Hydrocarbon migration and seal properties sensitivity analysis by applying ID/2D/3D basin modeling, Patraikos gulf, Western Greece = Ανάλυση ευαισθησίας μετανάστευσης υδρογονοανθράκων και ιδιοτήτων πετρωμάτων καλυμμάτων με την εδαρμογή μοντελοποίησης λεκάνης ID/2D/3D, Πατραϊκο κόλπος, Δυτική Ελλάδα.

Περίληψη

This dissertation reviews the geological evolution of Western Greece by presenting the most external geotectonic zones, Gavrovo-Tripolis, Ionian, and Pre-Apulian (Paxos). Furthermore, there is a special emphasis on the internal Ionian Zone. The zone comprises Triassic evaporites to Jurassic-Upper Eocene carbonate sediments, and minor cherts, and shales. The Mesozoic sequence is overlain by the characteristic Oligocene turbidite sediments (flysch) of the area and the Miocene to present-day clastic sediments. Three organic-rich intervals of the Mesozoic sequence were used as potential source rocks for the present study. These are the Triassic shales which are dominated by kerogen type I organic matter, the Middle-Upper Jurassic shales, known
as Posidonia beds, dominated by kerogen II organic matter and the Lower Cretaceous shales, known as Vigla shales, which are also dominated by kerogen type II organic matter. A detailed basin modeling study is presented, considering the western Patraikos Gulf area. A variety of applied values were chosen based on data provided by Hellenic Petroleum S.A. and previous papers. Integrated analysis with 1D/2D/3D basin models is presented to better understand the petroleum system activity of the area. Burial history, thermal maturity, timing and extent of petroleum generation and expulsion, migration, and accumulations were modeled for the three source rocks. Based on the modeling results, the most conservative scenario suggests increasing maturity trend as following: Vigla shales < Posidonia beds < Triassic shales. Triassic shales are considered the most important source rock of the area with the capability to generate significant quantities of oil and gas, while Vigla shales, due to its limited expulsion generated low quantities of oil and often do not contribute to the trapped hydrocarbons as modeled. Posidonia beds generated and expelled low quantities of oil. Sensitivity analysis, considering the thermal regime, rifting stage, seal properties, and source rock properties, was also conducted. The analysis was applied to 2D/3D modeling with outcomes of maturation modeling, migration, and hydrocarbon trapping possibilities. The analysis is also separated into two parts. In the first part, the models of various thermal regimes (increasing heat flow value) and rifting stage scenarios result in changes in the maturity level for all three source rocks thus, increasing the trapping hydrocarbons. In the second part, the models of various seal and source rock properties scenarios keep the maturity level constant. However, the increase in the applied values resulted in an increase in the trapped hydrocarbons. No change in the migration process is noticed for the different models.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αξιολογεί την γεωλογική εξέλιξη της Δυτικής Ελλάδας παρουσιάζοντας τις εξωτερικές ζώνες, Γαβρόβου-Τρίπολης, Ιονίου και Παξών (Προ-Απούλιας). Επιπλέον, έχει δοθεί μεγαλύτερη έμφαση στην εσωτερική Ιόνια ζώνη. Η ζώνη αυτή αποτελείται από Τριαδικούς εβαπορίτες και Ιουρασικά-Άνω Ηωκαινικά ανθρακικά ιζήματα με ελάχιστες ποσότητες πυριτικών και σχιστής αργίλου. Η Μεσοζωική ακολουθία υπόκειται των χαρακτηριστικών Ολιγοκαινικών τουρβιδιτικών ιζημάτων (φλύσχης) της περιοχής και τα Μειοκαινικά έως σημερινά κλαστικά ιζήματα. Τρία πλούσια σε οργανικό υλικό στρώματα της Μεσοζωικής ακολουθίας χρησιμοποιήθηκαν ως μητρικά πετρώματα για τον σκοπό αυτής της μελέτης. Αυτά είναι τα Triassic shales που περιέχουν οργανική ύλη κηρογόνου τύπου Ι, την Μέσο-Άνω Ιουρασική σχιστή άργιλο, γνωστή ως Posidonia beds που φιλοξενούν οργανική ύλη κηρογόνου τύπου ΙΙ και την Κάτω Κρητιδική σχιστή άργιλο, γνωστούς ως Vigla shales, που επίσης περιέχουν οργανική ύλη κηρογόνου τύπου ΙΙ. Παρουσιάζεται μια λεπτομερής μοντελοποίηση λεκάνης, λαμβάνοντας υπόψη τον δυτικό Πατραϊκό Κόλπο. Πληθώρα εφαρμοσμένων τιμών επιλέχθηκαν βασισμένες σε δεδομένα που παραχωρήθηκαν από τα Ελληνικά Πετρέλαια Α.Ε. και από προηγούμενες εργασίες που μελετήθηκαν. Μία λεπτομερής ανάλυση με μοντέλα λεκάνης 1D/2D/3D παρουσιάζεται για την καλύτερη κατανόηση της δραστηριότητας του πετρελαϊκού συστήματος της περιοχής. Το ιστορικό ταφής, η θερμική ωρίμανση, το χρονοδιάγραμμα και η έκταση της γένεσης και αποβολής των υδρογονανθράκων, η μετανάστευση και οι συγκεντρώσεις μοντελοποιήθηκαν και για τα τρία μητρικά πετρώματα. Βάσει των αποτελεσμάτων, το πιο συντηρητικό σενάριο υποδηλώνει αύξηση της τάσης ωρίμανσης ως εξής: Vigla shales < Posidonia beds < Triassic shales. Έτσι τα Triassic shales θεωρούνται ως το πιο σημαντικό μητρικό πέτρωμα της περιοχής, ενώ τα Vigla shales, εξαιτίας περιορισμένης αποβολής υδρογονανθράκων, συχνά δεν συμμετέχει στους παγιδευμένους υδρογονάνθρακες. Τα Posidonia beds γεννούν και αποβάλλουν μικρές ποσότητες πετρελαίου. Πραγματοποιήθηκε επίσης ανάλυση ευαισθησίας, λαμβάνοντας υπόψη το θερμικό καθεστώς, το στάδιο rifting και τις παραμέτρους των καλυμμάτων και των μητρικών πετρωμάτων. Η ανάλυση εφαρμόστηκε σε μοντελοποίηση 2D/3D με αποτελέσματα από μοντέλα ωρίμανσης, μετανάστευση και δυνατότητες παγίδευσης υδρογονανθράκων. Η ανάλυση χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος τα μοντέλα από ποικίλα σενάρια ως προς το θερμικό καθεστώς (αυξανόμενη τιμή θερμικής ροής) και το στάδιο rifting οδηγούν σε αλλαγές του επιπέδου ωρίμανσης και των τριών μητρικών πετρωμάτων, αυξάνοντας έτσι και τους παγιδευμένους υδρογονάνθρακες. Στο δεύτερο μέρος, τα μοντέλα διαφόρων σεναρίων για τις ιδιότητες των καλυμμάτων και των μητρικών πετρωμάτων διατηρούν σταθερό το επίπεδο ωρίμανσης. Ωστόσο, η αύξηση των εφαρμοσμένων τιμών έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των παγιδευμένων υδρογονανθράκων. Δεν παρατηρείται αλλαγή στην διαδικασία μετανάστευσης για τα διαφορετικά μοντέλα.