Seismische Wellen, die gleiche Art von Wellen, die zur Untersuchung von Erdbeben verwendet werden, werden auch verwendet, um tief unter der Erde nach Öl- und Erdgasvorkommen zu suchen.
Seismische Wellen – dasselbe Werkzeug, das zur Untersuchung von Erdbeben verwendet wird – werden häufig verwendet, um tief unter der Erdoberfläche nach Öl und Erdgas zu suchen. Diese Energiewellen bewegen sich durch die Erde, so wie sich Schallwellen durch die Luft bewegen. Bei der Öl- und Gasexploration werden seismische Wellen tief in die Erde gesendet und können zurückgeworfen werden. Geophysiker zeichnen die Wellen auf, um mehr über Öl- und Gasvorkommen unter der Erdoberfläche zu erfahren. Bob Hardage vom Bureau of Economic Geology der University of Texas ist ein Experte für den Einsatz dieser Technologie bei der Öl- und Gasexploration. Er sprach mit Mike Brennan von EarthSky.
Zwei Vibroseis-Quellen arbeiten zusammen, um eine Reihe seismischer Quellen über einer CO2-Sequestrierungsstelle zu bilden.
F: Wie werden heute seismische Technologien bei der Suche nach Öl und Gas eingesetzt?
A: Was wir bei der Erforschung der Energieressourcen der Erde verwenden, nennt man Reflexionsseismologie. Wenn Sie seismische Wellen bei der Untersuchung von Erdbeben verwenden, sind die Erdbeben die Energiequelle, dh die Quelle der Wellen. Aber beim Einsatz reflexionsseismischer Technologien für die Öl- und Gasexploration müssen wir eine Art akzeptable Energiequelle auf der Erdoberfläche einsetzen und dann eine angemessene Anzahl seismischer Sensoren über die Erdoberfläche verteilen, die die Wellen aufzeichnen zurück reflektiert.
F: Sie senden also seismische Wellen in die Erde, sie prallen zurück, und dann haben Sie Sensoren auf der Erdoberfläche, die diese Reflexionen aufnehmen?
A: Ja. Genau das wird getan. Es werden verschiedene Energiequellen verwendet. Die am häufigsten an Land verwendete Methode heißt Vibroseis. Es sind sehr große, schwere Fahrzeuge, die 60.000 bis 70.000 Pfund wiegen. Sie bringen eine Grundplatte auf der Erde an und haben ein in das Fahrzeug integriertes Hydrauliksystem, das diese Grundplatte über einen vorbestimmten Frequenzbereich vibriert. So wird die Vibroseis – wir würden sie Quellstation nennen – zur Energiequelle der seismischen Wellen .
Das an der Quellstation erzeugte Wellenfeld strahlt als dreidimensionale Welle von diesem Punkt weg. Es geht nach unten und reflektiert zurück. Das reflektierte Wellenfeld von jeder Gesteinsgrenzfläche, die bei der Ausbreitung dieses nach unten gehenden Wellenfeldes angetroffen wird, wird dann an der Erdoberfläche von Sensoren aufgezeichnet, die wir Geophone nennen. Sie sind in bestimmten Geometrien auf der Oberfläche über dem interessierenden Bereich verteilt. Wir verwenden diese Sensorantworten, um das Innere der Erde an Orten abzubilden, an denen wir an einem sehr detaillierten Verständnis der Geologie interessiert sind.
F: Wenn ein reflektiertes Wellenfeld zur Erdoberfläche zurückkehrt, wo sich ein Geophon befindet, bewegt sich das Gehäuse des Geophons mit der Erde. Aber in diesem Fall ist diese aufgehängte Spule aus Kupferdraht. Am Gehäuse des Geophons ist ein Magnet befestigt, und wenn die Erde das Gehäuse und seinen am Gehäuse befestigten Magneten bewegt, bewegt sich dieser Magnet über diese Kupferdrähte und es entsteht eine Spannung.
A: Es ist ein sehr einfaches kleines Gerät, aber Geophone sind inzwischen extrem empfindlich geworden. Um Ihnen eine Vorstellung von der Empfindlichkeit zu geben, müssen wir die seismische Aufzeichnung stoppen, wenn der Wind beispielsweise 20 Meilen pro Stunde oder mehr erreicht. Der Grund ist, dass der Wind das Gras erschüttert und das Signal beeinflusst. Es baut nur Hintergrundgeräusche in den Geophonen auf, die unerwünscht sind.
Ein kleines Insekt, sogar eine Ameise, kann über die Oberseite eines Geophons kriechen und in diesem Geophon Rauschen erzeugen. Sie sind also wirklich extrem empfindliche Geräte.
Seismischer Sensor wird eingesetzt
F: Werden andere seismische Technologien eingesetzt?
A: Ja. Ich habe noch nicht über seismische Offshore-Arbeiten gesprochen, und es werden wirklich mehr seismische Daten offshore als onshore erfasst. Es gibt eine andere Art von Technologie, die Offshore verwendet wird. Aufgrund sehr berechtigter Umweltbedenken für Meerestiere – hauptsächlich Wale, Delfine und dergleichen – sind Luftkanonen die einzige seismische Quelle, die vor der Küste eingesetzt wird.
Das sind Geräte, die hinter Schiffen geschleppt werden. Wenn die Luftkanonenanordnungen komprimierte Energie freisetzen, erzeugen sie eine starke Druckwelle. Die Druckwelle wandert durch die Wassersäule, tritt dann in die Schichten des Meeresbodens ein und breitet sich nach unten aus, um die Geologie zu beleuchten. Die reflektierten Wellenfelder kehren dann zurück und wandern durch die Wassersäule zu Hydrophonkabeln, die von demselben Schiff oder von einem separaten Begleitschiff geschleppt werden.
Diese gezogenen Hydrophonkabel werden jetzt auch extrem groß. Sie können so lang sein, sagen wir, sogar 15 Kilometer (9 Meilen). Und in einigen modernen Schiffen könnten etwa 20 dieser Kabel Seite an Seite seitlich über eine Entfernung von etwa einem Kilometer verteilt sein. Die Anordnung der Sensoren im Wasser ist also etwas verblüffend.
Wiederum digitalisieren diese Hydrophone, die dieses reflektierte Wellenfeld aufzeichnen, die bevorstehenden seismischen Reflexionsereignisse in sehr kleinen Zeitschritten – Intervallen von einer oder zwei Millisekunden – für lange Zeiträume von mehreren Sekunden. Sie erhalten also sehr tiefe Daten. Es ist so etwas wie ein Wunderwerk der digitalen Aufzeichnungstechnologie in Bezug auf die Masse der zu verarbeitenden Daten.
Zeichnung einer marinen seismischen Operation. Jeweils rot
Quadrat, das vom Schiff gezogen wird, ist eine Reihe von Luftgewehren.
F: Wie hat sich diese Technologie verändert?
A: Im Laufe der Zeit hat sich herausgestellt, dass die Öl- und Gasindustrie einer der größten Treiber für die Entwicklung digitaler Aufzeichnungstechnologie war.
Als ich Ende der 1960er Jahre in das Geschäft einstieg, war die Öl- und Gasindustrie gerade dabei, von der analogen Datenaufzeichnung zur digitalen Datenaufzeichnung überzugehen. Die ersten digitalen Systeme waren in der Datenkanalkapazität sehr begrenzt. Wenn ich den Begriff Datenkanäle verwende, meine ich, wie viele seismische Sensoren aufgezeichnet werden. Wenn Sie beispielsweise 50 Datenkanäle aufzeichnen, erhalten Sie Antworten von 50 Geophonen. Bei einigen der frühen Systeme waren wir einfach nur begeistert, dass wir 48 Datenkanäle oder 96 Datenkanäle aufzeichnen konnten.
Die Empfängerantenne, die wir auf der Erdoberfläche bauen konnten, war ziemlich begrenzt in ihrer Größe und wie man sie konfigurieren konnte. Bis in die 1970er-Jahre gab es Bestrebungen, bessere, größere und schnellere Datenaufzeichnungssysteme zu entwickeln. Das passiert übrigens heute noch.
Auch in den 1970er Jahren gab es mehrere seismische Auftragnehmer, aber ein Unternehmen dominierte das Geschäft. Sie waren dem Microsoft ihrer Zeit in diesem Beruf sehr ähnlich. Sie hießen GSI – Geophysical Services, Inc. – und gehörten zu den ersten Entwicklern digitaler seismischer Aufzeichnungstechnologie. Wir befinden uns erneut in dem Zeitrahmen, in dem die Festkörperelektronik auf den Markt kam.
GSI beschloss, dass es ein eigenes internes Unternehmen aufbauen oder gründen musste, um die für seismische Rekorder erforderlichen Halbleitergeräte zu bauen. Sie gründeten das neue Unternehmen und nannten es Texas Instruments. Wie Sie wissen, ist Texas Instruments in der digitalen Industrie groß. Es ist dominant. Inzwischen ist GSI, der Seismiker, von der Bildfläche verschwunden, was niemand jemals für möglich gehalten hätte.
Ich versuche also, ein Bild der Öl- und Gasindustrie zu zeichnen. Es war der Motor für enorme Entwicklungen in der digitalen Industrie, mit der heute jeder lebt – die Mobiltelefone, die jeder benutzt, und alles andere.
Vollständige seismische Aufzeichnungsstation, die über einem geothermischen Prospektionsgebiet eingesetzt wird. Ein einzelnes Superphone empfängt das Reflexionssignal, das von dem Modul mit der Bezeichnung GSR 4 digitalisiert und gespeichert wird
F: Was ist das Wichtigste, was die Menschen über seismische Technologien wissen müssen, die bei der Öl- und Gasexploration eingesetzt werden?
A: Nun, ein Schlüsselfaktor bei der seismischen Technologie für Öl und Gas ist, dass andere Branchen gleichermaßen von diesen Fortschritten in der Reflexionsseismologie profitieren werden. Ein Nutznießer wäre die Geothermie, eine erneuerbare Energieart, an der wir alle jetzt sehr interessiert sind.
Eine weitere starke und unschätzbare Anwendung der Reflexionsseismologie, die uns zu einigen Umweltbedenken führt, ist dieses weltweit entstehende Bewusstsein für die Bedeutung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre. Es gibt eine Bewegung, menschengemachtes CO2 einzufangen und es dort abzusondern, wo es die Umwelt nicht verschmutzt. Diese Abscheidung von CO2 hängt stark von der seismischen Reflexionstechnologie ab.
Der Grund ist folgender: Die Öl- und Gasindustrie möchte seismische Technologie, damit sie die Geologie verstehen und Öl und Gas fördern kann. Aber diejenigen, die CO2 binden wollen, brauchen genau diese Informationen. Es spielt keine Rolle, auf welche Weise Sie die Flüssigkeiten bewegen, sie aus dem Gesteinssystem entnehmen oder in das Gesteinssystem einbringen, Sie benötigen dieselbe Technologie, um zu entscheiden, was Sie tun müssen, um sicher und effizient mit dem Gestein umzugehen flüssige Bewegung.
In unserer Forschungsgruppe wenden wir seismische Technologie auf Öl- und Gasfragen an, die Unternehmen dabei helfen, Öl und Gas effizienter aus Lagerstätten zu fördern. Aber wir arbeiten auch viel daran, dieselbe Technologie auf geothermische Anwendungen und auf Anwendungen zur CO2-Sequestrierung anzuwenden.
Daher sind die Einsatzmöglichkeiten seismischer Reflexionstechnologien ziemlich breit gefächert. Die Technologie wird auf absehbare Zeit weiterhin von der Öl- und Gasgemeinschaft dominiert werden. Aber wer hätte vor nur 10 Jahren gedacht, dass die seismische Reflexionstechnologie eine so wichtige Rolle bei der CO2-Sequestrierung spielen würde, wissen Sie? Wir werden sehen, was die Zukunft bringt!
Bob Hardage: Einsatz seismischer Technologien bei der Öl- und Gasexploration
Zitiert aus: https://earthsky.org/earth/bob-hardage-using-seismic-technologies-in-oil-and-gas-exploration