Dannelse av hydrokarboner
Petroleum er fellesbenevnelsen for olje, kondensat og gass. Utgangspunktet for dannelsen av petroleum er biologi. Små organismer som vi knapt ser med det blotte øyet, plankton og alger, er kildematerialet til store forekomster av petroleum. Når mikroorganismene får de rette geologiske, kjemiske og fysiske forholdene, omdannes de til olje og gass. Det vil si at mikroorganismene må avsettes i et miljø uten mye oksygen, og temperaturforholdene må være mellom 60 og 250 °C. Ved 60–160 °C blir det dannet olje, og ved 140–250 °C dannes gass.
Det ytre miljøet
For 150 millioner år siden lå norsk sokkel ca. 45 grader nord, som tilsvarer området midt i Frankrike i dagens kontinentale plassering. Da var klimaet varmt og godt. Kontinentet vårt besto av lavtliggende områder der havet hadde trengt inn. Disse områdene var adskilt av høydedrag, og det dannet seg isolerte havbasseng med liten sirkulasjon og utskifting av vannet. Det resulterte i at vannet var varmt og hadde lavt innhold av oksygen. I disse bassengene ble det en stor produksjon av alger og plankton.
Da de marine organismene døde, sank de ned til havbunnen. På grunn av lavt innhold av oksygen i vannet var det lite bakterier som kunne starte nedbryting av organismene. Derfor foregikk det ingen forråtnelse av organismene som ble liggende lagvis i den tykke bunnleira. Over de marine organismene fortsatte avsetning av sedimenter, både salt, kalk og sand. Etter hvert ble de marine sedimentene begravd og herdet til en organisk-rik skifer.
På norsk sokkel finnes en slik organisk-rik skifer som har fått navnet Draupneformasjonen. Draupneskiferen er den viktigste kildebergarten i Nordsjøen. På britisk side av Nordsjøen både på sokkelen og på land finnes en tilsvarende skifer (Kimmeridge skifer). Den er så rik på organisk materiale, at den lukter råttent og brenner når den tennes på.
Omdannelse fra kilde til olje og gass
Når en organisk-rik skifer utsettes for tilstrekkelig trykk og varme, omdannes det organiske materialet til olje og gass. Denne prosessen kalles modning. Om det dannes olje eller gass, er avhengig av temperaturen, men også til en viss grad trykket.
Ved ca. 80 °C begynner det organiske materialet å omdannes til et voksaktig stoff som kalles kerogen, og bergarten er da blitt det man kaller en oljeskifer. Stiger temperaturen mer, brytes de komplekse kerogenmolekylene ned til olje- og gassmolekyler der gassen hovedsakelig er den enkle hydrokarbonforbindelsen metan, CH4.
Olje dannes i temperaturområdet 80–160 °C. Dette området kalles oljevinduet. Gass dannes i gassvinduet ved temperaturer mellom 140–250 °C.
Ved temperaturer over 250 °C brytes alt ned til grafitt som er det mineralet som brukes i blyanter.
Temperaturen som bidrar til modningen oppnås når skiferen er begravd under kilometertykke sedimentlag. Temperaturen i jorden stiger med 35°C/kilometer. Kildebergarten der må derfor begraves godt over 2 km før den er varm nok til at det dannes olje. Det kan gjerne gå flere titalls millioner år fra kildematerialet dannes til det begraves dypt nok til at det omdannes til olje og gass.
Migrasjon
Olje og gass har mye lavere tetthet enn kerogen, og når omdanningen fra kerogen til petroleum skjer, utvider hydrokarbonene seg kraftig. Det gjør at kildebergarten sprekker opp, slik at hydrokarbonene unnslipper den ellers ugjennomtrengelige bergarten.
Når olje og gass beveger seg ut fra kildebergarten og strømmer oppover i bergartene, kalles det migrasjon.
Olje og gass som migrerer fra kildebergarten, følger sprekker i bergartene og går inn i porøse bergarter som ligger over kilden.
Dersom hydrokarbonene, eller oljen, til slutt ender i en reservoarbergart, og reservoarbergarten har en kappebergart, altså et tett tak som hindrer hydrokarbonene å migrere videre oppover, blir det dannet en oljefelle.
Sted, temperatur, tid; alt må stemme
Det er altså mange kritiske faktorer som skal være på plass for dannelsen av et oljefelt. Det er ikke nok at alle faktorene er til stede dersom timingen er feil. I Barentshavet er det flere eksempler på letebrønner med kun spor av hydrokarboner. Der har deler av takbergarten erodert bort før hydrokarbonene migrerte inn i reservoaret. Hydrokarbonene fortsatte gjennom bergarten og opp til overflaten. Andre steder kan modning og migrasjon ha skjedd før en god reservoarbergart har blitt dannet.
Reservoaret kan fylles opp med olje helt til det som kalles spillpunktet. Dersom fella fylles utover spillpunktet, strømmer oljen ut av reservoaret og videre oppover mot overflaten, eller til neste porøse bergart som har takbergart over.
Det meste av oljen som ble dannet har gått tapt på grunn av at en eller flere hendelser ikke skjedde i riktig rekkefølge. Det antas at kun 10 prosent av opprinnelig olje er fanget i oljefeller, resten er gått tapt til resirkulering i naturens løp.
Hydrokarbonene sorteres i reservoaret
I en reservoarbergart vil gass legge seg over oljen, og olje vil legge seg over vannet. Dette skjer fordi gass har lavere tetthet enn olje, og olje har lavere tetthet enn vann.
Slik får man en lagdelt fordeling med gass øverst, vann underst og olje mellom disse. Overgangen mellom gass og olje kalles gass–olje-kontakten (Gass Oil Contact – GOC), mens overgangen olje–vann kalles olje–vann-kontakten (Oil Water Contact – OWC).
