Lestrazione degli idrocarburi include l'insieme delle tecniche, delle attività e dei processi attraverso cui gli idrocarburi sono prelevati dal sottosuolo, dove si sono accumulati nel corso del tempo geologico (in tempi dell'ordine dei milioni di anni) in corrispondenza di una trappola, individuata durante una prima fase di esplorazione (tramite prospezioni geofisiche, dati di affioramento e di pozzo). Essa costituisce la fonte di alimentazione di tutta l'industria petrolifera.

Processi e attività La generazione degli idrocarburi La generazione degli idrocarburi nel sottosuolo è un processo naturale, non ancora chiarito in tutti i suoi aspetti. Nel tempo si sono sviluppate numerose teorie sull'origine degli idrocarburi, che si possono dividere in due campi principali.: origine abiogenica, dovuta a reazioni chimiche di origine non biologica entro il mantello terrestre, e successiva migrazione entro la crosta. origine biogenica, dal metamorfismo di materiale organico di origine biologica conseguente al seppellimento dei sedimenti che lo contengono.

Tuttavia, è ormai accettato dalla maggioranza degli studiosi e degli operatori industriali del settore che siano con assoluta prevalenza i composti organici di origine biogenica inglobati nei sedimenti, in opportune condizioni di pressione e temperatura, a dare luogo ai diversi tipi di miscele di idrocarburi (gas naturale, oli minerali, cere, bitumi) presenti nei giacimenti conosciuti.. Questa impostazione trova conferma soprattutto nel fatto che gli accumuli di idrocarburi di rilevanza commerciale si trovano sempre entro bacini sedimentari in cui si è avuta la deposizione di materiale organico e che è possibile stabilire precise correlazioni tra gli idrocarburi accumulati nei giacimenti e le "rocce madri", in base alla presenza in entrambi di composti (biomarcatori) di indiscutibile origine biologica; dall'altra parte, le evidenze di inclusioni di idrocarburi entro rocce non sedimentarie e sicuramente non relazionati con serie sedimentarie e materiale biogenico sono molto scarse, e in ogni caso in questi contesti non si ha permeabilità in grado di determinarne la migrazione e l'accumulo..

Dopo la deposizione di una roccia madre, con l'aumento della temperatura e della pressione conseguenti al progressivo seppellimento si ha la graduale trasformazione del materiale organico in cherogene, un idrocarburo solido, complesso e insolubile. Da quest'ultimo, con ulteriore aumento di temperatura e pressione, mediante un processo di cracking si ha la separazione e l'espulsione di idrocarburi più semplici, liquidi nelle fasi iniziali (petrolio) e gassosi (fino a metano) nelle ultime fasi. La generazione avviene a temperature da a per il petrolio (oil window) e da a per il gas naturale (gas window); oltre il cherogene risulta inerte, avendo espulso tutti gli idrocarburi, e resta solamente il carbonio in forma di grafite.. Le miscele idrocarburiche tendono a migrare, sostanzialmente a causa della diversa densità rispetto agli altri fluidi contenuti nelle rocce (soprattutto acqua), fino ad accumularsi in rocce porose e permeabili che costituiscono la roccia serbatoio (o reservoir)..

Tuttavia perché si formi un giacimento sono necessarie diverse condizioni concomitanti.: la presenza di rocce madri nel sottosuolo nella quale le condizioni di pressione e temperatura raggiunte nel corso della storia geologica dell'area abbiano permesso la generazione di idrocarburi.; un flusso di calore tale da determinare temperature sufficienti per indurre la generazione di idrocarburi ma non così elevate da distruggerli.Occorre considerare il target di interesse, se olio o gas. L'olio infatti come già visto tende a degradarsi per cracking a temperature superiori a , quindi se la temperatura di sottosuolo prevista alla quota dell'accumulo è superiore, avremo con maggiore probabilità gas.; una roccia porosa e permeabile che permetta l'espulsione e la migrazione degli idrocarburi dalle rocce madri (che tipicamente sono poco o non permeabili).; la presenza nel sottosuolo di una trappola strutturale, cioè una struttura tridimensionale chiusa verso l'alto (come ad esempio un horst o una piega anticlinale), oppure di una trappola stratigrafica nella quale, entro la roccia reservoir, possano accumularsi gli idrocarburi in ragione della minore densità rispetto alle acque di sottosuolo.; nel caso di miscele bifase (olio e gas), il gas, avendo minore densità e viscosità rispetto all'olio tende a separarsi raccogliendosi in posizione più elevata entro la struttura (gas cap).; una copertura di rocce impermeabili (tipicamente argille o evaporiti), in maniera tale che le miscele idrocarburiche si possano accumulare entro le trappole senza disperdersi verso la superficie.; infine è fondamentale la tempistica nella quale si determinano tutte queste condizioni: maturazione, espulsione, migrazione e messa in posto degli idrocarburi devono avvenire in tempi compatibili con la formazione delle strutture geologiche e quindi delle trappole (ad esempio, se la generazione e la migrazione avvengono prima della formazione o dopo l'erosione a giorno delle strutture che costituiscono le trappole, la probabilità di rinvenire accumuli economici di idrocarburi si riduce notevolmente)..

Il processo di migrazione degli idrocarburi può portare, in assenza di rocce di copertura efficienti o in caso di smantellamento delle trappole dovuto ad eventi geologici di origine tettonica ed erosiva, alla fuoriuscita a giorno degli idrocarburi stessi.. Anche qui si tratta di un processo naturale, in base al quale d'altro canto gli idrocarburi presenti in superficie sono stati riconosciuti e utilizzati dall'uomo fin dall'antichità.

L'esplorazione petrolifera

L'uso del bitume e del petrolio reperibili in superficie per scopi che vanno dalla medicina alle costruzioni, alla navigazione (calafataggio), alla guerra è ampiamente documentato dalle fonti storiche almeno dal primo millennio A.C. in varie parti del mondo (nella Bibbia, l'Arca di Noè è rivestita dentro e fuori di bitume per garantirne l'impermeabilità); gli idrocarburi erano raccolti direttamente in superficie da pozze naturali, miniere e pozzi artificiali poco profondi, e tali sono stati i metodi di coltivazione di queste risorse fino alla metà del XIX secolo.. Il primo pozzo industriale per scopi di produzione di petrolio è del 1859 (Pennsylvania), seguito da una veloce espansione dell'industria estrattiva negli Stati Uniti e in tutto il mondo agevolata, a partire dagli anni 1870-1880, dal rapido sviluppo e dalla sempre maggiore affermazione dei motori a combustione interna.. Tuttavia, fino ai primi anni del XX secolo i metodi di esplorazione si limitavano ad indagare (in modo abbastanza aleatorio) le aree nelle quali già vi erano manifestazioni superficiali di idrocarburi conosciute; in seguito, grazie soprattutto all'impiego di geologi nell'esplorazione petrolifera, si comprese sempre più che gli accumuli di idrocarburi nel sottosuolo seguono generalmente "trend" di tipo strutturale (per esempio sistemi di pieghe anticlinali) oppure deposizionale (per esempio antiche linee di costa sepolte, con sedimenti di spiaggia che sono ottimi reservoir), e che quindi potevano essere applicati all'esplorazione criteri di tipo strutturale o sedimentologico.. L'utilizzo della geologia di superficie per scopi di esplorazione mineraria ha però dei limiti, dovuti alla discontinuità in senso areale e verticale della sedimentazione, alla presenza di discordanze angolari e di lacune stratigrafiche e alla complessità della tettonica, che ne rendono incerta e rischiosa l'estrapolazione al sottosuolo oltre, al più, poche centinaia di metri. La soluzione a queste problematiche venne intorno agli anni 1920-1930, nei quali vennero impiegati per la prima volta metodi di prospezione indiretta come la gravimetria, la magnetometria e la sismica (inizialmente a rifrazione), dando così origine alla moderna esplorazione petrolifera; la storia successiva riguarda il sempre maggiore progresso tecnologico dei metodi di prospezione e l'integrazione sempre maggiore delle discipline di tipo geologico e ingegneristico coinvolte...

All'estrazione in superficie di idrocarburi si arriva al termine di una sequenza di operazioni che parte con una fase esplorativa per individuare potenziali accumuli di idrocarburi nel sottosuolo, nella quale vengono considerati i dati di pozzi preesistenti (se disponibili), di prospezioni sul terreno (volte sia al rilevamento geologico delle rocce e dei terreni, sia alla rilevazione di eventuali tracce di idrocarburi in affioramento)., e soprattutto di prospezioni geofisiche, sia gravimetriche che magnetometriche e sismiche, volte al riconoscimento dell'assetto stratigrafico della successione geologica di interesse e delle strutture geologiche presenti nel sottosuolo.. Viene quindi eseguito uno studio geologico e geofisico regionale (G&G Study) utilizzando i dati disponibili e i risultati delle acquisizioni eseguite.. Le successioni sedimentarie vengono interpretate sismicamente in base ai principi della geologia strutturale, della sedimentologia e della stratigrafia sequenziale allo scopo di individuare la distribuzione orizzontale e verticale di potenziali reservoir e rocce madri.. In base a questi studi vengono individuate le aree di maggiore interesse per la ricerca di idrocarburi. In scala di affidabilità crescente (corrispondenti ai risultati di momenti successivi dell'analisi) abbiamo.:

Play. Si tratta di una regione delimitata geograficamente e stratigraficamente (corrispondente a uno o più intervalli stratigrafici) entro la quale si ritiene esistano fattori geologici favorevoli all'accumulo di idrocarburi. Lead. È un potenziale accumulo di idrocarburi, ancora scarsamente definito, che richiede un'analisi di maggior dettaglio dei dati per essere classificato come un prospect (ad esempio mediante una migliore definizione della struttura e della copertura, l'accertamento della presenza delle rocce madri entro l'area ad una profondità compatibile con la generazione di idrocarburi, una verifica dei possibili pattern di migrazione degli idrocarburi...). Prospect. Un potenziale accumulo di idrocarburi definito in misura sufficiente da costituire un obiettivo affidabile per la perforazione (ad esempio una struttura della quale è stato possibile accertare la chiusura verso l'alto e lateralmente).

Una volta individuato un potenziale giacimento di idrocarburi (prospect), si procede alla perforazione di un pozzo esplorativo., il cui obiettivo è di solito il culmine della trappola, utilizzando appositi impianti di perforazione. Se i risultati della perforazione confermano la presenza di idrocarburi, altri pozzi saranno perforati vicino ai limiti esterni della trappola per stimarne l'estensione (pozzi di appraisal).; altri scopi primari dei pozzi di appraisal sono l'accertamento della quota dei contatti tra i fluidi di giacimento (acqua, olio, gas) e la raccolta di quanti più dati possibile sul reservoir e sui fluidi di giacimento, mediante carotaggi e prove di produzione.. Combinando mediante uno studio di giacimento i dati ricavati dalla perforazione dei pozzi esplorativi e di delimitazione e quelli di prospezione geofisica si potranno valutarne le potenzialità (quantità di idrocarburi in posto e quantità recuperabile) ed eventualmente l'economicità del processo di estrazione..

Lo sviluppo dei giacimenti