ปิโตรเลียม (petroleum) คือ สารผสมที่มีองค์ประกอบโดยส่วนใหญ่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโครงสร้างซับซ้อน มีคุณสมบัติในการเผาไหม้และให้พลังงานสูง ซึ่งแบ่งย่อยเป็น 2 ชนิด ตามสถานะ คือ

1) น้ำมันดิบ (crude oil) มีสถานะเป็นของเหลว โดยทั่วไปมีสีดำหรือสีน้ำตาล สามารถเปลี่ยนรูปมันเป็นเชื้อเพลิงชนิดอื่นๆ เช่น น้ำมันเครื่องยนต์ และแก๊ซโซลีน ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานพื้นฐานของโลกในปัจจุบัน

นอกจากนี้ ทรายทาร์ (tar sand) หรือ ทาร์ (tar) หรือ ยางมะตอย (asphalt) คือ อีกรูปแบบหนึ่งของน้ำมันดิบ ซึ่งเป็นหินทรายที่มีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ มีความหนืดสูง ทาร์ไม่สามารถสูบขึ้นมาใช้โดยตรงได้ ต้องใช้การอัดแรงดันสูงเพื่อผลักดันให้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่แยกตัวออกมาจากทราย หรือในบางกรณีอาจใช้การเผาทรายให้ร้อนเพื่อให้ทาร์ลดความหนืดและไหลได้ดีขึ้น

2) ก๊าซธรรมชาติ (natural gas) เกิดจากหินต้นกำเนิดที่อุณหภูมิ > 100 องศาเซลเซียส มักพบร่วมกับน้ำมันดิบ ซึ่งโดยส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน (CH₄) โดยนักวิทยาศาสตร์จำแนกก๊าซธรรมชาติออกเป็น 2 ชนิด คือ 1) ก๊าซธรรมชาติเหลว มีสถานะเป็นของเหลว ลักษณะคล้ายกับน้ำมันเบนซิน ซึ่งก๊าซธรรมชาติเหลวจะมีคุณสมบัติแตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่เช่นเดียวกันกับน้ำมันดิบ และ 2) ก๊าซธรรมชาติแห้ง มีสถานะเป็นก๊าซ ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น

การเกิดปิโตรเลียม

การเกิดปิโตรเลียม (Origin of Petroleum) ในสภาพแวดล้อมที่ปิโตเลียมสามารถเกิดขึ้นได้ ต้องประกอบด้วยปัจจัยหรือองค์ประกอบที่สำคัญต่างๆ ดังนี้

1) หินต้นกำเนิด (source rock) ปิโตรเลียมเกิดจากซากพืชและสัตว์ที่ตายทับถมร่วมกับตะกอนเป็นเวลาหลายล้านปี และกลายเป็น หินดินดานน้ำมัน (oil shale) ซึ่งมีสีดำ ต่อมาเมื่อหินได้รับความร้อน ทำให้หินเปลี่ยนเป็นสารคล้ายกับขี้ผึ้งมีโมเลกุลใหญ่ขึ้น เรียกว่า เคโรเจน (kerogen) ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ในรูปของแข็ง โดยหากมีอุณหภูมิอยู่ในช่วงที่เหมาะสม (oil หรือ gas window) หรือหากพิจารณาตามหลัก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (geothermal gradient) อุณหภูมิที่เหมาะสมนั้นจะอยู่ที่ระดับความลึกจากพื้นผิวโลกประมาณ 3-9 กิโลเมตร น้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติจะสามารถก่อตัวขึ้นได้ ทำให้เกิดน้ำมันดิบได้ หลังจากนั้นจะไหลหรือเคลื่อนย้ายออกไปกักเก็บใน หินกักเก็บ (reservoir rock)

โดยปกติน้ำมันดิบก่อตัวขึ้นที่ระดับความลึกประมาณ 4-6 กิโลเมตร ส่วนก๊าซธรรมชาติก่อตัวขึ้นที่ประมาณ 5-9 กิโลเมตร แต่หากหินดินดานน้ำมันอยู่ในระดับลึกเกินไปจะเกิดการสูญเสียน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งหากภายในชั้นหินมีน้ำใต้ดินร่วมด้วย เมื่อน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติเคลื่อนเคลื่อนย้ายไปกักเก็บในโคร้างสร้างปิดกั้น โดยชั้นบนสุดจะเป็นก๊าซธรรมชาติ รองรับด้วยน้ำมันดิบและน้ำ ตามลำกับ

2) หินอุ้มน้ำมันหรือหินกักเก็บ (reservoir rock) โดยส่วนใหญ่เป็นหินที่มี ความพรุน (porosity) สูงมากพอที่จะให้น้ำมันดิบซึมผ่านได้ เช่น หินทราย ทำหน้าที่ให้น้ำมันดิบมายึดเกาะ ซึ่งถูกปิดกั้นไม่ให้ปิโตรเลียมไหลสู่ด้านบนด้วย โครงสร้างปิดกั้น (trap)

3) ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียม (trap) โดยส่วนใหญ่เป็นหินที่มีความพรุนต่ำ เช่น หินดินดาน คอยปิดกั้นไม่ให้ปิโตรเลียมไหลขึ้นสู่พื้นผิวโลกได้

แหล่งน้ำมันดิบ (oil field) หมายถึง บริเวณที่มีโครงสร้างกักเก็บปิโตรเลียมคล้ายกัน ในบริเวณใกล้เคียงกัน ซึ่งอาจอยู่เรียงกันไปหรืออยู่บนล่างตามแนวดิ่งก็ได้

ชนิดของชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียม

ชั้นหินเก็บปิโตรเลียม (Petroleum Trap) สามารถแบ่งย่อยเป็น 2 ชนิดหลัก คือ 1) ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมแบบโครงสร้างทางธรณีวิทยา (structural trap) คือ ชั้นหินกักเก็บที่เกิดสัมพันธ์กับโครงสร้างทางธรณีวิทยารูปแบบต่างๆ เช่น ชั้นหินคดโค้ง (fold) หรือรอยเลื่อน (fault) เป็นต้น และ 2) ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมแบบเนื้อหินเปลี่ยนแปลง (stratigraphic trap) ซึ่งรูปแบบของการเกิดชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมที่พบได้โดยส่วนใหญ่ มีดังนี้ (ดูรูปประกอบ)

1) ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมชั้นหินคดโค้งปะทุนคว่ำ (anticline trap) เกิดจากการโก่งงอของชั้นหิน ทำให้ชั้นหินมีรูปร่างโค้งเป็น โครงสร้างปะทุนคว่ำ (anticline) (หมายเลข 1) น้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติจะไหลขึ้นไปสะสมตัวอยู่บริเวณจุดสูงที่สุดของโครงสร้างและมีหินปิดกั้นวางตัวทับอยู่ด้านบน โครงสร้างแบบนี้ถือว่ามีประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำมันดิบได้ดีที่สุด จากสถิติทั่วโลกพบว่า > 80% ของน้ำมันดิบทั่วโลก ถูกกักเก็บอยู่ภายใต้โครงสร้างปะทุนคว่ำ

2) ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมรอยเลื่อน (fault trap) เกิดจากการแตกหักของชั้นหิน ทำให้ชั้นหินเคลื่อนไปในทิศทางอื่น ซึ่งทำหน้าที่ปิดกั้นการเคลื่อนตัวของปิโตรเลียมไปสู่ที่สูง (หมายเลข 3) แหล่งน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติในประเทศไทยโดยส่วนใหญ่พบในโครงสร้างกักเก็บแบบนี้

3) ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมโดมเกลือ (salt dome trap) เกิดจากชั้นหินถูกดันให้โก่งตัวด้วยแร่เกลือจนเกิดลักษณะคล้ายกับโครงสร้างปะทุนคว่ำขนาดใหญ่ ซึ่งปิโตรเลียมจะไหลมาสะสมตัวในชั้นหินกักเก็บบริเวณโดยรอบโครงสร้าง (หมายเลข 8)

การสำรวจปิโตรเลียม

1) การสำรวจทางธรณีวิทยา (geological exploration) เริ่มด้วยการทำแผนที่ของพื้นที่สำรวจโดยใช้ข้อมูล โทรสัมผัส (remote sensing) เช่น ภาพถ่ายดาวเทียม ภาพถ่ายทางอากาศ เพื่อประเมินในเบื้องต้นว่าพื้นที่ใดมีโครงสร้างทางธรณีวิทยาน่าสนใจควรที่จะสำรวจต่อไปหรือไม่ จากนั้นสำรวจภาคสนามโดยการตรวจสอบ เก็บตัวอย่างชนิดหินและฟอสซิล เพื่อกำหนดอายุและลำดับชั้นหิน ตลอดจนแปลความทาง ธรณีประวัติ (historical geology) และความเป็นมาของพื้นที่ หลังจากนั้นจึงตรวจวัดแนวทิศทางความเอียงเทของชั้นหินเพื่อคะเนหาแหล่งกักเก็บของปิโตรเลียม

2) การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ (geophysic exploration) เป็นขั้นตอนการสำรวจหาโครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินที่อยู่ใต้พื้นผิวโลก เพื่อคะเนหาแหล่งกักเก็บของปิโตรเลียมให้มีความถูกต้องแม่นยำมากยิ่งขึ้น โดยในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้นำเสนอวิธีการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์หลากหลายวิธีในการสำรวจปิโตเลียม ได้แก่

2.1) วิธีตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน (seismic survey) เป็นวิธีที่ใช้หลักการส่ง คลื่นไหวสะเทือน (seismic wave) ลงไปใต้ดิน ซึ่งเป็นคลื่นคล้ายกับคลื่นของแผ่นดินไหวในธรรมชาติ โดยแหล่งกำเนิดของคลื่นไหวสะเทือนในการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ดังกล่าว ผลิตขึ้นจากรถสร้างแรงสั่นสะเทือน (vibrator car) เมื่อคลื่นไหวสะเทือนกระทบชั้นหินใต้ดินจะสะท้อนกลับมาบนพื้นผิวโลกเข้าที่ ตัวรับคลื่น (geophone หรือ hydrophone) ซึ่งหินในแต่ละชนิดมีคุณสมบัติในการสะท้อนหรือหักเหห้คลื่นไหวสะเทือนที่เดินทางผ่านได้แตกต่างกัน ข้อมูลที่ได้จะแสดงผลทั้งในรูปของภาพตัดขวาง 2 มิติ และแบบจำลอง 3 มิติ ซึ่งสามารถนำมาแปลความเพื่อประเมินความหนาของชั้นหินและโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ดิน

2.2) วิธีตรวจวัดค่าสนามแม่เหล็ก (magnetic survey) เป็นการตรวจวัดค่าความแตกต่างของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของชนิดหินและโครงสร้างทางธรณีวิทยา หรือความสามารถในการดูดซึมแม่เหล็กของหินที่อยู่ใต้พื้นผิวโลก

2.3) วิธีตรวจวัดค่าแรงดึงดูดของโลก (gravity survey) เป็นการตรวจวัดค่าความแตกต่างแรงโน้มถ่วงของโลก ซึ่งแปรผันกับลักษณะและความหนาแน่นหรือชนิดของหินใต้พื้นผิวโลก

การเจาะสำรวจ

3) การเจาะสำรวจ (exploration drilling) เป็นการเจาะในพื้นที่ที่แปลความและประเมินว่ามีปิโตรเลียมอยู่ ซึ่งการเจาะมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อพิสูจน์ว่าพื้นที่สำรวจมีปิโตรเลียมอยู่หรือไม่และมีปริมาณสำรวจโดยประมาณเท่าใด โดยส่วนใหญ่ใช้เครื่องแบบ เครื่องเจาะหมุน (rotary drill) ติดตั้งอยู่บนฐานเจาะ ใช้หัวเจาะชนิดฟันเฟืองต่อกับก้านเจาะ โดยในขณะที่เจาะจะมีการอัดน้ำโคลนผสมพิเศษลงไปด้วย เพื่อช่วยหล่อลื่นๆ ในระหว่างการเจาะ ช่วยลำเลียงเศษดินจากหลุมเจาะขึ้นมาปากหลุม และช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติดันขึ้นมาปากหลุมซึ่งเป็นอันตรายในขณะทำการเจาะ ลำดับการเจาะสำรวจปิโตรเลียมมีขั้นตอน ดังนี้

3.1) การเจาะสำรวจ (exploration well) เป็นการเจาะสำรวจหลุมแรกบนโครงสร้างที่คาดว่าอาจเป็นแหล่งปิโตรเลียมในแต่ละแห่ง เพื่อตรวจสอบว่ามีปิโตรเลียมอยู่จริงหรือไม่ โดยเจาะไปที่ส่วนบนสุดของโครงสร้าง เพื่อให้ประหยัดงบประมาณในการเจาะ

3.2) การเจาะหาขอบเขต (appraisal well) เป็นการเจาะสำรวจเพิ่มเติมในโครงสร้างที่เจาะพบหลักฐานของปิโตรเลียมจากหลุมสำรวจ เพื่อประเมินขอบเขตพื้นที่ของโครงสร้างของชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียมหรือประเมินปริมาณสำรองในเบื้องต้น

การพัฒนาและผลิตปิโตรเลียม

การพัฒนาและผลิตปิโตรเลียม (development and production) เมื่อพบโครงสร้างแหล่งปิโตรเลียมซึ่งประเมินว่ามีศักยภาพในการผลิตในเชิงเศรษฐศาสตร์ ขั้นตอนต่อมาคือ การทดสอบการผลิต (well testing) เพื่อศึกษาสภาพการผลิต คำนวณปริมาณสำรองและปริมาณที่จะผลิตในแต่ละวัน รวมทั้งการตรวจสอบคุณภาพของปิโตรเลียม และศึกษาลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาของแหล่งปิโตรเลียมและชั้นหินเพิ่มเติมให้ชัดเจน เพื่อใช้ประโยชน์ในการออกแบบแท่นผลิตปิโตรเลียม และวางแผนการผลิตต่อไป

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth