Where does oil come from?

According to historians, oil has been known since ancient times, especially in Mesopotamia, Egypt and China. However, the history of oil in the modern era began in 1859. Indeed, in that year, the first oil extraction by drilling was carried out by the American Edwin L. Drake, who was inspired by the techniques of drilling salt wells that were already widely in vogue. This drilling at a depth of 20 meters launches the implementation of innovative technologies for oil extraction around the world. But where does oil come from and what is the process of its formation?

 

Kerogen

Oil, like natural gas, comes from the decomposition of plants and micro-organisms living in aquatic environments (oceans, deltas, lakes, etc.) millions of years ago. These are plants, animals and plankton which first form a biomass, part of which is not destroyed by bacteria, but is deposited at the bottom of these environments. Preserved by the lack of oxygen in the environment, this material mixes with mineral materials to create sedimentation sludge. Over time, this sludge accumulates in successive layers. With heat and pressure, the layers expand and become more and more compact. This process results in the formation of kerogen, a solid compound disseminated in the form of threads within the sediments and composed of carbon and hydrogen.

 

From kerogen to oil

Over the years, the sedimentary layers sink deeper and deeper into the Earth’s crust. Beyond 1000 meters below the ocean floor, the sludge residues solidify into a rock called bedrock that traps kerogen. Buried in turn at between 2500 and 5000 meters, the bedrock undergoes thermal cracking, technically called pyrolysis, under the action of the high temperatures that prevail in this environment. This gives oil which is accompanied by gas. It is a process that lasts tens of millions of years. At more than 5000 meters, the oil in turn cracks and becomes gas.

 

Oil shale

If the bedrock is not sufficiently buried, the kerogen does not undergo pyrolysis.  The fossil fuel thus blocked in the pre-oil stage is then called shale oil. Industrially, it is possible to pyrolysis at 500°C of this oil shale to make oil. If the oil formation process comes to an end, the crude oil initially contained in the source rock migrates. This is said to be primary when water, oil and gas from kerogen are expelled and migrate to a future reservoir rock. Migration is said to be secondary when the mixture, slowly escaping through the permeable sedimentary layers adjacent to the source rock, reaches the first few meters of the soil where it is degraded into bitumen by the action of bacteria. The oil produced is then said to be heavy or extra-heavy. It is accompanied by oil sands. This secondary migration may also be stopped by a cover rock, which induces the formation of a reservoir rock under the cover rock.

 

Criteria for classifying oil

Apart from geographical origin, which is an important classification criterion, there are many other criteria used to categorize oil. Thus, the density, expressed in APIs, makes it possible to classify crude oil from light to extra-heavy. The lighter an oil is, the lower its density and the higher its API index. This is the case for Brent, the benchmark crude oil in the North Sea, whose API is above 30°API. On the other hand, with a score of 10°API, Venezuela’s oil is qualified as extra-heavy. The viscosity of the oil is also measured (the more viscous the oil, the heavier it is). Light oil has the appearance of diesel: this is the case of the Saharan fields. The medium oil deposits are found in the Middle East. As for heavy or extra-heavy oil, it is found in South America. This oil hardly flows at room temperature. Finally, there are bitumen deposits, the main reserves of which are in Canada. Finally, we will mention a final variant of measurement, namely the sulfur content, which makes it possible to distinguish between sweet oil (with a low sulfur content) and sulfurized oil.

Selon les historiens, le pétrole est connu depuis l’antiquité, notamment en Mésopotamie, en Égypte et en Chine. Toutefois, l’histoire du pétrole à l’ère moderne a commencé en 1859. En effet, cette année-là, la première extraction de pétrole par forage est effectuée par l’Américain Edwin L. Drake qui s’inspire, pour cela, des techniques de forage de puits de sel déjà largement en vogue. Ce forage à une profondeur de 20 mètres, lance la mise en place de technologies novatrices pour l’extraction du pétrole dans le monde. Mais d’où vient le pétrole et quel en est le processus de formation ?

Le kérogène

Le pétrole, comme le gaz naturel, provient de la décomposition des plantes et des organismes microscopiques vivant dans les milieux aquatiques (océans, deltas, lacs, etc.) voici des millions d’années. Il s’agit de végétaux, d’animaux, de planctons qui forment d’abord une biomasse dont une partie non détruite par les bactéries, se dépose au fond de ces milieux. Préservée par la pauvreté du milieu en oxygène, cette matière se mélange à des matières minérales pour créer des boues de sédimentation. Au fil du temps, ces boues s’accumulent par couches successives. Avec la chaleur et la pression, les couches augmentent et deviennent de plus en plus compactes. Ce processus aboutit à la formation du kérogène, un composé solide disséminé sous la forme de filets au sein des sédiments, et composé de carbone et d’hydrogène.

Du kérogène au pétrole

Au fil des années, les couches sédimentaires s’enfoncent de plus en plus dans la croûte terrestre. Au-delà de 1000 mètres sous le plancher océanique, les résidus de boues se solidifient en une roche appelée roche-mère qui piège le kérogène. Enfouie à son tour à entre 2500 et 5000 mètres, la roche-mère subit un craquage thermique, techniquement appelé pyrolyse, sous l’action des hautes températures qui règnent dans ce milieu. Ceci donne le pétrole qui est accompagné de gaz. C’est un processus qui dure des dizaines de millions d’années. À plus de 5000 mètres, le pétrole à son tour craque et devient du gaz.

Les schistes bitumineux

Si la roche-mère n’est pas suffisamment enfouie, le kérogène ne subit pas de pyrolyse.  L’on appelle alors le combustible fossile ainsi bloqué au stade d’avant-pétrole, le schiste bitumineux. Industriellement, il est possible de faire subir une pyrolyse à 500°C à ce schiste bitumineux afin d’en faire du pétrole. Dans le cas où le processus de formation du pétrole arrive à son terme, le pétrole brut initialement contenu dans la roche-mère  effectue une migration. Celle-ci est dite primaire lorsque l’eau, le pétrole et le gaz issus du kérogène sont expulsés et migrent vers une future roche-réservoir. La migration est dite secondaire quand le mélange, s’échappant lentement à travers les couches sédimentaires perméables jouxtant la roche-mère, arrive à atteindre les premiers mètres du sol où il est dégradé en bitumes sous l’action des bactéries. Le pétrole produit est alors dit lourd ou extra-lourd. Il est accompagné de sables bitumineux. Il arrive aussi que cette migration secondaire soit stoppée par une roche-couverture, ce qui induit la formation d’une roche-réservoir sous la roche-couverture.

Les critères de classification du pétrole

En dehors de la provenance géographique qui est un important critère de classification, de nombreux autres critères permettent de catégoriser le pétrole. Ainsi, la densité, exprimée en API, permet de classer le pétrole brut de léger à extra-lourd. Plus un pétrole est léger, plus sa densité est faible et plus son indice API est élevé. C’est le cas du Brent, brut de référence en mer du Nord, dont l’API est supérieur à 30°API. A contrario, avec un score de 10°API, le pétrole du Venezuela est qualifié d’extra-lourd. L’on mesure également la viscosité du pétrole (plus le pétrole est visqueux, plus il est dit lourd). Le pétrole léger a l’aspect du gazole : c’est le cas des gisements sahariens. Les gisements de pétrole moyen se retrouvent au Moyen Orient. Quant au pétrole lourd ou extra-lourd, il se retrouve en Amérique du Sud. Ce pétrole ne coule pratiquement pas à température ambiante. Enfin, l’on a les gisements de bitume dont les principales réserves se situent au Canada. Nous citerons pour finir une dernière variante de mesure, à savoir la teneur en soufre, qui permet de distinguer le pétrole doux (à faible teneur en soufre) du pétrole sulfuré.

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