Grunnforskning som lønner seg

Petroleumsforskning foregår over hele verden. Forskningsgruppen i petroleumsgeologi ved Institutt for geologi ved Universitetet i Oslo har konsentert seg om å undersøke sandsteiners egenskaper som reservoarbergarter og hvordan vann og olje strømmer i sedimentbassenger. Denne forskningen er grunnleggende og har hatt stor praktisk betydning: Vi utvikler teorier som kan hjelpe oljeselskapene til å forutsi hvor mye olje og gass som kan utvinnes og hvordan det skal planlegges.

Fig.1. Modellen viser hvordan organisk materiale (svart slam) produsert ved fotosyntese kan avsettes i bassenger med liten gjennomstrømning av oksygen. Mange norske fjorder, blant annet Bunnefjorden innest i oslofjorden, er gode eksempler på dette. I prinsippet dannes det kildebergarter, som med tilstrekkelig overleiring og temperatur kunne blitt til petroleum.

Olje og gass finnes i små porer imellom sandkornene og utgjør ofte 15-30 prosent av volumet i gjennomsnitt. Én kubikkmeter sandstein kan derfor inneholde 150-300 liter med petroleum. Som oftest kan vi bare produsere 40-60 prosent av dette i et oljefelt fordi vi ikke får ut all olje og gass og fordi det også er litt vann i porene sammen med oljen.

Porøsiteten er nøkkelen

I sand som avsettes på sandstrender og i elver, utgjør porene oftest 40-45 prosent av volumet. Vi sier da at porøsiteten er 40-45 prosent. Etter hvert som det overleires av andre sedimenter og blir utsatt for økende trykk og temperatur, går sand over til å bli en fast sandstein med mindre porøsitet. Ved 4-5 km dyp er trykket ca. 1000 bar og temperaturen ca. 150 oC, og da er porøsiteten i de fleste tilfeller redusert til 10-20 prosent Porøsiteten i sandsteinsreservoarene er en svært viktig faktor som er med på å bestemme hvor mye olje vi kan få ut av hvert volum bergart. Derfor er porøsiteten av avgjørende økonomisk betydning for driften.

Vår forskning går ut på å utvikle teorier som kan forklare hvor raskt porøsiteten avtar under økende overleiring som funksjon av temperatur og trykk. Målet er å kunne forutsi hvilken porøsitet og gjennomtrengelighet bergartene har, slik at oljeselskapene har et grunnlag for å beregne hvor mye de kan produsere hvis de finner olje eller gass.

Porøsiteten reduseres når sand overleires, både ved mekanisk sammenpressing av sandkornene og ved kjemisk oppløsning og utfelling av mineraler i porene. Nettopp nå studerer vi mekanisk sammenpressing av sand i samarbeid med Norges Geotekniske Institutt i et prosjekt finansiert av Norges forskningsråd.

Vi har i mange år studert reservoarbergarter i Nordsjøen og fra Haltenbanken for å forsøke å forstå hvorfor noen sandsteiner har mye høyere porøsitet enn vanlig på et bestemt dyp. Flere av feltene på Haltenbanken inneholder sandsteiner som har 20-25 prosent porøsitet på over fem kilometers dyp. Dette er svært uvanlig og skyldes at sandkornene har et tynt belegg av leirmineraler (kloritt) som hindrer utfelling av kvarts i porene.

Den norske skolen

Vår forskningsgruppe har siden begynnelsen av 1980-årene fremsatt teorier om hvordan sandsteiner omvandles, og vi gikk sterkt imot teorier som var rådende hos de fleste forskere i blant annet USA og England. Her mente man at mineraler, særlig feltspatt, ble oppløst av karbondioksyd eller organiske syrer på ca. tre kilometers dyp. Våre modeller gikk ut på atoppløsningen for det meste skjedde nær overflaten ved gjennomstrømning av ferskvann. For å forstå hvordan mineraler løses og felles, måtte vi gjøre beregninger av vanngjennomstrømningen i forhold til mineralenes løslighet (termodynamikk) og utfellingshastigheter (kinetikk). Dette danner grunnlaget for å forutsi noe om reservoarbergartenes porøsitet og hvor mye olje de kan inneholde. Mange av våre tidligere studenter, som nå arbeider de norske oljeselskapene (Statoil, Hydro og Saga), har gitt viktige bidrag innen det som i utlandet kalles "den norske skolen" innen reservoargeologi. Våre modeller har etter hvert fått stor internasjonal tilslutning, og de brukes i stor utstrekning av både norske og utenlandske selskaper i arbeidet med å forutsi porøsiteten i reservoarbergarter før boring av en oljefelle. Også når det gjelder å planlegge en optimal produksjon, er det viktig å kunne forutsi fordelingen av porøsitet og permeabilitet (gjennomtrengelighet) i reservoaret imellom brønnene.

Også kjemi og fysikk

Det er forståelse av geologiske prosesser som gir de beste muligheter til å forutsi bergarters egenskaper. Vi har et moderne laboratorium for å analysere den kjemiske sammensetning av forskjellige typer av olje fra oljefeltene. Vi har også utviklet en ny metode til å analysere svært små oljedråper som finnes inne i kvartsmineraler som er utfelt i sandsteiner. Selv om all oljen ellers er lekket ut, vil disse analysene fortelle om reservoaret har inneholdt olje og hva slags type olje det er. Vi har gjennomført en rekke større prosjekter i Nordsjøen og på Haltenbanken hvor vi har analysert oljer som produseres nå, og gammel olje inne i reservoarbergartene. Slik kan vi finne ut hvordan reservoarene i sin tid ble fylt.

Vi arbeider nå intenst med å forstå hvordan olje og vann strømmer i sedimentære bassenger som Nordsjøen, og vi søker årsakene til at trykkforholdene i reservoarene varierer så mye som de gjør. Vi vet at dette dels henger sammen med hvor raskt sedimentene presses sammen, dels med hvor tette bergartene er. I arbeidet med disse problemene får vi kombinert teorier om omvandlinger av sedimenter med teorier for strømning av væske og gass i bergarter.

I dag er vi særlig opptatt av å forstå sedimenter og sedimentære bergarters fysiske egenskaper bedre. Dette er viktig i forbindelse med sammenpressing og oppsprekking av bergarter, og også når det gjelder tolkningen av seismiske signaler. Derfor arbeider vi nært sammen med de av våre kolleger som beskjeftiger seg med geofysisk forskning på sokkelen.

Slik dannes petroleum

Fig. 2. Hvis det svarte slammet i løper av mange millione pr overleires med 3-4 km leire og sand, vil temperaturen bli 120-150 grader C., slik at olje dannes. Ved enda større begraving (som gir høyere temperatur) vil oljen gå over til gass. Oljen og gassen som dannes , vil vandre oppover og kan samles opp i porøse reservoarbergarter, som oftest sandstainer eller kalksteiner. Disse må være dekket av en tett skjfer eller salt (takbergart).

Miljøforskning

Den kunnskapen vi har skaffet fram ved å analysere råoljer og deres kjemiske nedbrytning, har vist seg svært nyttig for håndteringen av oljeforurensninger. Laboratoriet har derfor vært svært viktig også innenfor flere av våre prosjekter i miljøgeologi.

Spredning av forurensning i naturen avhenger av hvordan vann strømmer gjennom jordsmonn og sedimenter. Det gjelder da å forstå løsning og felling av mineraler og adsorpsjon av kjemikalier på leirmineraler. Vi bruker her mye av den samme kompetansen som vi benytter ved studier av reservoarbergarter.

Antiklinalfelle

Fig. 3. Petroleum finnes i porene mellom sandkornene, og porøse sandsteiner er gode reservoarbergarter. I en "antiklinalstruktur" som denne, fanges petroleum opp av en tett takbergart og gassen vil ligge over oljen fordi den er lettere.

Ikke ”kjøpt og betalt”

Vi har hele tiden hatt et nært samarbeid med norske oljeselskaper og også med svært mange av de internasjonale. Dette har vært nødvendig ikke bare for å sikre finansiering av forskningen, men fordi vi trenger prøver og data fra selskapene. Vi har likevel ikke følt oss styrt i bestemte retninger av oljeselskapene fordi de forskjellige selskapene ofte har hatt svært forskjellige oppfatninger av hva som er viktig. Vi har også hatt betydelig støtte fra Forskningsrådet. VISTA-programmet for petroleumsforskning som har vært finansiert av Statoil har likeledes vært svært viktig for oss.

”Gratis” laboratorium

Nordsjøen er et naturlig laboratorium hvor oljeindustrien har gitt oss en enorm mengde prøver og data som vi bruker til å forstå helt grunnleggende geologiske prosesser. Vi kan der studere både bergarter og petroleum under forskjellig trykk og temperatur og sammenlikne resultatene med mer teoretiske modeller. Det hadde knapt vært mulig å be Forskningsrådet om 100 millioner kroner til et borehull i Nordsjøen for rent vitenskapelige formål, men nå får vi slike prøver og data gratis. De store mengder seismiske data på sokkelen gir oss en detaljert tredimensjonal fordeling av bergarter som er et fantastisk utgangspunkt for å forstå sedimentære prosesser og tektonikk. Dette er et eksempel på at anvendt forskning kan bidra meget til det vi ellers ville kalle grunnforskning, og ikke bare motsatt. Det er svært tilfredsstillende når en del av våre forskningsresultater kan brukes i norsk industri: Våre hovedfags- og doktorgradsstudenter har da gode muligheter til å velge å fortsette som fagfolk og forskere i norsk industri og forskningsinstitutter. Da Statoil valgte å gi sin første forskningspris til vår gruppe i 1991, var vi svært glade for et slikt tegn på hvor viktig vårt forskningsfelt ble ansett for å være av selskapet.

For lite attraktivt

Jeg blir ofte spurt om hvorfor jeg har valgt å fortsette som universitetsforsker istedenfor å begynne i industrien. Jeg tror ikke mine kolleger i industrien like ofte blir spurt om det motsatte. Her har universitetene et betydelig problem, men også i industrien trues forskningen. Her er det ofte mer fristende for forskere å gå over i administrative stillinger med bedre lønn, prestisje og innflytelse. De som velger å fortsette med rent faglig arbeid eller forskning, har ofte ikke så store muligheter til å påvirke prioriteringene i selskapene. Det er ikke lenger så mange som for enhver pris vil være forskere, og det finnes jo mange andre interessante jobber. Derfor er det viktig at det blir attraktivt å velge en forskerkarriere. Hvis ikke noen av de beste studentene våre velger å bli forskere på universitetene eller i industrien, vil mange andre tiltak for å stimulere forskningen i Norge være til liten nytte.

Dette er ”Bjørlykke-gruppen” i dag:

  • Professor Knut Bjørlykke
  • Førsteamanuensis Dag Karlsen
  • Førsteamanuensis Jens Jahren
  • Overingeniør Kristian Backer-Owe

Post doc.-stipendiater:

  • Martin Koopmans
  • Caroline Lowery,

Doktorgradsstudenter:

  • Olav Lauvrak
  • Arild Kjeldstad
  • Fawad Chuhan
  • Erik Kovacs
  • Abid Bhullar
  • Runar Nygaard

Hovedfagsstudenter

(1992-1998 ca. 30)

Og disse var med...:

Professorene Per Aagaard, Kaare Høeg, Jan Inge Faleide, Johan Petter Nystuen og førsteamanuensis Henning Dypvik, som alle fremdeles arbeider ved Universitetet i Oslo, har vært viktige bidragsytere til forskningsgruppen. Det samme gjelder tidligere post doc.-stipendiat Girish Saigal, som nå arbeider i Saga Petroleum, Rolando di Primio (også Saga), Richard Patience (Statoil).

Detlev Leythaeuser har vært knyttet til gruppen som professor II og Steve Larter som gjesteprofessor.

Her arbeider gruppens doktorgradsstudenter i dag

  • Dag Karlsen: Universitetet i Oslo
  • Tor Nedkvitne, og Idar Horstad: Saga Petroleum
  • Mogens Ramm og Arnd Wilhelms: Norsk Hydro
  • Richard Olstad: Chervon Norge
  • Abid Bhullar: Univ. of Newcastle
  • Per Arne Bjørkum og Olav Walderhaug: Statoil.

”Top rank”

I evalueringen av norsk geovitenskap som ble gjennomført for Norges forskningsråd av en internasjonal ekspertkomité i 1998, får Bjørlykke-gruppen følgende skussmål:

”The research conducted on diagenesis impressed the Committee as top rank in both originality and quality.”

Av Knut Bjørlykke
Publisert 1. feb. 2012 12:14
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

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