Die bei der geophysikalischen Prospektion angewendeten Methoden haben sich während der letzten 60 Jahre grundsätzlich nur wenig geändert. Die technische Ausrüstung im Gelände ist jedoch erheblich verbessert worden. Insbesondere Miniaturbauteile und andere Fortschritte im elektronischen Bereich sowie die Entwicklung von Spezialtransportmitteln haben die Lösung der physikalischen Probleme erheblich erleichtert.
Am dringlichsten ist die Weiterentwicklung von Verfahren, die es ermöglichen, aus seismischen Registrierungen auch Informationen über die physikalische Beschaffenheit (Porosität, Porenfüllung) der Gesteinsformationen zu erhalten.
Die geologischen Probleme bei der Suche nach Erdöl und Erdgas werden immer schwieriger, weil die einfacheren Strukturen bereits entdeckt und angebohrt worden sind. Jetzt richtet sich die Suche auf weniger offensichtliche Strukturen und Fallen. Um hier zum Erfolg zu kommen, ist es notwendig, die verschiedenen geophysikalischen Verfahren - Seismik, Gravimetrie, Magnetik, Geoelektrik, Magnetotellurik zusammenzuführen, damit die Explorationstrupps mit möglichst umfassenden Informationen arbeiten können.
Die wichtigsten Lagerstättentypen
Erdöl und Erdgas ruhen in der Erde in Lagerstätten. Diese Lagerstätten findet man in Gesteinsschichten, die Porenraum enthalten. Den Porenraum kann man sich schwammartig im Gestein verteilt vorstellen. In einem Sandstein z. B. besteht er aus den winzigen Hohlräumen, die zwischen den einzelnen aneinanderliegenden Sandkörnchen frei bleiben und die nicht von Ton oder anderen Substanzen ausgefüllt wurden. Auch Kalksteine und Dolomite können Porenräume enthalten, die entweder bei der Bildung des Gesteins oder durch spätere Lösungsvorgänge entstanden sind.
Normalerweise sind alle Gesteinshohlräume mit Wasser gefüllt. In den der Erdoberfläche nahen Schichten ist es Süßwasser, das sogenannte Grundwasser. In tieferen Erdschichten enthalten diese Wässer einen oft beträchtlichen Salzgehalt und werden als Formationswasser bezeichnet. Wenn die Porenräume aber statt Wasser Erdöl und Erdgas in ökonomisch interessanter Anreicherung enthalten, dann spricht man von einer Lagerstätte dieser Substanzen.
Der Bildung solcher Lagerstätten liegt der einfache Umstand zugrunde, daß Gas, Öl und Wasser verschiedene spezifische Gewichte haben. Wenn Öl und Gas tief in der Erde in feinsten Partikel entstehen und mit dem Formationswasser der Poren in Berührung kommen, dann steigen diese Kohlenwasserstoffe wegen ihres geringeren Gewichtes im Wasser auf und bahnen sich durch die Porenräume der Erde ihren Weg nach oben. Wird ihnen auf ihrer Wanderung kein Widerstand entgegengesetzt, dann geht diese Reise bis an die Erdoberfläche, wo sie durch Verwitterung zerstört werden. Treffen sie aber auf undurchlässige, das heißt nicht poröse Schichten, dann stauen sie sich unter diesen, verdrängen das Porenwasser und bilden eine Lagerstätte, das Gas als leichtester Bestandteil zuoberst, das 01 darunter und unter diesen das Wasser. Erdöl und Erdgas muß man also innerhalb poröser Schichten dort suchen, wo diese unter undurchlässigen Schichten ihre höchste Aufragung haben.
Diese ,,höchsten Aufragungen\", oft Fallen genannt, können ganz verschiedener Art sein. Sie verdanken ihre Entstehung den Faltungen, Brüchen und Verstellungen, denen die Schichten im Laufe ihrer Entstehung ausgesetzt waren und der Art, wie poröse Schichten seitlich in undurchlässige übergehen.
Deutschland besitzt seine größten Erdöllagerstätten in dem Erdmittelalter, in Jura- und Kreidezeit, geologisch gesprochen in 125-200 Millionen Jahre alten Gesteinen. Viele Jahrzehnte förderten wir aus diesen Erdölfeldern im Gebiet zwischen Hannover-Braunschweig und westlich der Weser bis zum Emsland. Mit der Entdeckung großer Gasvorkommen Ende der fünfziger Jahre trat jedoch eine Neuorientierung der Förder-lndustrie ein. Tiefere, 225-300 Millionen Jahre alte geologische Stockwerke wurden eingehender untersucht und große Erdgasvorkommen im Buntsandstein, Zechstein, Rotliegenden und Oberkarbon erschlossen. Hierbei wurden bereits Endteufen von über 6.000 m erreicht, und noch ist das Ende weiterer Vertiefungen nicht abzusehen. Denn seit Mitte der siebziger Jahre wird die Untersuchung eines noch tieferen geologischen Stockwerkes angestrebt: das über 350 Millionen Jahre alte Devon mit seinen Riffgesteinen, in denen man große Erdgas-Lagerstätten vermutet.
Die Speichergesteine in den nordwest-deutschen Erdgasfeldern bestehen aus porösen und durchlässigen (permeablen) Kalk- und Sandsteinen. Feinheiten ihrer Gesteinstextur erkennt man besonders gut in Gesteinsdünnschliffen, vor allem unter starker Vergrößerung und dann, wenn sie zusätzlich eingefärbt werden.
Beispiele dafür bringen wir auf dieser Seite mit drei Dünnschliffen aus dem Hauptdolomit des Zechstein, auf der nächsten Seite mit ebenfalls drei Dünnschliffen aus
dem Basissand des Rotliegenden. Das geologische Alter dieser beiden Formationsstufen ist aus der Tabelle ,,Zeitbild der Erdgeschichte\" gut ersichtlich.
Der Hauptdolomit im Zechstein stellt zur Zeit noch unseren wirtschaftlichsten Erdgasspeicher dar. Sein Gestein kann in einer dolomitisch-körnigen Grundmasse die Kalkskelette vieler Kleinalgen enthalten (Bild 1) und bis zu 40% Porosität aufweisen. Oder bei einem anderen kalkigdolomitischen Gesteinsstück (Bild 2) läßt die Färbung relativ deutlich diese Grundmasse hervortreten mit ,,rotem\" Kalkspat und ,,braunem\" Dolomit, wobei die Gesteinsporen weiß bleiben. Bild 3 endlich zeigt die sogenannte ,,Reiskornstruktur\", d.h. einen grobkristallinen Kalkstein, der von kleinen Dolomitkörnchen durchsetzt ist und etwa 7% Porosität besitzt.
Der Basissand des Rotliegenden ist neben dem Oberkarbon zur Zeit das tiefste geologische Erdgasstockwerk in Nordwestdeutschland. Auf ihn konzentriert sich deshalb auch eine sehr beträchtliche Aufschluß- und Bohraktivität. Wie sein Name ,,Basissand\" bereits andeutet, beginnt mit ihm eine wichtige Sedimentfolge des (Ober-)Rotliegenden, die hier, ,,an der Basis\", aus einem bis mehrere hundert Meter Mächtigkeit anschwellenden Sandstein bestehen kann. Er enthält viele von Feinsand über Mittel bis zum Grobsand (Bild 4-6) in ihrer Größe stark wechselnde Gesteinspartikel, die gerade nach Anfärbung der Dünnschliffe wie ein absonderlich gefügtes Mauerwerk wirken können (Bild 4, 6).
Die Porositäten dieser Sandsteine reichen von 5% bis mehr als 15%. Besonders photogen wirkt ein überstark 325-fach vergrößerter Ausschnitt (Bild 5) von Sandkörnern, wenn wie hier die Zwischenräume mit einem wirrstrahlig ausgeschiedenen Material erfüllt sind.
,,Hinter der Hacke ist es dunkel\", sagt ein altes Sprichwort der Bergleute. Dies gilt gleichermaßen auch heute noch für die Erdölgeologie, denn auch ,,unter dem Bohrmeißel ist es dunkel\"!
Trotz der modernen Erkenntnisse in Geophysik und Geologie, trotz ständiger Verfeinerung ihrer wissenschaftlichen Methoden und trotz Überschreitens der 6.000-m-Bohrteufen zeigt doch immer wieder eine langjährige Statistik, daß nur etwa jede zehnte Suchbohrung in einem unerschlossenen Gebiet fündig geworden ist. Dies gilt als Ansporn für alle, ob Wissenschaftler oder Praktiker, die wahrlich teure und risikoreiche Aufschlußtätigkeit in planvoller Zusammenarbeit ständig auf eine günstige Erfolgsquote zu bringen.
Bohren nach Erdöl und Erdgas
Bohrungen werden niedergebracht, um nutzbare Mineralien, Flüssigkeiten oder Gase zu finden. Die ersten maschinell abgeteuften Bohrlöcher entstanden bereits vor mehr als 150 Jahren. So wird von einem Bohrloch berichtet, das um 1833 in den USA eine Teufe von 1011 feet (308 Meter) erreichte. Als Verrohrung hatten dabei Teile von ausgehöhlten Baumstämmen gedient, und die Bohrmeißel wurden von Schmieden an Ort und Stelle hergestellt. ,,Coolen\" Dragee hat seine historische Bohrung vom August 1859, die allgemein als Beginn der Petroleumindustrie gilt, in Titusville, Pennsylvania, unter Einsatz von Dampfmaschinen abgeteuft. 1918 konnte man bereits Bohrungen bis zur Teufe von 2250 Metern niederbringen. 1930 erreichte man mit Hilfe des Rotary-Verfahrens 3000 Meter. Seither ist man in Tiefen bis zu 10.000 Metern vorgedrungen, und Bohrungen zwischen 3000 und 5000 Metern gehören heute zum Bohralltag.
Es gibt Schlag- und Drehbohrverfahren. Bei Bohrungen zur Auffindung und Förderung von Erdöl und Erdgas wird heute meistens das Drehbohrverfahren oder Rotarybohren angewandt. Von diesem ersten Platz konnten es auch später entwickelte Bohrverfahren, wie das Bohren mit unter Tage angetriebener Turbine oder Elektromotor, nicht verdrängen.
Weiter sind folgende Bohrungstypen zu unterscheiden:
. Aufschluß oder Explorationsbohrungen. Sie dienen der Erschließung vorher geologisch und geophysikalisch untersuchter Strukturen, in denen Erdöl und Erdgas vermutet wird, deren Vorhandensein jedoch erst durch die Bohrung nachgewiesen werden kann. Trotz aller erdenklichen wissenschaftlichen und technischen Vorbereitungen beträgt die Fündigkeits- und Erfolgsrate solcher Bohrungen weltweit nur etwa zehn Prozent.
. Erweiterungsbohrungen. Sie sollen in bereits erschlossenen Öl- und Gasfeldern die Ausdehnung der Lagerstätte feststellen oder bisher unbekannte tiefere Horizonte erschließen.
. Produktions- oder Exploitationsbohrungen werden auf bekannte Öl- und/oder Gaslagerstätten abgeteuft, um das durch die Aufschluß- oder Erweiterungsbohrung gefundene Reservoir auszufördern.
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