Fra svart skifer til svart gull

Når olje og gass har en så framtredende rolle i norsk industri og økonomi, burde det være en del av allmenndannelsen å vite litt mer om hvordan dette råstoffet blir til.

Oljemigrasjon begynner i modne kildebergarter, som er dypt nok begravd til at kerogen kan bli omformet til petroleum. Olje og gass strømmer oppover gjennom de mest gjennomtrengelige porøse lagene og gjennom små sprekker i skiferne. Til slutt fanges de av en ugjennomtrengelig takbergart. (Illustrasjon: Ståle Skogstad/Knut Bjørlykke)

Det sier Knut Bjørlykke, professor ved Institutt for geologi. I en rekke år har instituttet vært ledende internasjonalt i petroleumsgeologisk forskning, i tett samarbeid med oljeindustrien.

Nordmenn har et ambivalent forhold til oljeindustrien på grunn av miljøspørsmål og fordi den er dominerende i forhold til annen norsk industri. Folk vil gjerne motta pengene derfra, men de ønsker liksom ikke å vite for mye om industrien og den naturlige geologiske prosessen som fører til at oljen blir til, sier Bjørlykke.

Hvordan dannes egentlig olje? Og på hvilken måte bidrar forskningen ved Institutt for geologi til å effektivisere oljeleting og produksjon?

Illustrasjonsfoto

Eksempel på porer mellom mineraler i sandstein som kan fylles med olje. Fra reservoar på Haltenbanken, ca. 5 km dyp.

Oljen dannes

Olje dannes i sedimentære bergarter, såkalte kildebergarter, som inneholder mye organisk materiale. Dette materialet har gjerne blitt avsatt i et stillestående område på havbunnen (med lite oksygen), for så å bli dekket av nye lag med avleiringer. På grunn av mangelen på oksygen blir alger og annet organisk materiale bare delvis brutt ned og bevart i sedimentlagene.

I Nordsjøen kommer det meste av oljen fra svart (leir)skifer, som er anslagsvis 150 millioner år gammel. Gradvis blir det organiske materialet til et sammenpresset materiale som kalles kerogen. Ved en temperatur på 100140 deg.C (eller en dybde på 34 kilometer), begynner kerogen å bli omformet til olje som presses ut av skiferen på grunn av trykket. Kildebergarter som opprinnelig inneholdt mye alger og plankton, gir mest olje, mens materiale fra land og fra lag med kull, gir mest gass. Hvis temperaturen stiger til over ca. 160 deg.C, vil oljens store molekyler brytes ned til mindre gass-molekyler. Når olje omformes til gass ved høy temperatur, kalles det «cracking».

Olje og gass (petroleum) er lettere enn vann og vil derfor strømme («migrere») oppover gjennom de mest gjennomtrengelige porøse lagene og gjennom små sprekker i skiferne. Til slutt fanges de av en ugjennomtrengelig type bergart («cap rock»), som danner en «felle» som hindrer petroleum fra å migrere videre oppover.

Viktig å forutsi porøsitet

Det meste av oljen som produseres i dag, blir hentet ut ved å bore i sandsteiner og kalksteiner. I motsetning til skifer er disse såkalte reservoarbergartene porøse og gjennomtrengelige nok til at rimelige mengder med olje og gass kan strømme til brønnen.

Porøsiteten bestemmer hvor mye olje en bergartmasse kan romme, mens permeabiliteten (gjennomtrengeligheten) er et mål på hvordan oljen strømmer fra pore til pore. I reservoarbergarter som befinner seg på moderate dybder (1,53,5 km), er porøsiteten og permeabiliteten vanligvis tilfredsstillende. På større dybder, ned til 5 km, kan sandsteinene bli så lite porøse at det er umulig å drive en økonomisk produksjon selv om det forekommer store mengder med olje. Også på disse dybdene kan det imidlertid finnes steiner med den nødvendige porøsiteten. Nye funn på Haltenbanken av oljeselskapet Saga er eksempler på dette.

Mange av de store oljefeltene i Nordsjøen som ble funnet først, ligger på moderate dybder med høy porøsitet og permeabilitet. Men siden oljeleting nå i større grad foregår lenger ned, er det blitt viktigere å kunne forutsi egenskapene ved reservoarbergartene før eventuell prøveboring. Også for å kunne produsere en så stor del av oljen som mulig, er det avgjørende å bestemme bergartenes egenskaper nøyaktig.

Hver brønn koster ca. 100 millioner kroner. Når oljeselskapene satser så mye penger, vil de gjerne minimalisere risikoen for ikke å finne olje. Jo bedre modeller man kan utvikle for å forutsi porøsitet, dess bedre prognoser kan man lage på forhånd og dermed redusere denne risikoen, sier Bjørlykke.

Med sin forskergruppe har han vært internasjonalt ledende på dette feltet i en rekke år. Gruppa har forsket på reservoarbergarter i både den norske og engelske delen av Nordsjøen, på Haltenbanken og i Barentshavet. Selv om det gjenstår en del forskning før man kan foreta helt pålitelige beregninger, er det gjort betydelige framskritt når det gjelder å forstå de geologiske prosessene som reduserer porøsiteten i sandsteiner.

Mye av den samme kompetansen innen mineralogi og strømning av vann i bergarter og sedimenter bruker også instituttet i sin miljøforskning.

«Fingeravtrykk» røper opprinnelse

Det å forstå hvordan et reservoar er blitt fylt med olje, har også stor betydning for planleggingen av en effektiv leting og produksjon. Ved Institutt for geologi gir forskningsområdet petroleum geokjemi innsikt i hvordan oljen «migrerer» fra kildebergarten til reservoarbergarten.

Ved detaljerte analyser av de kjemiske forskjellene i sammensetningen av oljen i reservoarer, får man «fingeravtrykk» som kan brukes til å bestemme hvor oljen kommer fra.

Noen av molekylene fra det opprinnelige organiske materialet overlever i prosessen når olje blir dannet, og analyser av disse «biomarkørene» kan anvendes til å bestemme hvilken type kildebergart som oljen i ulike oljefelt stammer fra. Tidligere ble det for eksempel antatt at feltene Snorre, Statfjord og Gullfaks ble fylt med olje fra det samme området. Men i et doktorarbeid som nylig ble forsvart ved Universitetet i Oslo, viste forskjeller i «fingeravtrykkene» at oljen på disse feltene har strømmet inn fra forskjellige retninger. Resultatene av dette arbeidet til Idar Horstad har stor betydning for videre leting i området.

Ved det geokjemiske laboratoriet ved Institutt for geologi er det utviklet teknikker som viser hvordan sammensetningen av olje som har strømmet inn i reservoarene, har endret seg over tid. Variasjoner i oljesammensetningen kan benyttes til å tolke måten reservoarene ble fylt på, noe som danner grunnlag for en mer effektiv produksjon.

Instituttet har også en aktiv forskningsgruppe i geofysikk, et fagområde som er et viktig hjelpemiddel i oljeletingen.

Forholdet til oljeselskapene

Denne forskningen ved Institutt for geologi er blitt støttet økonomisk av selskaper som BP Norge, Saga, Statoil og Hydro. Selskapene får mye igjen for samarbeidet med instituttet: I et forskningsprosjekt finansiert av BP ble geokjemiske prinsipper prøvd ut på Ula-feltet, og resultatene av disse undersøkelsene bidro til en økning av produksjonen med 10 prosent, eller 1 milliard kroner, etter beregningene til BP.

Ifølge Knut Bjørlykke er et nært samarbeid med oljeselskapene viktig for universitetene, ikke bare på grunn av finansieringsmulighetene, men også fordi de slik kan få lettere tilgang til oljeselskapenes databaser. Boringer gir prøver fra forskjellige dyp der temperatur, trykk og sammensetning av vannet er kjent, slik at man har et godt grunnlag for å modellere hvordan sedimenter blir omformet. Mye av det som betraktes som generell geologisk kunnskap er basert på data fra oljeindustrien.

Geologi er i en enestående situasjon fordi det er liten forskjell på grunnforskning og anvendt forskning i dette faget, hevder Bjørlykke. For oss er det grunnforskning å forstå hvordan løs sand og grus blir til fast stein. Vi ville ha arbeidet med de samme prosessene selv om vi ikke hadde noen oljeindustri, men vi ville ikke ha hatt så stor fokus på det og heller ikke så store ressurser. Anvendt forskning ved vårt institutt bidrar i stor grad til å finansiere laboratorier og utstyr som også benyttes i grunnforskning.

Mange vil mene at uavhengighet er en forutsetning for god grunnforskning.

Også den anvendte forskningen bør ha en viss grad av frihet samtidig som den har god kontakt med fagfolk og forskere i industrien. God grunnforskning har en verdi i seg selv og danner ofte et viktig grunnlag for anvendt forskning. Men av og til kan man få inntrykk av at noen synes det er et kvalitetstegn at forskningen er unyttig.

Jeg tror mange forskere synes det er stimulerende at deres resultater har praktisk nytte, og det betyr også at de som gjennomfører en forskerutdanning, har lettere for å få relevant arbeid. Det blir jo noe begrenset å utdanne kandidater som bare kan bli universitetslærere. Det er viktig at Universitetet i Oslo forholder seg aktivt til de viktigste næringsveiene i landet, og ikke trekker seg tilbake til en slags fornem isolasjon. På lang sikt vil det også tjene grunnforskningen.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Geofag, Petroleumsgeologi, sedimentologi, Mineralogi, petrologi, geokjemi Av Harald Hornmoen
Publisert 1. feb. 2012 12:21
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere