ESPLORAZIONE PETROLIFERA

“E&P di Idrocarburi in Italia:
“Una convergenza Stato – Regioni - Operatori“
Workshop Tecnico: Upstream e Territorio
ESPLORAZIONE
PETROLIFERA
Sergio Morandi
( Shell Italia E&P SpA )
Convegno Annuale Settore Idrocarburi e Geotermia, Tirrenia 17–18 ottobre 2003
ASSOMINERARIA
Agenda:
ESPLORAZIONE
PETROLIFERA
• generalità sulla ricerca petrolifera
• ingredienti dell ’ esplorazione petrolifera:
• rischio geologico e valutazione geo.mineraria
•Il permesso di ricerca e le fasi esplorative
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ASSOMINERARIA
LA RICERCA PETROLIFERA (1)
Gli idrocarburi:
si generano esclusivamente nelle rocce sedimentarie
si accumulano generalmente nei bacini sedimentari
rappresentano un evento raro nel contesto dei fluidi
generalmente intrappolati nel sottosuolo
hanno una densità minore delle rocce e dell’acqua per cui, una
volta generatisi, tendono a migrare naturalmente verso la
superficie attraverso i pori e/o le fratture delle rocce e vengono
trattenuti nel sottosuolo sol nel caso in cui incontrino barriere di
permeabilità
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ASSOMINERARIA
LA RICERCA PETROLIFERA (2)
Elementi principali dell’esplorazione petrolifera:
“Petroleum Play”(tema di ricerca)
“Play Fairway”: area di estensione del tema di ricerca
“Petroleum system”: ipotesi sui meccanismi di generazione,
migrazione ed accumulo degli idrocarburi in un Play Fairway
“Valutazione geo-mineraria”:
Permesso di ricerca
prospezioni di dettaglio
definizione dei singoli prospetti
rischio geologico
stima delle riserve possibili
pozzo esplorativo
analisi dei risultati
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ASSOMINERARIA
LA RICERCA PETROLIFERA (3)
L’esplorazione è un investimento “ a rischio”:
parte da ipotesi geologiche
acquisisce ed interpreta dati per :
verificare o modificare tali ipotesi
identificare, gestire e ridurre le incertezze geologiche
quantificare e predirre un potenziale non ancora scoperto
e
valutare le percentuali di successo,
successo in funzione :
delle incertezze geologiche
del volume di idrocarburi che si potrebbero scoprire
degli investimenti necessari
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ASSOMINERARIA
IL CONCETTO DI PETROLEUM PLAY
• Il Petroleum play è un modello geologico iniziale
che spiega come la combinazione di un certo
numero di fattori geologici potrebbe aver prodotto
un accumulo di idrocarburi.
• Ingredienti del Petroleum Play:
Play
–
–
–
–
roccia madre (source rock & petroleum charge system)
roccia serbatoio (reservoir)
roccia di copertura (top seal o cap rock)
trappola (trap)
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ASSOMINERARIA
IL CONCETTO DI PETROLEUM PLAY
• Come si sviluppa un tema di ricerca (Play):
– studio regionale: conoscenza dell’evoluzione
stratigrafica e strutturale di un bacino sedimentario
– modello geologico: risultato dello studio regionale dal
quale predirre la presenza di rocce madri, sistema di caricamento, rocce serbatoio e
rocce di copertura ( Petroleum System )
– interpretazione di dettaglio per valutare la prospettività
di un’area
• Dati necessari per sviluppare un Play:
–
–
–
–
–
geologia regionale
dati sismici
pozzi
geologia di superficie
altri dati geofisici
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ASSOMINERARIA
Esempio di Petroleum System
“Adriatico Meridionale”
S
R
SEAL
RESERVOIR
S
Roccia di copertura
R
Roccia serbatoio
S
Roccia Madre
R
S
S
R
S
SOURCE
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ASSOMINERARIA
S
IL PLAY FAIRWAY
• il Play Fairway: è l’area geografica per la
quale si ritiene valido il modello geologico
di un singolo “Petroleum Play”
Esempio:
• Petroleum Play:
margine della Piattaforma
Carbonatica Apula
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ASSOMINERARIA
Esempio di mappa di PLAY FAIRWAY
“Adriatico Meridionale”
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Agenda:
ESPLORAZIONE
PETROLIFERA
• generalità sulla ricerca petrolifera
• ingredienti dell ’ esplorazione petrolifera
• rischio geologico e valutazione geo.mineraria
•Il permesso di ricerca e le fasi esplorative
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ASSOMINERARIA
LA ROCCIA MADRE (SOURCE ROCK)
La roccia madre (source rock) è una roccia sedimentaria ricca in
materia organica capace di generare ed espellere composti di
idrocarburi
• La generazione degli idrocarburi è causata da due fattori
principali:
• il seppellimento progressivo fino a raggiungere temperature
comprese tra 60 e 150 °C, corrispondenti a profondità di seppellimento dei
sedimenti comprese tra 2000 e 6500 m, in aree con gradiente geotermico
normale.
• il tempo: durata nel tempo delle condizioni di seppellimento
Condizioni ideali per la deposizione della
roccia madre:
–ambiente anossico caratterizzato da alta
produttività organica e scarso apporto di
ossigeno (bassa energia e scarsa
circolazione d’acqua)
Ambienti deposizionali per possibili rocce madri:
• bacini marini, lagune, scarpata continentale, laghi, delta
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–sedimenti a grana fine (generalmente
argillosi)
ASSOMINERARIA
LA ROCCIA MADRE (SOURCE ROCK)
** Il kerogene rappresenta il prodotto finale dei processi di trasformazione della MO ad opera dei batteri aerobi ed anaerobi
Il processo di evoluzione della materia organica contenuta nelle rocce
sedimentarie può essere suddiviso in quattro stadi:
– accumulo in ambiente anossico
– diagenesi: trasformazione della materia organica in kerogene** e/o
produzione di gas metano biogenico
– catagenesi: trasformazione del kerogene in idrocarburi liquidi
(olio) in funzione della temperatura, della profondità di
seppellimento e dell’età del sedimento
– metamorfismo: produzione di metano (gas termogenico/gas
“secco”) e di grafite dal kerogene residuo
Temperatura e Profondità aumentano dalla fase di
accumulo a quella di metamorfismo
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ASSOMINERARIA
MIGRAZIONE DEGLI IDROCARBURI
(PETROLEUM CHARGE SYSTEM)
Dopo essere stati generati, gli idrocarburi vengono espulsi dalla roccia madre
(migrazione primaria) in un mezzo poroso ( roccia porosa) entro il quale si
muovono (migrazione secondaria), finché non vengono bloccati ed
accumulati in una trappola geologica strutturale o stratigrafica (accumulo).
Talvolta gli idrocarburi possono passare da un mezzo poroso ad un altro o
essere rimessi in movimento dopo essersi accumulati in una trappola
(migrazione terziaria, trasmigrazione).
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ASSOMINERARIA
MIGRAZIONE DEGLI IDROCARBURI
( PETROLEUM CHARGE SYSTEM )
MIGRAZIONE PRIMARIA
( interna alla roccia madre )
MIGRAZIONE SECONDARIA
( nella roccia serbatoio dopo l’espulsione dalla
roccia madre )
A) espulsione
B) migrazione
verticale
C) Accumulo
iniziale
D) Migrazione
laterale
E) intrappolamento
Il movimento degli idrocarburi in una roccia serbatoio, fino al
raggiungimento di una trappola, è regolato da tre forze:
–
Spinta di galleggiamento
Convegno
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Gradiente di pressione
–
–
Pressione capillare
ASSOMINERARIA
LA ROCCIA SERBATOIO (RESERVOIR)
•
Il reservoir è costituito da una roccia capace non solo di
contenere i fluidi, ma anche di permetterne il movimento.
•
I fattori che caratterizzano la roccia serbatoio sono, quindi, la
porosità e la permeabilità.
• La porosità influisce sulle riserve di un prospetto.
• La permeabilità influisce sul flusso di produzione del petrolio
Si distinguono due tipi di reservoirs (rocce serbatoio):
•
reservoir clastici (sabbie, arenarie, ecc )
•
reservoir carbonatici (calcari,dolomie,ecc)
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ASSOMINERARIA
LA ROCCIA DI COPERTURA (SEAL)
• Una roccia di copertura è efficace se la sua pressione
capillare è maggiore della spinta di galleggiamento
degli idrocarburi sottostanti ( A e B )
•
Le rocce di copertura più efficaci sono costituite da rocce clastiche a
grana fine (argille) ed evaporiti (gessi ed anidriti)
• Ai fini dell’efficacia è più importante l’estensione laterale del “seal”
piuttosto che il suo spessore
• La duttilità aumenta l’efficacia
• La profondità di seppellimento non influisce sulle rocce di copertura
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ASSOMINERARIA
LA TRAPPOLA (TRAP)
La trappola geologica è il punto dove gli idrocarburi si accumulano
quando tutte le condizioni ideali del petroleum system sno presenti::
(roccia madre, roccia serbatoio, ,migrazione, roccia di copertura ed…..
chiusura strutturale o stratigrafica)
Le trappole geologiche sono generalmente classificate in:
strutturali
stratigrafiche
TERMINI COMUNEMENTE USATI PER DESCRIVERE UNA TRAPPOLA
water
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ASSOMINERARIA
Agenda:
ESPLORAZIONE
PETROLIFERA
• generalità sulla ricerca petrolifera
• ingredienti dell ’ esplorazione petrolifera
• rischio geologico e valutazione geo.mineraria
•Il permesso di ricerca e le fasi esplorative
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ASSOMINERARIA
Il Rischio Geologico
• L’esplorazione è un investimento a rischio che cerca di quantificare un potenziale petrolifero
non ancora scoperto valutando e pesando le incertezze
• Il rischio geologico esprime in % quante possibilità si hanno di scoprire un giacimento di idrocarburi
Per valutare un prospetto esplorativo bisogna combinare insieme due livelli di rischio geologico :
•A) Play Risk:
il rischio relativo all’ efficacia del “Petroleum Play” ipotizzato
•B) Prospect Specific Risk: Il rischio relativo all’ efficacia del “singolo prospetto esplorativo”
A) Play Risk formula:
Geological Model Risk x Conditional Play Risk = Play Chance %
Geological Model Risk ( possibilità in % che il modello geologico sia valido)
valido)
Conditional Play Risk (possibilità in % che sui sia prodotto effettivamente un Petroleum System)
Play Chance ( possibilità in % di trovare il Play sia effettivamente presente )
B) Prospect Specific Risk %
=
Trap/Seal risk x Charge risk x Reservoir risk
Trap/Seal risk ( presenza ed efficacia della trappola geologica e della roccia di copertura )
Charge Risk (possibilità che la trappola sia stata caricata di idrocarburi )
Reservoir risk ( presenza e qualità della roccia serbatoio )
Play Chance x Prospect Specific Risk = Prospect Success Chance (%)
Prospect Success Chance (Rischio Geologico = probabilità di scoprire un giacimento di idrocarburi)
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ASSOMINERARIA
Il Rischio Geologico
na
Cate
IN ITALIA
sa
os
nf
va
A
Il Prospect Success Chance
(Rischio Geologico)
tro
Re
Ciò significa che ogni volta che si perfora un pozzo
esplorativo si hanno solo
B
co
Ar
il 16% di possibilità di scoprire un giacimento di
idrocarburi
e
es
pa
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Av
na
te
Ca
è mediamente del 16%
A
( ….e quindi l’ 84% di possibiltà di fallire )
CHAIN
BACK ARCH
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C
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C
Pl-Q
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FORELAND
T
C
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C
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Tirrenia 17–18 ottobre 2003
C
A
Catena
B
ASSOMINERARIA
Valutazione Geo -mineraria
Dati geofisici (sismica, ecc)
Dati Geologici ( modello geologico, pozzi,ecc)
Prospetto Minerario
mappa della trappola geologica (interpretazione dei dati sismici)
RESERVOIR: caratteristiche geologiche e petrofisiche della roccia serbatoio
SOURCE: tipo di idrocarburi che ipotizziamo essersi accumulati
Valutazione del potenziale petrolifero di un Prospetto Minerario
( riserve di idrocarburi recuperabil )
GRV mc x N/G% x O% x Shc% x RF = Riserve Recuperabili
GRV mc = trappola; volume di roccia impregnata di idrocarburi
N/G % = Net/gross ratio % di roccia potenzialmente occupata da fluidi
O%
= porosità del reservoir
Shc%
= saturazione in Idrocarburi del reservoir
RF
= fattore di recupero degli idrocarburi
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ASSOMINERARIA
Valutazione Geo -mineraria
RISERVE RECUPERABILI x RISCHIO GEOLOGICO = RISERVE RISCHIATE
Risultato
POZZO ESPLORATIVO
VALUTAZIONE ECONOMICA
DEL PROSPETTO E DEL PERMESSO DI RICERCA
DECISIONE
ABBANDONO
Istanza di Concessione
(Sviluppo e Produzione)
INVESTIMENTI NECESSARI
€/$
(esplorazione, sviluppo e produzione )
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ASSOMINERARIA
ESPLORAZIONE PETROILIFERA
“ un lungo percorso ricco di scelte ed incertezze “
Fase preliminare
Permesso di ricerca
Area
Bacino
Petroleum
Play
Permessi
Prospezionie
geografica
Sedimentario
Play
fairway
di ricerca
esplorativa
Prospetto
Pozzo
esplorativo
Italia
1
catena
Area a
pieve
sismica
1
a
Spagna
2
avampaese
Area b
mulino
MT
2
b
Libia
3
Area c
fosso
Gravim.
3
c
Tunisia
4
Margine di
piattaforma
Area d
Monte X
Magnet.
4
d
ecc
ecc
ecc
ecc
ecc
ecc
ecc
avanfossa
ecc
Pozzo
Risultato
esplorativo
della
ricerca
a
Concessione di coltivazione
abbandono dell’ area
b
c
d
ecc
scoperta
valutazione
si riparte dalla prospezione
sterile
“shows”
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ASSOMINERARIA
Agenda:
ESPLORAZIONE
PETROLIFERA
• generalità sulla ricerca petrolifera
• ingredienti dell ’ esplorazione petrolifera
• rischio geologico e valutazione geo.mineraria
•Il permesso di ricerca e le fasi esplorative
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ASSOMINERARIA
Il Permesso di Ricerca e le fasi esplorative
1) Fase esplorativa preliminare:
se in un Permesso di Ricerca od in aree limitrofe, già esistono dati
geologici e geofisici;
•
•
•
•
•
studi Geologici regionali e di dettaglio
dati sismici precedentemente acquisiti
dati gravimentrici, Magnetometrici, Magnetotellurici (MT)
dati di pozzi già perforati
ecc
essi, dopo l’attribuzione, vengono generalmente acquistati, rielaborati, se
necessario, e re-interpretati.
2) Prospezione ed esplorazione:
La sintesi di tutti i dati analizzati nella fase preliminare serve a scegliere
opportunamente dove e come eseguire le “Indagini Geofisiche”
( sismica, MT, altro ),senza le quali è impossibile valutare il potenziale
minerario del permesso ed ubicare l’eventuale pozzo esplorativo
Quindi per definizione, nella fase esplorativa e cioè di “ricerca”,
non è possibile conoscere a priori al momento del conferimento del
Permesso di Ricerca :
• quante indagini geofisiche serviranno realmente
• dove saranno ubicate
• dove soprattutto sarà ubicato il pozzo esplorativo
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ASSOMINERARIA
esplorare Idrocarburi … . in ITALIA
1)
Se un’area è ritenuta interessante,ed è “libera”da vigenti Permessi e/o
Istanza di Permesso di Ricerca
al Ministero delle Attività Produttive (MAP).
Concessioni,si presenta un’
A tale Istanza vanno allegati:
•
Relazione Geologica
che descrive il Petroleum Play ipotizzato
•
Programma Lavori
che contiene la descrizione dei i lavori esplorativi che si
intendono realizzare (sismica e pozzo esplorativo in
particolare) e la descrizione degli investimenti previsti
2)
l’istanza di Permesso è valutata inizialmente dal “Comitato
Tecnico
per gli Idrocarburi e la Geotermia”, che esamina la validità tecnica
del progetto esplorativo e lo confronta con altre eventuali istanze
concorrenti
3)
se l’Istanza è accolta vengono coinvolte le Regioni interessate per
ottenere “la
cosiddetta intesa”
ottenuta “l’intesa” il MAP emana il Decreto di Conferimento del
Ricerca”.
Solo aTirrenia
questo
punto
inizio la “reale”
Convegno“Permesso
Annuale Settoredi
Idrocarburi
e Geotermia,
17–18
ottobrepuò
2003 avere ASSOMINERARIA
della fase esplorativa
4)
Il Permesso di Ricerca e le fasi esplorative
Il programma di esplorazione (programma lavori) di un
un Permesso di Ricerca per Idrocarburi
prevede generalmente le seguenti fasi esplorative:
•
•
•
•
•
•
Studi Geologici di base
Analisi dei dati già disponibili
Indagini Geofisiche ***
Valutazione Geo – mineraria
Perforazione di un pozzo esplorativo ***
Valutazione dei risultati
*** a queste due fasi esplorative vanno riferite tutte le principali attività di “terreno”
che potenzialmente interagiscono con l’ambiente ed il contesto antropico locale
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ASSOMINERARIA
Indagini Geofisiche
( …..ne parleremo fra qualche
minuto in dettaglio )
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ASSOMINERARIA
PERFORAZIONE DEL POZZO ESPLORATIVO
Il “Programma di Perforazione” contiene tutte le informazioni necessarie al
raggiungimento dell’obiettivo minerario prefissato.
• Ubicazione del pozzo
• Progetto di allestimento della piazzola e vie di accesso al cantiere
• Obiettivo minerario
• Stratigrafia prevista
• Previsione di perforazione
• Metodi ed intervalli di raccolta dei campioni di roccia
• Programma delle registrazioni petrofisiche in pozzo
• Previsione delle pressioni e temperature in formazione
• Diametri del foro e programma di tubaggio
• Sistema di prevenzione delle eruzioni
• Programma dei fanghi di perforazione
• Gestione HSE del cantiere
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ASSOMINERARIA
OPERAZIONE LEGATE AL RISULTATO MINERARIO
DEL POZZO ESPLORATIVO
•
Pozzo Sterile
• Chiusura Mineraria
• Rimozione totale del cantiere di perforazione
• Ripristino integrale della postazione
•
Pozzo Produttivo
• Prove di strato o di produzione
• Completamento del pozzo con discesa di una batteria di tubini di
produzione
•Rimozione totale del cantiere di perforazione
•Posizionamento in superficie delle apparecchiature di sicurezza e di
produzione
• ripristino parziale ed opere mitigazione del sito di produzione
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ASSOMINERARIA
Pozzo Sterile
RISULTATO MINERARIO
DEL POZZO ESPLORATIVO
Sito del pozzo esplorativo prima della perforazione
Operazioni di perforazione del pozzo
Sito del pozzo esplorativo dopo il ripristino integrale
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ASSOMINERARIA
RISULTATO MINERARIO
DEL POZZO ESPLORATIVO
Pozzo Produttivo
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ASSOMINERARIA