thumb|Skisse av et petroleumsreservoar. Skalaen i figuren er ikke korrekt. Et petroleumsreservoar eller hydrokarbonreservoar er en avgrenset naturlig forekomst av petroleum, lagret under jorden i en porøs eller oppsprukket bergart. Et reservoar kan karakteriseres som et gass- eller oljereservoar, etter den dominerende væskefasen i reservoaret.
Norske myndigheter bruker også betegnelsen petroleumsforekomst dersom hydrokarbonene i reservoaret er i trykk-kommunikasjon.
De fleste reservoar er funnet i sedimentære bergarter, der mellomrom mellom bergartspartiklene, porene, er fylt med væske: gass, olje og vann. Slike bergarter er kjent som reservoarbergarter. Hydrokarboner kan imidlertid også finnes i oppsprukne magmatiske og metamorfe bergarter. I fagområdet petroleumsgeologi studerer en hvordan geologiske prosesser har bidratt til å danne, transportere og lagre petroleum i naturen.
Hydrokarbonene er dannet ved nedbryting og omforming av organisk materiale i en dyptliggende kildebergart. Vanligvis vil hydrokarbonene ha migrert fra kildebergarten oppover og inn i reservoaret, og bergartene må være både porøse og permeable for at transporten skal kunne skje. I reservoaret har gass og olje blitt fanget ved at tette takbergarter stenger veien videre. Under gassen og oljen i reservoaret er porene vannfylte, med en rekke salter oppløst i vannet. Kartlegging av petroleumsreservoar involverer mange fagspesialister, i fag som geofysikk, geologi, petrofysikk, kjemiteknikk og reservoarteknologi.
Størrelsen på en petroleumsforekomst blir gitt i en volumenhet, som standardkubikkmeter eller fat. Tilstedeværende volum kalles ressurser, mens reserver er et mål for de volumene som er teknisk og økonomisk produserbare.
En rekke petroleumsreservoar er funnet og satt i produksjon utenfor kysten av Norge. Det første feltet som ble funnet var Ekofiskfeltet, med produksjonsstart i 1971. Det største feltet på norsk sokkel er Statfjord. Til nå (2022) er over 7000 brønner boret i norsk område. Det største oljereservoaret i verden er Ghawar i Saudi-Arabia, mens det største gassreservoaret er South Pars, delt mellom Qatar og Iran. Det største offshorefeltet i verden er Safaniya, også det i Saudi-Arabia.
Ordet reservoar har opphav i det franske ordet «reservoir», som betyr «tank».
Dannelse av et petroleumsreservoar Avsetting av biologisk materiale I havet eller i vannrikt miljø på land vil grus, sand og leire kunne bli transportert av strømmer i vannet, men etter som strømningshastigheten avtar vil partiklene falle til ro på bunnen som sedimenter. Dersom klima og miljø er gunstig, vil sedimentene kunne inneholde en høy andel biologisk materiale, rester etter organismer som har levd i eller nær vannet. Hydrokarboner er dannet ved at planterester og mikroskopiske organismer er brutt ned og omformet etter at de er avsatt sammen med sedimenter.
Tre typer biologisk materiale kan gi opphav til petroleum:
I ferskvann i varmt klima kan det leve store mengder alger, som kan bli kilde til høykvalitets olje med et visst innhold av voks. På havbunnen kan det avsettes rester etter plankton, alger og bakterier. Mesteparten av oljeforekomstene på jorda har marint opphav. På landjorda kan pollen, sporer og planterester bli avsatt i sumpområder. Slikt materiale vil ofte gi opphav til tørr gass, som metan.
I tillegg til mengden er det viktig at det biologiske materialet blir bevart i sedimentet og ikke umiddelbart brytes ned. Et miljø med lite oksygen og/eller stor avsetning av sedimenter vil være gunstig for bevaring.
Etter som tiden går vil det biologiske materialet bli begravd under et stadig tykkere lag sedimenter. Samtidig vil både trykk og temperatur øke og bidra til en omforming av materialet. Sedimentene, som opprinnelig var løsmasser, vil gradvis konsolideres til sedimentære bergarter.
Små forekomster av ikke-organiske hydrokarboner kan også forekomme i jordskorpen, men volumene er så små at disse ikke vil være kommersielt drivverdige. En forekomst i en magmatisk bergart er funnet ved Dyvika, øst for Arendal.
Omdanning til petroleum Mens sedimentlagene ennå befinner seg på grunt dyp, under tilnærmet normal trykk og temperatur, vil det biologiske materialet bli omdannet ved diagenese. Dette omfatter nedbryting forårsaket ved bakterier og også fysisk/kjemisk omdanning. Det organiske materialet gir fra seg metan, karbondioksid og vann, og en kompleks blanding av hydrokarboner kalt kerogen blir igjen. Kerogen lar seg ikke løse i vanlige løsningsmidler for olje.
Etter som temperatur og trykk i sedimentet øker, vil kerogenet modne og vil kunne frigi olje og gass i en prosess kalt katagenese. Kerogenet må ha nådd en temperatur omkring 65 °C før olje kan dannes. I en tidlig fase vil det avgis tunge oljemolekyler, men dersom temperaturen stiger ytterligere vil det frigis lettere og lettere olje. Ved høy temperatur vil også den tyngre oljen som er blitt frigitt bli brutt ned til lettere komponenter, i en krakking-prosess. Ved fortsatt temperaturøkning avtar dannelsen av olje, og det blir i stedet frigjort gass.
Ved høy temperatur og trykk gjennomgår kerogenet den siste fasen, kalt metagenese, der den siste rest av hydrokarboner blir avgitt. Ved temperaturer over ca. 175 °C avgis tørr gass, vanligvis bare metan. Skulle temperaturen nå så høyt som til 230 °C, så vil alle hydrokarboner bli brutt ned og ødelagt. Det som blir igjen er en rest av nesten ren karbon, i form av grafitt.
Temperaturintervallet der olje og gass kan dannes svarer til et dybdeintervall i jordskorpa der vilkårene for petroleumsdannelse vil være til stede. Dette intervallet kalles gjerne oljevinduet eller oljekjøkkenet. Dybdeintervallet kan variere mye lokalt, men vil typisk ligge omkring 2000 - 4500 meter. I tillegg til temperaturen vil også tiden være en viktig faktor for modningen av kerogenet: Dess lenger tid det organiske materialet har vært utsatt for en viss temperatur, dess mer modent blir det.
Kildebergarter En kildebergart er en sedimentær bergart som er eller var i stand til å generere en stor mengde hydrokarboner. En typisk kildebergart er en organisk rik skifer, fra olivengrå til svart i fargen. En viktige kildebergart i Nordsjøen er skiferen som på engelsk side kalles Kimmeridge og på norsk side Draupne. Også kullsekvenser i Brent er viktige kilder.
Under leting etter olje og gass vil det være viktig å fastslå modningsgraden av kerogen i en mulig kildebergart, for å kunne si noe om potensialet for at denne har avgitt hydrokarboner.
Migrasjon thumb|Migrasjon av olje fra en kildebergart inn i en felle Gass og olje som er frigjort fra kerogen vil på grunn av tetthetsforskjeller migrere oppover i sedimentlagene, dersom permeabiliteten er tilstrekkelig høy. Transporten ut av kildebergarten og inn i et overliggende lag kalles primær migrasjon, mens sekundær migrasjon er transport videre oppover i lagene over kildebergarten. Mens sekundær migrasjon er relativt godt forstått, mangler det mye på å forstå prosessene i primær migrasjon.
Mesteparten av hydrokarbonene som er dannet vil migrere helt til overflaten og vil bli nedbrutt der, i havet eller på land.
Feller thumb|left|Øverst en strukturell felle dannet av en antiklinal. Nederst en stratigrafisk felle dannet av en ukonformitet I en felle er den overliggende kappebergarten tett, og hydrokarbonene blir fanget i et petroleumsreservoar. Fellen var opprinnelig vannfylt, men vannet vil bli fortrengt av hydrokarboner som migrerer inn i fellen. På grunn av kapillarkrefter vil ikke alt vann lar seg fortrenge, slik at porene i reservoaret alltid inneholder en viss andel vann. Fordelingen av gass, olje og vann i reservoaret vil ofte være bestemt av en statisk likevekt mellom tyngdekrefter og kapillarkrefter.
Det laveste punktet i en felle der hydrokarboner er fanget kalles spillpunktet.
Feller kan deles inn i tre hovedtyper:
Strukturelle feller er dannet ved tektonisk aktivitet, slik som foldning og forkastningsdannelse. En foldningsdannelse der lagene danner en bue oppover kalles en antiklinal, og mange reservoar er dannet i slike, for eksempel Ekofisk. Feller i tilknytning til diapirer, for eksempel saltdomer, kan bli inkludert i denne gruppen, men kan også karakteriseres som en egen type. Stratigrafiske feller er dannet ved endringer i litologi, det vil si bergartstyper. Stratigrafi er læren om lagdeling i bergartene. Endringer i egenskaper til lagene kan oppstå under avsetning eller kan skyldes omdanning etter avsetning. Mange stratigrafiske feller er knyttet til en ukonformitet - en laggrense som markerer er brudd i sedimentasjonen og som ikke er konform med underliggende lag. Stratigrafiske feller er vanskeligere å finne enn strukturelle. Hydrodynamiske feller oppstår når nedadgående strømmer av vann hindrer at hydrokarbonene får strømme oppover. Slike feller er sjeldne.
Mange reservoar vil være dannet som en kombinasjon av flere typer.
Leting og undersøkelsesmetoder
Leting etter petroleumsforekomster er svært tidkrevende og kostbart. Arbeidet med å kartlegge et leteområde utføres av geofysikere og geologer. Etter at det er boret brønner vil også andre faggrupper være involvert.
Seismisk undersøkelser I en seismiske undersøkelser blir lydbølger brukt til å kartlegge jordkorpen. Undersøkelsesmetoden er svært viktig både i letefasen og i produksjonsfasen for et reservoar. Seismikk kan gi informasjon om stratigrafien og om forkastninger i jordskorpen, og i en letefase kan mulige feller oppdages.
Den innsamlede datamengden fra en seismisk undersøkelse må gå gjennom en omfattende prosessering før den kan bli gjenstand for seismisk tolkning og analyse.
Skilleflaten mellom gass og væske i reservoaret kan opptre som en horisontal refleksjonsflate i seismikken, en såkalt «flatspot». Vanligvis vil et skifte i bergartstype ikke være helt horisontal, og en flatspot kan derfor være en indikasjon på et positivt funn. Oppdagelsen av en flatspot var viktig for funnet av Ormen Lange-reservoaret.
I tillegg til informasjon om reservoargeometri kan seismikk også gi opplysninger om bergartsegenskaper i reservoaret. Seismiske data kan brukes til å kartlegge både facies (bergartstyper) og egenskaper som porøsitet.
I produksjonsfasen av et reservoar kan gjentatt seismisk innsamling brukes til å tolke væskebevegelser i reservoaret. Gjentatt seismisk innsamling kalles 4D-seismikk, etter som den er utført i tre romdimensjoner og tid.
Gravimetriske undersøkelser I gravimetriske undersøkelser kartlegges variasjoner i det naturlige gravitasjonsfeltet. Variasjonene kan skyldes tetthetsforskjeller i jordskorpa og kan dermed gi informasjon om berggrunnen. Salt vil for eksempel ha vesentlig lavere tetthet enn andre bergarter. Gravimetri brukes sjelden til detaljert analyse, men metoden kan gi informasjon om storskala-arkitektur i berggrunnen.
Elektromagnetiske undersøkelser Elektromagnetiske undersøkelser kan gjennomføres både basert på variasjon i den naturlige elektromagnetiske strålingen og ved hjelp av indusert elektromagnetisme. Jorda er en naturlig magnet, og det magnetiske feltet vil bli påvirket av berggrunnen.
Leteboring En mulig felle vil først kunne bekreftes ved boring av en eller flere letebrønner. På havet vil en bruke spesielle leterigger for å utføre boringen. Etter at et reservoar er oppdaget kan avgrensningsbrønner brukes til å kartlegge utstrekningen av reservoaret.
Formasjonsevaluering Formasjonsevaluering brukes som samlebegrep for alle målinger og analyser som utføres i en brønn. Under boring av en brønn gjennomføres mudlogging ved at borekaks som føres til overflaten av borevæsken analyseres fortløpende. Borekaks er knust steinmasse fra boreprosessen. Mudlogging gir informasjon om bergarter og om væskeforhold i brønnen.
Etter at en brønn er boret brukes brønnlogging til å måle variasjon i egenskaper langs brønnen. I en loggeoperasjon slepes måleinstrumenter etter en wire gjennom brønnen og registrerer ulike egenskaper som funksjon av dyp.