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Hermann-von-Helmholtz-Symposium und -Preis

Physik auf der Suche nach Öl und Gas

Zeit: 10:15 Uhr

Referent:  Martin G. Lüling, Ph.D. Schlumberger-Riboud, Clamart (Frankreich)

Öl und Gas sind natürliche Rohstoffe, die in unterschiedlichen Lagern der Erdkruste versteckt sind. Die physikalischen Eigenschaften dieser Kohlenwasserstoffe beeinflussen die Materialeigenschaften des umliegenden Felsgesteins. Bei der Suche nach Öl und Gas nutzt man unterschiedliche physikalische Messverfahren, um die räumliche Verteilung dieser Materialeigenschaften mit guter Messgenauigkeit und feiner räumlicher Auflösung zu bestimmen.

Zuerst werden seismische Messungen angewandt, um von der Erdoberfläche aus die Tiefe und Dicke der verschiedenen Gesteinsschichten zu bestimmen. Dabei werden heute sowohl Druckwellen als auch Scherwellen benutzt und eine mögliche Anisotropie des Gesteins geschätzt, die später das Abflussverhalten der Kohlenwasserstoffe beeinflusst.

Bei mehr oder weniger senkrechten Probebohrungen werden im Bohrloch während des Bohrens und auch sofort danach unterschiedliche physikalische Messungen durchgeführt. Die Art der natürlichen Radioaktivität gibt Aufschluss über Tonerden und darin die gesamte organische Materie, die über Jahrmillionen in Öl und Gas umgewandelt wurde. Unter solchen "Sperren" können sich Öl und Gas ansammeln.

Mit kernphysikalische Messungen bestimmt man die Materialdichte und Porosität des Felsens, und zwar mittels Gamma-Quanten einer Cäsium-137-Quelle. Da die Dichte von kristallinem Quarz oder Kalzium/Magnesiumkarbonat und von Wasser oder Öl bekannt sind, kann durch Linear-Kombination leicht der Volumenanteil des Felsminerals oder der Flüssigkeit in den Poren zwischen den Sand- oder Kalkkörnern geschätzt werden.

Die zweite Methode der Porositätsmessung verwendet hochenergetische (14 MeV-) Neutronen, die in einem Linearbeschleuniger durch eine Deuterium-Tritium Reaktion erzeugt werden. Die Flussdichte thermischer Neutronen bestimmt den Flüssigkeitsgehalt oder die Porosität des Felsens.

Die Flüssigkeiten in den Gesteinsporen sind entweder Salzwasser der Ur-Ozeane oder Öl und Gas der zerfallenen Organismen. Salzwasser ist ein recht guter elektrischer Leiter, während Kohlenwasserstoffe Isolatoren sind. Der spezifische Widerstand des Felsens, kombiniert mit der bereits gemessenen Porosität, bestimmt das Vorkommen von Öl oder Gas und die Dicke der Lagerschicht.

Messungen der Polarisation elektromagnetischer Wellen ergeben die mögliche elektrische Anisotropie des Felsens und daraus eine Schätzung, in welche Richtung die Flüssigkeiten sich bevorzugt bewegen werden. Weitere Methoden bei der Suche nach Öl und Gas sind Kernspinresonanz und direkte hydraulische Messungen sowie Probenentnahme des Felsens.

Nachdem die seismischen Messungen und die Probebohrungen das Vorkommen von Öl und Gas weitgehend bestimmt haben, werden die eigentlichen Ölquellen gebohrt. Die Löcher sind heutzutage häufig nicht mehr senkrecht, sondern eher seitlich gerichtet, teilweise sogar waagerecht. Hier ist das Ziel, in eine Öl- oder Gasschicht einzudringen und innerhalb dieser Schicht möglichst weit zu bohren, damit ein möglichst langes Stück des Loches zur Produktion beiträgt. Gleichzeitig muss ein vorzeitiges Eindringen von Wasser in das Loch verhindert werden. Dieses gezielte Bohren wird durch elektromagnetische Messungen während des Bohrvorgangs ermöglicht und hat einige erstaunliche Folgen: Die Produktion einer einzigen Quelle wird verhundertfacht, so dass selbst vorher unwirtschaftliche Ölreserven profitabel erschlossen werden können.

Alte, weitgehend abgebaute Ölfelder selbst in Ländern der dritten Welt und auch die Menschen, die davon leben, erhalten somit eine verlängerte Existenzgrundlage, und die Umwelt wird weniger belastet, denn es gibt nur ein einziges Loch an der Erdoberfläche. Physikalische Messungen tragen so direkt zur Entwicklungshilfe, zum Umweltschutz und zur wirtschaftlichen Entwicklung bei.

Weiterführende Links:

Schlumberger

Schlumberger is the leading oilfield services provider, trusted to deliver superior results and improved E&P performance for oil and gas companies around the world.

SPWLA

The Society of Petrophysicists and Well Log Analysts (SPWLA) is a nonprofit corporation dedicated to the advancement of the science of petrophysics and formation evaluation, through well logging and other formation evaluation techniques and to the application of these techniques to the exploitation of gas, oil and other minerals.

Kurz-Biographie Martin G. Lüling

Martin G. Lüling hat in Princeton über ein Problem der theoretischen Elementarteilchenphysik promoviert. Er arbeitet seit 1986 als theoretischer Physiker bei Schlumberger an der Entwicklung von Messgeräten, Messmethoden und Daten-Auswertemethoden fur die Öl- und Gassuche. Er war maßgeblich an der Entwicklung von elektromagnetischen Messungen während des Bohrvorgangs und ihrer Anwendung als Steuer-Kontrolle für gerichtetes Bohren beteiligt. Danach entwickelte er Inversionsalgorithmen für tomographische Messungen und die dazu erforderlichen Messgeräte. Er lebt und arbeitet heute in Paris mit seiner Familie, hat zwei Kinder, genießt die französische Küche und spielt Violoncello und Kontrabass.