Petgeo1 6

69
PETROLEUM GEOLOGY "Petroleum prospecting is an art." -E. DeGolyer Assoc. Prof. Dr. Volkan ù. Ediger Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e w w w . d o c u - t r a c k . c o m

Transcript of Petgeo1 6

Page 1: Petgeo1 6

PETROLEUM GEOLOGY

"Petroleum prospecting is an art."­E. DeGolyer

Assoc. Prof. Dr. Volkan  . Ediger

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 2: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

2

A STORY OF AN OILMAN

"By the time Mark 'took a package' in early 1999, we had become good friends. For 17years Mark and his wife traipsed around the world in the employ of Schlumberger, with stops inEgypt, Pakistan, and Venezuela  (twice). As natives of North Dakota, they welcomed their firstdomestic  assignment,  a  transfer  to  Houston,  in  early  1998.  If nothing  else,  it would  be  a  goodthing for their three young daughters. Being laid off was a twist they hadn't expected.

A  highly  competent and high­quality character  in his early 40s, Mark was completelyunphased  by  the  event  (after  all,  oil  had  dropped  to  $  10  a  barrel),  and  even  welcomed  thechange of pace. As it turned out, he decided on a whole new career­in the funeral business.

In just three months with a major funeral­home chain, Mark moved from an entry­levelsales position to mid­management. This is not surprising if you know Mark, but consider some ofthe details. Early  in his new  job and just getting his  feet on the  ground, Mark pulled togetherand charted some local sales and growth figures in Excel. He presented them to his workgroupin PowerPoint using a computer projector. On the basis of his presentation, he was dubbed theresident 'computer techie.'

I  know  Mark  pretty  well,  and  frankly,  I'd  rate  him  at  the  lower  end  of  the  techieladder. The whole  event struck Mark as weird, as it did me. The thought flashed to my brain.I'd  spent  the  past  six  years  developing  research  programs  at  Texas  A&M  University  and  theUniversity of Houston, all the while sounding the alarm that the oil industry is under­researchedand not nearly as high­tech as it claims. How did I reconcile my claims with this story?

Then  it  occurred  to  me. The strength of  the oil  industry  is not research or  technologydevelopment, per se; it is that we innovate­relentlessly­on the basis of technological advances, nomatter where the advances come from. If Bill Gates can make a better computer program, mythinking goes, we in the oil business probably can put it in use faster and better than any otherindustry.

Mark relays another interesting story. It seems the funeral home's tracking system hasa small breakdown, with the result that one of their (deceased) clients was misplaced. This upsetthe relatives tremendously.

Mark had only overheard the  incident (the shouting of an angry relative, I think), butnonetheless  took  the  initiative  to  raise  the  issue  at  the  next  staff  meeting.  His  question  wasobvious and simple: What are we doing to ensure this does not happen again?

The  response?  Blank  stares.  No  one  had  any  intention  of  doing  anything.  A  smallchange  in  the  standard  work  flow  did  the  trick.  For  people  in  the  oil  industry,  isolating  andsolving problems  competently  is  so  natural,  like drinking water,  that we don't  even realize weare doing it."

From;   Economides, M.J. and Oligney, R.E., 1999, The color of oil­Part V: Primary Colors:Hart's   E&P, October 1999, p 156­162.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 3: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

3

SYLLABUS

I. INTRODUCTIONLogistics, Energy Resources, Petroleum Industry, Upstream Business (Exploration &Production), Megatrends, Synergistic Teams.

II. HISTORY AND GLOBAL PETROLEUM SYSTEMPetroleum  History  of  Turkey,  Global  Oil  System,  Reserves  & Resources,  Hubbert'sCurve, World Reserves, Productions & Consumptions.Exercise: Past, Present, and Future of Oil.

III.  COMPOSITION  OF HYDROCARBONS  AND SEDIMENTARYORGANIC MATTERMain Compounds in Crude Oils, Plant Kingdom, Main Contributors of Organic Matterin  Sediments,  Color  of  Sedimentary  Rocks,  Sedimentary  Organic  Matter,Transportation  &  Deposition  of  Kerogen,  Physico­chemical Conditions, DepositionalEnvironments.Exercise: Palynofacies Analysis.

IV. SOURCE ROCKS & PETROLEUM GENERATIONSource  Rocks  of  the  World,  World  Petroleum  Realms,  Source  Rock  Analysis,  VanKrevelen Diagram, Oil Generative Capacity, Diagenesis, Catagenesis & Metagenesis ofOrganic Matter, Petroleum Generation & ExpulsionExercise: Source Rock Evaluation.

V. RESERVOIR ROCKS AND MIGRATION & ENTRAPMENTGiant  Fields,  Migration  and  Entrapment,  Reservoir  Rocks,  Cap  Rocks,  TrapFormation, Geological Framework of Migration & Accumulation, Oil Half­life Model,Oil­Oil  and  Oil­Source  Rock  Correlations,  Preservation­Degradation­Destruction  ofTrapped Oil.Exercise: Oil­Source Rock CorrelationExercise: Oil Half­life Model

VI. PETROLEUM SYSTEMPetroleum  System  (Classification,  Subsystems,  Factors,  Styles)  Sedimentary  Basins,Plays & Prospects,  Petroleum System Name, Characteristics & Limits.Exercise: Deer­Boar (.) Petroleum System.Exercise: Partial or Complete Petroleum Systems.

MIDTERM EXAMINATION

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 4: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

4

(Mid­semester Assignment: Literature Survey on Petroleum Geology)

VII. GEOLOGICAL INVESTIGATIONPetroleum  Investigation,  Petroleum  System  Logic,  Petroleum  Geology,  Laws  ofGeology, Topographic & Geologic Maps.Exercise: Surface Geologic Mapping

VIII. STRATIGRAPHYStratigraphic Classification, Lithostratigraphy, Biostratigraphy, Chronostratigraphy.Exercise: Age InterpretationExercise: Biozonation of a well.

IX. WELL LOGGING & GEOPHYSICAL METHODSDipmeter  and  Gammaray  Logs,  Spontaneous  Potential  (SP)  and  Resistivity  Curves.Exercise: Gamma Ray and Dipmeter Logs.

X. CORRELATIONSCorrelation, Lithostratigraphic Correlation, Correlation of Electric Logs.Exercise: Correlation of Intertonguing Deposits.Exercise: Regional Correlation of Electric Logs.Exercise: Local Detail Correlation of Electric Logs.

XI. SUBSURFACE GEOLOGYSubsurface  Maps,  Lithofacies  Mapping,  Structural  Contour  Maps,  Isopach  Maps,Paleogeologic Maps, Facies Maps, Block (Panel, Fence) Diagrams.Exercise: Regional Lithofacies Mapping.Exercise X: Structure, Isopach, and Lithofacies Mapping.Exercise XI: Preparation of Block Diagram.

XII. PETROLEUM GEOLOGY OF TURKEYExercise: Petroleum Geology of Thrace Basin.Exercise: Petroleum Geology of Southeastern Anatolia.

XIII. PETROLEUM ECONOMICSEconomic Evaluation of International Petroleum Projects.

TERM PROJECT & PRESENTATIONS“Teamwork on Petroleum Geology of Turkey”

FINAL EXAMINATION

Schedule

Time: Wednesday 8:40­9:30, 9:40­10:30, 10:40­11:30, 11:40­12:30Place: Prof. Dr. Ayhan Erler Room (Deceased October 13, 1998).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 5: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

5

Major Text Books (In chronological order)

Levorsen, A. I., 1969, Geology of Petroleum: W.H. Freeman & Company.LeRoy, L.W., LeRoy, D.O., and Raese, J.W., 1977, Subsurface Geology: Colorado School of Mines.Brooks, J., 1981, Organic Maturation Studies and Fossil Fuel Exploration: Academic Press.Waples, D., 1981, Organic Geochemistry for Exploration Geologists: Burgess Publishing Company.Tissot,  B.P.  and  Welte,  D.H., 1984,  Petroleum  Formation  and  Occurrences:  Springer  and Verlag,

Second Edition.Tearpock, D.J. and Bischke, R.E., 1991, Applied Subsurface Geological Mapping: Prentice Hall.Lerche, I., 1992, Oil Exploration: Basin Analysis and Economics: Academic Press.Magoon, L.B. and Dow, W.G., 1994, The Petroleum System: AAPG Memoir No. 60.Hunt, J., 1995, Petroleum Geochemistry and Geology: W. H. Freeman, Second Edition.Tyson, R.V., 1995, Sedimentary Organic Matter: Chapman and Hall, London.Selley,  R.C., 1997, Elements of Petroleum Geology: Academic Press, Second Edition.Kearey, P., Brooks, and M.,  Hill,  I., 2002, An Introduction to geophysical Exploration: Blackwell

Publishing, United Kingdom, Third Edition.Gluyas J. and Swarbrick, R., 2004, Petroleum Geosciences: Blackwell Publishing, United Kingdom.

Major Periodicals (In alphabetical order)

American Association of Petroleum Geologists BulletinJournal of Petroleum GeologyJournal of Petroleum TechnologyOil and Gas JournalOPEC ReviewPetroleum EngineerPetroleum GeologyPetroleum GeoscienceWorld OilWorld Petroleum Congress Proceedings

Grading

Attendance and Participation 10 %Mid­semester Assignment 10 %Midterm 25 %Term Paper and Presentation 25 %Final 30 %

Required Course Material

Lecture NotesColored Pencils (At least six colors), Ruler and Protractor.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 6: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

6

MID­SEMESTER ASSIGNMENT

"Literature Survey on Petroleum Geology"

Procedure

1) Search for an article written on one of the subjects that will be discussed during this     course (see the syllabus). METU, TPAO, MTA, and ULAKBIM libraries are the     best places to look for such articles.2) The article should be published in one of the recent journals dated between    2000­2003.3) Write only a half­page summary of the article and return it together with the xerox     copy of the article. (Please summarize it with your own words, do not copy! ).4) The reference of the article should be given on top of the page, following AAPG’s     standard format, of which the examples are given below:

A) A published book written by one or more authors:Flavin, C. and N. Lenssen, 1994, Power surge: Guide to the coming energy revolution: New York,

Mc Graw Hill, 382 p.B) A published book written by a company or an organization:Worl Energy Council, 1993, Energy for tomorrow’s world: World Energy Council, London, Nichols

Publishing, 320  p.World  Energy  Outlook,  1994,  International  Energy  Agency:  Paris,  France,  Organization  forEconomic

Cooperation and development, 305 p.C) An Article (or paper) written by one or more authors in a periodical (or journal):Weeks, L. G., 1958, Fuel reserves of the future: AAPG Bulletin, v. 42, no. 4, p. 24­31.Ivanhoe,  L.  F.,  1995,  Future world  oil  supplies:  there  is a  finite  limit: World Oil, October 1995,  v.216,

p. 77­88.D) An anonymous article (or a paper) published in a periodical (or a  journal):The Economist, 1994, A survey of energy: The Economist, v. 331, p. 60­77.E) An article (or a paper) written by one or more authors in a published proceeding:Masters,  C.  D.,  1985,  Distribution  and  quantitative  assessment  of  world  crude  oil  reserves:Proceedings

of the 11th World Petroleum Congress, v. 2, p. 229­237.F) An article (or a  paper) written by one or more authors as a chapter (or a section) in a book (orin any kind of publication) edited by one or more authors:Roodman, K. N., 1997, A cas history of oil­shortage scares, in L. Starke and B. Supple, eds., Our oil

resource: New York, McGraw­Hill, p. 306­406.Dolton, G., D. L. Gautier, and H. Root, 1993, Natural gas resources, in D. G. Howell, ed., The futureof

energy in U.S.: U.S. Geological Survey Professional Paper 1570, p. 495­576.G) An unpublished report by a company, a survey, or an organization etc.:Lewin and Associates, 1976, The potential and economics of enhanced oil recovery: Final report

proposed for the Federal Energy Administration under contract No. 60­44­5874­998.Merritt, D. R., 1986, Map of Alaska’s coal resources: Alaska Division of geological and Geophysical

Survey Open­file Report 84­24, 64 p.Meyer, F. L., 1995, Geology of Pennsylvanian rocks in the southeast New Mexico: New Mexico

Institute of Mining and Technology Memoir 17, 123 p.H) An article (or paper) written in a different language:

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 7: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

7

Muslimov, R. K. and G. Akhmedzova, 1975, Outlining and preparation of small petroleum fields forproduction: Geologiya Neft i Gaza, no. 1, p. 23­34. (In Russian).

TERM PROJECT AND PRESENTATION

"Teamwork on Petroleum Geology of Turkey”

Term project is designed to improve students’ ability to apply the principles ofgeology  to  the  petroleum  industry  of  Turkey.  Students  are  expected  to  design  anddevelop new exploration strategies to improve exploitation of the domestic petroleumresources  in Turkey.  For  this,  the  already  known  petroleum  systems and  the presentexploration  activities  should  be  evaluated  thoroughly  to  be  able  to  propose  possibleapplications of modern information, theory, technique, and process. Examination of themodern  international  literature  will  enable  students  to  investigate  the  most  recentimprovements in the world’s petroleum industry.

Building a Synergistic Teams

Synergy simply means the action of discreet agencies so that the total effect isgreater  than the sum of the effects taken independently. In petroleum exploration andproduction business  synergistic  teams mean  that geologists, geophysicists,  petroleumengineers, and others work together on a project more effectively and efficiently as ateam  than  working  as  individuals.  It  has  almost  been  proven  that  the  old  style  lineorganization cannot compete with the new teams. Therefore, you should either choosenot to play or you integrate into a team system so that you can play.

A team consists of a project manager (team leader) and team members (in ourcase,  data­gathering,  data­evaluation,  report­writing,  presentation  etc.).  Eachindividual of the team should always keep in mind that he or she will be rewarded if theteam is successful.

The critical individual in the team is the project manager who plans, organizes,reviews  project  performance,  and  communicates  results.  He  also  identifies  andeliminates  barriers  between  individuals  and  between  other  teams. Team  members  doindependent thinking but share their experience and talents with the other members byfeeling responsible for all the results.

Term Paper and Presentations

Each  team  is  expected  to  return  a  term  paper,  which  is  written  in  standardAAPG article format. The articles should include an introduction (statement, purpose,and scope), a main section (presentation and evaluation of data and discussion), and aconclusion. The reference list, which includes the cited literature, is to be given at theend  of  the  article.  The  team  members  may  write  and  also  present  the  term  paper

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 8: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

8

together or one member may be assigned for each of these purposes. The presentationswill  last only 15 minutes sharp! and overhead projector transparencies should be usedduring presentations.

I. INTRODUCTION

References

Cavoulacos, P. and Deffarges, E., 1997, Achieving profitable growth in E &P: Newstrategies, business model: Oil and Gas Journal, May 26, 1997, p. 42­48.

Hart's Petroleum Engineer International, 1997, Megatrends of 1997­An industryperspective, v. 70, no. 1, p. 25­37.

Ivanhoe, F.F., 1995, Future world oil supplies: There is a finite limit: World Oil,v. 216, no. 10, p. 77­90.

Masters, J.A., 1990, Teamwork: p. 336­340.Oil and Gas Journal, 1996,, State­owned companies top reserves ranking outside

U.S.: Oil and Gas Journal, v. 94, no. 36, p. 68­74.Sneider, R.M., 1993, The economic values of a synergistic organization, p. 328­331.

Megatrends

Hart's  Petroleum  EngineerInternational  reviewed  the  opinions  ofH.  Carlsen,  M.  Mes,  L.  Robinson,  M.Simmons,  J.  Thorogood  on  themegatrends in the petroleum industry in1997.  The  experts  commonly  believedthat  the  megatrends  in  the  industrytowards  the  21th  century  will  be;        1)from  status  quo  to  flexibility,  2)  fromvogue  to  value  added,  3)  from  nationstate  to  business  state,  4)  fromvulnerability      to        self     preservation,5) from   nationalism   to   globalism, 6)from     passivity      to        interactivity, 7)from      competition  to  cooperation,  8)from  human  power  to  automation,  9)from     homogeneity      to diversity, 10)from  mass  marketing  to  micro­marketing.

World E & P Business

A  variety  of  activities  isinvolved  in  the  course  of  oil  and  gasindustry,  from upstream (exploration,development,  and  production)  todownstream  (refining  and  marketing).Transportation  with  pipelines  andtankers  is  usually  considered  as  at  themiddle.

State­owned  oil  companiescontinued  to dominate  the OGJ100 listof  the  world's  biggest  oil  and  gascompanies  outside  the  US  for  manyyears.  For  instance,  Saudi  Arabian OilCompany  and  National  Iranian  OilCompany  were  listed  in  both  reservesand production list of the top five state­owned  companies  outside  the  US  in1996 (Table I. 1).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 9: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

9

      Table I. 1. Reserve and production leaders (Oil and Gas Journal, 1996).

RANK

COMPANY PRODUCTIONmillion bbl

RANK

COMPANY RESERVEmillion bbl

1 Saudi Arabian Oil Co. 2,944.5 1 Saudi Arabian Oil Co. 258,703.0

2 National Iranian Oil Co. 1,318.4 2 Iraq National Oil Co. 100,000.03 Petroleos Maxicanos 1,119.0 3 Kuwait Petroleum Corp. 94,000.04 China National Petroleum Co. 1,097.6 4 Abu Dhabi National Oil Co. 92,200.05 Petroleos de Venezuela SA 962.3 5 National Iranian Oil Co. 88,200.0

The  leading  nongovernmental  company  in  both  reserves  and  production  isRoyal Dutch/Shell: No. 6 in liquids production and No. 12 in liquids reserves. BritishPetroleum  is  the  next  largest  nongovernmental  company,  ranking  12th  in  liquidsproduction and 17th  in  liquids reserves. Elf Aquitaine of France ranked 14th  in liquidsproduction,  Total  of  France  19th in  the  same  category.  Several  major  oil  companiessuch  as  Exxon,  Chevron,  Mobile,  and  Texaco  would  rank  in  the  OGJ100  top  20.However,  the  lists  have  changed  after  the  merging  of  the  major  oil  companies  allaround the world.

Major changes in the oil and gas industry during the last decade and a half havenecessitated  significant  changes  in  upstream  business  strategies  (Cavoulacos  andDeffarges,  1997).  Successful  upstream  players  have  changed  their  strategies­fromfrontier exploration to development/production new ventures and on to gas and powerplays­and built the capabilities necessary to achieve profitable growth. Moreover, thesecompanies  have  adopted  a  new  business  model,  an  organisation  paradigm  based  onprocess­driven  networks  of  business  units,  accountability  and  pay­for­performance,empowered multidisciplinary teams, and best practice sharing.

Synergistic Teams

The  synergistic  team  approach  (Figure  I.  1)  has  been  tried  by  several  largeand  small  oil  companies  in  the  late  1970's  and  1980's  in  order  to  compete  moreeffectively  and  profitably  with  fewer  staff and  managers  (Sneider,  1993). Synergy  isdefined as the action of discreet agencies so that the total effect is greater than thesum  of  the  effects  taken  independently.  Within  the  context  of  the  petroleumexploration  and  production  business,  synergy  means  that geologists,  geophysicists,petroleum  engineers  and  others  work  together  on  a  project  more  effectively  andefficiently as a team than working as a group of individuals.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 10: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

10

Masters  (1990)  who  considered  team  building a  social  activity,  tribal,  andattitude reviewed what is needed:

1)  Recognition  that  many  complex  problems  require  the  integrated  brain  power  ofnumerous specialists (team),2)  Commitment  and  support  from  the  top  for  the  team  concept  (receptiveenvironment),3) Consistently high­quality people,4) Trust, from the management and amongst themselves,5) Friendship,6) Freedom to contribute,7) Freedom to communicate,8) Job satisfaction by achievement rather than title,9) Supportive, enabling management style,10) Flexible, fluid organisation. No planners,11) Once committed, anyone who doesn't participate is out,12) The incontrovertible ethic (We pull together!),13) The guts to stand behind this and make it work. This is not a system for pussycats.

Exploration Milestones

Ivanhoe  (1995)  has noted  that  petroleum  exploration  is  an  efficient  technicalprocedure. However, he also noted that the largest oil and gas fields in any basin or oilprovince were also the biggest targets and the easiest to find with any given technologyand thus they were normally found in any exploration phase. There are today virtuallyno areas where petroleum exploration cannot be successfully carried out if preliminarygeological studies indicate a good chance of finding major oil fields.

The  exploration  and  drilling  techniques  routinely  used  by  large oil  companiesand the dates of first applications are as follows:

1) Surface geology (1900),2) Rotary drilling (1920),3) Refraction seismic (1925),4) Electric well logs (1930),5) Analog reflection seismic (1935),6) Mud logging (1940),7) Offshore drilling barges (1950),8) Deepwater drill ship (1956),9) Semi­submersible rigs (1964),10) Digital reflection seismic (1965),11) 3­D digital reflection seismic (1978),12) Horizontal drilling (1985).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 11: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

11

Energy ResourcesThe simplest definition of energy is the capacity to do work (to do things or to

get  things  done).  Since work is  done  when  a  force  is  used  to  move  an object  somedistance, it can easily be calculated by using the formula; Work=ForcexDistance.

It is a hard work to push an automobile but hard studying does not fit into themechanical  work  concept.  When  we  work  we  get  hungry,  then  we  eat  and  gainenergy. If we don't eat enough, we loose weight.

Energy  is  found  in  different  forms,  such  as;  work,  heat,  electrical,  chemical,nuclear,  kinetic,  potential,  light,  magnetic,  sun,  mass  etc.  Some  forms of  energy arenonspontaneous which takes place only as a result of an external stimulus; others arespontaneous which has a natural tendency to occur of its own accord.

Energy  is  obtained  from energy  resources  of  which some  are  renewable  andothers  are  nonrenewable.  The  use  of renewable resources  is  limited  by  the  rate  ofrenewal,  the use of nonrenewable  resources  is limited by  the reserves. Fossil  fuels,including  oil,  natural  gas,  hard  coal,  and  lignite  and  radioactive  minerals  arenonrenewables  whereas  the  renewable  are  sun,  wind,  hydrothermal,  tides,  hydrogenetc.

According  to  the  first  and  second  laws  of thermodynamics although  theuniverse  never  loses  any  energy,  less  and  less  of  that  energy  can be  converted  intowork as times go on. This is mainly because every spontaneous change is accompaniedby an increase in entropy, which is a measure of randomness, disorder, or chaos.

Shortage  of  energy  and environmental  problems  are  the  major  causes  ofenergy  crises or energy  dilemma.  Shortage  of  energy  is  the  result  of  some  naturalcauses such as limited reserves, increasing population and thus consumption. Artificialcauses, on the other hand, result from some political and economical reasons.

The ultimate goal is  the efficient use of clean energy but we are going up thedown escalator on energy.

Figure I. 1. Synergistic organization in a small company which has from four tosix teams of exploration and production technical staff.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 12: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

12

II. HISTORY AND GLOBAL PETROLEUM SYSTEM

References

BP Amoco, Statistical Review of World Energy, 2002.Hubbert, M.K., 1956, Nuclear energy and the fossil fuels: American Petroleum

Institute Drilling and Production Practices, p. 7­25.Ivanhoe, L.F., 1984, World crude output, reserves by region: Oil & Gas Journal

Dec. 24, 1984.Ivanhoe, L.F., 1995, Future world oil supplies: there is a finite limit: World Oil,

v. 216, no. 10,p. 77­90.PIGM (Petroleum Directorate of Turkey),  Petroleum Activities in 1998.Turkish Petroleum Company, Annual Report, 1998.World Energy Yearbook, 1996.

Petroleum History of Turkey

1859 COLONEL EDWIN L. DRAKE ’S WELL IN OIL CREEK, PA, USA.1860 PRODUCTION IN USA REACHED TO 650,000 BBL.

PRICES DROPPED  FROM 20 $ TO 2$.1876 34­YEARS­OLD  SULTAN  ABDULHAMID  ASCENDED  THE  THRONE

ON 31 AUGUST. HE RULED THE EMPIRE FOR 33 YEARS BETWEEN1876­1908.

1887 CHEMICAL ANALYSES OF THE  SKENDERUN OIL SAMPLEBY CHEMIST MOREAU IN  STANBUL ON 17 JULY.

1888 MOUSUL & SURROUNDINGS WERE INCLUDED IN THE SULTAN’SHAZ NE­  HASSA (PRIVATE ASSET) ON 13 JANUARY.

1889 FIRST LICENCE TO AHMED NECAT  EFEND  ON 23 JUNE.FOR THE ÇENGEN OIL & GAS IN  SKENDERUN.

1897 MÜREFTE LICENCES GRANTED  TO HAL L R FAT PA A1898 OPENNING A SQUARE WELL (108 M) BY THE ROMANIAN

WORKERS IN GANOS. SOME OIL AND GAS SHOWS.1890­1900 GREAT  BRITAN'S  ARCHEOLOGICAL  STUDIES.  GERMANY'S

BAGDAT RAILROAD PROJECT.1901 FOLLOWING  THE  ESTABLISHMENT  OF  THE  OTTOMAN  BANK,

EUROPEAN PETROLEUM CO. DRILLED THE HORADERE­1 WELLTURKEY’S FIRST PRODUCTION: 47 TONS OF OIL.

1901 D’ARCY CONCESSION: ANTOINE KITABJI KHAN MARKETTEDIRAN TO WILLIAM KNOX D’ARCY.

1908 FOC­FIRST OIL COMPANY (CHANGED TO APOC IN 1909, LATER TOBP)  DRILLED  IN  MESC D­   SÜLEYMAN  IN  IRAN.  DISCOVERY  OFOIL IN THE MIDDLE EAST.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 13: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

13

1912 MÜ R FUAT PA A GRANTED A LICENCE IN KÜRZOT, VAN.1912 KALTUZ GULBENKIAN ESTABLISHED THE TURKISH

            PETROLEUM COMPANY WITH BRITISH, GERMAN, AND DUTCHINVESTORS.

1914­1918 WORLD WAR I (GREAT WAR!). CHANGE FROM BRITISH+GERMANTO BRITISH+FRENCH ALLIANCES.

1918 MONDROS CEASE FIRE AGREEMENT ON 30 OCTOBER.1920 TURKISH  GRAND  NATIONAL  ASSEMBLY  MEETING  ON  23  APRIL.

OIL PANIC IN USA1925 REVISION OF LAW NO. 608: MAAD N N ZAMNAMES  ON 12

APRIL.1926 ACCEPTANCE OF LAW NO. 792: PETROLEUM LAW ON 12 MARCH.1922 NEGOTIATIONS IN LAUSANNE. CURZON­ NÖNÜ (HASAN BEY VE

RIZA NUR BEY)1923 DISCUSSIONS  ENDED  ON  23  JANUARY.  APPLICATION  TO

COUNCIL OF THE LEAUGE OF NATIONS.1925 TBMM’S CONTRACT WITH  M. LUCIUS FROM LUXEMBURG1925 TBMM ACCEPTED THE COUNCIL’S REPORT ON 16 DECEMBER.

MUSUL AND KERKÜK IN IRAQ.1927 IRAQ PETROLEUM COMPANY DISCOVERED BABA GURGUR OIL

FIELD IN IRAQ ON 15 OCTOBER.  95,000 BBL/DAY !...1929­1932 WORLD ECONOMIC DEPRESSION.1929 LUCIUS’S  FIELD TRIPS   WITH KEMAL LOKMAN WHO EDUCATED

IN FRANCE, CEVAT EYUP WHO EDUCATED IN USA, AND GERMANKURT SCHMIDT.

1930 SHIRLEY L. MASON’S PAPER AT AAPG NEW ORLEANS MEETING:“NOT ENOUGH OIL IN TURKEY”

1931 LOKMAN’ ANSWER. CEVAT EYUP’S PAPER AT AAPG SANANTONIO MEETING:“PLENTY OF OIL IN TURKEY”

1933 ACCEPTANCE  OF  LAW  NO.  2189    (PIGM:  PETROLEUMDIRECTORATE OF TURKEY; MINISTRY OF ECONOMY) ON 20 MAY.CEVAT EYÜP: GENERAL DIRECTOR.

1934 BASBIRIN­1  STARTED  BEFORE  THE  MINISTER  OF  ECONOMYCELAL BAYAR ON 13 OCTOBER.

1935 LAW NO. 2804:   MTAE  (MINERAL RESEARCH AND EXPLORATIONINSTITUTE OF TURKEY) ON 22 JUNE.

1937­38 HERM S­1, KERBENT­1, HERM S­2 WELLS1938­1945 WORLD WAR II.1940 DISCOVERY OF OIL IN RAMANDA ­1 ON 24 APRIL. FIRST FALSE

OIL DISCOVERY IN TURKEY.1940 PRIME MINISTER REFIK SAYDAM, MINISTER OF ECONOMY

HÜSNÜ ÇAKIR VISITED RAMANDA ­1 ON 24 APRIL.

1940 KEMAL LOKMAN:LK TÜRK PETROLÜNÜN  BULUNU  TAR N, BÜYÜK M LLET

MECL N  KÜ AD LE  TÜRKÜN  M LL   VE  S YASHAK YET   EL NE  ALDI I  GÜNÜN  AR FES NE  TESADÜFETMES  B R FAL  HAYRA ALAMETT R. BUGÜN, AYNI ZAMANDAPETROL  ARA TIRMA  VE  BULMA  TAR ZDE  BÜYÜK  B RBA LANGIÇ, B R DÖNÜM GÜNÜ OLUP KALACAKTIR”

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 14: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

14

1946 MULTI­PARTY ELECTIONS: DEMOCRATIC PARTY (DP) ANDREPUBLICAN POEOPLE’S PARTY (CHP)

1948 DECLERATION  OF  RAMANDA   AS  ECONOMICAL  FIELD  ANDPRESIDENT  NÖNÜ  & PRIME MINISTER  GÜNALTAY VISITED THEAREA IN MARCH.

1951 DISCOVERY OF THE GARZAN OIL FIELD.1954 ACCENTANCE OF LAW NO. 6326 (PETROLEUM LAW) AND LAW

NO.  6327  (TPAO'S  ESTABLISHMENT  LAW)  ON  7  MARCH.ESTABLISHMENT OF THE GENERAL DIRECTORATE OFPETROLEUM AFFAIRS.

1983 ACCEPTANCE OF LAW NO  2929 ON 20 MAY. TPAO CHANGEDINTO TPA . REFINARY (TO TÜPRA  CHANGED FROM  PRA ),PIPE­LINES (TO BOTA ), MARKETTING (ATA  CHANGED TOPOA ),  SHARES  IN  GSA   AND  PETK M  TO  TÜRK YE  K MYASANAY  KURUMU, POA , D TA , AND PETKUR.

1984 ON 18 JUNE, AGAIN TPAO (SUBSIDIARIES: TÜPRA , POA ,BOTA ,D TA ; ASSOCITED COMPANIES:  PRAGAZ, TÜMA ,

BYA­TÜRK)1986 PRAGAZ’S  (D TA   IN  1993)  SHARES  TO  TOPLU  KONUT  ON  28

MAY. KAMU  DARES  BA KANLI I. PRIVITIZATION PROGRAM.1988 88/13180  GOVERNMENTAL  DECISION  SIGNED  BY  THE  COUNCIL

OF  MINISTERS  ON  21  AUGUST.  TPAO'S  AUTHORIZATION  FORPETROLEUM ACTIVITIES ABROAD.

1988 TPIC  ESTABLISHED  IN  JERSEY  CHANNEL  ISLANDS  (ENGLAND)ON 7 DECEMBER. OIL ACTIVITIES IN EGYPT.

1993 TPAO’S  AUTHORIZATION  FOR  ACTIVITIES  IN  KAZAKHSTAN  ON20 JUNE. 4 FEBRUARY KAZAKTURKMUNAY LTD ESTABLISHED

1993 AIOC (AZERBAIJAN INTERNATIONAL OPERATING COMPANY).TURKISH SHARES INREASED TO 6.75 %

1995 COUNCIL OF MINISTER’S DECISION NO: 95/6526 ON 8 FEBRUARY.BOTA  REORGANIZED. BOTINT, TURKGAS IN 1997.

1998 700 PRODUCTION WELLS IN ABOUT 100 OIL FIELDS. AROUND3,2 M TONS DOMESTIC (TPAO: 2,4 M TONS, SHELL: 598,5 M TONS,MOBIL AND DORCHESTER: 85,1 M TONS, ERSAN: 3,7 M TONS,OTHERS: 76,9 M TONS). DOMESTIC PRODUCTION IS AROUND 12%.53 WELLS A YEAR (TPAO: 38 WELLS, OTHERS: 15 WELLS).

The Global Oil System

The  most  widely  accepteddefinitions  of  the  oil  and  gasaccumulations  in  the  pools  are  asfollows:

Global  expelled  oil  system(=Global oil  resources)  includes all  theexpelled  oil  that  existed  before  humanintervention. Resources  are  defined  asthe  reserves  and  currently  uneconomicdeposits.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 15: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

15

The  term  "reserve"  includesthe amount of proven petroleum, whichexists  in  identifiable  fields.  Therefore,reservoired  oil  system  can  be  definedas  the  total  original  oil­in­place  in  allfields,  known  and  yet­to­be­found  oilwhich  would  be  included  in  global  oilreserves  using  current  economiccriteria. Oil­in­place  is  the  totalamount  of  oil in  situ  and yet­to­be­found  oil  is  the  quantity  ofeconomically  extractable  oil,  whichremains to be discovered.

Reserves  can  not  be  extractedtotally  and  some  will  remain  in  placedepending on  the available  technology.The amount that can be extracted fromthe  reservoirs  is  called recoverablereserve.  Ultimate  global  recoverableoil  reserves,  therefore,  depend  upon  aglobal  recovery  factor  for  thereservoired oil system.

R/P  ratio  is  the  recoverablereserves  (bbl or  tons of oil) divided bypresent­day yearly production (bbl/yearor  tons/year).  It  gives  an  idea  abouthow many years will your reserves lastif  you  continue  producing  them  withthe present­day rate.

Reserves and Resources

Ivanhoe  (1995)  considers  thatoil reserves are by definition economic,or  profitable  while  resources,conversely,  are  less  tangible. Reservesare engineers' (conservative) opinionsof  how  much  oil  is  known  to  beproducible, within a known time, withknown  techniques,  at  known  costsand  in  known  fields.  Conservativebankers  will  loan  money  on  reserves.Resources  are  geologists'  (optimistic)opinions  of  all  oil  theoretically

present  in  an  area.  Conservativebankers  will  not  loan  money  onresources.  Explorationists  must  firstfind  ­and  then  petroleum  engineersconvert­theoretical  resources  intoproducible  reserves.  An  example  ofresources  that  will  never  become  areserve is gold in seawater.

Ivanhoe  (1995) has emphasizedthat oil  companies  are  in  business  tomake  money­  not  to  find  oil  per  se.He  proposed  the  terms  active  andinactive  reserves. Active  reserves  arethose producible within the foreseeablefuture  (20  years  or  less),  whereasinactive  reserves  are  existence  knownbut  not  considered  producible  within20  years,  ie.  inaccessible or  producibleonly  with  as­yet  non­commercialmethods  like  enhanced  oil  recovery,etc. Conservative bankers will not loanmoney  on  inactive  reserves  and  someinactive  reserves  are  called  inferredreserves.

Some  reserves  are  calledpolitical  reserves.  Governmentpetroleum  ministries  have  an  inherentinterest in announcing the "good news"of  large  national  hydrocarbon  reservesinasmuch as large political reserves areuseful  for  national  prestige  and  innegotiations  for  OPEC  productionquotas,  World  Bank  loans  and  grants,etc.  Sudden  unsubstantiated  reserveincreases  announced  by  anygovernment  should,  therefore,  beviewed with considerable scepticism.

Hubbert's Curve

M.  King  Hubbert  was  amongthe  first  scientists  who  noticed  thatpetroleum  industry  shows  aunidirectional  evolution,  including  aperiod of beginning, period of ascent, a

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 16: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

16

period  of  decline,  and  an  end  (FigureII. 1).

He  made  the  only  scientificallyvalid projection of future oil productionin  1956.  He  correctly  forecasted­  onthe  basis  of  statistical  projections  ofpast U.S. (onshore and offshore lower­48  states  without  Alaska)­  that  oilproduction  would  peak  in  1969.  Sincethen,  the  US  oil  production  hasdeclined  within  5%  of  Hubbert's  1956prediction.  Ivanhoe  (1995)  concluded

that  there  is  strong  evidence  that  therestricted Hubbert curve for the world'stotal  EUR (estimated ultimate  reserve)of  oil  may  first  peak  about  the  year2000.  It  may  then  fluctuate  along  ahorizontal production line (restricted bySaudi  Arabia/OPEC)  before  inevitabledecline  towards  a  low  baseline  afteryear  2050.  At  an  annual  globalproduction  of  20  billion  bbl/year,  anultimate  difference  of  global  EUR  of300  billion  bbl will defer  the  inevitabledoomsday by only 15 years, ie. 300/20.

Figure II. 1. Hubbert's curve (Ivanhoe, 1984)Exercise:  Past,  Present,  andFuture of Oil

1)  Try  to  determine  the  most  possiblereasons for the collapse of the OttomanEmpire  during  First  World  War  bystudying  the  history  of  the  world's

petroleum  industry  and  the  history  ofpetroleum in Turkey.

2) Try  to  establish  the common pointsamong  the  collapses  of  the  OttomanEmpire  and  the  Soviet  Union  withrespect to their petroleum resources.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 17: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2005

17

3) Study the world's oil (Tables II. 1­2)and  gas  (Tables  II.  3­4)  reserves,productions, and R/P ratios.

4)  Study  the  world  oil  productionhistory  and  future  production  curvebased  on  future  reserve  life  by  area(Figure II).

5) Write a scenario for the future of theTurkish  petroleum  industry  byexamining Figure II.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 18: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

18

                 Figure II. 2. World oil production history and future production curve based on future reserve life by area (Ivanhoe, 1995).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 19: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

19

Table II. 1. Distribution of world oil reserves in 2004 (Bp Amoco, 2005)

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 20: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

20

Table II. 2. World oil production (Bp Amoco, 2005)

Table II. 3. Distribution of world natural gas reserves in 2004 (Bp Amoco, 2005)

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 21: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

21

Table II. 4. World natural gas production (Bp Amoco, 2002)

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 22: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

22

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 23: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

23

III. COMPOSITION OF HYDROCARBONS ANDSEDIMENTARY ORGANIC MATTER

References

Braiser, M.D., 1980, Microfossils: George Allen & Unwin Ltd., London, 193 p.Burgess, J.D., 1974, Microscopic examination of kerogen (dispersed organic matter)

in petroleum exploration: Geological Society of America Special Paper, No.153, p. 19­30.

Duran, B., 1980, Sedimentary organic matter and kerogen. Definition andquantitative importance of kerogen, in: B. Durand (Ed.), Kerogen: Organicmatter from sedimentary rocks: Editions Technip, Paris, p. 13­34.

Hunt, J.M., 1979, Petroleum geochemistry and geology: Freeman, San Francisco,617 p.

Krumbein, W.C. and Garrels, R.M., 1952, Origin and classification of chemicalsediments in terms of pH and oxidation­reduction potential: Journal ofGeology, v. 60, no. 1, p. 1­33.

Potter, Maynard, and Pryor, 1980, Sedimentology  of shales: Springer­Verlag, NewYork­Heidelberg­Berlin.

Staplin, F.L. et al., 1982, How to assess maturation and paleotemperatures: Societyof Economic Paleontologists and Mineralogists, Short course No. 7, 289 p.

Tschudy, R.H. and Scott, R.A., 1969, Aspects of palynology: John Wiley and Sons,Inc., New York, 510 p.

Tissot, B.P. and Welte, D.H., 1984, Petroleum formations and occurrences: Springerand Verlag, Berlin, Second Edition, 699 p.

Traverse, A. (Ed.), 1994, Sedimentation of organic particles: Cambridge UniversityPress, Cambridge, 544 p.

Tyson, R.V. 1995, Sedimentary organic matter: Chapman and Hall, U.K., 615 p.Whittaker, R.H., 1969, New concepts of kingdoms of organisms: Science, vol. 163,

p. 150­160.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 24: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

24

Main Compounds in CrudeOils

Crude oil  is basically composedof hydrocarbons  and heteroatomsTissot  and  Welte  (1984).  Some of  thehydrocarbons are saturated (paraffins,alkanes)  and  others  are unsaturated.Saturated  hydrocarbons  are  in  theform  of straight  chains  (normalalkenes), branched,  or cyclic(naptehenes:  cyclo­alkanes  or  cyclo­paraffins). Unsaturated  hydrocarbonsare alkenes  (olefine), alkynes(acetylene), and arenes (aromatics).

The  gross  composition  of  acrude oil can be defined by the contentsof saturated  hydrocarbons, aramotichydrocarbons,  and resins  andasphaltenes  (Table  III.  1).    Theseparameters  are  not  independent,  as  allcrude oils consist of these three groupsof  components.  If  one  of  these groupsis  missing,  the  other  two  groupsamount  to  100  %,  as  saturates  plusaromatics  plus  resins  and  asphaltenesare unity.

This  fact  automaticallyintroduces  a  certain  degree  ofcorrelation  between  these  groups  and

their further subdivisions. Furthermore,the  concentration  of  severalhydrocarbon  types  or  N,  S,  Ocompounds  show  a  high  degree  ofcovariance,  as  a  result  of  a  commonorigin, or common chemical affinities.

Saturated  hydrocarbonscomprise  normal  and branched alkanes(paraffins).  Aromatic  hydrocarbonsinclude  pure  aromatics,cycloalkanoaromatics  (naphtheno­aromatics)  molecules,  and  usuallycyclic  sulfur  compounds,  which  aremost  frequently  benzothiophenederivatives and their total abundance ofaromatic  hydrocarbons, can be  roughlyevaluated  through the sulfur content ofthe aromatic fraction.

Resins  and  asphaltenes  aremade  of  the  higher  molecular  weightpolycyclic  fraction  of  crude  oilscomprising  N,  S,  and  O  atoms.Aspaltenes are insoluble in light alkanesand  thus  precipitate  with n­hexane.Resins  are  more  soluble,  but  arelikewise very polar and are retained onalumina  when  performing  liquidchoromatography.

Table III. 1. Gross composition of crude oils (Wt. % of the fraction boiling above210 0 C)  (Tissot and Welte, 1978).

NORMALPRODUCIBLE OIL

(AVER. OF 517)

ALL CRUDE OILSINCLUDING TARS

(AVER. OF 636)

DISSEMINATEDBITUMEN

(AVER. OF 1057)

SATURATED HC 57.2 53.3 29.2

AROMATIC HC 28.6 28.2 19.7

RESIN+ASPHALTS 14.2 18.5 51.1

AROMATIC SULFUR 2.07 (230 samples) ­ 1.85 (88 samples)

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 25: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

25

Plant Kingdom

In  the  nineteen  century  it  wasusual  to  recognise  only  the  twokingdoms: Plantae  and Animalae(Braiser, 1980). Plants were consideredto  be  non­motile  and  photosyntheticwhereas animals were considered to bemotile and feeding by ingestion of pre­formed organic matter. Although thesedistinctions  are  evident  amongstmacroscopic  organisms  living  on  land,the  largely  aqueous  world  ofmicroscopic  life  abounds  withorganisms  that  appear  to  straddle  theplant/animal boundary.

Whittaker  (1969)  overcamethese  anomalies  by  recognising  fivekingdoms:  the Monera, Protista,Plantae, Fungi, and Animalia  (Figure

III.  1).  The  main  precursor  ofhydrocarbons  is  Protista  which  aremotile unicellular organisms with rathervaried  morphology.  Some  have  whip­like  flagella  for  locomotion(dinoflagellates  of  DivisionPyrrhophyta)  and  photosynteheticpigments. Some  engulf  their  food withthe  aid  of  mobile  pseudopodia(foraminifers  and  radiolarians  ofPhylum Sarcodina), whilst some othershave  a  coat  of  bristle­like  cilia  andingest  their  food  through  a  mountsurrounded  by  'tentacles'  (tintinnids  ofPhylum  Ciliophora).  Therefore,  someresemble  the  true  Plantae  and  areprobably  close  to  the  ancestral  line  ofthat  group,  others  are  more  akin  toanimals than plants.

Figure III. 1. The kingdoms of life (Braiser, 1980).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 26: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

26

Main  Contributors  of  OrganicMatter in Sediments

Bacteria,  phytoplankton,zooplankton,  and higher  plants  are  themain  contributors  of  organic  matter  insediments  (Tissot  and  Welte,  1984).Lipids  and  lipid­like  fractions  oforganisms  play  a  dominant  role  in  theformation of petroleum.

Lipids  encompass  fatsubstances such as animal fat, vegetableoil, and waxes. Fats are used as energystorage in plants and animals since theyhave  high  energy  content.  Waxes  aredesigned  for  protective  function  (bee'swax,  leaf  coating  etc.).  Seeds,  spores,fruits especially of higher plants are richin  lipids.  Algae  growing  undernitrogen­deficient  conditions  and  incold  water  have  high  lipid.  Forinstance, diatoms have up to 70 % on adry  weight  basis  lipid.  Oil­solublepigments,  terpenoids,  steroids,  andcomplex  waxes  (suberin and cutin) arecalled lipid­like compounds.

Proteins  are  highly  orderedpolymers,  made  from  individual  aminoacids.  They  account  for  most  of  thenitrogen  compounds  in  organisms.They  catalyse  biochemical  reactions  inthe form of enzymes.

Carbohydrate is  collectivename  used  for  individual  sugars  andtheir polymers. They include mono­, di­,  tri­,  and  polysaccharides.Carbohydrates  are  among  the  mostabundant  constitutes  of  plants  andanimals.  They  are  sources  of  energyand  form  the  supporting  tissues  ofplants  and  certain  animals. Celluloseand chitin are  among  the  mostprominent palysaccharides occurring  innature.  Wood  tissue  in  higher  plants

consists  of  cellulose  and  lignin.  Mostalgae are usually devoid of cellulose.

Lignin  and  tannin  arearomatic  (phenolic)  structures  whichare not synthesized by animals but verycommon in plant tissues. Lignin occursas a  three­dimensional network locatedbetween  the  cellulose  miscelles  ofsupporting  tissues  of  plants.  Tannins,although widespread, are quantitativelyless  important  than  lignins.  They  areintermediate  between  cellulose  andlignin in composition and in behaviour.Lignin and tannin are typically found inhigher  plants  but  also  in  fungi  andalgae.

Physico­Chemico­BiologicalConditions

Physico­chemico­biologicalconditions of both transportation mediaand  depositional  environments  aresignificant  for  the  organic  matterpreservation.  The  major  agenciescausing  decomposition  of  plant  tissuesare  oxidation,  aerobic  and  anaerobicbacteria,  fungi,  hydrolysis,  enzymes,and  insect  attack.  While  protoplasm,chlorophyll,  oil  and  starch  disappearquickly,  cuticle,  spore­pollen  exine,waxes, and resins are very resistant.

Eh­pH  conditions  of  the  mediaplay an important role in organic matterpreservation    (Figure  III.  2).  Theoxidation­reduction  potential  (Eh)  ofsediments  is  intimately  related  to  andperhaps  more  important  thanhydrogen­ion  concentration  (pH)  forthe  preservation  of  organic  matter  insediments  (Tschudy  and  Scott,  1969).Acidic (pH is less than 7) and reducing(Eh  is  negative)  environments  are  the

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 27: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

27

best  for  the  organic  matter preservation.

Figure III. 2. Sedimentary chemical end­member association in their relations to

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 28: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

28

environmental limitations imposed by selected Eh and pH values. Associations in bracketsrefer to hypersaline solutions (Krumbein and Garrels, 1952)

Color of Sedimentary Rocks

Potter et al. (1980) showed thatcolor  is  by  far  the  most  importantfeature  of  a  shale  and  is  controlled  bytwo rock  variables  that  are  directlymeasurable, Fe3+  and organic  carbon(Figure  III.  3).  It  is  valuable  forstratigraphic  correlation  and  seems  tohave  possible  environmentalsignificance.

The  color  of  mudrocks  isindependent of the total amount of ironpresent  but  strongly  controlled  by  the

Fe3+/Fe2+ ratio.  High  ratios  areassociated  with  red  colors,  low  withgreens. However, the removal of iron isnot  necessary  to  develop green colors,only reduction of the Fe3+ to Fe2+.

The  amount  of  organic  carbonpresent is another important, and partlyindependent,  control  of  color.Therefore,  the  dark­coloured  and  fine­grained  sedimentary  rocks  usuallyconsist  of  enough  organic  matter  forpetroleum generation.

Figure III. 3.  Suggested relationship of shale color to carbon content andoxidation state of  iron. The mole fraction is used to indicate theproportion of the total iron that is in the +2 state and m represents thenumber of moles of  iron per gram of rock. Finer subdivisions of colorare possible, but are difficult to reproduce. Colors determined on wetsamples in natural light (Potter et al., 1980).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 29: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

29

Basically  three  environmentalvariables  are  important  in  controllingthe amount of organic matter:

1)  The  rate  of  production  of  organicmatter in surface waters of the basin, orin some cases its introduction by rivers.

2)  The  rate  of  sedimentation  of  othercomponents,  such  as  terrigenousparticles  or  the  shells  of  pelagicorganisms,  which  serve  to  "dilute"  theorganic matter.

3)  The  rate  of  decomposition  of  theorganic  matter  in  the  upper  fewcentimeters of sediments.

Sedimentary Organic Matter

Sedimentary  rocks  commonlycontain  minerals  and  organic  matterwith  the  pore  spaces  filled  withprimarily  by water, bitumen, oil  and/orgas.

The most common term used todescribe  the  fossil  organic  matter  insedimentary  rocks  is kerogen and  Inthe  absence  of  migrant  hydrocarbons,kerogen  is usually 95% or more of  thetotal  organic  matter  in  sedimentaryrocks  (Tyson,  1995).  Kerogen  is amixture  of  macerals  and  otherdegraded  plant  and/or  animalremains.  Bitumen  is  that  fraction  oforganic matter that is soluble in organicsolvents

The  most  comprehensivediscussion  on  sedimentary  organicmatter  and  kerogen  can  be  found  inTyson  (1995).    He  noted  that  there  isno absolute and precise correspondencebetween  the organic matter recognizedby  geochemists,  palynologists,  andorganic petrologists, because each uses

different  preparation  and  observationtechniques.

Durand  (1980)  uses  thedefinition sedimentary  organic  matterinsoluble in the usual organic solvents.Tissot  and  Welte  (1984)  prefer  todefine  kerogen  as  the  organicconstituents  of  sedimentary  rocks  thatare  insoluble  in  both  aqueous  alkalineand common organic solvents. Burgess(1974) defines kerogen in a specificallyoptical  way  as finely  disseminatedorganic  material  freed  from  asedimentary rock after acid treatment.Hunt  (1979)  broadened  this  definitionto disseminated  organic  matter  ofsedimentary  rocks  in  non­oxidizingacids, bases, and organic solvents.

Kerogen is not a single variablesubstance but nearly always a complexand  heterogeneous  mixture  whosecomposition  reflects  widely  varyingproportions  of  a  large  number  ofdiffering  precursor  materials  (Tyson,1995).  These  materials  may  also  havevaried widely in their preservation state(and thus composition) at the time theybecame  fossilized  in the host sediment.The  original  organic  matter  istransformed  into  kerogen  by  a  varietyof  geochemical  reactions  that  takesplace  during  diagenesis  and  burial.However,  some  workers  have  refusedto  accept  any  redefinition  of  the  termkerogen (Tyson, 1995).

Sedimentary  organic  matter,dispersed  organic  debris,  organicdebris,  palynodebris,  organoclaste,palynoclast,  clast,  palynologicalorganic  matter,  particulate  organicmatter­POM,  dispersed  organicmatter­DOM  are  some  of  thesynonyms proposed by various authors.The  kerogen  classification,  which  iscommonly used in oil industry, is givenin Table III.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 30: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

30

                           Table III. 2. The commonly used kerogen classification

MACERAL (FOR COAL) KEROGEN (FOR OIL) ORIGIN

Alginite AlgalType IHighlyOil Prone

PROTISTA(Algae, includingdinoflagellates,Botryococcus etc.)

LIPTINITEGROUP Sporinite

CutiniteResinite(?Type I)

Herbaceous(?Amorphous)

Type IIOil Prone

PLANTA(Spores, Pollen,Resin,  Leaf,  Barketc.)

VITRINITEGROUP

Vitrinite Woody Type IIIGas Prone

PLANTA(Wood Tissue,Cortex Tisuue)

INERTINITEGROUP

FusiniteSclerotinite(Microforamlinings)

Coaly Type IVInert

PLANTAFUNGIPROTISTA

Exercise: Palynofacies Analysis

1) Prepare a kerogen distribution chart(x­axis:  0­100  %,  y­axis:  depth)  inFigure  III.  4  to  illustrate  variation  ofpalynofacies  percentages  with  depth(time) by using data given in Table III.

2. Draw type I kerogen first, then typeII,  type III, and type IV kerogens. Use

Table II. 2 for kerogen classification.

3)  Try  to  interpret  the  paleo­environment  where  deposition  tookplace.

4) Discuss the source rock potential ofsedimentary  organic  matter  recordedthroughout the well.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 31: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

31

                             Table III. 3. Palynofacies data for the Ankara­1 well.

DepthM

WoodTissues

%Dinoflagellate

%

SporesPollen

%Fusinite

%

VariousAlgae

%

LeafTissue

%Resins

%TOTAL

%

1000 19.0 36.1 4.2 5.4 28.0 6.2 1.1 100.0

1200 18.1 54.0 1.3 2.1 18.3 4.1 2.1 100.0

1500 16.2 50.1 6.2 4.3 21.0 1.0 1.2 100.0

1750 14.1 42.3 2.2 10.1 23.1 5.0 3.2 100.0

2000 14.4 48.1 1.0 6.2 26.2 2.1 2.0 100.0

2300 10.5 64.0 3.3 ­ 19.1 3.1 ­ 100.0

2700 9.2 47.1 8.2 6.1 28.3 1.1 ­ 100.0

3000 18.4 46.1 3.4 7.1 22.0 2.0 1.0 100.0

3500 23.2 41.1 4.1 7.4 21.1 1.0 2.1 100.0

3600 39.6 21.2 1.0 11.1 27.1 ­ ­ 100.0

3800 42.1 18.2 ­ 13.1 24.4 1.1 1.1 100.0

4000 28.3 18.3 2.1 12.2 34.1 2.0 3.0 100.0

4500 41.3 13.1 1.1 13.4 31.1 ­­

100.0

4600 45.0 9.2 1.5 14.1 28.2 1.0 1.0 100.0

4800 ­ ­ ­ 100.0 ­ ­ ­ 100.0

5000 ­ ­ ­ 100.0 ­ ­ ­ 100.0

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 32: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

32

Figure III. 4. Palynofacies distribution chart of the Ankara­1 well.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 33: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

33

IV. SOURCE ROCKS &PETROLEUM GENERATION

References

Klemme, H.D. and Ulmishek, G.F., 1991, Effective petroleum source rocks of theWorld: stratigraphic distribution and controlling depositional factors: AAPGBulletin, v. 75, No. 12, p. 1809­1851.

Peters, K.E. and Cassa, M.R., 1994, Applied source rock geochemistry, in: L.B.Magoon and W.G. Dows (Eds.), The petroleum system­from source to trap:AAPG Memoir No. 60, p. 93­120.

Tissot, B.P., Durand, B., Espitalie, J., and Combaz, A., 1974, Influence of thenature and diagenesis of organic matter in formation of petroleum: AAPGBulletin, v. 58, p. 499­506.

Ulmishek, G.F. and Klemme, H.D., 1992, Areal and spatial distribution andeffectiveness of the world's petroleum source rocks: Proceedings of theThirteenth World Petroleum Congress, v. 2, John Wiley and Sons, U.K., p.121­136.

Waples, D., 1980, Organic geochemistry for exploration geologists: BurgessPublishing Co., USA, 151 p.

Welte, D.H., 1965. Relation between petroleum and source rock: AAPG Bull., 49:2249­2267.

Source Rocks of the World

The  uneven  distribution  ofworld's  oil  and  gas  reserves  is  widelybelieved  to  have  resulted  fromvariations  in  conditions  of  generation,maturation,  entrapment,  andpreservation  of  petroleum.  However,Ulmishek  and  Klemme  (1992)  (alsoKlemme  and  Ulmishek,  1991)  havenoted  that  one  of  the  most  importantfactors  is  the  uneven  areal  andstratigraphic  distribution  ofhydrocarbon  source  rocks  and  otherimportant  factors  are  the  availability

and quality of reservoir rocks and seals,their  juxtaposition  with  source  rocks,and maturation and migration history.

They  have  also  noted  thatseveral  primary  factors  controlled  theareal distribution of source rocks,  theirgeochemical  type,  and  theireffectiveness which means the amountsof  discovered  original  conventionallyrecoverable  reserves  of  oil  and  gasgenerated by these rocks. These factorsare;

1) geologic age,

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 34: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

34

2)  paleolatitude  of  the  depositionalareas,3)  structural  forms  in  which  thedeposition of source rocks occurred,4) the evolution of biota.

Geologic  Age:  Six  stratigraphicintervals,  representing  one­third  ofPhanerozoic  time,  contain  petroleumsource  rocks  that  have  provided  morethan  90  %  of  the  world's  discoveredoriginal  reserves  of  oil  and  gas  (inbarrels of oil equivalent).

The  maturation  time  of  thesesource  rocks  demonstrates  that  themajority  of  discovered  oil  and  gas  isvery young. Almost 70% of the world'soriginal reserves of oil and gas has beengenerated  since  the  Coniacian,  andnearly  50%  of  the  world's  petroleumhas  been  generated  and  trapped  sincethe Oligocene (Figure IV. 1). They are:

1)  Silurian  (generated  9%  of  world'sreserves),2) Upper Devonian­Tournaisian (8% ofreserves),3)  Pennsylvanian­Lower  Permian  (8%of reserves),4)  Upper  Jurassic  (25  %  of  reserves),5)  middle  Cretaceous  (Aptian­Turonian) (29 % of reserves),6)  Oligocene­Miocene  (12.5  %  ofreserves).Paleolatitude:  A  warm  and  moistclimate, characteristic of  low to middlepaleolatitudes  is  believed  to  be

favourable  for  source  rock  deposition.Two­third  of  the  source  rocks  of  thesix principal stratigraphic intervals weredeposited  between  the  paleoequatorand 450 paleolatitudes.

Structural  Forms:  Structural  formsreflecting  tectonic  stages  in  basindevelopment  significantly  affectedsource  rock  deposition.  Source  rocksdeposited  in  platforms,  circular  sags,and  linear  sags  provided  more  thanthree­quarters  of  original  reservesgenerated  from  the  six  principalintervals.

Biologic  Evolution:  The  significanceof  biologic  evolution  for  oil  and  gasgenesis  is  poorly  understood.  Theeffect  of  biologic  evolution  of  sourcerock deposition during the Phanerozoicwas  principally  expressed  as  twoopposing developmental trends:

1)  Diversification  and  expansion  ofproducers  increased  the  areas  ofbioproduction  and  widened  the  rangeof organic matter types,

2)  the  evolution  of  consumers  anddecomposers  was  directed  to  morecomplete use of organic matter.

These  developments  resulted  ina  change  of  environments  suitable  fordeposition  and  preservation  of  organicmatter  in sediments.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 35: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

35

Figure IV. 1. Petroleum source rocks of the World (Klemme and Ulmishek, 1991)

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 36: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

36

World Petroleum Realms

The  distribution  of  oil  and  gasreserves  in  the  world,  relation  of  thereserves  to  specific  source  rocks,  andmaturation  history  of  the  source  rocksas  related  to  the  plate  tectonicevolution,  suggest  that  the  world  maybe  divided  into  four  main  petroleumregions  (petroleum  realms)  which  arecharacterised  by  different  richness  inhydrocarbon  reserves  and  variation  inthe  formation  and  occurrences  ofpetroleum  basins  (Klemme  and

Ulmishek,  1991;  Ulmishek  andKlemme, 1992; Figure IV.2).

In the Tethyan Realm  (17% ofthe  total  area;  68  %  of  the  petroleumreserves),  favourable  tectonic  andpalegeographic development resulted inrich  hydrocarbon  reserves.  The  realmoccupies  only  one­sixth  of  thecontinental  (including  shelves)  area  ofthe globe; yet, it contains two­thirds oforiginal  discovered  hydrocarbonreserves of the world.

Figure IV. 2. Petroleum realms of the world (Klemme and Ulmishek, 1991).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 37: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

37

Boreal Realm (28% of the totalarea;  23  %  of  the  petroleum  reserves)is  the  second  in  petroleum  richness.  Itoccupies  Precambrian  cratonic  blocksof  the  Laurasian  continents  andaccreted  terranes  formed  in  the  courseof  their  collisions.  During  thePaleozoic,  the  continents  were  locatedin low paleolatitudes and moved to thenorth in the Mesozoic.

Pacific  Realm  (17  %  of  thetotal  area;  5  %  of  the  petroleumreserves) is areally equal to the Tethyanrealm; however,  it contains only 5% ofthe  world's  oil  and  gas  reserves.  Therealm  includes  the  late  Mesozoic  andTertiary  basins  of  the  Pacific  rim  andback­arc  and  foredeep basins of  Northand  South  America  which  aregenetically  related  to  the  Pacifictectonics.

South  Gondwana  Realm  (38%  of  the  total  area;  4%  of  thepetroleum  reserves)  is  the  largest  inarea  and  poorest  in  hydrocarbonsreserves.  The  realm  includes  theGondwana  continents outside the areaof  the  Tethyan  and  Pacificdiastrophism.

Source Rock Analysis

The  application  of  organicgeochemical  techniques  to  petroleumexploration  has  only  recently  achievedwidespread  acceptance  amongexploration  geologists.  Source­rockevaluations, oil­oil correlations, and oil­source rock correlations are the organicgeochemists’  common  applications  oforganic  geochemistry  in  petroleumindustry.

Thermal  maturity  is  theconversion  of  sedimentary  organic

matter to oil, wet gas, and finally to drygas  and  pyrobitumen  as  a  result  oftemperature­time  driven  reactions.Thermal  alteration  of  organic  matteroccurs  in  three  stages,  namelydiagenesis  (immature), catagenesis(early,  peak,  late  mature),  andmetagenesis (postmature  orovermature) (Figure IV. 3).

Diagenesis  refers  to  allchemical,  biological,  and  physicalchanges  to  organic  matter  during  andafter  deposition  of sediments  but  priorto  the  reaching  burial  temperaturesgreater than about 60o­80o C.

Catagenesis can be divided intothe  oil  zone  (or  oil  window),  whereliquid oil generation is accompanied bygas  formation,  and  the  wet  gas  zone,where light hydrocarbons are generatedthrough cracking.

Metagenesis corresponds to thedry  gas  zone  where  dry  gas  isgenerated.  Dry gas consists of 98% ormore of methane.

Thermally  immature  sourcerocks have been affected by diagenesiswithout  a  pronounced  effect  oftemperature  and  microbial  gas  isproduced  in  this  stage.  Thermallymature source rock is in the oil windowand  has  affected by  thermal  processes.Thermally  overmature  (or  postmature)source  rock  is  in  the  wet  and dry  gaszones (gas window).

Source­rock evaluations involvereasonably  good  semi­quantitativepredictions  of  the  probability  ofsedimentary rocks containing oil. It haslong  been  known  that  sedimentaryorganic  matter  in  the  source  rocksshould  satisfy  four  independentconditions  for  petroleum  generationand expulsion.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 38: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

38

These  are  the  amount  oforganic  matter  in  the  rock  (Quantity),the  oil­generating  capability  of  thatorganic  matter  (Quality),  the  maturityof  the  kerogen  (Maturity),  and  theexpulsion  efficiency  of  the  bitumenfrom  the  rock.  If  any  one  of  theseconditions is not met, no migratable oilcan be generated and if one condition is

met only partially, oil generation will beseverely reduced.

Welte  (1965)  has  noted  that  aminimum  organic  carbon  content  (0.5%)  in a  source bed  is necessary beforebitumen  expulsion  can  occur,  eventhough  small  amounts  of  bitumen  isadsorbed on kerogen and clay surfaces,and  no  bitumen  can  be  expelled  fromthe  source  rock  until  these  adsorptionsites are filled.

Figure IV. 3. Evolution of hydrocarbons from Kerogen (Brooks, 1981 afterDurand,1980).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 39: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

39

Van Krevelen Diagram

Peters  and  Cassa  (1994)  listedall  of  the  geochemical  parametersrelated  to  the  quantity,  quality,  andmaturation for any sedimentary rock tobe a good source rock (Table IV.1).

Kerogen types are distinguishedusing  the  atomic  H/C  versus  O/C  orVan  Krevelen  diagram,  originally

developed to characterize coals by VanKrevelen  (1961).  Tissot  et  al.  (1974)extended  the  use  of  the  Van  Krevelendiagram from coals  to  include kerogendispersed  in  sedimentary  rocks.Modified  Van  Krevelen  diagram(Figure  IV.  4)  consists  of  hydrogenindex  (HI)  versus  oxygen  index  (OI)plots  generated  from  Rock­Evalpyrolysis  and  TOC  analysis  of  Wholerock (Peters and Cassa, 1994).

Table IV.1. Geochemical parameters describing quantity, quality, andmaturation of sedimentary organic matter (Peters and Cassa, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 40: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

40

Figure IV. 4. Combined use of organic petrography, elemental analysis, andRock­Eval pyrolysis and TOC improves confidence in assessment of thequality and maturity of kerogen in rock samples. A sample anaylzed byRock­Eval pyrolysis was characterized as being marginally mature (Tmax=435 oC) and gas prone (HI=150 mg HC/g TOC). Organic petrographyshows a TAI of 2.5, and Ro of 0.5 % (supporting the maturity assessmentfrom pyrolysis), and the following maceral composition: type II 20 %,type III 60 %, and type IV 20 %. The calculated atomic H/C (0.90)corresponds with that determined by elemental analysis, supporting adominantly gas­prone character (Peter and Cassa, 1994).

Oil Generative Capacity

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 41: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

41

Following  the  determination  ofa  source  rock  rock  in  an  explorationarea, geochemists are interested in totaloil that  is  the  amount  of  oil  whichcould  be  generated  from  a  givenvolume  of  source  bed  if  generationwent to completion.

Oil already generated is the oilwhich has already been generated froma  given  volume  of  source  bed.  Bothaspects  are  important  but  in  a  givengeologic setting one may be much morerelevant than the other.

There  are  basically  twomethods of  calculating  total oil and oilalready  generated.  In  the  directapproach, the rock is actually subjectedto  catagenetic  conditions  in  order  tomeasure  directly  how  much  bitumen  isproduced.  The  Rock­Eval  and  otherpyrolysis  techniques  are  among  suchmethods.

The indirect approaches involvemeasuring  quantity,  quality,  andmaturity  of  the  organic  matterindependently,  and  then  combiningthese  data  to  predict  what  the  oilgenerative  capacity  should  be.  Thesemethods  rely  on  the assumption  that  itis  possible  to  predict  bitumengenerative  capacity  from  the  chemicaland  physical  properties  of  a  kerogen.The following formulas can be used forcalculations in indirect methods:

Total Oil= Q1 Q2

Oil Already Generated= Q1 Q2 M

Oil Expelled= Q1 Q2 M E

Where;Q1,  Scaled  for  quantity.  If  TOC=  1.0%, Q1 = 1.0

Q2,  Scaled  for  quality  (If  Type  I+IIKerogen  is  100  %,  Q2=2.0,  if  it  is  50% Q2=1)

M,  Percentage  generation  factorcorresponding  to  the  thermal  maturityof the kerogen (Ro  %)

E,  The  expulsion  efficiency  of  thesource  sequences. E  is not quantifiableat the present time, so it is preferable toomit it.

Because  the  quantity  andquality  factors  of  an  average  rock  arenormalised  to  1.0,  a  Total  Oil  of  1.0represents  an average  shale.  Anaverage  shale  generates  80  millionbarrels  of  oil  (or  bitumen)  per  cubicmile of rock.

Exercises:  Source  RockEvaluation

1)  Perform  a  typical  source  rockanalysis  by  using  data  on  quantity,quality,  and maturity of organic matterin  the  rock  samples  taken  from  theAnkara­1  well  (Table  IV.2)  in  FigureIV.  5.  Use  the  parameter  ranges givenin  Table  IV.1  to  determine  the  sourcerock  capacity  of  the  samples  (TOC  >0.5 %, HI > 1, Type I+II > 50 %, TAI:2.6­3.3).

2)  To  use  the  atomic  H/C  data,  youmust  first  convert  the  measured,present­day H/C ratios to the ones thatthe  kerogens  had  when  they  werethermally  immature.  This can  easily  bedone  by  plotting  atomic  H/C  versusTAI  for  each  sample  on Van Krevelendiagram (Figure IV. 6) and then tracingthe  H/C  ratios  back  to  its  immaturevalue  to  find  the  calculated  immatureH/C  ratios.  The  immature  values  aregiven in Table IV. 3.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 42: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

42

3)  The  immature H/C  ratios data needto be  scaled by converting atomic H/Cratios  of  immature  kerogen  to  qualityfactor  (Q2  from  H/C  data)  in    FigureIV.  7.  Quality  factors  are  given  inTable IV. 3.

4) Maceral analysis data also need to bescaled  (Q2  from  maceral  analysis)Quality  factor  is  equal  to  1  ifalginite+exinite  is  50%  and  the qualityfactor is equal to 2 if alginite+exinite is100%.   Complete the empty column inTable IV. 3.

5)  Calculate  M  values  by  convertingTAI to Ro using  the conversion factorsin Table IV. 4.

6) Calculate  total oil for H/C ratio andfor  maceral  analysis,  and  also  oilalready  generated  for  H/C  ration  andfor  maceral  analysis  and  complete  thecolumns in Table  IV.5. Note that Q1 isequal to Corg.

7)  Draw  the  total  oil  and  oil  alreadygenerated  profiles  for  the  Ankara­1well in Figure IV. 8. The amount of oilgenerated  can  be  calculated,  assumingthat  total  oil  of  1.0  corresponds  80million  bbls  of  oil  per  cubic  mile  ofrock (Note that the volume of reservoirshould be known for this calculation).

8)  Discuss  the  possible  causes  of  thediscrepancies  between  the  H/C  andmaceral  analysis  results  for  severalsamples  (Samples  1000,  1500,  1750,2000, 2300, 4000, 4500). Should thesediscrepancies be taken  seriously by theinterpreter  or  just  be  overlooked  orswept under the rug?

9)  Discuss  also  the  reason  for  thediscrepancies in total oil profiles.

10) Discuss the reason why no maceralanalysis was possible in the lowermosttwo samples?

                     Table IV.2. Source rock data for the Ankara­1 well.

Depthm

Type ofSample

C org%

AtomicH/C

TAI Type I+II %

1000 Sidewall Cores 0.6 1.07 2.0­2.5 751200 " 0.8 1.22 2.0­2.5 801500 " 0.5 1.05 2.0­2.5 801750 " 0.3 0.65 2.0­2.5 752000 " 1.3 0.77 2.2 802300 " 0.7 0.81 2.6 902700 " 1.6 1.33 2.5 853000 Core 2.5 1.27 2.5 753500 Cuttings 0.5 1.15 2.6 703600 " 1.2 0.98 2.7 503800 " 1.0 0.86 2.9 454000 " 0.7 0.75 3.0 604500 " 1.5 0.72 3.1 454600 " 1.7 0.66 3.2 404800 " 2.1 0.41 3.7 ?5000 " 2.2 0.38 3.8 ?

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 43: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

43

Figure IV. 5. Source rock evaluation of the Ankara­1 well.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 44: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

44

Figure IV. 6. H/C versus TAI for the Ankara­1 well samples (An example is   given for the sample taken from 4000 m).

Figure IV. 7.  Kerogen quality factor as a function of H/C ratio of the immature            kerogen (An example is given for the sample taken from 4000 m).

                        Table IV. 3.  Quality factors from H/C and maceralsDepth

mMeasured

H/CImmature

H/CQuality Factor

(From H/C)Quality Factor

(From macerals)1000 1.07 1.07 1.051200 1.22 1.22 1.501500 1.05 1.05 1.001750 0.65 0.65 0.17

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 45: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

45

2000 0.77 0.77 0.352300 0.81 0.81 0.432700 1.33 1.35 1.853000 1.27 1.30 1.703500 1.15 1.20 1.353600 0.98 1.05 0.903800 0.86 1.05 0.904000 0.75 0.90 0.604500 0.72 0.90 0.604600 0.66 0.90 0.604800 0.41 ? ?5000 0.38 ? ?

Table IV. 4. Conversion between Thermal Alteration Index (TAI) and                      Vitrinite Reflectance Index (Ro).

Ro TAI Ro TAI0.30 2.0 1.26 3.150.34 2.1 1.30 3.20.38 2.2 1.33 3.250.40 2.25 1.36 3.30.42 2.3 1.39 3.350.44 2.35 1.42 3.40.46 2.4 1.46 3.450.48 2.45 1.50 3.50.50 2.5 1.62 3.550.55 2.55 1.75 3.60.60 2.6 1.87 3.650.65 2.65 2.0 3.70.70 2.7 2.25 3.750.77 2.75 2.5 3.80.85 2.8 2.75 3.850.93 2.85 3.0 3.91.00 2.9 3.25 3.951.07 2.95 3.5 4.01.15 3.0 4.0 4.01.19 3.05 4.5 4.01.22 3.1 5.0 4.0

                     Table IV. 5. Calculation of total oil and oil already generated.

DepthM

Q1 Q2 (H/C)

Q2(Mac.)

M Total Oil(H/C)

Total Oil(Mac.)

OilAl. Gen.

(H/C)

OilAl.Gen.(Mac.)

1000 0.61200 0.81500 0.51750 0.3

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 46: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

46

2000 1.32300 0.72700 1.63000 2.53500 0.53600 1.23800 1.04000 0.74500 1.54600 1.74800 2.15000 2.2

Figure IV. 8. Total oil and oil already generated profiles for the Ankara­1 well.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 47: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

47

V. RESERVOIR ROCKS ANDMIGRATION & ENTRAPMENT

References

Biddle, K.T. and Wielchowsky, C.C., 1994, Hydrocarbon traps, in: L.B.Magoon and W.G. Dows (Eds.), The petroleum system­from source totrap: AAPG Memoir No. 60, p. 219­235.

Carmalt, S.W. and St. John, B., 1986, Giant oil and Gas fields, in: Halbouty, M.T. (Ed.), Future petroleum provinces of the world: Proceedings of the Wallace E.Pratt Memorial Conference, Phoenix, December 1984: AAPG Memoir No. 40,p. 11­53.

Demaison, G. and Huizinga, B.J., 1991, Genetic classification of petroleum systems:AAPG Bulletin, v. 75, no. 10, p. 1626­1643.

Levorsen, A.I., 1969, Geology of petroleum: W.H. Freeman and Company,p.538­550.

Waples, D., 1980, Organic geochemistry for exploration geologists: BurgessPublishing Co., USA, 151 p.

Magoon, L.B. and Dow, W.G., 1994, The petroleum system, in: L.B.Magoon and W.G. Dows (Eds.), The petroleum system­from source totrap: AAPG Memoir No. 60, p. 3­24.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 48: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

48

Giant Fields

Carmalt  and  St.  John  (1986)defined giant field as the one which theestimate of ultimate recoverable oil is500  million  bbl  of  oil  or  gasequivalent.  Although  the  giant  fieldsare few in numbers,  they contain abouttwo­thirds  of  the  discoveredrecoverable  reserves  (Table  V.1).  The509  giant  fields  contain  a  total  of868,115 million bbl of oil and 3,193 tcfof  natural  gas.  Converting  gas  to  oilequivalent  (6,000  cu  ft/bbl)  results  inthe giants  containing 1,400,343 millionbbl of oil equivalent (boe).

Geologically,  giants  are  foundmost  commonly  in  provinces  that  canbe  classified  as  having  formed  incontinental  crust  and  having  beenassociated with a plate collision. Basins

in  these  provinces  are  found  across  awide range of geographic area, many ofwhich remain only moderately or lightlyexplored.  The  basins  offer,  therefore,significant  geologic  scope  for  futureexploration.

In  more  than  350  basins  whichcontain  a  giant  field,  anticlines  are  themain  trap  type.  Reefs,  faults,  salt­related,  and  stratigraphic  traps are  lessthan  50  each  Majority  of  the  giantfield's  reservoir  rocks  are  ofCretaceous­Tertiary  age.  The  Jurassicand  Permian  reservoir  rocks  are  in  thesecond  the Triassic, Carboniferous andDevonian  reservoir  rocks  are  in  thethird  place.  Around  300  of  thereservoir  rocks  are  sandstones  and  thenumber  of  carbonates  (limestone  anddolomite) reservoirs are close to 200.

  Table V.1. Ten biggest Giant Oil and Gas Fields (Carmalt and St. John, 1986)

Field Name(Discovery Date)

Country RecoverableEquival. Oil

ReservesBillion bbl

Depthm

Trap Type GeologicAge

Lithology

1. Ghawer    (1948)

SaudiArabia

87.500 2,200  Anticline Jurassic Carbonate

2. Burgan    (1938)

Kuwait 87.083 1,400  Anticline Cretaceous  Sandstone

3. Urengoy    (1966)

RussianFederation

47.602 1,200  Anticline Cretaceous  Sandstone

4. Safaniya    (1951)

SaudiArabia

38.066 1,600  Anticline Cretaceous  Sandstone

5. Bolivar Coastal    (1917)

Venezuela 30.100 900  Stratigraphic  Miocene Sandstone

6. Yamburg    (1969)

RussianFederation

27.983 1,000  Broad Arch  Cretaceous  Sandstone

7. Bovanenkovo    (1971)

RussianFederattion

24.416 1,200  Anticline Cretaceous  Sandstone

8.Cantarell Complex   (1976)

Mexico 20.000 1,500  Anticline Cretaceous  Carbonate

9. Zakum Abu Dhabi 18.400 2,700  Anticline Jurassic Carbonate

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 49: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

49

   (1964)10. Manifa     (1957)

SaudiArabia

17.800 2,300  Anticline Cretaceous  Sandstone

Migration and Entrapment

Petroleum  System  consists  oftwo  subsystem:  1)  GenerativeSubsystem  and  2)  Migration  andEntrapment  Subsystem  (Demaison  andHuizinga,  1991). The  generativesubsystem includes the

biochemical  transformationfrom  organic  matter  to  kerogen  andthermo­chemical kinetics from kerogento petroleum, while the migration andentrapment  subsystem  includes  onlythe  physical  processes  leading  to  theentrapment of petroleum into the traps.

By  the  time  diagenesis  wascomplete at  the end of the oil window,most  of  the  oil­prone  organic  matterwere  in  the  form of petroleum. Duringand  after  diagenesis,  water  wassqueezed  out  of  the  source  rock  intothe  reservoir  rock  and  a  fraction  ofpetroleum  and  some  kerogen  wasentrained  in  the  water (expulsion).Expulsion  may  continue  afterdiagenesis. Petroleum expelled from anactive source rock can migrate along afault  plane  or  a  permeable carrier bedto  porous  reservoir  rocks  (primarymigration)  and  further migrates  into atrap  which  is  the  part  of  the  reservoirrock  capped  or  surrounded  by  acomparatively impermeable seal or caprock (secondary migration).

Once petroleum has reached thereservoir  rock,  it must be concentratedinto pools  if  it  is  to  be  commerciallyavailable. Petroleum was also depositedin the nonreservoir shales or carbonatesas  disseminated  hydrocarbon  particles(bitumen)  associated  with  thenonsoluble organic matter (kerogen).

Trap Formation

Trap  identification  is  the  firststep  in  prospect  evaluation  and  animportant  part  of  any  exploration  orassessment  program  (Biddle  andWielchowsky, 1994). Future success inexploration will depend increasingly onan  improved  understanding  of  howtraps are formed and an appreciaiton ofthe  numerous  varieties  of  trap  typesthat exist.

Investigations  of  plays  describea  series  of  present­day  traps,  and  ofprospects,  an  individual  trap,  anddetermine whether  they have economicvalue and are exploitable with availabletechnology  and  tools  (Magoon  andDow,  1994).  A  series  of  relatedprospects is a play. A play is defined asa  continuous  portion  of  sedimentaryvolume which contains pools (or manytraps).  Plays  should  have;  1)  sameproductive  sequence,  2)  similarchemical  composition  of  petroleum,and 3) coeval traps.

A trap  is  a  subsurface  lociwhere  petroleum  can  no  longercontinue  its  migration  towards  thesurfaces because its buoyant movementhas  been  arrested  (Magoon  and  Dow,1994).  To  be  a  viable  trap,  subsurfacefeature  must  be  capable  of  recevinghydrocarbons  and  storing  them  forsome significant  length of  time (Biddleand Wielchowsky, 1994). This requirestwo  fundamental  components: areservoir  rock  in  which  to  store  thehydrocarbons,  and a  seal (or  set  ofseals)  to  keep  the  hydrocarbo ns  frommigrating out of the trap.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 50: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

50

Traps  are  either  structural,stratigraphic, or a combination of both.(Figures  V.  1­3) Structural  traps  arecreated by  the  syn­ to postdepositionaldeformation  of  strata  into  a  geometry(a  structure)  that  permits  theaccumulation  of  hydrocarbons  in  thesubsurface.  In  1936,  Levorsenproposed th term stratigraphic traps forfeatures  "in  which  a  variaiton  instratigraphy  is  the  chief  confiningelement in the reservoir which traps theoil."  Today,  we  would  define  a

stratigraphic  trap  as  one  in  which  therequisite geometry and reservoir­seal(s)combination  were  formed  by  anyvariaiton  in  the  stratigraphy  that  isindependent  of  stratucturaldeformation,  except  for  regional  tiltingtime  (Biddle  and Wielchowsky,  1994).Combination  trap  is  any  trap  that  hasboth  structural  and  stratigraphicelements,  regardless  of  whether  bothare  required  for  the  trap  to  be  viable(Biddle and Wielchowsky, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 51: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

51

Figure V. 1. Major catagories of structural traps: (A) fold, (B) fault, (C)piercement, (D) combination faold­fault, (E) and (F) subunconformities.The situation in (E) is commonly excluded from the structural category(Biddle and Wielchowsky, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 52: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

52

Figure V. 2. Primary or depositional stratigraphic traps. (A) Traps created bylateral changes in sedimentary rock type during deposition. Top:juxtaposition of reservoir and seal caused by lateral facies changes.Bottom: reservoir termination due to the depositional pinchout of porousand permeable rock units. (B) Traps formed by buried depositional relief.In each example, sedimentary processes form a potential trappinggeometry, but require burial by younger impermeable section to createthe required top seal (Biddle and Wielchowsky, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 53: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

53

Figure V. 3. Combination traps. (A) Intersection of a fault with an updipdepositional edge of porous and permeable section. (B) Folding of anupdip depositional pinchout of reservoir section. In these examples, boththe  structural  and  stratigraphic  elements  are  required  to  form  a  viabletrap (Biddle and Wielchowsky, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 54: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

54

Geological  Framework  ofMigration  and  Accumulation(Levorsen, 1969)

1)  Nearly  all  petroleum  pools  existwithin  an  environment  of  water­free,interstitial (in fractures or cracks), edgeand  bottom  water.  This  means  thatmigration  is  intimately  related  tohydrology,  fluid  pressure,  and  watermovement (hydrodynamic).

2)  The  gas  and  oil  are  chieflyimmiscible in the water and both are oflower  density then  the  surroundingwater.

3)  Reservoir  rocks  that  containpetroleum differ  from  one another  invarious  ways;  in  geological  age  (fromPrecambrian  to  Pliocene),  incomposition  (from  siliciclastics  tocarbonates),  in  origin  (fromsedimentary  to  igneous),  in  pororsity(from  1  to  40  %),  and  in  permeability(from 1 md to many md).

4)  There  is  a wide  variation  in  thecharacter of  the  trap  or  barrier  thatretains  the  pool.  The  traps  may  bestratigraphical,  structural  orcombination of these.

5)  Size  and  shape  of  pores  (porosity),paths between  the pores  (permeability)and  the  chemical  character  of  thereservoir rocks may vary widely.

6) The minimum time for oil and gas togenerate,  migrate  and  accumulate  intopools is probably less than 1 my.

7)  The  temperatures  of  the  reservoirrock  may  flactuate,  generally  between50­100 0 C  (122­212 0 F).  Themaximum  temperature observed  is 1630 C (325 0 F).

8)    The  fluid  pressure  within  thereservoir rock may flactuate between 1­1,000 atm. They may very many timesduring  the  geological  history  of  theregion.

9) The geological history of  the trapsmay  vary  widely  from  a  singlegeological episode  to a combination ofseveral phenomena.

Reservoir Rocks

Reservoir  rocks  are  any  rockthat  contains  connected  pores(Levorsen,  1969).  Nearly  all  reservoirrocks  are  unmetamorphosedsedimentary rocks. Reservoir rocks areclassified  as silisiclastics  (clastic,fragmental,  or  detrital)  or chemical­biochemicals  (carbonates,  precipitatedsedimentary rocks).

Pore  spaces  may  either  beprimary (original  or  interconnectedporosity)  or secondary (intermediate,induced,  or  limestone  porosity).  Theprimary  porosity  is  mainly  determinedby:

1)  arrangement  and  form  of  pores(packing,  uniformity  of  grain  size,  andshape of grains).

2)  degree  to  which  they  areinterconnected.

3)  their  distribution  in  the  sedimentaryrocks. While some diagenetic processessuch as solutions, recrystallization anddolomitization,  and  fractures  andjoints contribute  others  such  ascementation and compaction  reducesthe  secondary  porosity.  Clays  usuallycreate  significant  problems  bydecreasing  the  porosity  andpermeability  and  by  negatively

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 55: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

55

influencing  the  drilling  and  productionactivities.

Sedimentary  rocks  consist  ofgrains  of  solid  matter  with  varyingshapes  which  are  more  or  lesscemented, and between which there areempty spaces called porosity. It is thesepores  which  are  able  to  contain  fluidssuch  as  water  or  liquid  or  gaseoushydrocarbons  and  to  allow  them  tocirculate (porous and permeable).

Porosity  is  the  ratio  of  porevolume to  total volume. The effectiveporosity  is  the  ratio  of  the  volume  ofinterconnected  pores  to  the  totalvolume  of  the  sample.  Porosity  isclassified  as negligible (0­5  %), poor(5­10 %), fair (10­15 %), good (15­20%), and very good (20­25 %).

Permeability  characterizes  theability of  rocks to allow the circulationof  fluids  contained  in  their  pores.  It  isthe coeeficient k in Darcy's formula andis  measured  in  md  (milidarcy).Permeability  depends  upon  poredimensions  and  configuration.Permeability  is  classified  as fair (1­10md), good (10­100 md, and very good(100­1000 md).

Oil Half ­life Model

Miller (1992) who proposed theoil  half­life  model  made  three  majorgeological assumptions. One of them isthat  the  global  rate  of  oil  generationand expulsion equals  the are of naturalloss. This means oil is continually beinggenerated  in  which  an  equilibriumsituation  will  balance  the  loss.  Thesecond assumption that the oil loss canbe described by a natural decay law. Ona  global  basis,  oil  is  destroyedexponentially with time in analogy with

radioactive  decay.  The  thirdassumption  processes  are  uniform  andfilling  rates  are  constant.  Althoughindividual  oil  fields  do  not  have  auniform  half­life,  the global populationdoes.  Reservoired  conventional  oil  hasa  well­defined  half­life  of  29  millionyears  derived  from  the  distribution  ofoil generation.

Oil­oil  and  Oil­source  rockCorrelations

Shows  of  petroleum  are  proofof  a  petroleum  system  and  whenencountered  during  drilling  are  usefulexploration  clues,  particularly  whenthey  can  be  quantified  and  regionallymapped.  Cutting  or  cores  that  bubbleor  bleed  oil  and  gas  during  removalfrom  the well  are  called live shows,  incontrast  to  the  asphaltic  staining  ofdead  shows.  The  quality  of  shows canbe  evaluated  by  their  fluorescenceunder  ultraviolet  light,  by  colour  oforganic  solvent  extracts,  or  bygeochemical screening methods.

Oil­oil  and  oil­source  rockcorrelations are of great  importance  toexploration. Oil­oil  correlations aresimpler,  because  one  is  comparing  thesame kind of organic material. Two oilsamples  having  common  origin  maydiffer  substantially  in  chemicalcomposition  because of changes whichhave  occurred  during  migration  orstorage  in  the  reservoir  rocks.  Thesechanges  can  include  loss  of  heavy,light,  or  polar  components;biodegradation and water washing; andthermal  disproportination.  In  order  toattempt  oil­oil  correlations,  it  isnecessary  to  know  how  each  of  theabove  transformations  will  affect  anoil's chemical properties.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 56: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

56

Table  V.2  shows  the  effects  offive  types  of  alteration  processes  oncrude  oil  composition.  Duringmigration,  the  heavier  and  more  polarcomponents  are  left  behind,  much  asthe  polar  compounds  and  asphaltenesare  left  behind  during  column

choromatography.  Most  of  themigrationally  induced  changes  in  oilcomposition  probably  occur  as  thebitumen makes  its way out of  the fine­grained  source  rock  (primarymigration).  Secondary  migrationgenerally causes smaller changes.

             Table V. 2. Effects of alteration processes on crude oil composition                     (Waples, 1981).

Migration WaterWashing

Bio­degradation

GasDeasphalting

ThermalMaturation

API Gravity INCREASES DECREASES DECREASES INCREASES INCREASES

% Sulfur DECREASES INCREASES INCREASES DECREASES DECREASES

C15 + Fraction(% of crude) DECREASES INCREASES INCREASES DECREASES DECREASES

Asphaltenes(% of crude)

DECREASES INCREASES INCREASES DECREASESINCREASES

UNLESSDEASPHALTING

OCCURSGasoline (C4­C7)Fraction(% of crude)

INCREASES DECREASES DECREASES INCREASES INCREASES

Paraffinicity INCREASES INCREASES DECREASES INCREASES INCREASES

Porphyrin content DECREASES ? INCREASES INCREASES DECREASES

n­paraffins(% of crude) INCREASES GENERALLY

INCREASESDECREASES INCREASES INCREASES

n­paraffinsMaximumin distribution curve

SLIGHTLYDECREASES

INCREASESINCREASING

ORNO EFFECT

NO EFFECT DECREASES

n­paraffinsCPI

NOSIGNIFICANT

EFFECTNO EFFECT

DECREASESOR

 NO EFFECTNO EFFECT DECREASES

δ13C DECREASES DEPENDS ONCOMPOSITION

INCREASES DECREASES INCREASES IFGAS IS NOT LOST

Water  washing andbiodegradation  often  go  together.Water  washing  can  occur  withoutbiodegradation, but biodegradation willalways be accompanies by at least some

degree of water washing. During waterwashing,  the more soluble componentsof  petroleum  are  simply  removed  insolution.  Light  hydrocarbons,

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 57: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

57

particularly  aromatics,  and  the  smallerpolar molecules become depleted.

Microorganisms  are  veryselective  in  which  compounds  theymetabolize.  Anaeorobic  bacteria  arenot  thought  to  be  important  inbiodegradation  of  hydrocarbons.Compounds  containing  heteroatomsare  often  consumed  relatively  rapidly,and n­alkanes  are  generally  severelydepleted  or  totally  in  extensivelydegraded  oils.  Occasionally,  theisoprenoid  hydrocarbons  are  alsonoticeably depleted.

Oil  inherit biomarkerdistributions  similar  to  those  in  thebitumen  from  the  source  rock,  thusallowing  oil­oil  and  oil­source  rockcorrelation or fingerprinting and paleo­reconstruction  of  source  rockdepositional  conditions.  An  advantageof  biomarkers  is  their  resistance  tobiodegradation  by  aerobic  bacteria  inthe  reservoir.  For  heavily  biodegradedoils  where  biomarkers  have  beenpartially  altered,  correlation  sometimesrequires  sealed  tube  pyrolysis  ofasphaltenes,  followed  by  biomarkeranalysis  of  the  generated  bitumen.Biomarker  and  other  correlationtechniques,  such  as  stable  carbonisotope  analysis  and  pyrolysis­gaschromatography  are  among  the  mostpowerful  tools  for  mapping  petroleumsystems to reduce exploration risks.

Exercise:  Oil­source  rockcorrelation

1) The  following  exercise  involves oil­source rock correlation in the  stanbul­1 well. Source rock data for which aregiven  in Table V.3. Apparent oil  showwas detected in a sandstone core takenat 7927 feet in this well.

2) Evaluate the oil­source history of thewell  by  performing  a  typical  sourcerock  evaluation  in  Figure  V.  4.  Sincethe  TAI  data  show  some  scatter,particularly  in  the  oil­generative  zone(TAI=  2.6­3.3),  it  would  be  wise  toobtain the best fit of the maturity curveto the all the data. For this plot the TAIdata  against  depth  and  then obtain  thebest fit curve.

3)  Compare  your  interpretation  withthe  total  oil  and  oil  already  generatedcurves  for  the  complete  section  whichis given in Figure V. 5.

4) Discuss  the nature and origin of  theoil show of which the analytical data isgiven    in    Table  V.  4.    Is    it  possiblethat  upward  migration  could  haveoccurred  ?  Note  that  the  geochemicaldata of 9,000 ft, 9,500 ft, 10000 ft, and10,500  ft  samples are also given in thesame table.

     Table V.3. Source­Rock Data for the  stanbul­1 Well

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 58: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

58

Depth(ft)

TOC%

Alginite+ Exinite

%

TAI

1,000 1.2 60 1.5­21,500 1.5 70 2.02,000 1.8 60 2.02,500 0.9 50 2.23,000 1.3 70 2.33,500 2.6 80 2.24,000 2.1 80 2.54,500 1.5 75 2.55,000 1.2 50 2.55,500 1.3 35 2.66,000 1.9 50 2.56,500 1.0 25 2.67,000 0.5 10 2.77,500 0.8 10 2.77,9278,000

Core1.3

(Oil show)60 2.9

8,500 1.4 80 2.89,000 1.1 70 3.09,500 3.7 90 2.7

10,000 3.2 80 3.010,500 1.3 60 3­3.511,000 0.1 100 3.511,500 0.2 95 3.512,000 0.1 95 3.512,500 0.4 90 3.5

Table V. 4. Analytical Data for Oil Stain and Bitumens from PostulatedSource­Rock Intervals,  stanbul­1 Well.

Depth (ft) PorphyrinsNi          V

δ13C (‰  PDB)Kerogen         Bitumen

Pristanea

Phytane CPIa23­31

maximumn­parafin

7,927 1.21  0.55 ­ ­26.0 0.57 1.09 C25

9,000 0.88  0.15 ­30.2 ­30.7 0.92 1.02 C17

9,500 1.52  0.59 ­26.1 ­27.2 0.48 1.18 C27

10,000 1.37  0.65 ­25.3 ­25.7 0.66 1.29 C27

10,500 1.91  1.02 ­28.3 ­25.5 0.51 1.28 C27

aobtained from gas chromatograms.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 59: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

59

Figure V. 4. Source rock evaluation of the  stanbul­1 well.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 60: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

60

Figure V. 5. Total oil and oil already generated for the  stanbul­1 well.

Exercise: Oil half­life Model 1)  Assuming  there  is  only  one  sourcerock of 250 Ma in age, oil is generated145  million  years  ago  and  migrated

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 61: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

61

immediately  after  generation,  theaccumulation  of  oil  in  the  system  withconstant  generation  and  exponentialdecay as it is progressively created anddestroyed,

2)  Draw  a  typical  "degree  of  systemfilling"  (y­axis)  versus  "time  in  half­lives" (x­axis) diagram in Figure V. 6.

3) Calculate the total amount of oil thatexisted in the reservoir rock 100 millionyears ago, assuming  500,000 bbl of oilexist today in the present reservoir.

Figure V. 6. Degree of system filling versus time in half­lives diagram.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 62: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

62

VI. PETROLEUM SYSTEM

Reference

Magoon, L.B. and Dow, W.G., 1994, The petroleum system, in: Magoon, L.B. andDow, W.G. (Eds.), The Petroleum System­From Source to Trap: AAPGMemoir 60, p. 3­24.

Definition

A petroleum system  is  definedas a natural system that encompasses apod  of  active  source  rock  and  allrelated  oil  and  gas  and  which  includesall  the geological  elements  andprocesses  that  are  essential  if  ahydrocarbon accumulation is to exist .

Petroleum  includes  highconcentrations  of;  1)  thermal  orbiogenic  gas  found  in  conventionalreservoirs  or  in  gas  hydrate,  tightreservoirs, fractured shale, and coal; or2) condensates, crude oils, and asphaltsfound in nature.

The  terms petroleum,hydrocarbon,  and oil  and  gas  aresynonyms.  The  term conventional  oilis used for the petroleum other than gasand unconventional  oil which  areheavy  oil,  tar  sand,  and  oil  shale.Petroleum  originally  referred  to  crudeoil,  but  its  definition  was  broadenedlater  to  include  all  naturally  occurringhydrocarbons, whether gaseous,  liquid,or  solid. Condensate  is  in  a  gas phasein  the  accumulation  and  in  a  liquid

phase at the surface, but either way it isconsidered  petroleum,  as  are  solidpetroleum  materials  such  as naturalbitumen and asphalt,  and bituminoussands (=unconventional oil).

System describes  theinterdependent  elements  and  processesthat  form  the  functional  unit  thatcreates hydrocarbon accumulations.

A  pod  of  active  source  rockindicates  that  a  contiguous  volume  oforganic  matter  is  creating  petroleum,either  through  biological  activity(biologically)  or  temperature(thermally),  at  a  specified  time.  Thevolume or pod of active source rock isdetermined  by  mapping  the  organicfacies  (quantity,  quality,  and  thermalmaturation)  considered  to  be  thepresently  active,  inactive,  or  spentsource rock using organic geochemicaldata  displayed  as  geochemical  logs.  Asource  rock  is  active  when  it  isgenerating  this  petroleum,  whereas  aninactive or spent (depleted) source wasat  some  time  in  the  past  an  activesource rock. From the time a petroleumphase  is  created  a  petroleum  system

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 63: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

63

exists  and  a  petroleum  system  existswherever  the  essential  elements  andprocesses occur. The active time can bepresent day or any time in the past.

The essential elements includea  petroleum  source  rock,  reservoirrock, seal rock, and overburden rock,whereas  the processes are  trapformation  and  generation­migration­accumulation  of  petroleum. Theseessential  elements  and  processes  mustoccur in time and space so that organicmatter included in a source rock can beconverted to a petroleum accumulation.

The  essential  elements  are  apetroleum  source  rock,  reservoir  rock,seal  rock,  and  overburden  rock  at  thecritical  moment.  The  functions  of  thefirst  three  rock  units  are  obvious.However,  the  function  of  theoverburden  rock  is  more  subtlebecause,  in  addition  to  providing  theoverburden  necessary  to  thermallymature the source rock, it can also haveconsiderable impact on the geometry ofthe underlying migration path and trap.

The  generation­migration­accumulation  of  hydrocarbons,  or  ageof  the  petroleum  system,  is  based  onstratigraphic  and  petroleumgeochemical  studies  and  on  the  burialhistory  chart.  These  processes  arefollowed  by  the  preservation  time,which  takes place after  the generation­migration­accumulation  ofhydrocarbons  occur,  and  is  time  whenhydrocarbons  within  the  petroleumsystem  are  preserved,  modified,  ordestroyed.

When the generation­migration­accumulation  of  the  petroleum  systemextends  to  the  present day,  there  is nopreservation  time,  and  it  would  beexpected  that most of  the petroleum ispreserved  and  that  comparatively  littlehas been biodegraded or destroyed.

Petroleum System Name

The  name  of  a  petroleumsystem  includes the  source  rock,followed  by  the  name  of  the  majorreservoir  rock,  and  then  the  symbolexpressing  the  level  of  certainty.  Apetroleum  system  can  be  identified  atthree  levels  of  certainty:  known,hypothetical,  or  speculative.  The  levelof certainty indicates the confidence forwhich a  particular pod of active sourcerock has generated the hydrocarbons inan  accumulation.  In  a known  (!)petroleum system, a good geochemicalmatch exists between the active sourcerock  and  the oil  or  gas accumulations.In a hypothetical (.) petroleum system,geochemical  information  identifies  asource rock, but no geochemical matchexists between the source rock and thepetroleum  accumulation.  In  aspeculative  (?)  petroleum  system,  theexistence  of  either  a  source  rock  orpetroleum  is  postulated entirely on  thebasis  of  geologic  or  geophysicalevidence

For example,  the Deer­Boar (.)is  a  hypothetical  petroleum  systemconsisting  of  the  Devonian  Deer  Shaleas  the  oil  source  rock  and  the  BoarSandstone as the major reservoir rock.

Characteristics and Limits

The  geographic,  stratigraphic,and  temporal  extent  of  the  petroleumsystem  is  specific  and  is  best  depictedusing  a  table  which  includes fieldname, discovery  date, reservoir  rock,API  gravity  (0API), cumulative  oilproduction  (million  bbl),  and

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 64: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

64

remaining  reserves  (million  bbl)  andfollowing four figures:

1) A  burial  history  chartdepicting the critical moment, age, andessential  elements  at  a  specifiedlocation;

2) A  map and  3) A  crosssection  drawn  at  the  critical  momentdepicting  the  spatial  relationship of  theessential elements; and

4) A    petroleum system eventschart  showing  the  temporalrelationship  of  the  essential  elementsand processes and the preservation timeand critical moment for the system.

The critical  moment  is  thatpoint  in  time  selected  by  theinvestigator  that  best  depicts  thegeneration­migration­accumulation  ofmost  hydrocarbons  in  a  petroleumsystem.  Geologically,  generation,migration,  and  accumulation  ofpetroleum at one location usually occurover a short time span.

A  map  or  cross  section  drawnat  the  critical  moment  best  shows  thegeographic  and  stratigraphic  extent  ofthe  system.  The  geographic  extent  ofthe  petroleum  system  at  the  criticalmoment  is  define  by  a  line  thatcircumscribes  the pod  of  active sourcerock  and  includes  all  the  discoveredpetroleum  shows,  seeps,  andaccumulations that originated form thatpool.  The  cross  section  shows  thegeometry  of  the  essential  elements  atthe  time  of  hydrocarbon  accumulationand  best  depicts  the  stratigraphicextend  of  the  system.  A  plan  map,drawn  at  the  critical  time,  includes  aline that circumscribes the pod of activesource  rock  and  all  related  discoveredhydrocarbons.  This  map  depicts  the

geographic  extent  or  known  extent  ofthe petroleum system.

The burial history chart showsthat  time  when  most  of  the  petroleumin  the  system  is  generated  andaccumulating in its primary trap.

The  petroleum  system eventchart shows eight different events. Thetop  dour  events  record  the  time  ofdeposition from stratigraphic studies ofthe essential elements, and the next twoevents  record  the  time  the  petroleumsystem  processes  took  place.  Theformation of  traps is  investigated usinggeophysical  data  and  structuralgeologic analysis.

Exercise:  Deer­Boar  (.)Petroleum System

1)  Examine  the  plan  map  showing  thegeographic  extent  of  the  fictitiousDeer­Boar  (.)  petroleum  system  at  thecritical  moment  (250  Ma)  which  isgiven  in  Figure  VI.  1.  Thermallyimmature source rock is outside the oilwindow. The pod of active source rocklies within the oil and gas windows.

2)  Examine  the  geologic  cross  sectionshowing  the  stratigraphic extent of  thesame  petroleum  system  at  the  criticalpoint  which  is  given  in  Figure  VI.  2.Thermally  mature  source  rock  liesupdip  of  the  oil  window.  The  pod  ofactive source rock is downdip of the oilwindow.

3)  Examine  the  burial  history  chartshowing  the  critical  moment  (250 Ma)and the time of oil generation (260­240Ma)  for  the  same  petroleum  system,which  is  given  in  Figure  VI.  3.Neogene  (N)  includes  the  Quaternary(Q) here.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 65: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

65

4) Prepare the events chart (Figure VI.4) showing the relationship between theessential elements and processes as wellas  the  preservation  time  and  criticalmoment for the fictitious Deer­

Boar  (.)  petroleum  system.  Neogene(N)  also  includes  the  Quaternary  (Q).5)  Describe  briefly  the  geologicalhistory of the region.

6)  Write  a  brief  report  about  thepetroleum geology of the area.

Figure VI. 1. Plan map showing the geographic extent of the fictitiousDeer­Boar (.) petroleum system at the critical moment (250 Ma) (Magoonand Dow, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 66: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

66

Figure VI. 2. Geologic cross section showing the stratigraphic extent of thefictitious Deer­Boar (.) petroleum system at the critical point (Magoonand Dow, 1994)

Figure VI. 3. Burial history chart showing the critical moment (250 Ma) and thetime of oil generation (260­240 Ma) for the fictitious Deer­Boar (.)petroleum system (magoon and Dow, 1992).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 67: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

67

Figure VI. 4. The events chart showing the relationship between the essentialelements and processes as well as the preservation time and criticalmoment for the fictitious Deer­Boar (.) petroleum system (Magoon andDow, 1994)

Exercise:  Partial  or  CompletePetroleum Systems

1)  Three  examples  of  partial  orcomplete  petroleum  systems  at  thecritical moment are given in Figure VI.5. Complete the cross sections in B andC. Note that petroleum accumulation ischarged  by  a  single  pod  of  activesource rock (one petroleum system).

2) The number of petroleum systems isdetermined  by  the  number  of  pods  ofactive  source,  as  shown  by  the  threeexamples  in Figure VI.6. Complete thecross  sections  in  A  and  C.  Note  thatpetroleum accumulation is charged by asingle pod of active source rock (A andC)  and  by  two  pods  of  active  sourcerock (B).

3) Discuss the differences between onepetroleum  system  and  two  petroleumsystems.

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 68: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

68

Figure VI. 5. Three examples of partial or complete petroleum systems at thecritical moment are given in Figure II.5. (A) The essential elements arepresent, but the system is incomplete (thus no petroleum system); (B) onepetroleum system; and (C) two petroleum systems. Notice that theoverburden rocks creates the geometry of the most recent sedimentarybasin and that the source rock was deposited in a larger, oldersedimentary basin (Magoon and Dow, 1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com

Page 69: Petgeo1 6

                                                                             Volkan  . Ediger,  Petroleum Geology'2003

69

Figure VI. 6. Petroleum accumulation is charged by (A) a single pod of activesource rock, or one petroleum system; (B) two pods, or two petroleumsystems; and (C) one pod, or one petroleum system (Magoon and Dow,1994).

Click t

o buy NOW!

PDF­XChange

www.docu­track.com Clic

k to buy N

OW!PDF­XChange

www.docu­track.com