Schwerpunktregionen weltweit

A subsidiary of BASF - We create chemistry

Hydraulic Fracturing Fördertechnologie für anspruchsvolle Lagerstätten

Hydraulic Fracturing ist die Schlüsseltechnologie zur Förderung von Erdgas aus anspruchsvollen Lagerstätten. Wintershall wendet dieses Verfahren seit 30 Jahren in konventionellen Tight-Gas-Lagerstätten an und arbeitet dabei nach höchsten Umwelt- und Sicherheitsstandards. In Deutschland planen wir die Tight-Gas-Lagerstätte Düste Karbon (Düste Z10) im niedersächsischen Barnstorf mithilfe von Hydraulic Fracturing zu erschließen und in Argentinien haben wir 2015 mit den Arbeiten in Aguada Federal begonnen, unserer ersten Schiefergasproduktion.

 

Unsere Kompetenz

Mit Erfahrung und Wissen erschließen wir konventionelle Tight-Gas-Vorkommen.

Erdgas aus gering durchlässigen Lagerstätten

Das meiste bisher geförderte Erdgas befindet sich in konventionellen Lagerstätten mit gut durchlässigen Gesteinen. Das Gas strömt ohne weiteren technischen Aufwand zum Bohrloch. In Tight-Gas-Vorkommen befindet sich das Erdgas im Porenraum gering durchlässiger Sandsteinschichten, wo es erst durch technische Maßnahmen mobilisiert werden muss, bevor es gefördert werden kann. Hier kommt Hydraulic Fracturing zum Einsatz: Dabei werden durch Wasserdruck gezielt millimeterdünne Fließwege in der Lagerstätte erzeugt.

Über Tage auf dem Sondenplatz Die Hydraulic-Fracturing-Ausrüstung

Das eigentliche Hydraulic Fracturing dauert in der Regel nur einige wenige Tage, dazu kommen die vor- und nachbereitenden Maßnahmen. Das Bild des Sondenplatzes ändert sich in dieser Zeit komplett. Erkunden Sie in unserem 3-D-Rundgang, welche Ausrüstungsmodule es gibt und welche Aufgabe sie haben.

 

Vom Sondenplatz bis runter in die Lagerstätte sind es in der Bohrung Düste Z10 rund 4.000 Meter.

Unter Tage in der Lagerstätte Hydraulic Fracturing schafft neue Fließwege

Beim Hydraulic Fracturing werden durch Wasserdruck gezielt millimeterdünne Fließwege in der Lagerstätte erzeugt. Damit die künstlich geschaffenen Fließwege dauerhaft offen bleiben, sind Stützmittel (zum Beispiel Keramikkügelchen oder Sand) notwendig. Sie verteilen sich in den Fließwegen, sodass über eine vergrößerte Kontaktfläche das Erdgas besser zur Bohrung strömen kann. In der Regel werden mehrere Fracs hintereinander gesetzt, sowohl in vertikalen als auch horizontalen Bohrungen.

Im Wintershall-Tight-Gas-Projekt Düste Z10 sind in einer vertikalen Bohrung zum Beispiel sieben Fracs geplant.

Die Hydraulic-Fracturing-Technik ist nicht neu, aber immer weiterentwickelt worden: In über einer Million Bohrungen wurde dieses Verfahren in den vergangenen sechs Jahrzehnten weltweit durchgeführt.

Prozess des Hydraulic Fracturings

Das Multi-Frac-Verfahren

Beim sogenannten Multi-Frac-Verfahren werden mehrere Fracs nacheinander erzeugt. Grundsätzlich können bei einer vertikalen und einer horizontalen Bohrung, auf der Strecke der Bohrung, die in der Lagerstätte verläuft, mehrere Fracs gesetzt werden. In der Wintershall Bohrung Düste Z10 ist beispielsweise geplant, sieben Fracs in der Vertikalen von unten nach oben zu setzen.

    Stützmittel und ihre Funktion

    Stützmittel halten die erzeugten Fließwege dauerhaft offen. Sand oder Keramikkügelchen sind mögliche Stützmittel, die dem Wasser beigemischt werden. Um sie transportieren zu können, sind chemische Zusatzstoffe notwendig. Sie dicken unter anderem die Flüssigkeit an und machen den gleichmäßigen Transport der Stützmittel in die Fließwege überhaupt erst möglich. Ohne eine tragfähige Flüssigkeit würden die Stützmittel sofort an die tiefste Stelle der Bohrung sinken und dort das Bohrloch verstopfen. Beim Projekt Düste Z10 liegt der Anteil der Stützmittel bei rund 20 Prozent.

    Chemische Zusatzstoffe und ihre Funktion Die wichtigsten chemischen Zusatzstoffe im Überblick:

    • Gele (Polyzucker): Gele dicken das Wasser an und sorgen dafür, dass die Stützmittel wie Keramikkügelchen in der Schwebe bleiben und nicht einfach zu Boden sinken.

    • Gel-Brecher (Oxidationsmittel, Enzyme): Sie machen das Wasser für eine bessere Rückförderung der Frac-Flüssigkeit ab einem bestimmten Zeitpunkt wieder dünnflüssiger.


    • Konservierungsstoffe: Sie verhindern, dass schädliche Bakterien aus der Luft die Gele abbauen und damit die Tragfähigkeit der Frac-Flüssigkeit beeinträchtigen.

    • Reibungsminderer: Sie verringern die Reibung zwischen Frac-Flüssigkeit und dem Stahl des Förderstrangs.

    • Surfactants (Tenside): Sie verändern die Oberflächenspannung und bereiten das Gestein auf die Frac-Behandlung vor. (Beispiel: Wasser ohne Seife hat eine hohe Oberflächenspannung, Wasser mit Seife hat eine geringe Oberflächenspannung.)

    • Salz (Kaliumchlorid): Formt die Trägerflüssigkeit zu einer Salzlauge, die das Quellen der Tone in der Lagerstätte verhindert.

    Zusammensetzung der Frac-Flüssigkeit am Beispiel Düste Z10

     

    Sicherheit vom E-Kreuz bis in die Lagerstätte Das Bohrloch: Sicherer Schutz des Grundwassers in jeder Tiefe

    Für den Schutz des nutzbaren Grundwassers im Bereich der Bohrung ergreift Wintershall vielfältige Sicherheitsmaßnahmen. So schützt eine verlässliche Sicherheitsbarriere um das Bohrloch herum das Grundwasser und das unterirdische Gebirge vor Gas- oder Flüssigkeitsaustritt. Die mehrfache Stahlverrohrung des Bohrlochs ist mit Spezial-Zement verfüllt und weist im Bereich des nutzbaren Grundwassers eine Gesamtstärke von mindestens 35 Zentimetern auf. Alle Rohre des Bohrlochs müssen eine Druckprobe erfolgreich bestehen. In und an der Bohrung sind mehrere Drucksensoren eingebaut, die kontinuierlich den Druck in dem Steigraum und den Ringräumen kontrollieren. Während der Frac-Arbeiten werden die Ringräume der Rohre permanent über ein Monitoringsystem drucküberwacht.

    1. DAS ERUPTIONSKREUZ
      Ein Eruptionskreuz schließt ein Bohrloch oberirdisch sicher ab. Es ist mit einer sogenannten Verflanschung mit dem Erdgasförderstrang und der Verrohrung fest verbunden. Über mehrere Armaturen und Druckmessgeräte am Eruptionskreuz wird zum Beispiel die Erdgasförderung kontrolliert und das Erdgas in eine Pipeline überführt.

    2. DIE BOHRUNG
      Vor den Bohrarbeiten wird zunächst ein Standrohr bis unterhalb der letzten süßwasserführenden Schicht gerammt. Während der Bohrarbeiten wird die Bohrung abschnittsweise mit einzementierten Stahlrohren abgesichert. Insgesamt werden bei einer 4.500 m tiefen Erdgasbohrung rund 900 t Stahl und 300 m3 Zement eingesetzt.

    3. UNDURCHLÄSSIGE SICHERHEITSBARRIERE
      Die Verrohrung einer Bohrung erfolgt in Etappen, bei der mehrere Rohre ineinander verbaut werden. Die Zwischenräume der Rohre werden mit Spezial-Zement ausgefüllt und so eine undurchlässige Sicherheitsbarriere zum unterirdischen Gebirge aufgebaut.

    4. DAS SICHERHEITSVENTIL
      In rund 50 Metern Tiefe ist unter Tage ein selbstschließendes Sicherheitsventil installiert. Im normalen Betrieb wird das Ventil mithilfe von hydraulischem Druck offen gehalten. Bei Wegfall des Drucks schließt es selbsttätig.

    5. GRUNDWASSERSCHUTZ
      Das äußere Standrohr reicht ca. 10 m tiefer als die letzte süßwasserführende Schicht. In diesem Bereich gibt es insgesamt 5 ineinander liegende, einzementierte Stahlrohre. Das nutzbare Grundwasser ist damit vor Erdgas und Behandlungsflüssigkeiten sicher geschützt.

    Das Deckgebirge Natürliche geologische Barrieren

    Zwischen der Lagerstätte, aus der das Gas gefördert wird, und dem nutzbaren Grundwasser befindet sich das Deckgebirge. Es umfasst in Tight-Gas-Lagerstätten meistens mehrere Tausend Meter, im Falle des Wintershall-Projektes Düste Z10 sind es fast 4.000 Meter. Dieses mächtige, undurchlässige Deckgestein - bestehend aus Tonsteinen, Steinsalz oder anderen dichten Gesteinsformationen - dient als natürliche Abdichtung, sodass weder Gas noch Frac-Flüssigkeit ins nutzbare Grundwasser aufsteigen können.

    Ohne undurchlässiges Deckgebirge keine Erdgaslagerstätte

    Erst durch ein mächtiges Deckgebirge mit geologischen Barrieren können sich überhaupt Erdöl- und Erdgaslagerstätten bilden. Erdgas wandert im Laufe von Millionen Jahren aus dem Muttergestein, in dem es sich gebildet hat, immer weiter nach oben. Trifft es jedoch auf eine undurchlässige Gesteinsformation, zum Beispiel aus dichtem Salz, kann es nicht weiter aufsteigen. Es sammelt sich deshalb in den Gesteinsporen unterhalb der dichten Formation an - eine Lagerstätte für Kohlenwasserstoffe entsteht.

    Konventionelle versus unkonventionelle Lagerstätte Der Unterschied

    Eigenschaft Ideale Lagerstätte (konventionell) Tight Gas (konventionell) Schiefergas (unkonventionell)
    Gas: im Porenraum (Speichergestein) im Porenraum (Speichergestein) im Muttergestein
    Permeabilität: gut - sehr gut mäßig schlecht (wie Beton)
    Deckgebirge: notwendig notwendig NICHT notwendig
    Produktion: frei fließend unwirtschaftlich ohne Hydraulic Fracturing keine Produktion ohne Hydraulic Fracturing
    Erfahrung: > 60 Jahre >30 Jahre in Deutschland noch keine

    Tight-Gas-Projekt „Düste Z10“ Tight Gas aus 4.000 Metern Tiefe

    Wintershall untersucht mit dem Projekt "Düste Z10" ein neues Erdgasvorkommen im niedersächsischen Barnstorf (Deutschland). In einer Tiefe von über 4.000 Metern befindet sich die Tight-Gas-Lagerstätte "Düste Karbon". Schätzungsweise zehn Milliarden Kubikmeter förderbares Erdgas befinden sich dort im besonders dichten Sandstein. Wintershall hat mit der Z10 eine erste Bohrung in die konventionelle Lagerstätte abgeteuft. Im nächsten Schritt soll ein Fördertest folgen, der Hydraulic-Fracturing-Maßnahmen einschließt. Vorausgesetzt: Die gesetzlichen Rahmenbedingungen für Hydraulic Fracturing in Deutschland liegen rechtskräftig vor.

     

    Fragen an den Experten Tight-Gas-Experte Steffen Liermann im Interview:

     

    Die Förderung von Tight Gas ist längst Teil unserer Energieversorgung.

    Steffen Liermann
    Strategy & Portfolio Steering

    Die Förderung von Tight Gas ist längst Teil unserer Energieversorgung. Weltweit sind die entsprechenden Techniken des Hydraulic Fracturing seit 50 Jahren im Einsatz. Auch in Deutschland ist die Förderung von Tight Gas aus Sandsteinschichten wie in Niedersachsen bestens erprobt und bewährt. Wintershall selbst fördert bereits seit vielen Jahren Erdgas aus Tight-Gas-Lagerstätten - in den Niederlanden, Russland, Argentinien und Deutschland.

    Das Thema "Fracking" ist in der Öffentlichkeit sehr emotional besetzt. Hierzu haben vor allem die - zugegebenermaßen falschen - Bilder von brennenden Wasserhähnen aus den USA beigetragen. Fracking muss je nach Lagerstätte sehr differenziert betrachtet und behandelt werden. Dazu gehört zum Beispiel, den Unterschied zwischen Schiefergas und Tight Gas nicht zu verwischen. Zwar kommt bei beiden Lagerstätten Hydraulic Fracturing zum Einsatz - aber in sehr unterschiedlicher Weise. Hydraulic Fracturing in Tight-Gas-Lagerstätten eingesetzt, ist eine seit Jahrzehnten bewährte Technik und aufgrund der geologischen Voraussetzungen sowie der von Bohrung und Bohrplatz absolut sicher.

    Die Erkundung der Lagerstätte Düste Karbon ist eines der wichtigsten Projekte von Wintershall, die es im Bereich Tight Gas derzeit in Deutschland gibt. Für Wintershall ist es zudem eine wichtige Eintrittskarte für internationale Großprojekte. Denn die Erdgasförderung in Deutschland wird schwieriger und technologisch anspruchsvoller. Sie setzt große technische Kompetenz und umsichtiges Handeln voraus.Heimische Förderung bringt einen Wettbewerbsvorteil: Gegenüber Projekten im Ausland zeichnet sich die Produktion in Deutschland durch den täglichen Umgang mit höchsten Umweltstandards aus, die eine sehr hohe Messlatte darstellen. Wintershall sieht deshalb auch künftig großes Potenzial durch in Deutschland geschaffenes Know-how, insbesondere bei der Erschließung neuer Tight-Gas-Lagerstätten. Es sichert uns den Zugang zu Energiequellen weltweit.

    Die vorhandenen Erdgasressourcen in Deutschland sind wertvoll und wichtig, um Deutschlands Energieversorgung zu sichern. Es wäre aus gesellschaftlicher und politischer Sicht sehr kurzsichtig, nicht alle Möglichkeiten auszuschöpfen, neue Erdgasvorkommen in Deutschland zu erforschen und zu fördern. Außerdem stärkt jeder in Deutschland investierte Euro den Technologiestandort Deutschland und sichert Arbeitsplätze. Wintershall als größter deutscher Erdöl- und Erdgasproduzent, mit rund 60 Jahren Erfahrung in der heimischen Erdgasförderung, sieht sich daher in der Verantwortung, auch künftig in Deutschland weiter zu investieren.

    Sie haben auch Fragen zu Hydraulic Fracturing oder Tight Gas? Schreiben Sie uns: deutschland[at]wintershall.com