Infoblatt Erdöl

Entstehung, Lagerstätten, Förderung von Erdöl




Erdöl ist ein dunkles, dickflüssiges öliges Gemisch, das aus winzigen abgestorbenen Wassertieren und Wasserpflanzen, dem Plankton, unter der Einwirkung von Druck, Wärme und Bakterien im Laufe der Zeit entstanden ist.
Erdöl stellt heute nicht nur den bedeutendsten Energieträger der Erde dar, sondern bildet auch die Basis für viele verschiedene Produkte, ohne die die heutige Gesellschaft nicht existieren könnte. Neben der Verarbeitung zu Kraftstoffen ist es Grundstoff für sämtliche verwendeten Kunststoffe.


Geschichte

Erdöl wurde schon früh zum Abdichten von Booten, als Baumaterial zur Bindung von Mörtel, als Heiz- und Beleuchtungsmaterial, als Hilfsmittel zur Einbalsamierung von Leichen und als Insektizid genutzt. Erste Nutzungen gab es schon vor etwa. 4.000 Jahren. Doch erst Mitte des 19. Jahrhunderts, am 27.08.1859, gewann es mit der Erschließung der ersten Ölquelle in Pennsylvania am Oil Creek industrielle Bedeutung. Seit 1850 ging man dazu über, Erdöl zu destillieren und mit Schwefelsäure zu versetzen, um es für Beleuchtungszwecke zu nutzen. Bis dahin wurden hier meist aus tierischen und pflanzlichen Produkten gewonnene Stoffe eingesetzt. Beispiel hierfür ist die Stadt Bukarest, die als erste eine petroleumbetriebene Straßenbeleuchtung besaß. Mit der Erfindung des Autos und der sich daran anschließenden starken Motorisierung erlangte Erdöl dann endgültig seine Stellung als wichtigster fossiler Energieträger.


Entstehung

Die Entstehung von Erdöl ist heutzutage noch nicht eindeutig geklärt, doch wird bei der favorisierten Theorie davon ausgegangen, dass organisches Material am Anfang der Erölentstehung stand.
Der Prozess begann mit der Bildung des notwendigen Muttergesteins. Abgestorbenes organisches Material sank in den damaligen Meeren auf den Grund. Es setzte kein Verwesungsprozess ein, da der zur Verwesung benötigte Sauerstoff in den großen Tiefen das organische Material nicht erreichen konnte. Das Material blieb so erhalten und vermischte sich mit aus Flüssen herangeführten Resten von Gesteinsverwitterungen und bildete Faulschlamm.
Auf diesem Schlamm lagerte sich im Laufe der Zeit weiteres Material ab. Durch die sich daraus ergebende hohe Last wandelte sich der Faulschlamm zuerst in einen schiefrigen Ton und abschließend in einen Tonschiefer um. Ergebnis dieses Prozesses war das Muttergestein, welches einen organischen Gehalt von etwa 1 bis 2 %, bisweilen aber auch von 20 % hatte. Die entsprechenden Bedingungen für den beschriebenen Prozess herrschten vornehmlich in von offenen Ozeanen abgetrennten Meeresgebieten.
Das so gebildete Muttergestein sank immer weiter ab und heizte sich durch die natürliche Erdwärme auf. Nun begann die eigentliche Entstehung des Erdöls in einem Jahrmillionen dauernden Vorgang. Durch den hohen Druck und die hohen Temperaturen im Muttergestein wurde das organische Material in einfache organisch-chemische Verbindungen (z. B. Methan und Benzol) gespalten. Diese lagerten sich dann zu komplexeren Verbindungen an und bildeten bei Temperaturen von 65 bis 120 ºC in einer Tiefe von 2.000 bis 4.000 Metern Erdöl.





Lagerstätten

Ein Grund für die noch nicht abschließend geklärte Entstehung des Erdöls liegt darin, dass es sich heute oft nicht mehr an seinem Entstehungsort, also in seinem Muttergestein, befindet. Durch den hohen Druck wurde das Muttergestein zusammengepresst und damit die Aufnahmefähigkeit der einzelnen Poren stark verringert. Dadurch wanderte das Erdöl aus dem Muttergestein und stieg in durchlässigen Schichten oder an Klüften nach oben, da es leichter als das hier vorhandene Wasser ist. Diese Migration endete erst, wenn das Erdöl die Oberfläche erreicht hatte oder aber an undurchlässige Schichten (Salz, Mergel, Ton) stieß. Dort sammelte sich das Erdöl dann in sog. Ölfallen. Im Idealfall befand sich unter undurchlässigen Deckschichten ein poröses Speichergestein (z. B. Sandstein). Bei der Sattelfalle sammelt sich das Öl an der höchsten Stelle unter der undurchlässigen Schicht und bildet dort eine Lagerstätte. Die tektonische Falle besteht aus einer Verwerfung geneigter Schichten, wodurch diese sich so verschoben haben, dass Speichergestein und undurchlässiges Gestein an einer bestimmten Stelle aneinander liegen. Auch an Flanken von Salzstöcken können sich in den durch Richtung Oberfläche gedrungenen Salzstock aufgestellten Gesteinsschichten Öllagerstätten bilden.





Förderung

Am Anfang der Förderung steht die Suche nach wirtschaftlich nutzbaren Lagerstätten, gefolgt vom Bohrprozess, der Förderung an sich und der Aufbereitung des Öls, damit es weiterverarbeitet werden kann.
Die Suche beginnt mit der Auswertung von Luftaufnahmen und Bodenuntersuchungen. Bei entsprechenden Oberflächenanzeichen bedient man sich in der Regel seismischer Messungen, die mittels Geräuschquellen und Empfangsstationen (Geophonen) durch den zurückgeworfenen Schall ein Bild der Schichtstruktur des Untergrundes wiedergeben. Dadurch lassen sich vermutete Lagerstätten eingrenzen und so genauere Aufschlussbohrungen, durch die erst eine 100 %ige Sicherheit des Vorhandenseins einer Lagerstätte gewonnen werden kann, auf ein Mindestmaß reduzieren. Trotzdem ist in Deutschland nur jede sechste Aufschlussbohrung auch erfolgreich.
Ist eine Öllagerstätte gefunden, so wird diese mit verschiedenen Bohrmethoden erschlossen. Die Kosten einer solchen Bohrung betragen bei einer Tiefe von etwa 5.000 Metern zwischen sieben und zwölf Millionen Euro.
Die eigentliche, dann folgende Erdölförderung lässt sich in drei verschiedene Phasen gliedern, in Primär-, Sekundär- und Tertiärförderung. Erstere umfasst die Eruptivförderung, bei der das Öl durch den natürlichen Lagerstättendruck alleine an die Oberfläche kommt, oder aber die Pumpförderung, die mit Unterstützung künstlicher Pumpen durchgeführt wird. Der Entölungsgrad, d. h. der Grad der Ausschöpfung einer Lagerstätte, liegt in dieser Phase in Deutschland bei ca. 18 %. Die Sekundärförderung beinhaltet Maßnahmen zur Erneuerung des natürlichen Lagerstättendrucks durch Gasinjektionen und in die Lagerstätte eingeleitetes Wasser. Der Entölungsgrad erhöht sich dadurch auf bis zu 32 %. Die Tertiärförderung wiederum wirkt auf die Kapillarkräfte ein, die das Öl an einer Bewegung im Porenraum hindern. Durch sie kann der Entölungsgrad auf 45 % erhöht werden, doch wird sie aufgrund hoher Kosten nur bei vorheriger Prüfung des wirtschaftlichen Nutzens eingesetzt.





Fördertechniken

Um die Lagerstätten des Erdöls zu erreichen, kann auf verschiedene Bohrtechniken zurückgegriffen werden. Das heutzutage am häufigsten angewendete Verfahren bei Tiefbohrungen ist das Rotary-Verfahren. Dabei wird über den Drehtisch das Bohrgestänge in Rotation versetzt. Der Meißel am Ende des Gestänges zertrümmert durch die Drehbewegung das Gestein und vertieft so das Bohrloch immer weiter. Nach etwa neun bis zehn Metern Bohrweg muss ein neues Stück Bohrgestänge eingebaut werden, um den Vorgang fortzusetzen. Darüber hinaus werden bei Bohrungen zahlreiche Bohrmeißel verschlissen, bei einer 5.000 m-Bohrung etwa 30 Stück, die unter Herausnahme des gesamten Bohrgestänges gewechselt werden müssen. Dieser Vorgang nimmt bei 4.000 m Tiefe ca. 12 bis 14 Stunden in Anspruch. Zur Verlängerung der Meißelhaltbarkeit werden bei unterschiedlichen Gesteinshärten verschiedene Typen eingesetzt, Rollenmeißel für weiche Formationen, Warzenmeißel für härtere Gesteine, für extreme Härte Diamantmeißel und als haltbarste Alternative Meißel mit einer speziellen Hartmetallarmierung. Eine Modifizierung des Rotary-Verfahrens findet durch den Einsatz eines Antriebes statt, der über dem Bohrgestänge und nicht wie der Drehteller an der Seite der untersten, sich noch über der Erde befindlichen Bohrstange angebracht ist, dem „Top-Drive“-Antrieb. Damit ist es möglich, insgesamt drei Bohrstangen ohne Wechsel zu versenken bzw. eine Tiefe von 27 m in einem Durchgang zu bohren. Bei dem herkömmlichen Antrieb ist ein Wechsel nach jeder einzelnen Bohrstange notwendig. Ursprünglich wurde dieser Antrieb für Bohrinsel entwickelt.
Turbinenbohren wiederum unterscheidet sich dadurch, dass der Antrieb direkt über dem Bohrmeißel angebracht ist und durch die Spülflüssigkeit, die durch das Bohrgestänge gedrückt wird und die Wärme des Bohrmeißels abführen, gleichzeitig aber auch das Bohrloch durch ihren Druck stabilisieren soll, mittels hydraulischem Druck angetrieben wird. Der Einsatz dieser Bohrmethode erfolgt vor allem bei Ablenkbohrungen, also einer Bohrung in eine geänderte Richtung ab einer vorbestimmten Tiefe.
Um ein Ölfeld mit einer geringen Anzahl von Bohrungen zu erschließen, bedient man sich der Technik des Horizontalbohrens, wobei innerhalb der Lagerstätte horizontale Bohrungen durchgeführt werden. Damit wird eine größere Fläche mit weniger Bohrvorgängen abgedeckt. Neben den genannten gibt es noch weitere Bohrtechniken, die aber grundsätzlich nur bei besonderen geologischen Gegebenheiten notwendig sind und nicht speziell aufgeführt werden.
Die bisher vorgestellten Bohrmethoden dienen ausschließlich der Ölförderung an Land bzw. der Onshore-Förderung. Dem gegenüber steht die Ausbeutung von Lagerstätten auf See bzw. die Offshore-Förderung. Zwar ist die Bohrtechnik dabei grundsätzlich identisch, doch bestehen in Bezug auf die Bohranlagen, speziell der Verbindung von Bohrgestänge und Bohranlage, immense Unterschiede. Grundsätzlich können Offshore-Bohranlagen in vier Kategorien gegliedert werden. Für flache Gewässer werden feststehende Plattformen eingesetzt. Tiefen bis zu 200 m können durch mobile Plattformen überwunden werden, die an die entsprechenden Bohrplätze gezogen werden. Am Bohrplatz selbst wurden zuvor Pfeiler auf den Meeresboden abgesenkt, mit Hilfe derer die Bohrinsel festgemacht wird. Halbtaucher-Plattformen können sogar bei bis zu 300 m Tiefe eingesetzt werden. Sie besitzen Schwimmkörper mit großer Masse, aber kleiner Angriffsfläche für das Wasser. Erreicht die Bohrinsel die Bohrstelle, wird sie verankert und ihre Fundamente werden mit Ballastwasser gefüllt, wodurch eine enorm hohe Stabilität gewährleistet wird. Durch die Verwendung von Bohrschiffen sind auch Wassertiefen bis zu 1.000 m kein Hindernis für die Erschließung neuer Ölfelder.





Förderländer

Die wichtigsten Förderländer sind die Russische Förderation mit 505,1 Mio. t Erdöl im Jahr 2010, gefolgt von Saudi-Arabien mit 467,8 Mio. t und den USA mit 339,1 Mio. t. Im Jahr 2010 beliefen sich die weltweit rentabel förderbaren Erdölvorräte auf etwa 188,8 Mrd. t. Die größten Anteile an den unmittelbaren Ressourcen besitzen Saudi-Arabien (ca. 36,3 Mrd. t), Venezuela (30,4 Mrd. t), Kanada (ca. 23,3 Mrd. t) und der Iran (ca. 18,8 Mrd. t).