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Main Title: Reservoir characterisation using macromolecular petroleum compounds including asphaltenes: A case study of the Heidrun oil field in the Norwegian North Sea
Translated Title: Charakterisierung eines Reservoirs mittels makromolekularer Erdölbestandteile inklusive der Asphaltene: Eine Fallstudie zum Heidrun Ölfeld aus der Norwegischen Nordsee
Author(s): Theuerkorn, Katja
Advisor(s): Horsfield, Brian
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die vorliegende Arbeit ist Teil des Industriepartner Projektes „BioPets Flux“ zwischen dem GFZ Potsdam und den Industriepartnern BG Group, Devon Energy, ExxonMobil, Petrobras, Repsol YPF, Shell und Statoil. Die Ziele der Arbeit sind es Vorhersagen von Alterationsprozessen in Erdöllagerstätten zu verbessern sowie das Verständnis über die Befüllung zu vertiefen. Die ursprüngliche Zusammensetzung sowie das Volumen von Erdöl in einer Lagerstätte sind häufig durch Prozesse, wie Biodegradation oder Auswaschung alteriert und dies oft zu unterschiedlichem Maße in den einzelnen Lagerstättensegmenten. Solche Alterationsprozesse sind von großer ökonomischer Bedeutung, da sie die Qualität und den Wert des Öls mindern. Im Fokus dieser Arbeit steht das gesamte im Reservoirgestein enthaltene makromolekulare organische Material (inklusive Asphaltene) sowie Asphaltene als separierte Phase. Asphaltene zeigen eine sehr ähnliche Struktur wie das Kerogen aus dem sie gebildet wurden und gelten als resistent gegenüber Alterationsprozessen, wie Biodegradation oder Auswaschung. Mittels der Pyrolyse von Asphaltenen können Teile der ursprünglichen Erdölzusammensetzung der jeweiligen Ölchargen rekonstruiert werden, wodurch sie zur Muttergesteinscharakterisierung sowie zur Charakterisierung des Alterationszustandes und der Befüllung genutzt werden kann. Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse des detaillierten Reservoir-Screenings des Heidrun Ölfeldes (Norwegische Nordsee) sowie eine reproduzierbare und lineare Methode zur Asphalten Fällung. Für das Screening wurden 141 Reservoirgesteinsproben und 31 Asphaltene mittels Pyrolyse-GC und Bulk-Pyrolyse analysiert, um laterale und vertikale Heterogenitäten in der Erdölzusammensetzung zu erfassen. Das makromolekulare organische Material der Reservoirgesteine und die separierten Asphaltene wurden mittels bekannter Parameter zur Kerogentypisierung sowie neu entwickelten Parametern charakterisiert. Im Norden des Heidrun Ölfeldes gibt es Hinweise auf eine lakustrin beeinflusste Quelle, während der Hauptteil des Erdöls von einem marinen Muttergestein gebildet wurde. Die Aromatizität und Gaszusammensetzung der Reservoirgestein Pyrolysate zeigen einen direkten Zusammenhang zur Biodegradation. Die detektierten Gradienten in der Zusammensetzung der Pyrolysate konnten mit Unterschieden bezüglich des Biodegradationslevel der Ölchargen die das Heidrun Ölfeld erreichten in Verbindung gebracht werden sowie deren Vermischung. Die Pyrolysate der Asphaltene reflektieren die Gradienten ihrer Reservoirgesteine und geben somit Hinweise so auf eine geringere Resistenz gegenüber Biodegradation als angenommen. Um die kompositionelle Kinetik von Asphaltenen zur Profilierung des Muttergesteins und zur Reservoircharakterisierung zu nutzen, wurden MSSV-Pyrolyse Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen Unterschiede bezüglich der Muttergesteinsreife und/oder deuten auf die Vermischung mit Ölen von anderen Muttergesteinen hin.
The present thesis is part of the industry partnership project “BioPets Flux” between the GFZ Potsdam and the industry partners BG Group, Devon Energy, ExxonMobil, Petrobras, Repsol YPF, Shell, and Statoil. The study aims at improving predictions of reservoir alteration postfilling, and enhancing the understanding of reservoir charge history. The original composition and the volume of petroleum in reservoirs are often subjected to post-filling alteration processes, in many cases to variable degrees due to the reservoir compartmentalization. Such alteration processes, e.g. biodegradation or water washing, have strong economic consequences since they lead to a decrease in oil quality and producibility. The focus of this thesis was on the total macromolecular petroleum fraction of reservoir rocks (including asphaltenes) and individual asphaltene fractions separated from oil-stained reservoir rocks. Asphaltenes contain structural and maturity related information of the source, and have been assumed to be unaffected by low temperature alteration processes such as biodegradation or water washing. Thus, pyrolysis of asphaltenes should provide the unaltered oil fingerprint, allowing the source characterisation as well as the estimation of alteration and charge processes. The thesis outlines detailed screening results of the Heidrun reservoir (Norwegian North Sea) and a method developed for asphaltene separation with the main focus on reproducibility and linearity. For the screening a sample set comprising 141 reservoir rocks and 31 single asphaltenes was investigated using open system pyrolysis-GC and bulk pyrolysis in order to detect lateral and vertical compositional variabilities in the Heidrun oil field. Parameters known from kerogen typing studies and newly developed parameters were applied to both the total macromolecular petroleum fraction and the single asphaltenes. Direct correlations were found between the aromaticity of the total macromolecular petroleum fraction and biodegradation. Gradients and regularities in the pyrolysate composition could be correlated to differences in the biodegradation level of oil charges achieved in the field, and their mixing. In the northern part of Heidrun a lacustrine source is suspected, while the main part of the oil field shows indications for a marine source. The asphaltene screening reflects the gradients of their corresponding reservoir rocks and indicate so a possible influence of biodegradation on asphaltenes. MSSV pyrolysis experiments were applied to single asphaltene samples in order to use their compositional kinetic information’s for the delineation of reservoir heterogeneities. The Asphaltene compositional information’s indicate differences concerning the source maturity and mixing effects of oils generated from different sources.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-36753
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3653
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3356
Exam Date: 30-Apr-2012
Issue Date: 1-Oct-2012
Date Available: 1-Oct-2012
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Aromatizität
Asphaltene
Kinetik
Pyrolyse
Reservoir Screening
Aromaticity
Asphaltenes
Kinetics
Pyrolysis
Reservoir screening
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