت و گاز بر پایه ی سن زمین شناسی

دانستن سن زمین‌شناسی مخازن نفتی خیلی مهم است. زیرا سنگ‌های با سنین مختلف دارای ویژگی‌های نفتی متفاوتی هستند. این موضوع مهمی است که سن سنگ‌ها لزوماً با زمان تجمع نفت منطبق نیست. ما تنها می‌دانیم که زمان تجمع نفت و گاز حتماً بعد از رسوب‌گذاری بوده است.
جدول روبرو درصد ذخیره‌ی نفت هر زمان را نسبت به کل ذخایر نفت بیان می‌کند.

طبقه‌بندی کلی و انواع سنگ‌های رسوبی

سنگ‌های رسوبی براساس منشا تشکیلشان به دو گروه کلی زیر تقسیم بندی می‌شوند:

1. سنگ‌های رسوبی تخریبی: که در نتیجه‌ی هوازدگی و تکه‌تکه شدن سنگ‌ها و کانی‌ها تشکیل می‌شود و بر پایه‌ی ساختارشان طبقه‌بندی شده‌اند. ابتدا بر مبنای سایز دانه‌ها : دانه درشت مانند کنگلومرا. دانه متوسط مانند ماسه‌سنگ و دانه‌ریز مانند شیل، لای و مادستون.
2. سنگ‌های رسوبی شیمیایی یا بیوشیمیایی : که در اثر فرایندهای شیمیایی به وجود آمده‌اند. رسوبات کربناتی اولیه در اثر نهشته شدن اجساد گیاهان و حیوانات که کربنات را در طول زندگیشان استفاده می‌کرده‌اند، حاصل شده‌اند که فراوان‌ترین آنها کلسیت است. بیشتر کربنات‌ها شامل دولومیت می‌باشند. ژیپس و هالیت به وسیله‌ی فرایندهای تبخیری و شیمیایی به وجود آمده‌اند.

بر اساس میزان تولید نفت می‌توان از ۵ نوع سنگ رسوبی زیر به ترتیب نام برد:

1. ماسه‌سنگ: سنگ‌های رسوبی تخریبی هستند که بیشتر از ذرات ماسه‌ای یا دانه‌ای که درماتریکس‌های رسی و بیشتر یا کمتر به وسیله‌ی مواد سیمانی محکم شده، تشکیل یافته‌اند. همچنین دانه‌های ماسه‌ای بیشتر از کوارتز تشکیل شده‌اند.
2. کربنات‌ها: خود به دو دسته‌ی کلی سنگ آهک و دولومیت تقسیم می‌شوند.کربنات‌ها رسوباتی هستند که از یک ماتریکس آنیون کربنات تشکیل شده‌اند.
   1. سنگ آهک مهمترین نوع سنگ‌های کربناتی هستند که کاتیون همراه آن کلسیم می‌باشد.
   2. دولومیت ها نیز از انواع کربنات‌ها هستند که فرمول آن MgCa(CO۳)۲ است. سنگی دولومیت نامیده می‌شود که بیش از ۹۰ درصد آن از کانی‌های دولومیتی باشد و کمتر از ۱۰ درصد آن از کانی‌های کلسیت باشد.
3. شیل‌ها: نوعی از سنگ‌های رسوبی تخریبی هستند که در اثر ترکیب دانه‌های درشت رسی تشکیل می‌شوند. شیل‌ها دارا تخلخل می باشند ولی نفوذپذیری نسبتاً بالایی ندارند، به همین دلیل شیل‌ها سنگ‌های مخزن خوبی نیستند ولی پوش‌سنگ خوبی می‌توانند باشند.
4. تبخیری‌ها: عموماً مانند سنگ آهک و ماسه‌سنگ نمی‌توانند سنگ مخزن باشند ولی پوش‌سنگ‌های مرغوبی محسوب می‌شوند و در اکتشاف نفت از اهمیت بالایی برخوردارند . واژه‌ی تبخیری برای اکثر ته‌نشست‌ها به کار می‌رود، مانند رسوبات نمکی که از کانی‌های حاصل از محلول‌های شور در اثر تبخیر تشکیل می شوند. در تبخیر توالی کلی رسوب گذاری کلسیت، ژیپس یا اینهیدریت، هالیت و در نهایت است.

تبخیری‌ها پوش‌سنگ‌های خوب و مرغوبی را تشکیل می‌دهند زیرا هم دارای نفوذپذیری کمی هستند و هم دارای رفتار الاستیک در برابر شکستگی‌ها می‌باشند.
گنبدهای نمکی نیز از انواع خوب پوش سنگ‌ها محسوب می شوند. نشا به سازندی که در آن نفت و گاز تولید می‌شود اطلاق می‌گردد. هیدروکربن‌ها زمانی تولید می‌شوند که حجم‌های بزرگی از مواد میکروسکوپی گیاهی و جانوری در ته دریاها، دلتاها و رودخانه‌ها ته‌نشین شوند. این مواد آلی با رسوبات ریز آواری (رس یا نمک) ته‌نشین

مهاجرت هیدروکربن‌ها

مهاجرت اولیه، فرایندی است که در آن نفت و گاز از سنگ منشا به سمت سنگ مخزن حرکت می‌کند. مهاجرت ثانویه در واقع تجمع و تمرکز نفت و گاز در داخل سنگ مخزن است.
دلیل مهاجرت نفت به وسیله‌ی رویداد معمولی حرکت نفت و گاز به سمت سطح چه از سنگ منشا و چه از طریق سنگ مخزن، پیشنهاد شده است. در هر دو مورد، نفت باید از سنگ‌هایی با نفوذپذیری و تخلخل کافی عبور کند تا به سطح برسد. بنابراین مهاجرت به دو عامل ویژگی‌های سنگ و خصوصیات سیال وابسته است که این ویژگی‌ها شامل تخلخل، نفوذپذیری، فشار مویینه، دما، گرادیان فشار و ویسکوزیته‌ی سیال می‌شود.

شیمی هیدروکربن‌ها

واژه‌ی پترولیوم به طور کلی به همه‌ی انواع هیدروکربن‌ها اطلاق می‌شود. چه گاز، چه مایع و چه جامد. ناخالصی‌هایی چون نیتروژن، سولفور و اکسیژن نقش بسیار مهمی را در ترکیب مولکولی هیدروکربن‌ها بازی می‌کنند.
انواع مختلف هیدروکربن‌ها به عواملی چون نحوه‌ی ترکیب کربن و هیدروژن و یا به سایز مولکول‌های هیدروکربن وابسته است. آسفالت سنگین، سیاه رنگ و نفت سبک و زرد رنگ دو نوع مختلف پترولیوم با وزن‌های مولکولی مختلف هستند. یک مولکول هیدروکربن از تعدادی اتم کربن و هیدروژن تشکیل می‌شود.
در دما و فشار اتاق از C۱ تا C۴ به صورت گاز، از C۵ تا C۱۵ به صورت مایع و از C۱۶ به بعد به حالت جامد است.

پنج نوع اصلی هیدروکربن‌ها از نظر اکتشاف نفت

کروژن/بیتومن‌ها

سنگ منشا

شیل‌ها ۹۹ درصد از رس و ۱ درصد از ماده‌ی آلی تشکیل شده‌اند. مشاهده شده است که پترولیوم اغلب از مواد آلی غنی از لیپیدها که در لایه‌های رسوبی تدفین شده‌اند، ناشی می شوند. اکثر این مواد آلی به صورت کروژن شناخته می‌شوند.
کروژن قسمتی از مواد آلی در سنگ می‌باشد که در اغلب حلال‌های آلی نامحلول است. کروژن خاصیت نامحلول بودن خود را مدیون سایز بزرگ مولکولی خود و گرمای زیاد مورد نیاز برای شکستن مولکول های خود می‌باشد. فرایند بلوغ کروژن تابعی از دما و فشار تدفین می‌باشد. تغییرات کروژن در مراحل بلوغ به این صورت است که از رنگ زرد به رنگ سیاه متمایل می‌شود.
محتوای آلی موجود در سنگ‌ها که به وسیله‌ی محلول‌های آلی قابل استخراج می‌باشد بیتومن نام دارد و در واقع سهم کوچکی از مواد آلی را در سنگ‌ها شامل می‌شوند.
بیتومن‌ها در نتیجه‌ی شکسته شدن پیوندهای شیمیایی کروژن در اثر افزایش دما ایجاد می‌شوند. پترولیوم ماده‌ی آلی است که از چاه‌های نفت و زهکشی‌های طبیعی استخراج می‌شود. بیتومن‌ها در بعضی از مراحل بلوغ به پترولیوم تبدیل می شوند.
کروژن وقتی از نظر اقتصادی به صرفه است که مقدار آن در شیل‌های نفتی از ۱۰ درصد بیشتر باشد.
یک سنگ منشا مرغوب باید دارای مقدار قابل توجهی کروژن باشد.

نفت خام

رابطه‌ی درجه‌ی API

نفت خام مخلوطی شامل تعداد زیادی هیدروکربن است که در شرایط دما و فشار سطح مایع بوده و در حلال‌های نرمال نفتی حل می‌شوند. انواع نفت خام می‌توانند در مقدار و نوع هیدروکربن و همچنین مقدار آلودگی‌ها با هم متفاوت باشند.
نفت خام را می توان براساس ترکیب شیمیایی سازنده‌ی آن یا براساس چگالی دسته‌بندی کرد. چگالی نفت براساس وزن مخصوص یا درجه‌ی API به شکل روبرو بیان می‌شود:
وزن مخصوص (sp.gr) نسبت وزن ماده به وزن آب در شرایط دما و فشار یکسان است.
وزن API استاندارد پیشنهاد شده از طرف انجمن نفت آمریکا (American Petroleum Institute) برای بیان وزن مخصوص نفت است.
کمترین وزن‌های مخصوص بیشترین وزن API است. برای مثال سیالی با وزن مخصوص ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب درای API ای به اندازه‌ی ۱۰ درجه است. نفت سنگین دارای API کمتر از ۲۰ است. این نوع از نفت تغییرات شیمیایی زیادی را به‌واسطه‌ی حمله‌های میکروبی متحمل شده‌است. نفت سنگین نه‌تنها از نظر اقتصادی به صرفه نیست بلکه استخراج اجزای آن نیز بسیار سخت است. به نفتی با API بین ۲۰ تا ۴۰ نفت نرمال و به نفتی با API بیشتر از ۴۰ نفت سبک گفته می‌شود.

آسفالتین

آسفالتین جامد یا شبه‌جامدی (در دما و فشار سطح) است تیره رنگ که در نفت شکل گرفته و شامل هیدروکربن‌های سنگین و بیتومن‌ها است. آسفالتین می‌تواند به طور طبیعی به‌وجودآید یا در خالص‌سازی نفت خام بر جای ماند. معمولاً شامل مقادیر محسوسی گوگرد، نیتروژن و اکسیژن است و برخلاف کروژن در حلال‌های معمولی نفت محلول است. از بلوغ جزئی کروژن و یا تخریب نفت بالغ تشکیل می‌شود. آسفالتین به طور خاص برای ساختن بنزین با کیفیت بالا، عایق پشت بام و آسفالت خیابان‌ها مناسب است.

گاز طبیعی

بلوغ حرارتی

دو نوع اساسی از گاز طبیعی وجود دارد که یکی حاصل فرایندهای زیستی (بیوژنیک) و دیگری حاصل فرایندهای گرمایی (ترموژنیک) است.
گاز بیوژنیک فقط از فعالیت‌های باکتریایی در ابتدای دوره‌ی دیاژنز تشکیل می‌شود. یعنی در دمای پایین، فشار لایه‌های رویین کمتر از ۱۰۰۰ متر، شرایط بی‌هوازی و نرخ بالای تجمع رسوبات. در حال حاضر از جمله مکان‌هایی که این اتفاق در حال روی دادن است می‌توان به مصب رودهای نیل، می‌سی‌سی‌پی و آمازون اشاره کرد. تخمین زده می‌شود که حدود ۲۰ درصد از گازهای طبیعی شناخته شده در جهان بیوزنیک باشند.
گازهای ترموژنیک نیز از دگرگونی گرمایی کروژن‌ها در اثر فشار زیاد لایه‌های بالایی و دمای بالای زیر زمین به وجود می‌آیند.
هیدروکربن های گازی عبارتند از: متان ( CH۴ )، اتان ( C۲H۶ )، پروپان ( C۳H۸ ) و بوتان ( C۴H۱۰ ).
زمانی که مقدار هیدروژن سولفید یک گاز طبیعی بالا باشد به آن گاز ترش و زمانی که مقدار این ماده در گاز طبیعی کم باشد به آن گاز شیرین می‌گویند.
اگر مقدار مایع بدست آمده از گاز طبیعی در شرایط سطحی کمتر از ۱ گالن بر ۱۰۰۰۰ فوت مکعب باشد به این گاز گاز خشک گفته و در صورتی که از این مقدار بیشتر باشد به آن گاز تر می‌گویند.

میعانات گازی

هیدروکربن گذار بین گاز و نفت خام میعانات گازی هستند. ( در زیر سطح زمین گاز متراکم اما در درجه حرارت و فشار سطح مایع)
از نظر خواص شیمیایی، میعانات گازی تا حد زیادی از آلکان‌هایی مانند پنتان، اکتان، و هگزان تشکیل شده است .

نفتگیرها

Eroded Monocline & Anticlin

نفتگیرهای دگرشیبی زاویه‌ای

دگرشیبی زاویه‌ای نوعی از دگرشیبی است که در آن لایه‌ی قدیمی‌تر در یک زاویه‌ی متفاوت نسبت به لایه‌ی جدیدتر قرار می‌گیرد.
یک نفتگیر دگرشیبی زاویه‌ای، زمانی اتفاق می‌افتد که سنگ‌های نفتی شیب‌دار و قدیمی، در معرض نیروهای سازندهای جدیدتر بدون تخلخل قرار می‌گیرند. این موقعیت ممکن است هر زمانی که یک تاقدیس یا گنبد، فرسایش یافته و سپس توسط لایه‌ی جوان‌تر و با نفوذپذیری کمتر، پوشیده شود.

اکتشاف و تکنیک‌های نقشه‌برداری

اکتشاف نفت و گاز از مدت‌ها قبل به عنوان یک هنر در علم زمین شناسی مطرح بوده است . فرایندهای اکتشاف تعدادی از روش های قدیمی به علاوه تکنیک های جدید را شامل می شوند. اکتشاف کننده باید آنالیزهای علمی و یک حدس و تخیل را ترکیب کرده نا به طرز صحیحی مشکل پیدا کردن نفت و گاز را حل کند.

نقشه‌برداری زیرسطحی

نقشه های زمین شناسی، ارائه و نمایشی از توزیع سنگ ها و دیگر مواد زمین شناسی وهمچنین سنین مختلف آنها هستند. زمین شناس بخش های مختلف یک سنگ را اندازه گیری کرده و سازندهای مختلف را با نقشه روی نمودار می برد تا توزیع آنها را به نمایش گذارد . همان طور که یک نقسه ی زمین شناسی وجود کوه ها و دره ها را نشان می دهد، نقشه ی زیر سطحی یک ابزار ارزشمند برای مکان یابی ویژگی های زیر زمینی است که می تواند از نفتگیرها یا طرح و نقشه ی خلاصه ای از مرزهای سنگ های مخزن باشد. نقشه های زیر زمینی برای تعبیه کردن رسوبات نفتی زمین شناسی به کار می روند. نقشه های زیر زمینی ۳ بعدی ممکن است توسط اطلاعات چاه نفت به دست آیند و برای کشف مکان های بزرگ زیر زمینی زمین شناسی که بیرون زدگی در سطح زمین ندارند، به کمک ما بیایند. تعدادی از نقشه های زیر زمینی معمول که برای اکتشاف و تولید نفت به بکار می روند، عبارت است از :

1. نقشه‌برداری ژئوفیزیکی
2. نقشه‌های ساختاری
3. نقشه‌های Isopach
4. نقشه‌های lithofacies

نقشه‌برداری ژئوفیزیکی

ژئوفیزیک در واقع مطالعه ی زمین به وسیله ی روش های فیزیکی مقداری می باشد. تکنیک های ژئوفیزیکی مانند نقشه های لرزه ای، نقشه های گرانشی و نقشه های مغناطیسی، راه را برای اندازه گیری ویژگی های فیزیکی سازندهای زیر زمینی هموار می کنند. این اندازه گیری ها به صورت اطلاعات زمین شناسی مانند ساختار چینه، عمق و مکان تفسیر می شوند . ارزش عملی در نقشه های زمین شناسی به توانایی آنها برای اندازه گیری ویژگی های سنگ هایی که به نفتگیرهای پتانسیلی در مخازن تعلق دارند، بستگی دارد.

نقشه‌های لرزه‌ای

روش های ژئوفیزیکی که تصاویری با جزئیات زیادی از زمین شناسی را فراهم می کنند، نقشه ی لرزه ای نامیده می شوند. این روش، انتشار و تولید امواج لرزه ای را شامل می شود که به داخل زمین فرستاده می شوند تا با یک ناپیوستگی مواجه شوند و سپس به سمت سطح زمین روانه گردند. ثبت کننده های الکترونیکی که ژئوفون نامیده می شوند، امواج را به صورت امواج صوتی بازتاب می کنند. سیگنال فرستاده شده از ثبت کننده، بلند می شود و سپس برای از بین بردن اصوات اضافی فیلتر شده و روی دیسک های مغناطیسی ضبط می شود . در اکتشافات دریایی، شارژهای قابل احتراق روی آب شناورند تا امواج لازم را تولید کنند . این روش در اکثر نقاط دنیا به عنوان یک روش پر مخاطره برای محیط زیست محسوب می شود. یکی از معمول ترین روش ها برای تولید امواج صوتی استفاده از تفنگ هوا می باشد. تفنگ هوا محفظه هایی از هوای فشرده شده را شامل می شوند . ابتدا گاز در زیر آب آزاد می شود و یا صدای "pop" تولید کرده و امواج لرزه ای به سمت لایه های سنگی فرستاده می شوند تا وقتی که به سطح آب بازگردند و سپس جذب هیدروفون ها شوند. این هیدروفون ها در واقع ورژن دریایی ژئوفون ها می باشند که در زیر قایق(کشتی) قرار دارند. اطلاعاتی که روی دیسک های مغناطیسی ذخیره شده است می توانند توسط فرم های خاصی برای اهداف تحقیق مورد نظر نمایش یابند. این فرم ها شامل نمایش دیداری (عکس یا فیلم) می باشند. نمایشی از دامنه ی امواج رسیده در مقابل زمان رسیدنشان و نمایشی که تراکم متنوع نامیده می شود، از انواع نمایش های امواج صوتی هستند. امواج لرزه ای وقتیکه به سنگ ها می خورند، وابسته به جنس سنگ ها در هر لایه با سرعت های متفاوتی از آنها عبور می کنند . سرعت عبور این امواج در پوسته با چگالی آنها رابطه ی مستقیم و با تخلخل رابطه ی عکس دارد . این سرعت ها به طور متوسط برای شیل ها = ۳.۶km/s، برای Sandstone (سنگ ماسه) ۴.۲km/s و برای Limestone (سنگ آهک) =۵km/s می باشند.

نقشه‌های مغناطیسی

نقشه های مغناطیسی از سریع ترین و کم خرج ترین روش ها برای مطالعه ی زمین شناسی زیر سطحی ناخالصی در سرتاسر یک منطقه ی وسیع می باشند. از مغناطیس سنج برای اندازه گیری تغییرات محلی در توان میدان های مغناطیسی زمین و به طور غیر مستقیم برای ضخامت لایه های رسوبی، جایی که احتمال وجود نفت و گاز در آنها هست، استفاده می شود. سنگ های آذرین و دگرگونی معمولاً محتوی مقداری مواد مغناطیسی ناشی از کانی های آهن دار هستند و اغلب به عنوان لایه های زیرین سنگ های رسوبی در نظر گرفته می شوند. این نوع سنگ ها به ندرت حاوی هیدروکربن می باشند. ولی گاهی اوقات به صورت سرزده به داخل سنگ های رسوبی وارد شده و با ایجاد ساختارهایی نظیر شکستگی ها، تاقدیسی ها می توانند نفتگیرهای هیدروکربنی را تشکیل دهند. میدان مغناطیسی زمین اگر چه پیچیدگی زیادی دارد، می تواند به عنوان یک بار مغناطیسی دور خطوط نیروهای مغناطیسی حاصل از منحنی های هموار فضایی، در نظر گرفته شود. اگر یک تکه ی کوچکی از آهن یا تیتانیوم در بار میدان مغناطیسی قرار داده شود، از نظر مغناطیسی ضعیف شده و یک انحراف را در میدان ایجاد می کند. میزانی که سنگ های اذرین در میدان تمرکز دارند فقط به مقدار آهن یا تیتانیوم وابسته نیست بلکه به عمق سنگ نیز مربوط می شود. یک سازند آذرین که در عمق ۱۰۰۰ft قرار دارد تاثیر بیشتری روی مغناطیس سنج می گذارد، بنابراین کاهش مرتب قدرت میدان مغناطیس نسبت به سازندی که در عمق ۱۰۰۰۰ft است، نشان دهنده ی این است که منطقه دارای توالی های ضخیمی از سنگ های رسوبی بدون خاصیت مغناطیسی است. این می تواند در نمایش ساختارهای اساسی زمین شناسی مورد استفاده قرار گیرد، اگر چه این روش جزئیات ساختارها را به طور کامل نشان نمی‌دهد.

نقشه‌های گرانشی

در نقشه های گرانشی از میدان گرانشی زمین استفاده می شود تا وجود میدان های گرانشی نامرتب و غیرعادی را تعیین کند که می تواند وجود لایه های چگال آذزین و دگرگونی و یا لایه های سبک رسوبی را نمایش دهد. در جاهایی از پوسته که دارای لایه های آذرین و دگرگونی است، میدان گرانشی باید قوی تر باشد چون چگالی این مواد بیشتر از حالت عادی است و در مورد سنگ های رسوبی برعکس. اطلاعات جمع آوری شده از نقشه های گرانشی می توانند برای ساختن نقشه هایی با مقیاس بزرگ به کار روند و این روش هم مانند روش مغناطیسی نمی‌تواند جزئیات کوچک را نشان دهد.

نقشه‌های ساختاری

نقشه‌ی ساختمانی و مقطع عرضی نیمرخ نمکی

نقشه های ترازهای ساختاری زمین

نقشه های تراز یک سری از خطوط را در بازه های منظم نشان می دهند. هر نقطه روی یک خط ویژگی یکسانی را نمایش می دهد مانند عمق یا ارتفاع. یک نوع از نقشه های تراز، نقشه ساختاری است که عمق سازند های مشخص را از سطح زمین نشان می دهد . نقشه های تراز در اکتشاف می توانند ساختارهایی مانند ارتفاع سازندها و یا زاویه ی شکستگی ها را نشان دهند . نقشه های تراز زیر سطحی برای کنترل اساسی به اطلاعات چاه مورد نظر بستگی دارند.

نقشه‌ی کامل زمین‌شناسی و مقطع عرضی

برش عرضی

ساختارها، چینه ها و سازندهای وابسته به نقشه برداری می توانند روی برش عرضی نشان داده شوند. برش عرضی در واقع یک طرح افقی است که اطلاعات نقشه ها را به صورت عمودی نشان می دهد. نقشه ها، داده ها را روی نمایه نقشه نشان می دهند و تصویری از توزیع پدیده ها را در اختیار ما قرار می دهند ولی برش‌های عرضی همان داده ها را به صورت عمودی نمایش می دهند و روابط عمودی آنها نظیر ارتفاع، عمق، انطباق و تغییرات خواص جانبی و عمودی را توضیح می دهند.

یک نقشه‌ی Isopach از کانال‌های ماسه‌سنگی

نقشه‌های Isopach

این نقشه ها در ظاهر همانند نقشه های کانتور هستند ولی تغییرات را در ارتفاع صفحات نشان می دهند . این نقشه ها چه به صورت سطحی وچه زیر سطحی وابسته به داده هایی که در طول تشکیل به کار می روند، یافت می شوند.نقشه های Isopach اغلب به صورت کدهای رنگی هستند تا در تجسم و تصور راحت تر گردند و همچنین برای بررسی جریان های دیرینه صفحات زمین به کار می روند . تغییرات تخلخل و نفوذ پذیری با این روش تعیین می شوند. زمین شناسان از این نقشه ها برا ی عملیات اکتشاف و اینکه چه مقدار هیدروکربن در مخازن وجود دارد و یافتن روش هایی برای بازیافت آنها، استفاده می کنند.

نقشه‌های Lithofacies

نقشه‌های Lithofacies

این نقشه ها تغییرات ویژگی های سنگ شناسی و چگونگی تغییرات افقی در سازندها را نشان می دهند. این نوع نقشه ها تغییرات نسبت انواع سنگ های ماسه ای، آهکی و شیلی و دیگر انواع سنگ ها را در سازند نشان می دهند.

نقشه‌ی برش عرضی ساخته شده از داده‌های نمودارگیری چاه

تشخیص سنگ منشا و سنگ مخزن، توزیع و ضخامتشان از برنامه های ضروری در اکتشاف می باشند، بنابراین، اکتشاف مخصوصا در مناطق وسیع نیازمند روابطی از بخش های زمین شناسی است . این روابط، برش‌های عرضی که اطلاعاتی در مورد ساختارها، چین ها، تخلخل و خواص سنگ شناسی سازندها را می‌دهند، تولید می کنند. این یکی از اساسی ترین کاربردهای نمودارگیری‌چاه در زمین شناسی است. نمودارهای ساده و نمودارگیری‌های سیمی زمین شناسان را برای پیش بینی دقیق‌تر جاهایی که که در آینده می توانند سازندهای مشابهی را ایجاد کنند، توانا می سازند. روابطی زیر سطحی بر اساس پیوستگی های چینه ای یا فرضی که در سازندها در همان ارتفاع از چاهی به چاه دیگر ثابت می مانند، استوار است . یک تغییر بزرگ در ضخامت، نوع سنگ یا محتویات جانوری می تواند بیانگر این باشد که شرایط تشکیل لایه ها تغییر کرده و یا نشان دهنده ی حادثه ای باشد که می تواند شرایط را برای تجمع نفت فراهم کند.

خروج نفت از پوسته‌ی زمین

زمین‌شناسی سطحی

مکان های زیادی برای جستجوی نفت وجود دارند . مشهودترین مکان روی سطح زمین، تراوش های نفت و گاز در جاهایی است که نفت از منشا خود در طول لایه های متخلخل مهاجرت کرده است . جستجوی این نوع تراوشات روی سطح زمین از اولین روشهای اکتشاف در قدیم بوده است . نفت و گاز روی سطح زمین اگر چه نشانی از اینکه چه اتفاقی در زیر سطح زمین افتاده، به ما نمی‌دهد ولی به عنوان ترکیبی از داده هایی در مورد زیر سطح زمین به ما می دهند، شناخته می شوند. نقشه های زمین شناسی، ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی همگی جنبه های محکمی در اکتشاف نفت و گاز به شمار می روند.

زمین شناسی زیر سطحی و ارزیابی سنگ مخزن

زمین شناسی زیر سطحی و ارزیابی سنگ مخزن، بازه ای وسیع از اندازه گیری ها و تکنیک های آنالیزی را تحت پوشش قرار می دهد. برای تکمیل اعمالی چون تعیین حدود مخزن، ظرفیت ذخیره و میزان هیدروکربن و ارزش اقتصادی آن، تمام اندازه گیری ها باید محاسبه و آنالیز شوند. ابتدا پتانسیل مخزن قبل از ارزیابی آن باید کشف شود . بازده اولیه ی مخزن با ابزار مهندسین اکتشاف نظیر اطلاعات لرزه ای، گرانشی و مغناطیسی مشخص می شود. تعداد زیادی از پارامترها وجود دارند که مهندسین اکتشاف برای تعیین ارزش اقتصادی مخزن از انها استفاده می کنند. این پارامترها از تعدادی منشا متفاوت شامل اطلاعات لرزه ای، مغزه ها و گل حفاری و نمودارگیری سیمی فراهم می شود . اندازه‌های نمودارگیری وقتی کالیبره شوند می توانند تعداد زیادی از پارامترها را در اختیار ما قرار دهند مخصوصا این نمودارها تعداد زیادی از اندازه گیری ها نظیر :

1. تخلخل
2. نفوذ پذیری
3. تحرک پذیری نفت و اشباع آب
4. نوع هیدروکربن
5. صخره شناسی
6. ساختار مخزن
7. محیط رسوب گذاری
8. مدت زمان امواج الاستیک در یک سازند

را برای ما فراهم می کنند. همچنین تکنیک های نمودارگیری نیز اطلاعات مورد نیاز برای به نمایش درآوردن تولید اولیه و همچنین سنجش قابلیت تزریق آب را به ما می دهند. در چاه های تولیدی نمودارگیری می تواند اندازه گیری هایی نظیر :

1. دبی حجمی
2. نوع سیال
3. فشار
4. اشباع نفت باقی‌مانده

را برای ما فراهم کند . نمودارگیری همچنین می تواند پاسخ بسیاری از سوالات، از مسائل پایه ای زمین شناسی تا اقتصادی را به ما بدهد. با این وجود نمودارگیری به خودی خود نمی‌تواند جواب همه ی مشکلات ارزیابی سازند را بدهد. آنالیز مغزه و آزمایش سازند اجزا جدایی ناپذیر از ارزیابی سنگ مخزن به شمار می روند.