ปิโตเลียม

การกำเนิดปิโตรเลียม

เมื่อหลายล้านปี ทะเละต็มไปด้วยสัตว์ และพืชเล็ก ๆ จำพวกจุลินทรีย์ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงจำนวนมหาศาล ก็จะตกลงสู่ก้นทะเล และถูกทับถมด้วยโคลน และทรายแม่น้ำ จะพัดพากรวดทราย และโคลนสู่ทะเล ปีละหลายแสนตัน ซึ่งกรวด ทราย และโคลน จะทับถมสัตว์ และพืชสลับทับซ้อนกัน เป็นชั้น ๆ อยู่ตลอดเวลา นับเป็นล้านปีการทับถมของชั้นตะกอนต่าง ๆ มากขึ้น จะหนานับร้อยฟุต ทำให้เพิ่มน้ำหนักความกดและบีบอัด จนทำให้ทราย และชั้นโคลน กลายเป็นหินทราย และหินดินดาน ตลอดจนเกิดกลั่นสลายตัว ของสัตว์ และพืชทะเล เป็นน้ำมันดิบ และก๊าซธรรมชาติ น้ำมันดิบ และก๊าญธรรมชาติ มีความเบา จะเคลื่อนย้าย ไปกักเก็บอยู่ในชั้นหินเนื้อพรุน เฉพาะบริเวณที่สูงของโครงสร้างแต่ละแห่ง และจะถูกกักไว้ด้วยชั้นหินเนื้อแน่น ที่ปิดทับอยู่

นักธรณีวิทยาส่วนใหญ่มีแนวความคิดว่า ปิโตรเลียมน่าจะมีแหล่งกำเนิดมาจากสารอินทรีย์ ทำให้การศึกษามุ่งหากำเนิดของน้ำมันที่เป็นแบบอย่างหรือตัวแทนของน้ำมันส่วนใหญ่ที่พบและผลิตในอุตสาหกรรม ดังนั้นจะเห็นได้ว่าแหล่งปิโตรเลียมส่วนใหญ่ในโลกมักมีความเกี่ยวข้องกับหินตะกอนที่สะสมในทะเล แต่ในประเทศไทยพบทั้งในหินตะกอนที่สะสมในทะเลและไม่ได้สะสมในทะเล เนื่องจากหินตะกอนจะมีส่วนประกอบของสารอินทรีย์มากกว่าหินประเภทอื่นๆ พวกสิ่งมีชีวิตแต่ละประเภทจะมีสารอินทรีย์แตกต่างกันเช่น

1. Marine&Lacustrine Plankton ประกอบด้วย โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต ถึง 50% และ Lipid 25%
2. Bacteria ประกอบด้วย โปรตีนและ Lipids
3. Landplant ประกอบด้วย Cellulose, Lignin, Waxes, Resin และ Lipid เล็กน้อย

เมื่อสิ่งมีชีวิตสิ้นสภาพและถูกพัดพามาพร้อมกับตะกอนลงสู่แอ่งสะสมตะกอน บางส่วนของซากสิ่งมีชีวิตถูกทำลาย โดยขบวนการเติมออกซิเจน(Oxidation) บ้างก็ถูกทำลาย และเป็นอาหารจุลินทรีย์ ส่วนที่เหลือจะถูก preserved ได้ต้องอาศัยการตกทับถมอย่างรวดเร็วและลักษณะของตะกอนที่ปิดทับ ซึ่งต้องการสภาพแวดล้อมแบบไม่มีออกซิเจน(Reducing)

พวกอินทรีย์สารที่มากับตะกอนทับถมตัวแล้วจะถูกทำลายโดยพวกจุลินทรีย์ การเปลี่ยนแปลงนี้จะก่อให้เกิดก๊าซ CO2, H2O, CH4, H2S สุดท้ายจะได้ Insoluble Kerogen ซึ่งเป็น Common form ของสารอินทรีย์ ไปเป็นคีโรเจน มี 3 ขั้นตอน รูปที่ 2

1. Microbial Activity กระบวนการเหล่านี้เกิดเป็นขั้นตอนแรกในระดับใกล้พื้นผิว เป็นขั้นตอนที่จุลินทรีย์ทำลาย ย่อยสลาย สารอินทรีย์เริ่มต้นในตะกอน ถ้าโดยวิธี Aerobic จะเป็นการทำลายสารอินทรีย์โดยตรง จะได้ก๊าซ CO2 และ H2O แต่ถ้าเป็น Anaerobic Method จะสลายสารอินทรีย์บางส่วนโดยวิธี Fermentation จะได้ก๊าซ CH4, Amino Acids และน้ำตาล
2. Polycondendsation เมื่อเวลาผ่านไประดับลึกลงมากขึ้น กรดอะมิโนและน้ำตาล ไม่สามารถทนสภาพที่เปลี่ยนไปก็จะรวมตัวกันเป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้น
3. Insolubilization เป็นขบวนการที่ทำให้โพลีเมอร์ ที่เกิดขึ้นกลายเป็นกรดอิวมิกและฟลูวิก และจะเปลี่ยนเป็นฮิวมิน เมื่อมีการอัดแน่นเพิ่มมากขึ้น ขั้นตอนนี้จะเกิดที่ระดับความลึกหลายร้อยเมตร และใช้เวลาหลายล้านปี และผลสุดท้ายจะได้ ที่เรียกว่า Kerogen

ประเภทของ Kerogen จะเป็นตัวกำหนดชนิดของปิโตรเลียม รูปที่ 3 เช่น

Type I เป็น Kerogen ที่มีส่วนประกอบ H/C สูงและค่า O/C ต่ำ เป็น Kerogen ที่มาจากสารอินทรีย์พวก Algae ในสภาวะแวดล้อมแบบทะเลสาบ หรือบริเวณชายฝั่ง ที่สามารถเกิด Algal Bloom ได้ จะให้น้ำมันชนิดพาราฟีน Type II เป็น Kerogen ที่มีส่วนประกอบ H/C ปานกลาง และอัตราส่วน O/C ค่อนข้างต่ำ มักจะพบในพวกหิน ตะกอนที่สะสมในทะเล ได้อินทรีย์สารพวกสาหร่าย Organism และ Higher Plants จะให้น้ำมันชนิดแนฟทาและอะโรมาติก

Type III เป็น Kerogen ชนิด H/C และ O/C ในอัตราต่ำ สารอินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นพวก Land Plants โดยเฉพาะพวกเซลลูโลส และ woody materials Kerogen ชนิดนี้จะให้ก๊าซ เมื่อตะกอนที่สะสมตัวจมลึกลงไปเรื่อยๆ ตามเวลานั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงของอินทรีย์สารในตะกอนตามไปด้วย การเปลี่ยนแปลงนี้แบ่งออกได้เป็น 3 ช่วง คือ Diagenesis, Catagenesis และ Metagenesis รูปที่ 4 ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดอายุของ Kerogen ว่าน้อยหรือมากเกินไปที่จะให้ปิโตรเลียม Kerogen ที่อยู่ภายใต้สภาวะการสะสมตัวที่จัดว่าเป็น Mature Kerogen คือ อุณหภูมิ ระหว่าง 60-120oC จะสามารถผลิตน้ำมันและก๊าซได้ดี และถ้าอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นเป็น 120-225 oC ตามระดับความลึกนั้น จะเป็นการผลิตก๊าซเป็นหลัก ถ้าอุณหภูมิสูงกว่านี้ก็จะไม่สามารถผลิตได้อีกต่อไป คือสิ้นสภาพของ Kerogen กลายเป็นสาร inert หรือ graphite ต่อไป Organic Diagenesis จัดเป็นช่วงที่เรียกได้ว่า Immature stage เกิดในช่วงระดับความลึกจากพื้นผิวลงไปจนถึงระดับความลึกประมาณ 1,000 เมตร หรือ กว่าไม่มากนักระดับความกดดันและอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ คือ ต่ำกว่า 50-60 oC เริ่มต้นด้วย Microbial Degradation เปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์เริ่มต้น ตามด้วย Polymerzation และ Condensation แปลงสารเริ่มต้นไปเป็น Fulvic acids, Humic Acids และ Humins และได้ Products พวก CH4, CO2, H2O และ H2S ออกมาด้วย Catagenesis จัดอยู่ในช่วงที่เรียกว่า mature stage มีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับ Kerogen ที่จะผลิตน้ำมันออกมา นอกจากนี้ถ้ายังมีพวก Humin เหลืออยู่ ก็จะถูกแปลงไปเป็น Kerogen และผลิตเป็นน้ำมันต่อไป ระดับความลึกของ Catagenesis หรือบางทีก็เรียกเป็น oil window จะอยู่ตั้งแต่ 1,000 เมตร กว่าไปจนถึงระดับ 3,000 เมตร Metagenesis เป็นช่วงที่เรียกว่า Over mature stage เกิดขึ้นในระดับที่ลึกมากทั้งความกดดัน และอุณหภูมิมากกว่า 150 oC ซึ่งจะทำให้ปริมาณ Oxygen และ Hydrogen ที่เคยมีอยู่ใน Kerogen สลายออกไปเกือบหมด จึงไม่สามารถแยกชนิด Kerogen ว่าเป็น Type I, II หรือ III ได้ เพราะสารส่วนใหญ่ที่เหลือคือ คาร์บอน เมื่อ Kerogen ให้ปิโตรเลียมแล้วจะต้องเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดไปยังหินกักเก็บปิโตรเลียม ซึ่งมี ความสามารถในการซึมผ่านที่ดีกว่าและสะสมตัวต่อไป การเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดจนกว่าจะพ้นจากหินต้นกำเนิดนี้จัดเป็น primary migration เมื่อเคลื่อนเข้าสู่หินกักเก็บแล้ว และเคลื่อนต่อไปจนกว่าจะถูกโครงสร้างกักเก็บ เป็นการเคลื่อนที่แบบ secondary migration ส่วนการเคลื่อนที่จากแหล่งเก็บกักแรกไปยังแหล่งกักเก็บอื่นๆ หรือต่อๆ ไป อาจเรียกได้ว่าเป็น Tertiary Migration

***********วิศวกรรมปิโตรเลียม ม.เทคโนโลยีสุรนารี******** 

http://www.eduzones.com/knowledge-2-5-30536.html