पेट्रोलियम अन्वेषण: भंडार शैल, पेट्रोलियम तंत्र, अन्वेषण विधियाँ व संसाधन वर्गीकरण
1. शैल, तथा खंडज व अखंडज भंडार शैल
शैल आग्नेय (द्रव से क्रिस्टलित: ग्रेनाइट, बेसाल्ट), अवसादी (सतह पर निक्षेपित व शिलीभूत) या कायांतरित (ताप व दाब से पुनःक्रिस्टलित: स्लेट, क्वार्ट्ज़ाइट, संगमरमर) होते हैं। लगभग सारा पेट्रोलियम अवसादी शैलों में मिलता है, जो उत्पत्ति के अनुसार दो परिवारों में बँटते हैं। खंडज शैल पुराने शैलों के परिवहित व कणों के रूप में निक्षेपित टुकड़ों से बनते हैं: संगुटिकाश्म (बजरी), बलुआ पत्थर (रेत, 1/16 से 2 mm), गादाश्म व शेल (पंक)। अखंडज शैल स्थान पर ही रासायनिक या जैवरासायनिक रूप से अवक्षेपित होते हैं: चूना पत्थर (कैल्साइट, CaCO₃), डोलोमाइट (CaMg(CO₃)₂), वाष्पज (हैलाइट, ऐनहाइड्राइट, जिप्सम) व चर्ट।
भंडार शैल में तरल संचित करने हेतु सरंध्रता और उसे देने हेतु पारगम्यता होनी चाहिए। बलुआ पत्थर अंतरकणिक प्राथमिक सरंध्रता रखते हैं जिसकी गुणता छँटाई, कण-आकार, संकुलन व सीमेंटन तय करते हैं; वे अपेक्षाकृत समांग हैं और उनकी सरंध्रता व पारगम्यता प्रायः संबद्ध होती हैं। कार्बोनेट अपनी अधिकांश सरंध्रता द्वितीयक प्रक्रमों से पाते हैं — घुलकर गुहिकाएँ व कंदराएँ बनना, विभंजन, तथा डोलोमाइटीकरण, जिसमें कैल्साइट का सघनतर खनिज डोलोमाइट से प्रतिस्थापन ठोस आयतन घटाकर रंध्र-स्थान खोलता है — अतः उनके रंध्र-तंत्र विषमांग हैं और पारगम्यता पर विभंगों का प्रभुत्व हो सकता है। शेल प्रारूपिक स्रोत शैल है और, वाष्पजों के साथ, प्रारूपिक आच्छादक (seal): महीन कण उसे सरंध्रता तो देते हैं पर लगभग कोई पारगम्यता नहीं।
| लक्षण | खंडज (बलुआ पत्थर) | अखंडज (कार्बोनेट) |
|---|---|---|
| कणों की उत्पत्ति | परिवहित टुकड़े, मुख्यतः क्वार्ट्ज़ | स्थान पर अवक्षेपित, प्रायः सीपियों व प्रवालभित्तियों से |
| प्रमुख सरंध्रता | प्राथमिक, अंतरकणिक | द्वितीयक: गुहिकाएँ, विभंग, डोलोमाइटीकरण |
| विषमांगता | मध्यम; सरंध्रता-पारगम्यता प्रवृत्ति सामान्य | उच्च; पारगम्यता प्रायः विभंग-नियंत्रित |
| प्रसंघनन संवेदनशीलता | संहनन व क्वार्ट्ज़ या मृत्तिका सीमेंट गुणता घटाते हैं | घुलन गुणता बना सकता है; सीमेंटन नष्ट करता है |
2. पेट्रोलियम की उत्पत्ति, प्रवासन व संचयन
पेट्रोलियम की उत्पत्ति जैविक है। ऑक्सीजन-विहीन परिवेश में महीन अवसाद के साथ दबा कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीकरण से बचता है और दबाव बढ़ने के साथ केरोजन में बदलता है, जो स्रोत शैल का अविलेय कार्बनिक अंश है। केरोजन का प्रकार तय करता है कि वह क्या जनित करेगा: प्रकार I (झीलीय शैवालीय, हाइड्रोजन-समृद्ध) व प्रकार II (समुद्री प्लवक) तेल-प्रवण हैं; प्रकार III (स्थलीय काष्ठीय पादप पदार्थ, हाइड्रोजन-अल्प) गैस-प्रवण है; प्रकार IV (पुनर्चालित, ऑक्सीकृत) मूलतः निष्क्रिय है। परिपक्वन प्रसंघनन (diagenesis) (उथला, निम्न ताप, जैवजनित मीथेन), कैटाजेनेसिस (तेल-खिड़की, फिर तेल के भंजन से आर्द्र गैस) और मेटाजेनेसिस (शुष्क गैस) से होकर आगे बढ़ता है। ताप व समय मिलकर इसे नियंत्रित करते हैं, इसीलिए नवीन द्रोणी को समान परिपक्वता तक पहुँचने हेतु पुरानी से अधिक गर्म होना पड़ता है। विट्रिनाइट परावर्तकता, R₀, मानक परिपक्वता सूचक है: यह परिपक्वता के साथ निरंतर बढ़ती है।
प्राथमिक प्रवासन जनित हाइड्रोकार्बनों का महीन-कणी स्रोत शैल से बाहर निष्कासन है, जनन व संहनन के दाब से चालित। द्वितीयक प्रवासन पारगम्य वाहक संस्तरों व भ्रंशों से होकर उनकी गति है, मुख्यतः उत्प्लावकता से चालित (तेल व गैस संस्तर-जल से हल्के हैं) और रंध्र-कंठों पर केशिका दाब से प्रतिरोधित, जब तक वे किसी अवरोध से न मिलें। संचयन हेतु पाश (trap) चाहिए: ऐसा आकारित या आच्छादित भंडार शैल कि उत्प्लावी तरल ऊपर न निकल सके। पाश का उच्चतम बिंदु उसका शिखर है; सबसे गहरी अब भी बंद होती समोच्च रेखा अधिप्लाव बिंदु (spill point) है, और उनके बीच की ऊर्ध्वाधर दूरी संवरण (closure) है। रिसाव या अधिप्लाव से पाश से निकलने वाले हाइड्रोकार्बन तृतीयक प्रवासन करते कहे जाते हैं।
| वर्ग | उदाहरण | क्या आच्छादित करता है |
|---|---|---|
| संरचनात्मक | अपनति, भ्रंश पाश, लवण-गुंबद पार्श्व | संस्तरों का विरूपण: वलन, भ्रंशन, डायपिरवाद |
| स्तरिक | रेत का पतलापन (pinch-out), प्रवालभित्ति, विषमविन्यास कर्तन | शैल में ही परिवर्तन: शैलिकी, संलक्षणी, अपरदन पृष्ठ |
| संयुक्त | भ्रंशित पतलापन; वलित विषमविन्यास | संरचनात्मक व स्तरिक दोनों तत्व |
3. पेट्रोलियम अन्वेषण विधियाँ
अन्वेषण किसी द्रोणी को चरणों में वेधन-योग्य संभावित स्थल (prospect) तक सीमित करता है। सतही भूविज्ञान व सुदूर संवेदन दृश्यांशों, संरचनाओं व रिसावों का मानचित्रण करते हैं। गुरुत्व सर्वेक्षण g में छोटे परिवर्तन मापते हैं; अक्षांश, मुक्त-वायु, बूगे व भू-भाग संशोधनों के बाद शेष बूगे विसंगति गहराई पर घनत्व-अंतर दर्शाती है — अवसादी द्रोणी या लवण-गुंबद के ऊपर निम्न, क्योंकि लवण अपने चारों ओर के संहनित अवसादों से कम घना है, और दबी आधार-शैल कटक के ऊपर उच्च। चुंबकीय सर्वेक्षण मुख्यतः मैग्नेटाइट-युक्त आग्नेय व कायांतरित आधार-शैल पर प्रतिक्रिया देते हैं, अतः वे आधार-शैल की गहराई और इस प्रकार अवसादी मोटाई का मानचित्रण करते हैं। भू-रासायनिक सर्वेक्षण सतह तक रिसते हाइड्रोकार्बन खोजते हैं। इनमें कोई भी पाश को सीधे चित्रित नहीं करता; भूकंपीय परावर्तन करता है।
भूकंपीय परावर्तन में स्रोत (स्थल पर डायनामाइट या कंपित्र, समुद्र में वायु-तोपें) प्रत्यास्थ तरंगें नीचे भेजता है; हर अंतरापृष्ठ पर जहाँ ध्वनिक प्रतिबाधा Z = ρv बदलती है, ऊर्जा का अंश अभिलंब आपतन पर परावर्तन गुणांक R = (Z₂ − Z₁)/(Z₂ + Z₁) के साथ परावर्तित होता है, और भूध्वनि-ग्राही (समुद्र में जल-ध्वनि-ग्राही) लौटती तरंगें अंकित करते हैं। अंकित राशि द्वि-मार्गी यात्रा-काल है, अतः परावर्तक की गहराई d = v̄t/2 है, v̄ उसके ऊपर का औसत वेग। 2D रेखाएँ अनुप्रस्थ-काट देती हैं; 3D सर्वेक्षण एक आयतन देते हैं जिसमें भ्रंश व संवरण मानचित्रित हो सकते हैं; उत्पादक क्षेत्र पर दोहराए 3D सर्वेक्षण (4D, काल-अंतराल) तरल-गति दिखाते हैं। निम्न वेग व घनत्व वाली गैस-रेत प्रबल ऋणात्मक परावर्तन (दीप्त बिंदु, bright spot) दे सकती है। अंतिम परीक्षण सदा अन्वेषी (वाइल्डकैट) कूप है, जिसके कर्तन-खंड, कोर, लॉग व परीक्षण संभावित स्थल को सिद्ध या असिद्ध करते हैं।
4. पेट्रोलियम संसाधन वर्गीकरण व मूल्यांकन
उद्योग का संसाधन ढाँचा, SPE पेट्रोलियम संसाधन प्रबंधन प्रणाली (PRMS), सभी प्रारंभिक स्थित पेट्रोलियम को इस आधार पर वर्गीकृत करती है कि वह खोजा जा चुका है या नहीं और उसकी पुनर्प्राप्ति वाणिज्यिक है या नहीं। खोजे गए, वाणिज्यिक व पुनर्प्राप्य आयतन आरक्षित भंडार (reserves) हैं; खोजे गए पर अभी वाणिज्यिक नहीं (बाज़ार, विकास-निर्णय या प्रौद्योगिकी की प्रतीक्षा में) आयतन आकस्मिक संसाधन (contingent resources) हैं; अनखोजे पर अनुमानित पुनर्प्राप्य आयतन संभावित संसाधन (prospective resources) हैं; जो कभी पुनर्प्राप्त न हो सके वह अपुनर्प्राप्य है। फिर प्रत्येक वर्ग अनिश्चितता के अनुसार श्रेणीकृत होता है। आरक्षित भंडार हेतु श्रेणियाँ सिद्ध (1P), सिद्ध व संभाव्य (2P) तथा सिद्ध, संभाव्य व संभव (3P) हैं। प्रायिकतात्मक अनुमान में 1P, P90 के संगत है — कम से कम 90% प्रायिकता कि पुनर्प्राप्त मात्रा उसके बराबर या अधिक होगी — 2P, P50 के तथा 3P, P10 के।
वेधन से पहले मूल्यांकन आयतनमितीय अनुमान पर टिका है — स्थित हाइड्रोकार्बन = सकल शैल आयतन × शुद्ध-से-सकल × सरंध्रता × हाइड्रोकार्बन संतृप्ति ÷ संस्तर आयतन गुणांक, पुनर्प्राप्य भाग हेतु पुनर्प्राप्ति गुणांक से गुणा — जो या तो एकल मानों से नियतात्मक रूप से, या प्रत्येक निवेश के बंटन के मॉन्टे कार्लो प्रतिचयन से प्रायिकतात्मक रूप से, चलाया जाता है। भूवैज्ञानिक सफलता-संभावना इस बात की स्वतंत्र प्रायिकताओं का गुणनफल है कि हर तत्व काम करे, Pg = P_source × P_reservoir × P_trap × P_seal (समय-क्रम व प्रवासन सम्मिलित)। वेधन का निर्णय फिर परिणामों की तुलना करता है: अपेक्षित मौद्रिक मान EMV = Pg × (सफल होने पर मान) − (1 − Pg) × (शुष्क कूप की लागत)। धनात्मक EMV वेधन के पक्ष में है। खोज के बाद, उत्पादन-इतिहास बढ़ने के साथ, आरक्षित भंडार का द्रव्यमान संतुलन, ह्रास विश्लेषण व अनुकरण से पुनः अनुमान होता है — भंडार अभियांत्रिकी अध्याय के विषय।
| वर्ग | स्थिति | निम्न / सर्वोत्तम / उच्च अनुमान |
|---|---|---|
| आरक्षित भंडार | खोजा गया, वाणिज्यिक | 1P / 2P / 3P |
| आकस्मिक संसाधन | खोजा गया, अभी वाणिज्यिक नहीं | 1C / 2C / 3C |
| संभावित संसाधन | अनखोजा | निम्न / सर्वोत्तम / उच्च |
मुख्य बिंदु
- बलुआ पत्थर प्राथमिक अंतरकणिक सरंध्रता वाले खंडज हैं; कार्बोनेट अखंडज हैं और अपनी अधिकांश सरंध्रता घुलन, विभंजन व डोलोमाइटीकरण से पाते हैं; शेल स्रोत व आच्छादक है।
- केरोजन प्रकार I व II तेल-प्रवण, प्रकार III गैस-प्रवण; परिपक्वता प्रसंघनन, कैटाजेनेसिस (तेल-खिड़की), मेटाजेनेसिस (शुष्क गैस) क्रम में चलती है।
- प्राथमिक प्रवासन स्रोत से निष्कासन है; द्वितीयक प्रवासन वाहक संस्तरों में संरचनात्मक, स्तरिक या संयुक्त पाश तक उत्प्लावी प्रवाह है।
- भूकंपीय गहराई द्वि-मार्गी काल से v̄t/2 है; Z = ρv सहित R = (Z₂ − Z₁)/(Z₂ + Z₁); लवण-गुंबद बूगे निम्न देते हैं।
- आरक्षित भंडार खोजे गए व वाणिज्यिक हैं (1P = P90, 2P = P50, 3P = P10); EMV = Pg × सफलता मान − (1 − Pg) × शुष्क-कूप लागत।
अभ्यास प्रश्न (13)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
निम्न में से कौन-सा खंडज भंडार शैल है?
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उत्तर: A — बलुआ पत्थर
बलुआ पत्थर परिवहित रेत-कणों से बनता है, यही खंडज का अर्थ है। डोलोमाइट व प्रवालभित्ति चूना पत्थर स्थान पर अवक्षेपित कार्बोनेट (अखंडज) हैं, और ऐनहाइड्राइट वाष्पज है जो भंडार नहीं, आच्छादक का काम करता है।चूना पत्थर का डोलोमाइटीकरण सामान्यतः
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उत्तर: A — सरंध्रता बढ़ाता है, क्योंकि डोलोमाइट उस कैल्साइट से सघनतर है जिसे वह प्रतिस्थापित करता है
कैल्साइट का सघनतर खनिज डोलोमाइट से प्रतिस्थापन ठोस द्वारा घेरा आयतन घटाता है, अतः उसी स्थूल आयतन में अधिक रंध्र-स्थान होता है — द्वितीयक सरंध्रता। शैल रासायनिक (अखंडज) कार्बोनेट ही रहता है; अति-डोलोमाइटीकरण व बाद का सीमेंटन सरंध्रता घटा सकता है, पर सामान्य प्रभाव वृद्धि है।मुख्यतः स्थलीय उच्च-पादप पदार्थ से व्युत्पन्न प्रकार III केरोजन है
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उत्तर: A — गैस-प्रवण
काष्ठीय स्थलीय पदार्थ हाइड्रोजन-अल्प व ऑक्सीजन-समृद्ध है, अतः परिपक्वन पर मुख्यतः गैस देता है। झीलीय शैवालीय केरोजन प्रकार I व तेल-प्रवण है, समुद्री प्रकार II भी तेल-प्रवण है, और निष्क्रिय पुनर्चालित पदार्थ प्रकार IV है।पेट्रोलियम के प्राथमिक प्रवासन से तात्पर्य है
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उत्तर: A — स्रोत शैल से निकटवर्ती वाहक संस्तरों में हाइड्रोकार्बनों का निष्कासन
प्राथमिक प्रवासन महीन-कणी, अल्प-पारगम्यता स्रोत शैल से बाहर गति है। वाहक संस्तरों से उत्प्लावी यात्रा द्वितीयक प्रवासन है, और रिसाव या अधिप्लाव से पाश से निकलना तृतीयक प्रवासन; कूप की ओर प्रवाह उत्पादन है, प्रवासन नहीं।निम्न में से कौन-से स्तरिक पाश हैं? (एक से अधिक विकल्प सही हो सकते हैं।)
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उत्तर: A — ऊर्ध्व-नति में शेल में पतला होकर समाप्त होता बलुआ पत्थर; B — शेल में आवृत दबी प्रवालभित्ति; C — विषमविन्यास के नीचे कर्तित भंडार
पतलापन, प्रवालभित्ति व विषमविन्यास कर्तन, सभी तेल इसलिए फँसाते हैं कि शैल स्वयं बदलता है — शैलिकी, संलक्षणी या अपरदन पृष्ठ — जो स्तरिक पाश की परिभाषा है। अपनति संस्तरों के वलन से फँसाती है, जो उसे संरचनात्मक बनाता है।निम्न में से कौन-से पेट्रोलियम तंत्र के तत्व (प्रक्रमों से भिन्न) हैं? (एक से अधिक विकल्प सही हो सकते हैं।)
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उत्तर: A — स्रोत शैल; B — आच्छादक शैल; C — अधिभार शैल
आवश्यक तत्व स्रोत, भंडार, आच्छादक व अधिभार शैल हैं। अधिभार इसलिए गिना जाता है कि उसका दबाव स्रोत शैल को परिपक्वता तक गर्म करता है। प्रवासन, पाश निर्माण, जनन व संचयन के साथ, उन तत्वों पर कार्य करने वाले प्रक्रमों में से एक है।एक भूकंपीय परावर्तन 2.4 s के द्वि-मार्गी यात्रा-काल पर अंकित होता है। यदि परावर्तक के ऊपर औसत वेग 3000 m/s हो, तो परावर्तक की गहराई ______ m है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 3600
तरंग नीचे जाकर लौटती है, अतः गहराई = v̄ × t/2 = 3000 × 2.4/2 = 3600 m। समतुल्य रूप से एक-मार्गी काल 1.2 s है और 3000 × 1.2 = 3600 m; 7200 m वह उत्तर है जो वापसी यात्रा भूल जाता है।एक शेल (घनत्व 2.3 g/cm³, वेग 2500 m/s) एक चूना पत्थर (घनत्व 2.5 g/cm³, वेग 3500 m/s) के ऊपर है। अंतरापृष्ठ पर अभिलंब-आपतन परावर्तन गुणांक ______ है (दो दशमलव स्थान तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.21
Z₁ = 2.3 × 2500 = 5750 व Z₂ = 2.5 × 3500 = 8750 (g/cm³ · m/s में; इकाइयाँ कट जाती हैं)। R = (8750 − 5750)/(8750 + 5750) = 3000/14 500 = 0.207, अर्थात् 0.21। धनात्मक क्योंकि प्रतिबाधा नीचे की ओर बढ़ती है।संहनित अवसादों में दबे लवण-गुंबद के ऊपर गुरुत्व सर्वेक्षण प्रायः दिखाता है
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उत्तर: A — ऋणात्मक बूगे विसंगति, क्योंकि लवण आसपास के अवसादों से कम घना है
हैलाइट का घनत्व लगभग 2.2 g/cm³ है और वह दबाव से संहनित नहीं होता, जबकि आसपास के अवसाद गहराई के साथ सघन होते जाते हैं, अतः लवण-पिंड द्रव्यमान-न्यूनता है और गुरुत्व निम्न देता है। चुंबकत्व गुरुत्व सर्वेक्षण हेतु अप्रासंगिक है, और लवण कोई उल्लेखनीय चुंबकीय चिह्न नहीं देता।आरक्षित भंडार प्रतिवेदन में 2P का अर्थ है
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उत्तर: A — सिद्ध व संभाव्य आरक्षित भंडार
1P सिद्ध है, 2P सिद्ध व संभाव्य है, और 3P संभव जोड़ता है। प्रायिकतात्मक शब्दों में 2P, P50 या सर्वोत्तम अनुमान के संगत है। श्रेणियाँ संचयी हैं, गुणज नहीं।एक खोजा गया संचय जिसे गैस-बाज़ार न होने से अभी वाणिज्यिक रूप से विकसित नहीं किया जा सकता, वर्गीकृत होता है
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उत्तर: A — आकस्मिक संसाधन
यह खोजा गया है, अतः संभावित नहीं; यह वाणिज्यिक नहीं, अतः किसी भी श्रेणी का आरक्षित भंडार नहीं हो सकता। खोजा-गया-पर-अवाणिज्यिक ठीक आकस्मिक वर्ग है, और आकस्मिकता (यहाँ, बाज़ार) हटने पर यह आरक्षित भंडार में जाता है।एक संभावित स्थल हेतु स्वतंत्र प्रायिकताएँ हैं: स्रोत 0.8, भंडार 0.7, पाश 0.6 व आच्छादक 0.5। भूवैज्ञानिक सफलता-संभावना ______ है (तीन दशमलव स्थान तक)।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 0.168
चारों को काम करना होगा, अतः Pg = 0.8 × 0.7 × 0.6 × 0.5। युग्मों में: 0.8 × 0.7 = 0.56 व 0.6 × 0.5 = 0.30, और 0.56 × 0.30 = 0.168। जिस संभावित स्थल का हर तत्व अलग-अलग संभाव्य हो, वह भी कुल मिलाकर दूर की संभावना हो सकता है।एक अन्वेषी कूप की सफलता-संभावना 0.25 है। सफल होने पर खोज का मान 80 मिलियन डॉलर (शुद्ध वर्तमान मान) है; शुष्क कूप की लागत 12 मिलियन डॉलर है। वेधन का अपेक्षित मौद्रिक मान ______ मिलियन डॉलर है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 11
EMV = Pg × सफलता मान − (1 − Pg) × शुष्क-कूप लागत = 0.25 × 80 − 0.75 × 12 = 20 − 9 = 11 मिलियन डॉलर। यह धनात्मक है, अतः इस कसौटी पर कूप का वेधन होना चाहिए।