De eerste oliebron werd in augustus 1859 door Edwin L. Drake aangeboord in Titusville (westelijk Pennsylvania, VS). Hij vond ruwe olie op ca. 21 m onder het aardoppervlak en ontwikkelde een tak van industrie die uitgroeide tot de grootste van de wereld. In 1975 waren er al meer dan 600.000 oliebronnen, die samen ruim 55 miljoen barrels (vaten van 159 liter) per dag opleverden.

Aardolie bestaat uit een mengsel van koolwaterstoffen: verbindingen van koolstof en waterstof. Deze variëren van vluchtige gassen zoals methaan (moerasgas) tot vaste stoffen zoals asfalt. De kleur kan geel zijn, maar ook groen, rood, bruin of zwart. De aardolie bevat gemiddeld ca. 85% koolstof en 15% waterstof. Aardgas bestaat uit de vluchtigste koolwaterstoffen en komt gewoonlijk samen met aardolie voor, maar ook afzonderlijk.

Ontstaan en opsporing

Aardolie ontstaat waarschijnlijk door rotting onder speciale omstandigheden van eencellige planten en dieren, die honderden miljoenen jaren geleden leefden en na hun afsterven in zee de bodem bedekten.

Aardgas kan ook ontstaan als gevolg van afbraak door bacteriën van plantenres-ten. Wanneer olie gevormd wordt, verplaatst deze zich vaak ondergronds door poriën van bovenliggende gesteenten tot het niet verder kan.

Olie wordt daardoor gevonden op diepten variërend van slechts 20m tot meer dan 7600 m. Olie is altijd geconcentreerd in poreus gesteente en vormt dus geen uitgestrekte oliezeeën in ondergrondse ruimten.

Een andere naam voor aardolie is daarom PETROLEUM. Dit is afgeleid van het Griekse “Petra” (=steen) en het Latijnse “Oleum” (=olie). Petroleum betekent dus kortweg “olie uit steen”.

Oorspronkelijk werd naar olie geboord op plaatsen waar olie al opwelde naar het oppervlak. Tegenwoordig zijn er hiervoor geavanceerde opsporingstechnieken ontwikkeld. Alleen de kartering van het aardoppervlak kan al belangrijke aanwijzingen opleveren. Het aanwezige type gesteente kan soms een aanduiding vormen voor het voorkomen van olie in de ondergrond. Seismisch onderzoek, waarbij schokgolven in het gesteente worden opgewekt, vindt echter vaker plaats. Hiertoe worden explosieven in een ondiep boorgat tot ontploffing gebracht; microfoons vangen de in de ondergrond weerkaatste golven op. Een andere techniek maakt gebruik van verschillen in zwaartekracht; gevoelige apparatuur, die soms door vliegtuigen wordt meegevoerd, registreren zulke verschillen, die dan kunnen wijzen op een geologische structuur die gunstig is voor het voorkomen van olie. Dit soort technieken verhoogt de kans op een geslaagde olieboring van ca. 1 op 30 tot ca. 1 op 5.

Boormethoden

Bij de eerste olieboringen werd alleen een verticale gang gemaakt. Wanneer dan olie werd aangetroffen kon niet de stroom tegenhouden als deze door de overdruk omhoog spoot. Zo een spuiter wordt tegenwoordig voorkomen doordat de draaiende boorkoppen in een boorvloeistof gedommeld zijn. Dit is een zware vloeistof, die voor een grote tegendruk zorgt.

De boorkop zit aan het eind van een holle boorstang, waar de vloeistof doorheen wordt gepompt. De door de kop losgewerkte gesteentefragmenten worden via de vloeistof naar het aardoppervlak afgevoerd. Daar wordt dit mengsel gezeefd en gezuiverd, waarna de vloeistof weer omlaag gepompt wordt voor een nieuwe rondgang. Twee belangrijke soorten pech komen voor: ‘blow-outs' en vastzittende buizen. Blow-outs zijn plotselinge uitbarstingen als gevolg van een onverwacht snel oplopende druk. Zij komen gelukkig niet vaak voor, maar voor de zekerheid hebben de boorgaten afsluiters, waarmee het gat in zijn geheel snel afgesloten kan worden. Bij vastzittende buizen is men genoodzaakt een geheel nieuw boorgat te maken. Als een boorgat eenmaal diep genoeg is, wordt de wand met beton verstevigd. Daarna wordt een productiebuis tot de juiste diepte in het gat gebracht, en met explosieven worden dan gaten in de boorwand geslagen, waardoor de olie in de productiebuis kan binnendringen. Deze methode noemt men afwerking middels perforatie. Een andere methode is de “open hole” methode. Er wordt geboord tot de oliehoudende zandlaag. Dit gedeelte wordt ook verbuisd met casings. Vervolgens wordt de zandlaag schoongespoeld met water dat door de boorstangen en beitel wordt gespoten, waarna een metalen zeef met een speciaal soort grind in de olielaag wordt vastgezet.

Boorgatmetingen

Als het gat is geboord worden er eerst metingen verricht, de zogenaamde boorgatmetingen, om te weten te komen wat zich onder de grond afspeelt. Het verrichten van deze metingen is het werk van specialisten.

Een van de methoden om informatie te verkrijgen uit de ondergrond, is het verrichten van boorgatmetingen. Hierbij worden verschillende fysische en fysisch-chemische eigenschappen van ondergrondse lagen continue gemeten door the neerlaten van meetinstrumenten in het boorgat. De eigenschappen worden, direct of indirect, in grafieken weergegeven tegenover de diepte van meting.

Deze methoden verschillen van seismisch, gravimetrisch of magnetometrisch onderzoek doordat bij laatstgenoemde methoden de meetinstrumenten niet in een boorgat worden neergelaten, maar aan de oppervlakte blijven staan (in het Engels : ‘surface methods' i.t.t. ‘subsurface methods').

Tot de zogenaamde ‘subsurface' methoden behoren behalve het uitvoeren van metingen, ook nog het zogenaamde ‘ mudloggen ' (d.i. het continue controleren, analyseren en beschrijven van wat uit het boorgat naar boven komt, dus boorspoeling en boorgruis), het ‘ sample loggen ' (het beschrijven van gesteentemonsters) en het ‘ drilling time loggen' (het continue monitoren van de snelheid waarmee de diverse lagen worden doorboord, om die snelheden te correleren met de geologie.

Sinds de eerste toepassing van electrische boorgatmetingen in de U.S.A. in 192door de gebroeders Schlumberger, heeft de ontwikkeling van boorgatonderzoek zo een hoogte bereikt dat het uitvoeren, verwerken en interpreteren vanboorgatmetingen nu een specilaisme is geworden dat slechts weinigen buiten dit vakgebied, uit de metingen kunnen halen wat er in zit.

In het algemeen wordt een onderscheid gemaakt tussen ‘exploration logging' (wat ongeveer hezelfde is als ‘open hole logging', d.i. onderzoek van niet-verbuisde gaten) en ‘production logging' (wat neerkomt op ‘cased hole logging', d.i. onderzoek van verbuisde boorgaten).

Exploration logging vindt plaats in de exploratie fase (verkrijgen van informatie over de geologie, over het wel of niet aanwezig zijn van olie en/of gas), terwijl in de productiefase, de nadruk veelal wordt gelegd op production logging.

Enkele voorbeelden van exploratie logs: electrische logs, radioactieve logs, acoestische logs.

Voorbeelden van production logging zijn: temperatuur onderzoek, druk onderzoek (pressure survey), cement bond logs (c.b.l.'s)

Doel van de metingen is:

•  Informatie verschaffen over de geologie van het olieveld

•  Informatie verschaffen om de olie-accumulatie te evalueren (z.g. formation evaluation).

De boorlogs die verkregen worden, zijn:

•  Spontane potentiaal (S.P.)

•  Induced electrical logs (I.E.L.)

•  Gamma ray (G.R.)

•  Dichtheid (density)

•  Caliper

•  Dual spaced neutron (D.S.N.)

•  Long space sonic

•  Spectral density log

De S.P. en I.E.L. geven aan of er een olieverzadigde laag voorkomt, hoeveel en waar die dan voorkomt; de G.R. vertelt over de lithologie (gesteente-afwisseling) in het boorgat ; de dichtheid geeft aan wat de dichtheid van de opeenvolgende lagen is (belangrijk om de porositeit te bepalen) en de caliper geeft in een open gat aan wat de afmeting van het gat in werkelijkheid is (belangrijk voor o.a. cement calculaties).

Met behulp van deze boorgatmetingen kan een overzicht worden verkregen over de geologie en kunnen schattingen worden gemaakt m.b.t. olie-reserves.

Voor het verkrijgen van goede, betrouwbare metingen, is een goed gat nodig; daarom moet reeds tijdens het boren van het gat de nodige zorg worden besteed aan de boorspoeling en de boorsnelheid; met name electrische logs en density logs zijn heel erg gevoelig voor condities waarin het boorgat verkeert (de afmeting van het gat, de weerstand van de spoeling, de mate van filtratie van de spoeling etc …).

Hoewel correcties achteraf wel mogelijk zijn, is het ideaal om te loggen in een ‘goed gat'. Slecht geboorde gaten kunnen desastreus zijn; in het gunstigste geval kan een gat ingevalllen zijn vóór er gemeten wordt. Het instrument (‘de tool') wordt dan weer uit het gat gehaald en het gat wordt opnieuw schoongemaakt. Maar het gat kan ook inkalven bovenop de tool. Het kan dan gebeuren dat terwijl getracht wordt de tool eruit te halen, de kabel kapot gaat en de tool in het gat achterblijft; zowel tool als gat kunnen dan als verloren worden beschouwd.

Wanneer twee gaten zijn geboord en gelogd, worden de logs naast elkaar geplaatst en wordt getracht ze met elkaar te correleren (te verbinden)

De logs worden kwalitatief gebruikt d.w.z. dat er wordt gekeken naar de vorm en grootte van de uitslag, naar de overgangen tussen de verschillende te onderscheiden eenheden (gradueel, abrupt) en ook naar de afwisselingen binnen een eenheid. Zo kan dan iets worden gezegd over gesteente-soort, over de korrelgrootte, over het afzettingsmilieu etc..

De logs kunnen ook kwantitatief worden gebruikt (hiervoor is wel nodig dat de kwaliteit van de logs zélf dit toelaat). Dit gebeurt o.m. voor doeleinden van reservoir evaluatie. Uit b.v. ‘density' logs kan berekend worden wat de poriënruimte in een bepaald gesteente is. (hoeveel procent van het gesteente is “open” ; in deze poriën of openingen kan dan vloeistof, water of olie of allebei, of gas, zitten). Uit de electrische logs kan worden bepaald welke vloeistof de poriënruimte opvult.

Kwantitatieve interpretaties van boorgatmetingen moeten, zeker in de beginfase van onderzoek van een veld, met enige voorzichtigheid worden gebruikt. Het is namelijk vaak zo, dat voor een aantal factoren die moeilijk te meten zijn, de waarde wordt geschat. Deze aanname werkt dan door in de uiteindelijke interpretatie.

Transport en Opslag

Pijpleidingen zijn vaak de meest economische manier om olie of gas van de bron naar de raffinaderij te brengen. De buizen worden vervaardigd van gelast staal en hebben een middellijn tot wel 125 cm. Ter bescherming zit er een asfaltlaag omheen, en worden zij meestal ondergronds gelegd.

Pompstations houden op regelmatige afstanden de druk op peil. Transport over zee is vaak duurder. Mammoettankers, die de olie uit bij voorbeeld het Midden-Oosten halen, zijn de grootste schepen ter wereld en vervoeren soms meer dan een miljoen barrels olie. Vloeibaar gemaakt gas kan ook zo over zee vervoerd worden. De hiervoor noodzakelijke, duurdere schepen worden LNG (liquefied natural gas) tankers genoemd.

Olie wordt gewoonlijk opgeslagen in tanks met een middellijn tot 40 m en een hoogte tot 9 m. Gas kan als vloeistof worden opgeslagen in gekoelde tanks of in ondergrondse opslagruimten, die gasdicht zijn gemaakt door de grond te bevriezen. Deze ruimten kunnen een middellijn van bijna 40 m hebben: het erin gepompte vloeibare gas zorgt er zelf voor dat de grond bevroren, dus gasdicht blijft.

Een ideale manier van opslag is in ‘verlaten' ondergrondse reservoirs vlak bij de verbruikers. Ook kolenmijnen kunnen hiervoor gebruikt worden. In België, bij Fontaine I'Evêque, is zo'n gashouder in gebruik met een inhoud van 500 miljoen m3.


AARDOLIERAFFINAGE

Ruwe olie - vaak petroleum genoemd, dat ‘rots-olie' betekent – is de grondstof voor een grote verscheidenheid van chemicaliën, zoals plastics, geneesmiddelen, cosmetica lijmstoffen, polijstmiddelen, verven, explosieven en bestrijdingsmiddelen. Aardolie is een mengsel van veel verschillende soorten chemische verbindingen, die men koolwaterstoffen noemt omdat zij voornamelijk uit koolstof en waterstof zijn opgebouwd. Ruwe olie is een kleverige, ontvlambare vloeistof die in kleur van geel via groen, rood of bruin tot zwart kan variëren en die ook fluorescerend kan zijn. De samenstelling wisselt ook sterk van de ene vindplaats tot de andere. Aardolie wordt in een raffinaderij verwerkt. Allereerst wordt door distillatie een scheiding in verschillende fracties gemaakt. Koolwaterstoffen hebben verschillende kookpunten, waardoor zij gescheiden kunnen worden. Dit gebeurt in zgn. distillatiekolommen. De verschillende fracties kunnen dan verder geraffineerd worden, chemisch omgezet of soms weer met de rechtstreeks gedistilleerde fracties gemengd worden ter verbetering van hun kwaliteit. De acht hoofdfracties in volgorde van hun kookpunt, zijn gassen ( die uit de top van kolom ontwijken ), benzine, kerosine ( petroleum ), dieselolie, smeerolie, stookolie en was ( die alle gedistilleerd worden ) en een bitumineus residu dat van de bodem van de kolom wordt afgetapt. Voor een goede scheiding van de verschillende fracties passeert de olie een serie distillatiekolommen. De relatieve hoeveelheden en eigenschappen van de producten worden aangepast aan de behoeften van de markt. Naarmate het aantal auto's groeide, steeg de vraag naar benzine; ook nam de vraag naar petroleum toe als brandstof voor straalmotoren in vliegtuigen.

Aardolieproducten kunnen ook ‘gekraakt' worden, waarbij grote moleculen worden afgebroken tot kleinere. Op deze manier kunnen zware fracties als dieselolie omgezet worden in lichtere zoals benzine. Hiertoe worden de zware fracties onder verhoogde druk en in aanwezigheid van katalysatoren tot ca. 500 o

C verhit. Dit noemt men katalytisch reformeren. Het verkregen mengsel wordt opnieuw gefractioneerd om bijvoorbeeld de gevormde benzine eruit te distilleren. Naast benzine ontstaan namelijk nog een groot aantal andere producten.

Omzettingsprocessen

Een andere mogelijkheid om meer benzine te krijgen bestaat uit het opbouwen van kleine moleculen tot grotere.

Er is ook een aantal processen nodig om de zwavel uit de verschillende brandstoffen te verwijderen. Bij de verbranding komt zwavel vrij in de vorm van zwavel dioxyde. Dit is een belangrijke component in de luchtverontreiniging. Vooral de zware fracties bevatten veel zwavel (tot wel 4%). Zwavel kan verwijderd worden door het betreffende product met waterstof te behandelen. Hierbij onstaat zwavelwaterstof, dat als gas opgevangen wordt en waaruit de zwavel wordt teruggewonnen. Oorspronkelijk werden allerlei chemicaliën gemaakt uit de overgebleven raffinagegassen. Dit gebeurt nog steeds. Maar een groot deel van de gassen (als etheen en propeen) wordt verkregen door kraakprocessen. Buteen wordt eveneens op deze wijze gemaakt. Hieruit wordt butadieen gemaakt, de grondstof voor vele synthetische rubbers en oplosmiddelen. In de VS wordt uit aardgas (methaan) etheen en propeen bereidt. De hieruit gemaakte producten beschouwt men ook als petro-chemicaliën.

Aardolie als grondstof

Etheen en propeen behoren tot de belangrijkste basisproducten van aardolie. Uit deze bouwstenen wordt een groot aantal verschillende plastics gemaakt als polyetheen, polypropeen, PVC (polyvinylchloride), polystyreen, polyesters en synthetische rubbers.

Aardolieraffinage

Polypropeen wordt verder gebruikt bij de bereiding van oplosmiddelen, acrylvezels, polyethaan, schuimplastics en nylon. Een andere belangrijke groep producten vormen de aromaten benzeen, tolueen en de xylenen. De voornaamste bron daarvoor is de gefractioneerde distillatie, maar een deel ontstaat ook tijdens het kraken van nafta' s voor de benzinebereiding. Hierbij ontstaat meer tolueen dan nodig is; het teveel wordt omgezet in benzeen. Hieruit worden polystyreen, synthetische rubbers, harsen en reinigingsmiddelen gemaakt. Tolueen is ook het uitgangspunt voor het maken van oplosmiddelen en polyerethaanharsen. Xylenen worden als grondstof gebruikt voor de vervaardiging van polyestervezels en weekmakers. Acetyleen (ethyn dat zelf een bouwsteen is voor allerlei synthesen, wordt tegenwoordig vaak uit aardolieproducten gemaakt. Kerosine, de eigenlijke petroleum ( die vroeger wel paraffine-olie werd genoemd ), is een aardolieproduct dat voornamelijk gebruikt wordt als brandstof voor straalvliegtuigen. Aardolie vormt de belangrijkste grondstof voor de wereldproductie van plastics, harsen, synthetische rubbers, kunstvezels, oplosmiddelen en ongeveer de helft van de synthetische wasmiddelen. Uit al deze voorbeelden blijkt werl dat aardolie een zeer belangrijke grondstof is voor een groot aantal produkten. Iedereen komt dagelijks met deze producten in aanraking. De wereld is niet meer voor te stellen zonder al deze producten. Maar de aardolievoorraden zijn eindig. Eén lichtpuntje is, dat slechts een paar procent van de aardolie gebruikt wordt als grondstof, en meer dan 95% als brandstof die te vervangen is door andere energiebronnen.