Ropa

alt=|náhled|191x191pixelů|Vzorek ropy.

Ropa (též (surová) nafta, zemní olej, černé zlato) je hnědá až nazelenalá hořlavá kapalina tvořená směsí uhlovodíků, především alkanů. Mineralogicky patří mezi „kaustobiolity“. Geochemiky všeobecně uznávaná teorie vzniku ropy říká, že vznikla z odumřelých mořských mikroorganismů a drobných živočichů před mnoha miliony let. Nachází se ve svrchních vrstvách zemské kůry, v sedimentárních pánvích jako jsou kontinentální šelfy, hlubokomořské pánve zahrnující kontinentální svahy i abysál, riftové zóny, předpolní pánve horských řetězců, ale i deformované vrásové struktury některých horstev samých. Naleziště ropy jsou pod nepropustnými vrstvami, v hloubkách od několika set metrů až do hloubek přes 10 kmKahn C., 2009: World's deepest oil well may rival Alaskan field in production. Lubbockonline.com. Ropa při těžbě buď vyvěrá pod tlakem, nebo je čerpána. Vyskytuje se společně se zemním plynem.

Ropa je základní surovinou petrochemického průmyslu. Ropa se využívá při výrobě plastů, fosilních paliv, výrobě elektřiny, léků atd. Dnešní civilizace by se bez ropy neobešla.

Název ropa pochází z polštiny, v překladu znamená „hnis“, jde o původní staré označení tamních solných pramenů.V. Machek: Etymologický slovník jazyka českého, , dle webu Naše řeč – Ústav pro jazyk český AV ČR náhled|227x227pixelů|Elektrárna, která vyrábí energii z ropy Ropa se tvoří geochemickými procesy z matečných hornin. Tvoří se neustále, ale v geologickém čase v rozmezí několika miliónů nebo desítek miliónů let. Z hlediska lidského se tudíž jedná o neobnovitelný zdroj.

Ropa je směsí tekutých uhlovodíků. Uhlovodíky jsou organické sloučeniny složené pouze z prvků uhlíku (C) a vodíku (H). Atomy uhlíku se sdružují a vytvářejí různě dlouhé řetězce; atomy vodíku jsou na tyto řetězce napojeny. Alkany, uhlovodíky s jednoduchou vazbou mezi atomy uhlíku, tvoří převážnou část ropy. C1 až C4 (tj. sloučeniny s jedním až čtyřmi atomy uhlíku v řetězci) jsou za normálních podmínek plynné, C5 až C14 kapalné, C15 a vyšší jsou tuhé látky.

Mezi základní technologické charakteristiky ropy patří hustota stanovená při teplotě 20 °C, která se pohybuje mezi 0,73–1,05 g/cm³. Pohybuje se v rozmezí od 0,61–0,85 g/cm³ pro lehké ropy, 0,85–0,93 g/cm³ pro středně těžké až 0,93–1,05 a více g/cm³ pro velmi těžké ropy.Lintnerová, O. 2009: Geológia kaustobiolitov. Uhlie a uhľovodíky. Univerzita Komenského, Bratislava, 118 s. Celková hustota ropy je dána proporcemi jednotlivých uhlovodíků ve směsi. Lehké ropy obsahují více uhlovodíků s kratšími řetězci (C5–10), zatímco těžké ropy obsahují více sloučenin s dlouhými řetězci. Nejtěžší ropy jsou tzv. ropné písky, které obsahují tuhé uhlovodíky a je nutné je dolovat, protože tradiční těžba pomoci vrtů není možná.

Pro měření objemu ropy se používá míry 1 barel = 42 amerických galonů = 35 britských galonů = 158,97 litrů. 1 barel ropy tak v závislosti na druhu ropy váží od 96,972 kg do 166,92 kg. Množství ropy se také někdy udává v tunách, jedna tuna ropy tak odpovídá přibližně 6–10,32 barelu.

Přibližnou představu o složení ropy dávají následující hmotnostní podíly: Uhlík: 84–87 % Vodík 11–14 % Kyslík až 1 % Síra až 3 % Dusík až 2 %

Vznik ropy Většina uhlovodíků v komerčních nalezištích je organického původu a vznikla buď biogenezí nebo termogenezí organické hmoty. Uhlovodíky (ropa a zemní plyn) mohou sice vznikat i z anorganických materiálů, podíl takto vzniklé ropy v celkových zásobách je však zanedbatelný.Lollar et al., 2002: Abiogenic formation of alkanes in the Earth’s crust as a minor source for global hydrocarbon reservoirs. Nature Magazine

Organický původ ropy Ropa vznikla termogenickým rozkladem organické hmoty (živočišných a rostlinných zbytků). Organický materiál se vlivem tepla a tlaku přemění nejprve na kerogen a pak na ropu a zemní plyn. Ropa se začíná tvořit při cca 60 stupních Celsia termogenickým rozpadem (krakováním) kerogenu. Tento proces pokračuje až do cca 120 stupňů Celsia. Při cca 100 stupních začíná tvorba plynu, která pokračuje zhruba do 200 stupňů Celsia. Teplotnímu intervalu tvorby ropy se říká ropné okno (60–120 stupňů Celsia). Teplotnímu intervalu tvorby plynu se říká plynové okno (100–200+ stupňů Celsia). Podle tepelného toku v dané sedimentární pánvi se hloubka ropného okna pohybuje mezi 2–4 km a hloubka plynového okna mezi 3–6 km.

náhled|vpravo|Schéma laterální migrace uhlovodíků do ropné pasti náhled|vpravo|Schéma ropné pasti

Bez ohledu na teplotní podmínky v pánvi jsou různé zdrojové horniny náchylné k vytváření různých typu uhlovodíků. Například uhlí se tradičně považuje za zdrojovou horninu náchylnou ke tvoření plynu, avšak v určitých případech (v závislosti na typu uhlí) může tvořit i ropu. Naopak organická břidlice, uložená v hlubokých jezerech, se považuje za výbornou zdrojovou horninu náchylnou k tvorbě ropy.

Složení ropy se také liší v závislosti na tom, jaký typ organického materiálu byl uložen a jaké panovaly v pánvi podmínky. Sloučeniny nazývané biomarkery jsou skupinou sloučenin, především uhlovodíků, nalezených v ropě. Biomarkery od ostatních sloučenin v ropě odlišuje to, že biomarkery lze nazvat „molekulární fosilie“. Biomarkery jsou strukturálně podobné specifickým sloučeninám produkovanými živými organismy. Biomarkery mají všechny nebo většinu z uhlíkového skeletu původní přírodní sloučeniny. Studium biomarkeru je velmi důležitou součástí ropného průzkumu. Geochemik dokáže vyčíst zda ropa byla vytvořena z organického materiálu suchozemského původu (rostliny) nebo mořského původu (řasy), jezerního nebo uhelného původu.

Poté, co zdrojová hornina dosáhne zralosti, nastane migrace. Ropa a plyn migrují buď podél geologických zlomů (vertikální migrace) nebo podél porézních sedimentárních vrstev (laterální migrace). Typické příklady nosných vrstev při laterální migraci jsou porézní pískovce, některé vápence nebo i zvětralé vyvřelé horniny.

Poslední fáze je zachycení migrující ropy a plynu v tzv. ropné pasti, čímž vzniká jejich současná naleziště. Ropná past sestává z porézních hornin, které jsou v nadloží a po stranách utěsněné horninami nepropustnými. Ropné pasti jsou tvořeny jako geologické struktury (např. antiklinály, zlomové struktury), nebo stratigraficky (např. vykliňováním pískovce a faciálním přechodem do nepropustných břidlic). Těsnící horniny jsou většinou břidlice s vysokým obsahem jílu, ale i vyvřelé horniny, pokud nejsou zvětralé. Srdcem ropné pasti je pak vlastní porézní hornina (tzv. kolektorová hornina), kde se migrující ropa a plyn nahromadí. Typické kolektorové horniny jsou porézní pískovce nebo vápence korálových útesů. Klíčovým parametrem kolektorových hornin je jejich porozita a propustnost. Typická porozita se pohybuje od 8–35% a typická propustnost od 100 Millidarcy (mD) do několika Darcy.

Zdrojové horniny, maturace, migrace, ropné pasti, kolektorové a těsnicí horniny jsou souhrnně nazývaný ropným systémem. Aby mohlo naleziště vzniknout, musí v dané sedimentární pánvi existovat všechny jeho elementy. Navíc musí jejich tvorba proběhnout ve správné sekvenci. Například tvorba ropných pastí musí proběhnout před migrací, jinak ropa a plyn budou migrovat až na povrch a uniknou do atmosféry. Studium elementů ropného systému je základem moderního ropného průzkumu.

Anorganická ropa Anorganický původ ropy předpovídal Mendělejev v polovině 19. století. Geologické a geochemické důkazy však tuto hypotézu vyvracejí. Podle této hypotézy ropa vznikla působením přehřáté páry na karbidy těžkých kovů, které se používají v petrochemii, v dobách, kdy se vyskytovaly blízko zemského povrchu. Moderní výzkum prokázal přítomnost uhlovodíků v oceánských hřbetech, kde se rodí nová oceánská kůra. Tyto uhlovodíky prokazatelně nejsou z organického zdroje, nalezená množství jsou však velmi malá.Holm a Charlou, O. 2001: Initial indications of abiotic formation of hydrocarbons in the Rainbow ultramafic hydrothermal system, Mid-Atlantic Ridge. Earth and Planetary Science Letters, vol 191, číslo 1–2, str 1–8. „Spor není o to, zda ropa může vznikat abioticky,“ řekl Larry Nation z American Association of Petroleum Geologists, „spor je pouze o podíl abiotické ropy v celkových pozemských zásobách a kolik času a energie by měli geologové věnovat jejímu hledání.“

Průzkum náhled|vpravo|3D model kolektoru, barvy znázorňují porozitu (červená=vysoká) náhled|vpravo|Vrtná souprava na souši

Moderní ropný průzkum je založen na integraci mnoha technických disciplín: geologie, geofyziky, paleontologie, geochemie, petrofyziky, ropného inženýrství a ekonomie. Práce se provádí v prostředí integrovaných týmů, v rámci nichž uvedené disciplíny těsně spolupracují.

Základem je vždy dobrá znalost podpovrchové strukturní stavby. Ta se vybuduje na základě analýzy seismických profilů buď ve 2D nebo ve 3D, a do jisté míry i ze satelitních snímků nebo z terénní práce. Geochemická, geologická a paleontologická data ze starších vrtů se musí integrovat do vznikajícího modelu tak, aby vznikl co nejpřesnější obrázek podpovrchové stavby.

Geochemik provede analýzu zdrojových hornin (pokud existují vzorky), a analýzu vzorků ropy buď z existujících vrtů nebo z míst kde ropa prosakuje na povrch. Tím se potvrdí věk a typ zdrojové horniny, a její stupeň termální maturace.

Paleontolog provede analýzu podpovrchových vzorků z vrtů a povrchových vzorků z výchozů. Určí věk hornin ve studované oblasti a v některých případech i jejich sedimentární původ. Ze studia fosilních společenstev se dá určit v jakém prostředí byla ta která hornina uložena, zda v mělkém moři nebo v hluboké vodě atd.

Geofyzik a geolog integrují výsledky paleontologické analýzy dohromady se seismickými profily, profily interpretují a společně celou oblast zmapují. Připraví strukturní podpovrchové mapy klíčových horizontů a identifikují možné prospekty k vrtání. Zvláštním úkolem geofyzika je získat ze seismických profilů kvantitativní informace o porozitě a kapalinovém obsahu studovaných horizontů. Tým potom společně s ropným inženýrem a ekonomem odhadne možné rezervy.

Ropný průzkum neodvratně obsahuje element rizika. Typický průzkumný vrt má naději na úspěch mezi 5–40%. Tým má za úkol toto riziko odhadnout.

Průzkumné vrty jsou prvním stadiem hledání ropy a plynu. Když je nové ložisko objeveno, druhým stadiem jsou podpůrné vrty, které mají za úkol přesně vymezit ložisko a získat co nejvíce parametrů o kolektorových horninách. Tyto informace tým použije při modelování kolektorů. Nejdříve se připraví 3D statický model kolektorů ze všech dostupných geologických a geofyzikálních dat. Ten se potom podrobí dynamické simulaci, při které se předpovídá tok tekutin (ropy, plynu a vody) skrz kolektor od začátku produkce až do jeho vyčerpání. Na základě této dynamické simulace tým potom navrhne optimální umístění těžebních vrtů. V tomto stádiu tým těžebních inženýrů navrhne těžební povrchová zařízení.

Na základě těchto studií ekonomové vypracují ekonomický model peněžního toku během života ropného pole. Na základě toho management rozhodne, zda do projektu dále investovat a přikročit k těžbě. Pokud je rozhodnutí kladné, tým těžebních inženýrů postaví povrchová těžební zařízení a vrtní inženýři vyvrtají těžební vrty. Průzkumné vrty se ve většině případů nehodí pro produkci a jsou hned po vyvrtání a ukončení karotážních měření zacementovány.

Těžba ropy náhled|vpravo|450px|Schematické znázornění těžby ropy z vrtu na souši pomocí ropného čerpadla.

Źródło i licencja