olie

Olie, tyktflydende væske, der ikke er blandbar med vand. Begrebet omfatter tre kemisk forskellige grupper: Animalske og vegetabilske olier består af fedtstoffer (se fedt, lipider, olieplanter og spiseolie), æteriske olier hovedsagelig af terpener, mens jordolie, mineralolie eller råolie er en gul til sortbrun væske, der i det væsentlige består af carbonhydrider (kulbrinter). Kun olie i sidstnævnte betydning behandles her.

Råolie opbygges af aromatiske forbindelser eller mættede kulbrinter med den generelle formel C_nH_2n+2; er n mindre end 5, er der tale om gas, ved n mellem 5 og ca. 25 om flydende komponenter, og ved n større end ca. 25 om faste, voksagtige komponenter. I mindre omfang forekommer svovl, nitrogen og oxygen.

Dannelse

Olie dannes naturligt ved opvarmning af organisk materiale (kerogen) i kildebjergarter. Denne oliedannelse sker i sedimentbassiner, normalt i 3-4,5 km dybde afhængigt af temperaturgradienten i undergrunden. Oliedannelsen begynder ved ca. 60 °C og er mest intens i temperaturintervallet 90-120 °C. Oliedannelse foregår over meget lange perioder, oftest flere mio. år. Ved temperaturer højere end 130 °C danner kildebjergarterne især naturgas, ligesom allerede dannet olie omdannes til gas.

Den dannede olie bevæger sig opad ved migration fra kildebjergarten gennem porøse lag til såkaldte oliefælder, hvor den akkumuleres i reservoirer, evt. sammen med naturgas. Under reservoirbetingelser, dvs. nede i selve reservoiret på flere km dybde, kan der være opløst store mængder gas i olien, da trykket vil være øget med ca. 100 atm pr. km. Hvis ikke al naturgas er opløst, vil den overskydende gas findes over den gasmættede olie på grund af forskellen i massefylde.

Forekomst

Olie forekommer næsten udelukkende i flere km dybe sedimentbassiner, dvs. områder, hvor der i lange perioder af Jordens historie er sket brud i jordskorpen og indsynkning, samtidig med at der er aflejret kilometertykke lag af især sandsten, skifer og kalksten. Sedimentbassiner findes både på land (onshore-bassiner) og på kontinentalsoklen omkring landområder (offshore-bassiner). Rent statistisk er kildebjergarter fra Sen Jura (ca. 145 mio. år før nu) og midt i Kridt (ca. 90 mio. år før nu) mest almindelige, men kildebjergarter fra Silur, Sen Devon, Sen Karbon og Miocæn er også vigtige. De største oliefelter i verden har reservoirer fra Jura og Kridt, men der findes også mange felter med både yngre reservoirer (især fra Oligocæn og Miocæn) og ældre (især fra Devon og Perm).

Efterforskning

Olieefterforskningen har udviklet sig meget, siden den første olieboring 1858-59 i Pennsylvania, USA. I den tidlige del af historien var boringerne kun få hundrede meter dybe og altid på land. Der blev især boret i områder, hvor der sivede olie op til overfladen, fra omkring 1900 også i områder, hvor der på overfladen kunne påvises antiklinaler.

De første offshore-boringer efter olie blev gennemført kort efter 2. Verdenskrig på lavt vand i Louisiana, USA, i forlængelse af kendte felter på land. Siden har offshore-efterforskningen udviklet sig meget, fx i Den Mexicanske Golf og Nordsøen, ud for Brasilien og Vestafrika samt omkring Shetlandsøerne og Færøerne samt i Barentshavet. Det er inden for områder som måling og fortolkning af seismiske data, billigere og mere vidtgående boreteknik samt anvendelse af avanceret it-teknologi, der har været mest afgørende for efterforskningen; fx har olieindustrien været blandt de første til at udnytte virtual reality til at visualisere de geologiske struktur i 3D, når nye boringer skal planlægges. Det er nu almindeligt med boringer på mere end 1 km vanddybde, men produktion fra oliefelter herfra må ske med udbygning af tekniske faciliteter på havbunden og rørledninger ind til lavere vand.

Det endelige bevis for tilstedeværelse af olie fås kun ved prøveboringer, men inden de foretages, er der et stort indledende arbejde. Alligevel er antallet af tørre huller stadigvæk ca. en ud af tre. Siden 1960'erne har seismiske undersøgelser været almindelige i påvisningen af eventuelle oliefelter. Hertil kommer de geologiske, geofysiske og geokemiske metoder.

Hvis der er tale om uudforskede områder, indledes med geologiske undersøgelser af jordskorpen, bl.a. fra satellit. Bjergartsprøver undersøges for bl.a. spor af bitumen. Der foretages magnetiske og gravimetriske målinger, som kan udføres fra fly. Den magnetiske susceptibilitet afhænger af bjergarternes indhold af magnetiske mineraler, som er lavt i sedimenter, og gravitationen af bjergarternes densitet, som er lav for fx saltaflejringer.

De seismiske metoder kan give meget nøjagtige oplysninger om rækkefølgen og dybden af geologiske lag. Den klassiske metode på land består i at detonere en sprængladning anbragt på overfladen eller i et borehul og måle udbredelseshastighederne for de seismiske bølger. Seismiske undersøgelser offshore sker ved at foretage en række detonationer i kølvandet på et skib, ombord på hvilket der findes udstyr til måling af de reflekterede lydbølger.

Ved geokemiske metoder kan det undersøges, om formationen er moden til produktion. Prøver underkastes pyrolyse, og der foretages optiske målinger. Desuden ledes der efter biomarkører, som er en gruppe af organiske komponenter indeholdende 27-35 kulstofatomer, hvoraf det oprindelige materiale, fx alger og plantedele, fremgår.

Produktion

Det er gammelkendt teknologi at bore efter vand og saltvand og lede efter malme. Med roterende boreudstyr kan man i dag nå mere end 10 km ned, og borehuller på mere end 5 km er ikke ualmindelige. Boret består af stålrør (20-75 cm i diameter), som i en krog er ophængt i et stativ (derrick), og som bringes i rotation. Selve skæreredskabet sidder i bunden og er udformet med fx diamantskær. Det køles og smøres af en cirkulerende strøm af boremudder, som også fører bjergartsmateriale op til overfladen til undersøgelse.

Ikke mindst ved boring fra platforme i havet er det pga. forekomsternes udstrækning og omkostningerne ved at etablere platforme nyttigt at kunne komme langt ud til siderne i alle retninger, hvilket kan opnås ved afbøjning af borestrengen, så boringen til sidst bliver horisontal. Mange brønde har horisontale sektioner på over 5 km længde.

Et produktionsborehul udstyres over jorden med et såkaldt juletræ, der er et rør med mange grene, som bærer ventiler til afspærring, til olien og til tilledning af væsker, fx syre og tensider, som skal injiceres i reservoiret for at øge produktionen.

En del af olien kan komme op af sig selv ved det tryk, der findes i reservoiret. Hvis trykket ikke holdes oppe vil gassen, der er opløst i olien, blive frigivet og strømme hurtigere mod produktionsbrønden end den mere viskøse olie. Dette vil medføre en begrænset indvinding. Defor opretholdes trykket i reservoiret oftest ved injektion af vand eller gas. På land kan det i visse tilfælde svare sig at pumpe olien op. Det sidste kan ske ved brug af stempel- eller centrifugalpumper. Den opsamlede råolie skal befries for opløst gas, vand og salt samt evt. bjergartsmateriale, inden den sendes til et raffinaderi. Se også boreplatform.

Sammensætning og egenskaber

Traditionelt karakteriseres råolier først efter deres densitet. I olieindustrien anvendes enheden °API (American Petroleum Institute), som er 141,5/densitet−131,5, hvor densiteten måles i g/cm³. Rent vand vil således have 10 °API. De fleste råolier ligger i intervallet 30-37 °API; den danske Nordsøolie har som regel 34 °API. Yderpunkter repræsenteres af de meget tunge råolier, fx fra Boscan i Venezuela, der har densiteter på 0,98-1,00 g/cm³ og dermed 10-13 °API, og de meget lette, fx fra Qatar og Algeriet, der har densiteter på 0,79-0,82 g/cm³ og dermed 41-48 °API. En stigende andel af den fremtidige produktion vil bestå af tung og ekstratung olie, da disse resurser udgør en stor del af verdens olieforekomster.

Densiteten giver en første indikation af indholdet af lette og tunge komponenter. Flere oplysninger fås fra en destillationskurve, som fortæller om forholdet mellem opløst gas, benzin, petroleum og dieselolie, gasolie og destillationsrest (brændselsolie).

En anden vigtig oplysning er svovlindholdet, der fx er 0,1% i Nordsøolie og 3,0% i olie fra Saudi-Arabien.

Der kan også foretages en mere kemisk klassifikation. Paraffinbaserede råolier med et stort indhold af paraffiniske carbonhydrider egner sig til fremstilling af benzin og petroleum og som råstof i den kemiske industri; de tungere paraffiner er velegnede til fremstilling af smøreolie. De naftenbaserede råolier indeholder især nafteniske, aromatiske og asfaltiske carbonhydrider, hvorfra der kan fremstilles værdifulde komponenter til benzin, opløsningsmidler og aromatiske forbindelser. De tungere komponenter bruges til specielle smøremidler og til fremstilling af bitumen (asfalt). De fleste råolier har en ret jævn fordeling mellem paraffiniske og nafteniske-aromatiske carbonhydrider.

Råolier indeholder 83-87% carbon, 10-14% hydrogen, 0,05-6,0% svovl, 0,1-2,0% nitrogen og 0,05-1,5% oxygen. Derudover kan der være 3-12 ppm nikkel, 5-1500 ppm vanadium og 0,04-120 ppm jern. Viskositeten måles traditionelt i Redwood-sekunder, der angiver udløbstiden for et vist volumen fra en speciel kop. Den kan variere fra 1 s til 60 s.

Raffinering

Når råolien er pumpet op, skal den raffineres, før dens forskellige bestanddele kan anvendes. Først afsaltes råolien, der derefter går til en destillationskolonne ved atmosfæretryk. Efter opvarmning i varmevekslere og rørovne føres den ind i kolonnen, hvor der skabes en temperaturgradient. Kulbrinterne vil derfor fordele sig i kolonnen efter kogepunkt, og en række fraktioner kan udtages. Gas-nafta-fraktionen indeholder flaskegas, der må opbevares under tryk for at holde sig flydende, samt nafta, der er råbenzin. Kerosin er råstoffet for fremstilling af jetbrændstof og petroleum, mens den lette gasolie efter afsvovling anvendes som dieselolie, motorgasolie og fyringsgasolie. Den tunge gasolie går til visbreaking (viscosity breaking), som er en mild termisk krakning, hvorved der fås lettere produkter og brændselsolie. Destillationsresten, det atmosfæriske residuum, kan anvendes som tung brændselsolie eller som føde til visbreakeren. Den kan også destilleres under vakuum, hvorved der fås vakuumgasolie, som anvendes til fremstilling af smøreolier eller som føde til krakningsanlæg. Vakuum-residuet kan anvendes til brændselsolie eller — hvis råolien er naftenisk — til fremstilling af bitumen til asfaltindustrien.

Stadig flere produkter får derefter reduceret svovlindholdet ved afsvovling, der foregår ved en katalytisk hydrogenering, hvorefter den dannede hydrogensulfid ledes til et svovlindvindingsanlæg (Claus-anlæg).

Den rå benzin har et lavt oktantal. For at forbedre det underkastes den efter afsvovling en såkaldt reforming. Det er en proces, som foregår ved høj temperatur i en hydrogenatmosfære over en katalysator af platin og rhenium. Processen kaldes ofte platforming efter platinkatalysatoren. Naftener omdannes da til aromater, og en del af paraffinerne til isoparaffiner, mens nogle af de tungere paraffiner krakkes til mindre molekyler. Dette resulterer i et højere oktantal. En anden proces til fremstilling af højoktanbenzin, som imidlertid ikke praktiseres på de danske raffinaderier, er alkylering, hvor isoparaffiner bringes til at reagere med olefiner. Af isobutan og buten fås således isooktan. Der er også den mulighed at forbedre benzinens oktantal ved tilsætninger af fx tetraethylbly (se benzin).

I de danske raffinaderier er der kun de milde termiske krakningsanlæg. Større raffinaderier har ofte katalytiske krakningsanlæg. Ved processen dannes der sod, som vil deaktivere katalysatoren. Det forhindres i den mest moderne udformning med en teknik kaldet "fluid bed catalytic cracking". Her er katalysatoren, som består af ganske små partikler, fluidiseret i reaktionsblandingen, og der udtages kontinuerligt katalysator, som regenereres, også i fluid bed. Sådanne anlæg skal være meget store for at være rentable.

Læs mere om olie i underemnerne herunder.