Referent : Vladimir Li

1. Die Anwendung der Geophysik bei der Suche nach Erdöl und ErdgasIngenieurgeophysik / Geothermie SS 2010 FG Geohydraulik und IngenieurhydrologieProf. Dr. rer. nat. Manfred Koch Referent: Vladimir Li

2. Inhaltsverzeichnis Die Entstehung von Erdgas und Erdöl und Bildung von Lagerstätten 1.1 Erdgas aus Landpflanzen 1.2 Erdöl aus Kleinstlebewesen 1.3 Langsame Entstehungsprozesse 1.4 Zusammensetzung von Erdgas und Erdöl 1.5 Ansammlung in Lagerstätten Suche mit geophysikalischen Verfahren 2.1 Gravimetrische Verfahren 2.2 Magnetische Verfahren 2.3 Geoelektrik 2.4 Seismische Verfahren 2.5 Datenverarbeitung im Rechenzentrum und Auswertung der Messergebnisse 3. Erdgas – Erdölgewinnung 3.1 Förderung 3.2 Aufbereitung Geothermische Energie aus Sedimentgesteinen 4.1 Neue Erschließungskonzepte 4.2 Perspektiven des neuen Verfahrens

3. Erdgas und Erdölbildung Erdöl aus Kleinstlebewesen Erdgas aus höheren Landpflanzen

4. Erdgas und Erdöl sind vor vielen Millionen Jahren (ca. 20 bis 200 Mio. Jahren) aus großen Mengen abgestorbenen und abgesunkenen Planktons - das sind frei im Meer schwebende, einzellige und auch größere vielzellige pflanzliche und tierische Lebewesen - entstanden. Erdgas enthält also die Energie der Sonne, die in Pflanzen und Tieren gespeichert und über lange Zeiträume in Kohlenwasserstoffe umgewandelt wurde Im Laufe weiterer Jahrmillionen wurden die so am Meeresgrund entstandenen Faulschlammschichten von undurchlässigen Gesteinsschichten (Sedimenten) überdeckt. Unter Sauerstoffabschluss entstand durch bakterielle Zersetzung, Gärung und andere chemische Prozesse Erdölmuttergestein und daraus Bitumen, Erdöl und Erdgas. Erdgas ist aber auch als Folgeprodukt der Steinkohle bekannt. • Beim Absinken ausgereifter Kohlelagerstätten in tiefere Zonen erfolgte eine Nachinkohlung bei höherem Druck und höheren Temperaturen. Dabei wurde Erdgas freigesetzt. In die heutigen Lagerstätten stieg Erdgas durch Wanderung (Migration) bis zu undurchlässigen, abdeckenden Gesteinsschichten auf. Der charakteristische Aufbau und die vielfältige Zusammensetzung der Moleküle hauptsächlich aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und auch Stickstoff (N) weisen auf die Entstehung von Erdgas aus organischem Material hin.

5. Entstehungsprozesse Erdgas bildet sich bei Temperaturen zwischen 120° und 180° C etwa 4.000 bis 6.000 m unter der Erdoberfläche. Für die Bildung von Erdöl liegt die optimale Temperatur zwischen 65° und 120° C, wie sie in einer Tiefe von 2.000 bis 4.000 m herrscht. Erdöl kommt meist mit Erdgas und Salzwasser in den Speichergesteinen vor. Aufgrund der unterschiedlichen Gewichte wird Gas am höchsten Punkt der Lagerstätte zu finden, gefolgt von Erdöl und dann Wasser

6. Zusammensetzung von Erdgas und Erdöl Erdgas besteht vor allem – im Normalfall zu etwa 90 % – aus Methan (CH4). Neben Bestandteilen an höheren Kohlenwasserstoffen wie Äthan, Propanund Butan sind fast immer nicht brennbare Bestandteile wie Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) vorhanden. Etwa 40 % der inländischen Erdgasreserven enthalten in unterschiedlich hohen KonzentrationenSchwefelwasserstoff (H2S), der aus demErdgas entfernt werden muss, bevor es verbraucht werden kann. Erdöle sind Gemische aus Kohlenstoff- und Wasserstoffverbindungen, die je nach Anzahl der in ihnen enthaltenen Kohlenstoffatome leichtflüssige oder schwerflüssige bis feste Substanzen sind.

7. Ansammlung in Lagerstätten 1 Unter einer Aufwölbung (Antiklinale) 2 In einem Korallenriff 3 Unter übergreifenden Schichten(Diskordanz) 4 An einer Salzstockflanke 5 Unter einem Salzstocküberhang 6 An einer gegensinnigen Abschiebung 7 Scheitellagerstätte Wegen der unterschiedlichen Dichte befindet sich in einer Lagerstätte das Erdgas immer über dem Öl und unter dem Erdöl das Wasser. Wird Öl und Gas gefördert, füllt aufsteigendes Wasser die Poren und verhindert so ein Einbrechen der darrüberliegenden Erdoberfläche.

8. Der Ursprung des Erdöls Thermisch gereifte organische Substanz Organismenreiches Muttergestein Öl

9. Die Herausforderung der Erdölexploration Interpretation des Unsichtbaren Oberflächengeologie -Luftaufnahmen -Geologische Karten Untergrundanalyse -Gravimetrie -Magnetik -Reflexionsseismik -Bohrungen

10. Suche mit geophysikalischen Verfahren Gravimetrische Verfahren - Strukturerkundung und Aufsuchung von Ölfallen und Riffen Ausgangspunkt aller gravimetrischen Messungen ist das Gravitationsgesetz (1786 von I. Newton veröffentlicht): , G = 6,67.10-11 Nm2kg-2... Gravitationskonstante Gravimetrische Messungen: Messungen der relativen Änderungen des Schwerefeldes der Erde

11. Das Schwerefeld der Erde, das mit Hilfe eine Gravimeters gemessen werden kann, wird durch die verschiedenen Dichten der Gesteine in der Erdkruste beeinflußt.Durch das gravimetrische Verfahren (Name wegen Gravitation = Erdanziehungskraft) werden die Unterschiede in der Erdanziehung festgestellt. Die Ursache hierfür ist dass jedes Gestein ein spezifisches Gewichthat.Jedoch sind die Messergebnisse bei Schweremessungen immer mehrdeutig und lassen daher nicht eindeutig aufErdölvorkommen schließen. Es wird daher nur als Richtlinie angesehen. Durch die relativ hohe Unsicherheit findet dieses Verfahren nicht allzu häufige Anwendung.

12. Magnetische Verfahren Anwendungen- Suche und Erkundung von Gesteinsvorkommen (z.B. Magmatite) sowie insbesondere  von Erzlagerstätten bzw. lithologischer Gliederung- Erkundung von Störungszonen bei kristallinem Untergrund Geoelektrischer Vertikalschnitt – Erkundung einer Tonlagerstätte

13. Magnetische Messungen: Messungen der relativen Änderungen des Magnetfeldes der Erde Magnetometer zur Messung des Erdfeldes

14. GEOELEKTRIK Elektrische Ströme im Erdinnern werden durch Stromsysteme in der Ionosphäre/Magnetosphäre und durch die Strahlung von Blitzen hervorgerufen. Die in der Natur vorkommenden elektrischen Widerstände sind sehr gesteinsabhängig und umfassen viele Größenordnungen Sedimentgesteine - In Sedimenten können Erdöl und Erdgas entstehen (Erdölmuttergestein), die dann in ein Erdölspeichergestein ausgepresst werden können.

15. Über Elektroden wird in den Untergrund ein Strom geschickt Messung der Spannungsverteilung erlaubt Rückschlüsse auf Untergrundstrukturen

16. SEISMISCHE VERFAHREN Reflexionsseismik Refraktionsseismik Bei der Suche nach Erdöl und Erdgas wird Reflexionsseismik angewendet.

17. Schematische Darstellung der 3DSeismik

18. Das Prinzip der Seismik besteht darin, an der Erdoberfläche oder nahe der Meeresoberfläche Schallwellen zu erzeugen und deren Echo von den verschiedenen Gesteinsschichten des Untergrundes aufzufangen. Je nach Dichte und Beschaffenheit des Gesteins fallen die Reflexionen unterschiedlich aus. Poröses Gestein – und nur in diesem kann Gas und Öl vorkommen – absorbiert Schallwellen, hartes Gestein reflektiert sie. Ein Geophon besteht im Kern aus einer von Federn gehaltenen Spirale in einem Magnetfeld. Es wandelt die Schallwellen in elektrische Impulse um, die dann in einer zentralen Messstation digital aufgezeichnet werden.

19. ERREGUNG SEISMISCHER WELLEN Energievergleich ver-schiedener Anregungsquellen für seismische Signale (Reflexions-und Refraktionsseismik)

20. Vibratoren bei Vibroseis

21. Datenverarbeitung im Rechenzentrum In 3D-Räumen werden die Ergebnisseder Seismik visualisiert.

22. Erdgas – Erdölgewinnung Weltweit ist Erdöl mit einem Anteil von ca. 35 % am Primärenergieverbrauch nach wie vor wichtigster Energieträger Erdgas ist mit einem Anteil von etwa 24 % am Welt-Primärenergieverbrauch hinter Erdöl und Hartkohle drittwichtigster Primärenergieträger.

23. Erdgas ist aus geologischer Sicht in ausreichender Menge vorhanden, um noch über Jahrzehnte die absehbare Versorgung der Verbraucher zu gewährleisten Die wachsenden Aktivitäten zur Produktion synthetischer Kraftstoffe aus Erdgas (GTL) könnten dem Erdgasmarkt künftig ein gewisses Potenzial entziehen. Die Entwicklung des Ölpreises ist nicht vorhersagbar Erdöl kann nicht mehr in absehbarer Zukunftdie zu erwartetende Nachfrage decken Alternativen für Erdöl zu etablieren

24. Petrochemische Produkte Mehr als 3000 Produkte • Waschmittel Kosmetik • Düngemittel Unkrautvernichter • Medizin Antiseptika Anästhetika • Plastik Synthetische Fasern • Synthetisches Gummi • Rostschutzmittel • Flüssiggas

25. Geothermische Energie aus Sedimentgesteinen In fast allen Regionen Deutschlands lässt sich Tiefengestein zur geothermischen Energieversorgung nutzen Auch in Sedimentgestein lassen sich mit hohem Wasserdruck beständige Gesteinsrisse erzeugen Neues Verfahren benötigt nur eine einzige Bohrung

26. Neue Erschließungskonzepte Zyklisches Konzept Tiefenzirkulation Beim Zyklischen Verfahren wird Wasser in den Zielhorizont eingeleitet, dort für eine zeit zum Erwärmen belassen und ausschließend aus dem gleichen Horizont wieder gefördert. Für das Tiefenzirkulationsverfahren wurden die Sandsteinschichtenüber eine einzige Bohrung erschlossen. Durch das Risssystem konnte eine hydraulische Zirkulation erreicht werden

27. Auch in Sedimentgesteinen lassen sich mit hohem Wasserdruck Risse erzeugen. Entscheidende Faktoren bei der Bildung dieser Zugrisse sind die Scherspannung und die Rauigkeit des Gesteins. Die vorgestellten geothermischen Systeme können Wärme in einer Größenordnungzur Verfügung stellen, die zur Versorgung größerer Gebäudekomplexe und ähnlicher Verbraucher ausreicht. Mit den Ergebnissen von Horstberg konnten die ursprünglichen Bedenken der Geologen aus der Öl- und Gasindustrie ausgeräumt und Erschließungskonzepte für Sedimentgesteine entwickelt werden. Die Erkenntnisse sind auf viele Regionen übertragbar.

28. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Literatur: Freie Universität Berlin : geophysik.fu-berlin.de Erdölphysik: MAG. ELISABETH WILLAU LEHRBUCH DER GEOPHYSIKALISCHEN METHODEN ZUR ERKUNDUNG VON ERDÖLVORKOMMEN von PROFESSOR L.W. SOROKIN Angewandte Geowissenschaften von Friedrich Bender, Band 4 Angewandte Geophysik von H.Militzer und F. Weber Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e.V.: erdgas – erdölentstehung• suche • förderung Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Gubkin Russian State University of Oil and Gas has won the status of the National Research University Das Informationsportal zur Geophysik: http://www.geophysik.de/ Die BINE-Projektinfo-Publikation: Geothermische Energie aus Sedimentgesteinen www.bine.info/.../geothermische-energie-aus-sedimentgesteinen