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Lagerstätten­modellierung Der Zukunft einen Schritt voraus

„Vor der Hacke ist es duster“ – dieser alte Bergmannsspruch gilt auch für die Erdöl- und Erdgasindustrie. Schließlich können die Geowissenschaftler und Ingenieure niemals mit eigenen Augen sehen, wie es dort unten, wo sich Öl und Gas verbergen, wirklich aussieht. Doch sie versuchen, sich der Realität so gut wie möglich anzunähern – mit virtuellen Nachbildungen des Untergrunds am Computer.

Geologen, Geophysiker, Petrophysiker, Lagerstätteningenieure, Produktionsingenieure: Sie alle sammeln durch ihre Arbeit Informationen über ein Öl- oder Gasfeld und entwickeln daraus dreidimensionale Modelle von Lagerstätten. Mithilfe dieser Modelle werden Prognosen für die Produktion jedes Feldes erstellt. Sie sind die Basis für alle Investitionsentscheidungen. Denn bevor das Management eines E&P-Unternehmens sich entschließt, ein Feld zu entwickeln, will es natürlich wissen: Wie viel kann dieses Feld produzieren? Was verdienen wir damit? Der entscheidende Faktor ist die Wirtschaftlichkeit. Die lässt sich nur ermitteln, wenn man die Produktionsmengen für ein Feld über den gesamten Lebenszyklus hinweg simuliert hat.

Statische und dynamische Modelle Ein Prozess in zwei Stufen

Der Prozess von den ersten Informationen bis zur Vorhersage der Produktion läuft im Prinzip immer gleich ab: Am Anfang werten die Geophysiker Daten aus seismischen Messungen aus, die Aufschluss über den Aufbau des Untergrunds mit den verschiedenen Gesteinsschichten geben. Durch diese Daten sowie erste Bohrungen erhalten die Petrophysiker Informationen über Porosität und Permeabilität des Gesteins – also darüber, wie viele Hohlräume das Gestein enthält, wie groß diese sind und wie gut die Fließwege zwischen den einzelnen Poren ausgeprägt sind. 

Diese Informationen bilden die Grundlage für statische Lagerstättenmodelle, denn Porosität und Permeabilität sind feststehende Eigenschaften des Untergrunds, die sich durch die Öl- und Gasproduktion nicht oder nur unwesentlich ändern.

Dynamische Modelle hingegen enthalten variable Merkmale, die sich im Laufe der Zeit wandeln. Zum Beispiel die Wasser- und die Ölsättigung des Gesteins. Der Ölgehalt nimmt durch die Produktion ab, der Wasseranteil in den Poren hingegen zu. Auch Eigenschaften wie Druck oder Temperatur ändern sich. Nur dynamische Modelle können die Veränderungen in der Lagerstätte sichtbar machen und die Produktion simulieren. Mit ihrer Hilfe können die Experten also herausfinden, wie viel Barrel insgesamt aus einem Feld gefördert werden können. Werden außerdem noch die zu erwartenden Produktionskosten, Entwicklungskosten sowie der Öl- und Gaspreis berücksichtigt, so ergibt sich ein klares Bild von der Wirtschaftlichkeit eines Projekts.

 

Das dynamische Modell des Wintershall-Erdölfelds Emlichheim zeigt, wie sich eine Lagerstätte im Laufe der Produktion verändert. Seit 1981 pressen wir 300 Grad heißen Dampf in die Lagerstätte, um die Förderung zu verbessern. Dadurch hat sich die Temperatur in der Formation allmählich erhöht. Diese Veränderung macht die Simulation sichtbar.

Simulationen in jeder Lebensphase eines Feldes wichtig

Prognosen werden jedoch nicht nur in der Phase der Feldesentwicklung erstellt, sondern in jeder Lebensphase eines Feldes. Produziert ein Feld zum Beispiel bereits, so entwickeln die Produktionsingenieure und Anlageningenieure immer wieder Maßnahmen, mit denen sich die Förderung noch optimieren lässt. All diese Ideen spielen sie im Reservoir Modeling durch und prüfen, ob sie wirtschaftlich sinnvoll sind. Der Prozess von der Interpretation der Seismik bis hin zur Vorhersage findet also immer wieder statt.

Reservoir Modeling: der Prozess

Der Ablauf von den ersten Informationen bis zur konkreten Vorhersage der Gesamtproduktion eines Öl- oder Gasfeldes ist immer gleich und wird vor jeder wichtigen finanziellen Entscheidung wiederholt.

Seismik

Am Anfang werten die Geophysiker Daten aus seismischen Messungen aus, die Aufschluss über den Aufbau des Untergrunds mit den verschiedenen Gesteinsschichten geben.

Statisches Modell

Aus seismischen Daten und Informationen von ersten Bohrungen entsteht ein so genanntes statisches Modell mit den unveränderlichen Eigenschaften der Lagerstätte wie Porosität und Durchlässigkeit des Gesteins. Dieses sagt viel über die Qualität einer Lagerstätte aus, da Hohlräume und Fließwege im Gestein notwendig sind, damit sich Öl und Gas dort sammeln und an die Oberfläche gebracht werden können.

Dynamisches Modell

Dieses zeigt die Eigenschaften der Lagerstätte an, die sich durch die Produktion verändern, so zum Beispiel der Öl- oder Gasgehalt, aber auch Druck und Temperatur. Fließen solche variablen Merkmale in die 3D-Abbildungen ein, sprechen die Experten von dynamischen Modellen.

Vorhersage

Dynamische Modelle werden genutzt, um die Produktionsmengen für ein Feld über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu simulieren. Eine solche Simulation benötigt man, um eine Vorhersage erstellen zu können. Sie hilft dabei, die Wirtschaftlichkeit eines Projekts aufzuzeigen.

Integrated Reservoir Modeling (IRM)

Was die Qualität von Modellen grundsätzlich enorm verbessert, ist Teamarbeit. Schließlich wird hier das Wissen aller Fachdisziplinen gebraucht.

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komplexe 3D-Modelle zu entwickeln, ist eine schwierige Aufgabe, weil man so viele Daten einbeziehen und richtig interpretieren muss. Aber gerade das macht Reservoir Modeling so spannend.

Aggelos Calogirou
Reservoir Engineer

Lagerstätten­modelle Nur eine Annäherung an die Realität

Bei allen Berechnungen bleibt eines ganz klar: Lagerstättenmodelle stellen immer nur eine Annäherung an die Wirklichkeit dar. Fehlinterpretationen und Irrtümer sind möglich. Wie gut ein Modell ist, hängt wesentlich von der Quantität und Qualität der Daten ab. Wie bekannt ist das geologische Becken, in dem die Lagerstätte liegt? Habe ich eine hochwertige 3D-Seismik vorliegen? Knifflig wird es, wenn eine Lagerstätte sehr heterogen aufgebaut ist und sich anders verhält als erwartet. Das macht Rückschlüsse und Vorhersagen schwieriger. Durch viele Bohrungen lassen sich diese Unsicherheiten reduzieren, weil sie viele wichtige Informationen liefern. Grundsätzlich gilt: Je mehr Bohrungen gemacht wurden, umso besser kennt man ein Feld.

 
Der "Lebenszyklus" EINES ÖL- UND GASFELDES

Die Lebensdauer von Erdöl- und Erdgasfeldern gliedert sich in unterschiedliche Phasen von der Entdeckung bis zum Rückbau.

Wertschöpfungskette / Entwicklung