• III Liceo Classico Tradizionale
• Materia: Scienze della Terra
• Ore/settimana: 2
Petrolio e gas naturale:
origine, ricerca e produzione
Gloria Schiavon
PERCHÉ QUESTA UNITÀ DIDATTICA?
• legame con il vissuto degli studenti e la quotidianità
• dare spazio ad un argomento che normalmente non verrebbe affrontato,
approfittando dell’esperienza pregressa del docente
• possibilità di un approccio storico
• possibilità di sviluppare un pensiero critico a fronte dell’apprendimento
• possibilità di effettuare uscite didattiche e/o intervento di esperti
• multidisciplinarietà (inquinamento, sviluppo sostenibile, questioni storiche e
geopolitiche – filosofia, diritto, storia, inglese)
• multimedialità (filmati, internet: www.api.com, www.spe.org, siti compagnie
petrolifere)
PREREQUISITI
• Basi di chimica organica/fisica
• Rocce sedimentarie e processo sedimentario
• Propagazione e registrazione delle onde sismiche
• Stratigrafia e tettonica
TEMPISTICHE
ORE
1
CONTENUTO
- Rilevazione di rappresentazioni
mentali erronee
- Utilizzi del petrolio e del gas naturale
- Cenni storici
METODOLOGIA
- Lavoro di gruppo su domande
predisposte e discussione collettiva
-Lezione frontale
1
- Porosità e Permeabilità
- Origine degli idrocarburi: elementi e
processi necessari
- Lezione frontale con l’ausilio di
immagini (ppt o lucidi)
1
- Ciclo petrolifero: esplorazione,
sviluppo, produzione, raffinazione e
stoccaggio
- Gli idrocarburi nel mondo e in Italia
- Visione di filmati esplicativi e/o
lezione frontale
- Eventuale discussione
1
- Verifica
- Verifica scritta (domande aperte)
Possibilità di visita in campo con un esperto
RAPPRESENTAZIONI MENTALI ERRONEE
Dove si trovano gli idrocarburi? A che profondità?
Tutte le aree geografiche possono produrre idrocarburi?
Quali sono gli utilizzi quotidiani
di petrolio e gas naturale?
- Benzina e carburanti
- Cucine a gas, riscaldamento
Gli idrocarburi nel sottosuolo
si trovano in cavità
- Utilizzi degli idrocarburi
- Il ciclo petrolifero:
produzione e raffinazione
- Porosità e permeabilità
- Origini di un sistema petrolifero
- Il ciclo petrolifero:la ricerca petrolifera
Dov’è “conservato” il gas
d’estate, quando non serve
per il riscaldamento?
- In bombole o serbatoi
- Il ciclo petrolifero: lo
stoccaggio del gas naturale
- Produzione mondiale di
gas naturale
UTILIZZI DEL PETROLIO E DEL GAS NATURALE
UTILIZZI PETROLIO:
• combustibili (benzina, gasolio e derivati del
petrolio)
• materie plastiche
• imballaggi, oggetti stampati e rivestimenti
(PE)
• profumi, cosmetici, pitture, saponi, coloranti,
fibre tessili e materie plastiche (alcol etilico)
• tessuti impermeabili (PVC)
• imballaggi e altri manufatti resistenti
(polipropilene)
• gomme sintetiche (butadiene)
• coloranti, fibre, resine, materie plastiche,
gomme sintetiche, prodotti farmaceutici,
insetticidi, detersivi, fibre tessili (benzene)
API – American Petroleum Institute
(www.api.com)
“There’s a lot of life in a barrel of oil”
UTILIZZI GAS NATURALE:
• settore residenziale/commericale (cucine a gas, riscaldamento, acqua calda)
• settore industriale (industria alimentare, metallurgica, laterizi e ceramica, vetro,
oreficeria, tessitura, carta)
• autotrazione
• produzione di energia elettrica (centrali a vapore, a turbogas, cogenerazione)
CENNI STORICI
• 3000 a.C., in Mesopotamia: ritrovamenti nelle rovine di Ur testimoniano che l’asfalto
era utilizzato come legante nella costruzione di edifici
• VI secolo a.C, in Azerbaijan: esistono resoconti accreditati di eruzioni naturali di gas e
olio a Baku (qui Zaratustra stabilì il suo culto e Baku divenne uno dei santuari più sacri)
• Persiani e Romani impiegavano il petrolio per l’illuminazione e la costruzione di armi
incendiarie
• 250 d.C., in Cina: i cinesi scoprirono petrolio e gas mentre eseguivano pozzi per il sale
e li utilizzavano per cuocere e per illuminare
• Marco Polo (1298): nel Milione, testimonia i vari usi che venivano fatti del petrolio in
Armenia (per cuocere e per ungere gli animali contro le malattie)
• nel Medioevo, in Europa: il petrolio iniziò ad essere utilizzato in campo medico come
farmaco per curare di tutto, fino alla prima metà del XIX secolo
• 1847, in Azerbaijan: perforazione dei primi pozzi moderni per la ricerca del petrolio
• 27 Agosto 1859, Pennsylvania: data convenuta della nascita dell’industria del petrolio
(Colonnello Edwin Drake)
• 1859–1900: il petrolio è utilizzato principalmente come fonte di illuminazione
• 1900-oggi: estensione dell’utilizzo dei prodotti petroliferi in moltissimi settori
(trasporti, industria, petrolchimica, uso civile)
ORIGINE DEGLI IDROCARBURI
Porosità e Permeabilità
Porosità: grandezza fisica che definisce il
rapporto percentuale tra il volume dei pori
interconnessi e quello totale di una roccia.
Permeabilità: indica la facilità o meno con
cui un fluido riesce a muoversi attraverso i
pori intercomunicanti di una roccia.
ORIGINE DEGLI IDROCARBURI
L’origine di un sistema petrolifero è legata alla presenza simultanea di elementi e
processi necessari per la formazione e l’accumulo degli idrocarburi.
Trappola
Copertura
BACINO
SEDIMENTARIO
Serbatoio
Roccia madre
Elementi:
- la presenza di una roccia madre
- la presenza di una roccia serbatoio
- la presenza di una roccia di copertura
- la formazione di trappole di struttura idonea
Processi:
- generazione degli idrocarburi (condizioni di raggiungimento della "finestra ad olio")
- espulsione e migrazione degli idrocarburi dalla roccia madre verso la roccia serbatoio
- accumulo degli idrocarburi in una roccia serbatoio all'interno di trappola
ORIGINE DEGLI IDROCARBURI
L’accumulo ed il mantenimento della materia organica, insieme ad altri materiali di natura minerale, determina
la genesi di un sedimento ricco in materia organica che costituisce una potenziale roccia madre (1).
- argille, calcari, marne (alta porosità, bassa permeabilità)
- condizioni per la deposizione e conservazione della S.O:
a) alta disponibilità di S.O. (> 0,5% in peso)
b) ambienti anossici
ambienti di mare poco profondo a
circolazione ristretta (Es. calcari e
marne in Arabia Saudita)
Gli idrocarburi sono il prodotto della degradazione termica (2)
della materia organica, sia vegetale che animale, contenuta
nella roccia madre.
La S.O. della roccia madre, con il tempo comincia a subire delle
trasformazioni ad opera di batteri anaerobi che la trasformano in
kerogene, precursore degli idrocarburi.
A temperature basse si ha produzione di idrocarburi liquidi
pesanti (bitume).
A temperature più alte, si producono idrocarburi liquidi sempre
più leggeri e sempre più ricchi in gas.
Al limite dei 180° C circa, si ha produzione solo di metano.
T
ORIGINE DEGLI IDROCARBURI
Accumulo di
petrolio
La migrazione (3) degli idrocarburi nelle rocce
serbatoio consta di due fasi:
a) espulsione dalla roccia madre dovuta alla pressione
litostatica verso rocce più permeabili (migrazione
primaria)
b) spostamento degli idrocarburi all’interno delle rocce
permeabili (migrazione secondaria)
Roccia
permeabile
Roccia
madre
Migrazione primaria
Migrazione secondaria
L’accumulo di idrocarburi (4) è riconducibile alla
concomitanza di tre condizioni fondamentali:
- rocce serbatoio (o reservoir):
- 60% sabbie, arenarie, conglomerati
- 40% rocce carbonatiche (calcari e dolomie)
- rocce di copertura (depositi a grana fine):
- argille, marne, gesso, sale
- trappole
- strutturali
- stratigrafiche
- miste
Trappole strutturali
Trappole stratigrafiche
1: Anticlinale
2: Chiusura contro faglia
3: Chiusura contro duomo salino
4: Pinch-out
4
1
1
2
3
3
ORIGINE DEGLI IDROCARBURI
Esempi di trappole affioranti
CICLO PETROLIFERO
Esplorazione
Le operazioni esplorative iniziano con la prospezione
geofisica mirata all'individuazione dei serbatoi di rocce che
consentono l'accumulo di idrocarburi.
Viene di norma utilizzato un rilevamento sismico a
riflessione che è in grado di ricostruire l'assetto stratigrafico
delle rocce che costituiscono il sottosuolo e in casi favorevoli,
di fornire, tramite ulteriori elaborazioni, anche informazioni
sulla loro struttura litologica e sulla natura dei fluidi in essa
contenuti.
I pozzi esplorativi hanno il compito di accertare se la
trappola contiene idrocarburi, di che tipo e in quale
quantità, e di verificare se il modello geologico del
sottosuolo che è stato adottato sia effettivamente quello
previsto.
Le informazioni necessarie vengono ricavate dall'esame
diretto delle rocce e fluidi (carote e fanghi di
perforazione)
CICLO PETROLIFERO
Sviluppo e Produzione
Per recuperare gli idrocarburi occorre mettere in produzione il giacimento, perforando un numero
ottimale di pozzi di produzione ed installando le attrezzature necessarie per liberare il gas e l'olio
dalle componenti indesiderate (particelle solide, acqua, sali, ecc.) e per separare la fase liquida del
petrolio da quella gassosa
Una volta completato lo sviluppo, iniziano le attività di produzione attraverso le quali, gli idrocarburi
sono estratti dal giacimento, trattati negli impianti e inviati al mercato tramite pipeline o navi.
Durante la vita produttiva, che può durare anche decenni, il giacimento è continuamente monitorato,
vengono effettuati interventi nei pozzi per ottimizzare la produzione e , in alcuni casi, si procede a
progetti di recupero avanzati, con l'iniezione di gas o di acqua, per aumentare la quantità di idrocarburi
recuperabili.
CICLO PETROLIFERO
Stoccaggio del gas naturale e Raffinazione del greggio
In alcuni casi il gas naturale prodotto viene stoccato in giacimenti depletati, appositamente
predisposti, da dove verrà utilizzato successivamente per modulare la quantità di gas da erogare in
funzione dei picchi di consumo stagionali.
La raffinazione è il processo con cui i vari idrocarburi vengono separati in base alla diversa
temperatura di ebollizione, secondo un processo di distillazione frazionata. Si ottengono:
• oli, lubrificanti, paraffine e bitumi
• gasolio
• kerosene
• nafta
• benzine
• prodotti gassosi (metano, etano, propano e butano)
NEL MONDO
IN ITALIA
1860: vengono eseguiti i primi due pozzi
petroliferi (32 e 45 m)
1869: Salsomaggiore è la prima città illuminata
a gas
A partire dagli anni ’40 sono stati rinvenuti oltre
300 giacimenti di idrocarburi
Olio e gas termogenico
- roccia madre argillosa e carbonatica
- roccia serbatoio: carbonatica
Produzione mondiale annua di petrolio (2002)
Gas biogenico
- roccia madre argillosa
- roccia serbatoio: sabbie e arenarie
Giacimento Villafortuna-Trecate
- prime esplorazioni negli anni ‘70
- scoperto nel 1984
- circa 6000 mt. (uno dei più profondi al
mondo)
Giacimento della Val d’Agri
- ricerca iniziata ai primi del ‘900
- scoperto tra il 1986 e il 1994
- giacimento ad olio più importante d’Italia
Produzione mondiale annua di gas naturale (2002)