עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > גיאולוגיהעמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > אנרגיה
מינא : המכון הישראלי לנפט ולאנרגיה


תקציר
מידע על הדרישות המוקדמות לעריכת סקר יסודי לגילוי נפט, על שיטות לחיפוש מבנים תת-קרקעיים הלוכדים בתוכם נפט (גיאולוגיות, גיאופיזיות וקידוחי מבנה), על זיהוי נפט ושיטת רישום ועל בדיקת טיב הנוזלים בשכבות הסלעים.



סקר לגילוי נפט
מחבר: פרץ גרדר


לפני שניגשים לעריכת סקר יסודי לגילוי נפט, מקובל להעריך את הגורמים השונים שצויינו לעיל, ואלו הן חמש הדרישות המוקדמות, המובאות בדרך-כלל בחשבון:


  1. חומר מוצא אפשרי שממנו יכול היה הנפט להיווצר.

  2. סלעי מאגר שהנפט עשוי לנדוד אליהם ושאפשר להפיקו מתוכם.

  3. תנאים תת-קרקעיים מתאימים ללכידת הנפט, המאפשרים לו להצטבר למאגרים.

  4. סלעי כיסוי מספיקים, המונעים את בריחת הנפט מהמלכודת כלפי מעלה ואת איבודו על-פני השטח.

  5. זימונם המתאים של כל המאורעות הקשורים בכך.


בימים הראשונים של גיאולוגיית הנפט נהוג היה להקדיש זמן ניכר ומרץ רב לבעיות מיוחדות אלו. ואלו כיום, גורם העיקרי שנבדק לפני כל חיפוש מקיף ויסודי הוא נפח המישקעים הנתונים לבדיקה. אם מצוי חתך-מישקעים עבה למדי ( 1500-3000 מטר), מקווים שבתוך חתך זה יימצאו סלעי-אם מתאימים, סלעי-מאגר וסלעי-כיסוי. מן הראוי לקדוח כל מיבנה תת-קרקעי שאפשר לאתרו באיזור כזה, אם המלכודת נוצרה לפני נדידת הנפט.

אם כי זימונם של כל המאורעות הקשורים בדבר מהווה שיקול חשוב, אין בידינו אלא ידיעות מבוססות מעטות מאוד על הזמן שבו נוצר הנפט ועל המועד של ראשית נדודיו. לכל היותר אפשר לקבוע - וגם זאת רק לאחר השלמת הקירות גיאולוגיות נרחבות כממדים אזוריים - את הגיל המשוער של התנועות הגיאולוגיות העיקריות (קימוט, שבירה) גיל זה קובע את תחום הזמן הקדום ביותר שבו יכולה היתה להיווצר מלכודת-מיבנה.

לפיכך מכוון המאמץ העיקרי בסקר לאיתורן של מלכודות מתאימות כמעמקי האדמה. יצויין מראש כי עד כה לא נמצאה כל שיטה לגילוי נפט באופן ישיר. כל השיטות המקובלות כיום מכוונות לחשיפת תנוחתן התת-קרקעית של השכבות. על-פי זה לומדים את המיבנה שכשמעמקי האדמה ומתחמים את השטחים שבהם עשויות להימצא מלכודות. אלה הם המקומות שנפט עשוי להצטבר בהם, אולם רק על-ידי קידוח אל תוך מלכודות כאלה אפשר לקבוע בוודאות אם יש בהן נפט או אין.

בחיפוש אחר המיבנים התת-קרקעיים משתמשים בשלוש שיטות עיקריות:
1. גיאולוגיות; 2. גיאופיזיות; 3.קידוחי-מיבנה.


 

1. שיטות גיאולוגיות


השיטות הגיאולוגיות יפות בעיקר לשטחים שיש בהם תצורות סלע חשופות על פני השטח, או באזורים המכוסים סחף, שקידוחים רבים חדרו בו.

במקום שהשכבות חשופות עורכים מיפוי גיאולוגי מפורט בעזרת מכשירי-מדידה מדוייקים. במפות אלו מציינים בדיוק את גובהן ותנוחתן של השכבות, וכן את השינויים האופקיים והאנכיים החלים בליתולוגיה. במיוחד מציינים שכבות סלע המשתרעות על פני שטחים רחבים ללא שינוי גדול ואשר אופין שונה משל שכבות אחרות. האופי המיוחד עשוי להיגרם על-ידי הצבע, מיבנה הסלע, סוג הסלעים ותכולת המאובנים. קוראים לשכבות כאלה "אופקים מנחים" (Marker Horizons), שקובעים את הגובה המוחלט של גג התצורה או השכבה. מידיעות אלו יכול הגיאולוג לקביע את צורת המיכנה כפי שהוא מופיע על פני השטח. תפקידו העיקרי הבא הוא לקבוע כיצד משתנה מיבנה זה בעומק ולהעריך היכן יש סיכויים גדולים ביותר למציאת מלכודת גיאולוגית.
בארצות שטרם נמצא בהן נפט מקובל בדרך-כלל לקדוח ממקום הגבוה כיותר של מיבנה תת-קרקעי כזה. הדבר נעשה כדי להימנע מלפסוח אפילו על עקבות הנפט הזעירים ביותר. בשלב הראשון של קידוחי נפט, כשהקודחים היו חודרים לחלק העליון ביותר של מלכודות כאלה, המכילות נפט וגז, היו מניחים לגז להימלט. מיליארדים רבים של ממ"ק גז נמלטו לחלל האוויר או שנשרפו על-פי הבאר. רק בזמן הרבה יותר מאוחר עמדו קודחי הנפט על חשיבותו של גז זה. כיום ערכו של הגז טמון לא רק בשימושים הנעשים בו, כי אם בעיקר בלחץ שהוא מפעיל על הנפט, המביא לזרימתו מן המיבנה אל פני השטח. בכל מקום שידוע על קיומם של נפט וגז גם יחד, קודחים את הבארות בצורה כזאת שתחדורנה קודם-כול לעמוד הנפט, באופן שינוצל מלוא הערך של הגז ככוח המניע העיקרי להזרמתו של הנפט החוצה.

באזורים שאין בהם שכבות חשופות על פני השטח ואשר כבר נקדחו בהם בארות רבות, חייב הגיאולוג להתרכז בלימוד מפורט של כל הנתונים שהושגו מהבארות האלו. פירושו של דבר - בדיקה מיקרוסקופית של כל הדוגמאות והגלעינים וניתוח יסודי של כל הרישומים (logs) החשמליים והראדיו-אקטיביים ובדיקות שונות אחרות שבוצעו בבארות. תשומת-לב מיוחדת מוקדשת לבדיקתם של אופקים מנחים אשר אפשר לעקוב אחריהם מבאר לבאר בעזרת נתונים כאלה, הואיל והם משמשים כבסיס לפיענוח המבוקש של המיבנה הגיאולוגי. נוסף על כך מתגלות בצורה זו ידיעות חשובות על השינויים האופקיים והאנכיים החלים בליתולוגיה. ידיעות אלו עשויות לשמש מפתח לאיתורן המוצלח של מלכודות שכבתיות.



 

2. השיטות הגיאופיזיות


השימוש העיקרי בשיטות גיאופיזיות הוא באזורים שבהם התצורות הגיאולוגיות מצויות מתחת למעטה סחף. את השיטות האלו נזכיר כאן רק כקצרה. כל המדע הגיאופיזי מבוסס על האפשרות למדוד את תכונותיהם הפיזיקליות השונות של הסלעים הטמונים בעומק.

קיימות ארבע שיטות גיאופיזיות עיקריות:

  1. השיטה הסייסמית: באמצעותה מודדים את מהירות התפשטותו של דחף הקול (Impulse Sound) בעוברו דרך שכבות סלעים שונות: מהירות ההתפשטות תלויה בתכונות האלאסטיות של הסלעים.

  2. השיטה הגראבימטרית: באמצעותה מודדים את השינויים האופקיים הזעירים החלים בכוח-המשיכה של כדור-הארץ. שינויים אלה תלויים בהבדלי הצפיפות של הסלעים.

  3. השיטה הגיאומאגנטית: בה מודדים את השנויים האופקיים או האנכיים של השדה המאגנטי. שינויים אלה הם למעשה פונקציה של הרגישות המאגנטית של הסלעים.

  4. שיטות גיאו-חשמליות: שיטות אלו מכוססות על התכונות החשמליות של הסלעים.





 

3. שיטת קידוח המיבנה


קידוחי מיבנה מבוצעים באזורים בהם השכבות הגיאולוגיות מצויות מתחת למעטה רדוד של סחף. לעתים קרובות מכצעים את הקידוחים בתיאום עם פיענוח גיאופיזי.

כדי לבדוק אפשרות קיומו של מיבנה באיזור המכוסה כשכבת סחף דקה, חודרים דרך מעטה זה בעזרת קידוחים רדודים. בדרך-כלל ממשיכים בקידוח עד שנתקלים באופק מנjה מתוך סידרת הסלעים העיקרית. נערכת השוואה מקידוח לקידוח ומצטיירת תנוחתן של השכבות בעומק. על-ידי מספר מספיק של נתונים כאלה נקבע המיבנה התת-קרקעי.



 

4. זיהוי נפט ושיטות רישום (Logging Technique)


לאחר שהמיבנה נקבע על-פי אחת מהשיטות האלו ולאחר שהוחל בקידוח הבוחן, יש לנקוט אמצעי זהירות כדי להימנע מלפסוח על הופעת נפט. תולדות קידוחי הנפט זרועות דוגמאות רבות של בארות שקודחיהן פסחו על שכבות מכילות נפט. חלק מן הבארות האלו, אשר נעזבו בשעתן כקידוחים יבשים, נבדקו שנית בזמן מאוחר יותר כעזרת שיטות רישום (logging) חדישות ומשופרות. במקרים רבים נמצא בבארות אלו, לאחר הבדיקה החוזרת, נפט בכמויות מסחריות. כיום אין מסיימים קידוח ואין מסיקים מסקנות סופיות לפני שעורכים בדיקות מוסמכות כראוי ולפני שמעבדים את כל הנתונים ביסודיות .

אחת הבדיקות הקדומות ביותר, הנהוגה גם כיום, היא בדיקת הדוגמאות המועלות אל פני השטח. דוגמאות אלו נבדקות באופן יסודי במיקרוסקופ ועל-ידי כך מוגדרים טיפוסי הסלעים שהקידוח עובר בהם. דוגמאות סלע שמבחינים בהם בסימנים המעידים על מציאות נפט - מטבילים אותן בכלורופורם. עקבות הנפט הזעירים ביותר, גם אם אינם נראים לעין - יגרמו לצביעת הכלורופורם. בבדיקה נוספת - באור אולטרה-סגול - של הכלורופורם הצבוע, גורם הנפט המומס לזריחה (כלואורסצנסיה). אם כי יש מינרלים רבים הזורחים בהקרנה של אור אולטרה-סגולי, הרי אף אחד מהם אינו גורם לצביעת הכלורופורם, מאחר שזו תופעה אורגנית בלבד, כדרך כלל נלקחות דוגמאות כרווחים של שניים עד שלושה מטרים, ותוצאותיהן של כל הבדיקות נערכות בקפדנות בטבלאות ומתוארות בצורה גראפית.

הסלעים שבהם חודר הקידוח נטחנים עד דק על-ידי שיני המקדח. פיסות מטחן מסלעים שונים מתערבבות בדרכן אל פני השטח. לפיכך אין דוגמאות מטחן אלו מייצגות נכונה את השכבות. לפעמים יש צורך בדגם נאמן של התצורה. במקרים כאלה קודחים כמכשיר מיוחד ומוציאים גלעין או גליל מהסלע, אם כי שיטה זו יקרה, הריהי מספקת את החומר הטוב ביותר לבדיקה מדוייקת של סלעי התצורות. בקידוחי-בוחן נוהגים, בשעת הקידוח, להוציא גלעין כזה מדי 40 או 50 מטר, נוסף על ההבחנה בקיומו אי בהעדרו של נפט, ניתן ללמוד מבדיקת הגלעין גם על נקבוביות השכבות וחדירותן. רישום זמן הקידוח (drilling time log) מבוצע כיום באורח קבע. זהו רישום מלא של משך הקדיחה של כל מטר סלע. הרישום משמש בעיקר כמדד של קשיות התצורה: ככל שהסלע קשה יותר, כן נמשכת קדיחתו זמן רב יותר. לעובדה זו נודעת חשיבות מעשית, הואיל וסלעים רכים עשויים להיות גם נקבוביים ולפיכך ייתכן כי הם מכילים נפט, רישום זמן הקידוח, שהיה נעשה לפנים על-ידי הקודחים, נרשם עתה כאופן אוטומאטי.

במקרים רבים, כפי שהוסבר לעיל, נמצא גז יחד עם נפט, ולפיכך מותקן במכונת הקידוח מכשיר עיקוב שתוכנן במיוחד, הרושם אוטומאטית את מציאותם של עקבות גז זעירים ביותר. אם מסיבה כלשהי אין סלע הכיסוי שמעל למאגר נפט אטים לחלוטין, עלול הגז לברוח אל תצורות הנמצאות גבוה יותר. מכשיר העיקוב הנ"ל יבחין בנוכחותו של גז זה - תופעה שהיא לעתים קרובות סימן ראשון להתקרבות הקידוח אל מאגר של נפט או גז.

בעיה רצינית מתעוררת כאשר מסיבות שונות אין שום דוגמאות עולות אל פני השטח. במיוחד במקרה מעין זה עלולים הקודחים לפסוח על מציאות נפט. בבארות כאלה מן ההכרח להשתמש משיטות רישום נוספות, שביצוען ופיענוחן מצריכים את עזרתם של שירותים טכניים מיוחדים.

שיטת הרישום החשמלי היא הנפוצה שביניהן. רישום זה מבוצע על-ידי הורדת מכשיר מיוהד, שדרכו מועבר זרם חשמלי, אל תוך חור-הקידוח. זרם זה עובר בשכבות השונות של הסלע, והקלות היחסית, שבה הוא נע בתוך שכבות שונות אלו, נרשמת באופן אוטומאטי. מהירות מעבר הזרם בסלע מותנית בהרכבו של הסלע ובטיב הנוזלים שכתוכו. מאחר שמים מלוחים הם מוליך חשמלי טוב - התנגדותם למעבר הזרם קטנה. נפט, מצד שני, הוא מוליך חשמלי גרוע ולפיכך התנגדותו למעבר הזרם היא גדולה. לפני הפיענוח הסופי של התוצאות יש להביא בחשבון גורמים רבים אחרים, אך בכל אופן מהווים הרישומים הללו בסיס למסקנות רבות לגבי סוג התצורה בעומק, נקבוביותה וחדירותה, עובי השכבות, מציאות מים, נפט או גז, וכן לגבי אזורים מעניינים, הראויים לבדיקה נוספת.

מכשיר רישום נוסף שמרבים להשתמש בו מבוסס על התכונות הראדיו-אקטיביות של השכבות.

כל הסלעים מכילים כמות מסויימת של חומר ראדיו-אקטיבי בדרגות שונות. ידוע, למשל, כי מצלים הם ראדיו-אקטיביים יותר מאשר אבני-גיר או חולות, ומדידת התכונה הזאת מרמזת על סוג התצורה הנקדחת. סוג-תצפית זה יעיל במיוחד בבארות שקירותיהן דופנו על-ידי צינורות מגן, מכיוון שקירות הפלדה אינם מהווים מעצור לקרינה הראדיו-אקטיבית. זוהי השיטה היחידה שבה אפשר לבדוק מחדש אפשרויות למציאת נפט ברבות מן הבארות שסווגו לפנים כיבשות.



 

5. בדיקת טיב הנוזלים בשכבות


אם בשעת קידוח מתגלים סימנים ברורים של נפט, מבצעים בדיקה מיוחדת כדי להשיג דוגמה מהנוזל האצור בשכבה. לבדיקה זו קוראים "בדיקה בקנה-המקדה" (drill stem-test) או מבחן ג'ונסטון. מורידים לתוך חור הקידוח צינור מיוחד עם כמה שסתומים ומדי-לחץ. צינור זה מוצב מול השכבות אשר לפי המשוער עשוי להימצא בהן נפט ואוטמים לחלוטין את השכבות אשר מעל לנפט ומתחתיו. משנפתחים השסתומים יכול להיכנס לצינור רק נפט או כל נוזל אחר שעשוי להימצא בקטע הנבדק. כן מספקת בדיקה זו ידיעות מוקדמות על תנאי הלחץ ועל כושר-הזרימה של הבאר.



 

סיכום


לפני 50 שנה הצטמצם הסקר הגיאולוגי הקשור בחיפוש. נפט במיפוי על-קרקעי של מיבנים גיאולוגיים. כיום מקיפה הגיאולוגיה של הנפט שטחי מדע שונים. היא חייבת להביא בחשבון, במלאכת חיפושי הנפט, מיספר רב של גורמים, כגון התצורות הגיאולוגיות בהן נוצר הנפט; סלעי-מאגר ללכידת הנפט; סלעי-כיסוי לאטימת מלכודות הנפט; זימונם יחד של כל התנאים המאפשרים היווצרות נפט והצטברותו וכו'.

עד היום טרם הומצאה שיטה לגילוי נפט באורח ישיר. משום כך משתמשת הגיאולוגיה של הנפט בשלוש שיטות עיקריות לאיתור המקומות, שהם בעלי הסיכוי הגדול ביותר להכיל נפט במאגרים תת-קרקעיים. ואלו השיטות: סקרים גיאולוגיים על-קרקעיים; סקרים גיאולוגיים תת-קרקעיים בעזרת קידוחי-מיבנה; סקרים גיאופיזיים .

אם כי עוד רבים הגורמים הבלתי-מוסברים בפרשת הנפט, הרי הגיאולוגיה של הנפט היא מדע מבוסס כל-צורכו והשימוש בעקרונותיו סייע בגילוי רצוף של נפט. הסטאטיסטיקה מראה, שעל-ידי הזדקקות לגיאולוגיה ולגיאופיזיקה בחיפושי נפט גדלו במרוצת השנים סיכויי ההצלחה כפליים; לפני שנים הסתיים בהצלחה רק אחד מתוך 19 קידוחי בוחן (בממוצע עולמי), ואלו כיום אחד מתוך 9 עד 10 קידוחי בוחן מוכתר בהצלחה, כלומר מגלה נפט.




לעיון בקטעים אחרים בתוך חוברת "הגיאולוגיה של הנפט":
מקור הנפט
הצטברות הנפט
שיטות קידוח



אל האסופה ישראל - האדם והמרחב : נושאים נבחרים בגיאוגרפיה3

ביבליוגרפיה:
כותר: סקר לגילוי נפט
מחבר: גרדר, פרץ
תאריך: מאי 1968 
שם כתב העת: הגיאולוגיה של הנפט : דפים למורה ולתלמיד
הוצאה לאור: מינא : המכון הישראלי לנפט ולאנרגיה
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית