Wie finden wir eigentlich Öl?

Ich schreibe über Kryptowährungen, Raketen und Weltraumkolonisation, aber meine eigentliche Aufgabe bestand darin, Software für geologische Modellierung zu erstellen.

Bei der geologischen Modellierung werden Computermodelle des Untergrunds erstellt, dh die Struktur der Gesteinsschichten unter der Erde. Geologen tun dies, um herauszufinden, wo es Öl geben könnte und wo sie bohren sollten.

Als ich in der High School etwas über Geologie lernte, fand ich es ein ziemlich langweiliges Fach. Ich fand es nicht sehr interessant, eine Reihe von Gesteinsarten auswendig zu lernen. Ich sah auch keinen klaren Zweck oder Anwendung dieses Wissens.

Als Softwareentwickler in diesem Bereich zu arbeiten, hat meine Perspektive sehr verändert, bis zu dem Punkt, an dem ich dachte, dass ich unter anderen Umständen Geologe hätte werden können.

Was die Geologie in diesem Zusammenhang spannend macht, ist, dass herauszufinden, wo das Öl ist, wie viel es ist und wie man es am besten extrahieren kann, wie aufwendige Detektivarbeit ist. Der Detektiv nimmt verschiedene Hinweise auf und kombiniert sie, um die Ereignisse zusammenzusetzen, die zum Verbrechen geführt haben müssen.

Ebenso müssen die Geologen verschiedene Hinweise oder Daten sammeln, um genauer zu sein, die er verwenden kann, um die geologischen Ereignisse zusammenzusetzen, die aufgetreten sind.

Alle verschiedenen Daten werden gesammelt und in Software zur geologischen Modellierung importiert. Diese Software verfügt über Werkzeuge, um die Daten zu analysieren und nach Hinweisen zu suchen, die dann verwendet werden können, um ein 3D-Modell des Untergrunds zu erstellen, das alle wichtigen Merkmale enthält.

Kohlenwasserstoffe wie Öl und Gas sind nicht völlig zufällig verstreut. Es gibt bestimmte geologische Merkmale, die die Wahrscheinlichkeit, dass wir dort Öl finden, erheblich erhöhen. Nach Öl zu suchen bedeutet, nach diesen geologischen Merkmalen zu suchen.

Welche Funktion wir auch suchen, es gibt ein gemeinsames Muster. Sie brauchen eine Art Ölfalle. Öl fließt nach oben und so suchen wir nach einem geologischen Merkmal, das Öl einfangen kann, so dass es sich in einem begrenzten Gebiet konzentriert.

Im Gegensatz zu typischen Cartoon-Darstellungen von Ölreservoirs wird das Öl nicht unterirdisch in einer Art Hohlhöhle gelagert. So seltsam es auch klingt, das Öl wird tatsächlich im Gestein selbst gespeichert. Natürlich kann Öl in keinem Gestein gelagert werden. Wir brauchen ein poröses Gestein mit vielen kleinen Hohlräumen und Kanälen, in denen sich das Öl befinden kann.

Typischerweise bedeutet das einen Sandstein. Also im Grunde ein Stein, der sich durch Kompression von Sand gebildet hat. In einer fernen Vergangenheit muss es einen Strand, einen Fluss oder etwas Ähnliches gegeben haben, an dem sich Sand in großen Mengen abgelagert hat, der später von unzähligen anderen Gesteinsschichten bedeckt wurde und genügend Druck auf den Sand ausübte, um ihn in Sandstein zu verwandeln.

Der Sandstein muss oben von einem nicht durchlässigen Deckgestein wie Schiefer bedeckt sein. Das ist nur eine ausgefallene Art zu sagen, dass Flüssigkeiten nicht durch den Felsen fließen können.

Wir brauchen auch, dass das Kappengestein wie eine Art Trichter geformt ist, damit sich Öl darunter sammeln kann, wenn es sich nach oben bewegt. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, wie dies passieren kann. Im Folgenden finden Sie verschiedene Beispiele für Felsformationen, die helfen, das Öl einzufangen.

Daher konzentriert sich der Geologe darauf, solche Gesteinsformationen zu lokalisieren, die aus Gestein der richtigen Art bestehen.

Fehlerfallen

Ein Fehler entsteht, wenn sich zwei Gesteinsschichten relativ zueinander verschieben. Wenn das passiert, bekommt man normalerweise ein Erdbeben. Wenn man sich in einem Winkel nach oben verschiebt, entsteht möglicherweise eine Falle für das Öl.

Deshalb ist es bei der geologischen Modellierung eine große Sache, herauszufinden, wo sich die Fehler befinden. Sie möchten Ihre Verwerfungslinien wirklich richtig lokalisieren und modellieren.

Wie man das Puzzle zusammensetzt und ein Modell baut

Um ein Modell zu erstellen, in dem Sie die verschiedenen Arten von Gesteinsschichten und die Position von Merkmalen wie Fehlern sehen können, die Öl einfangen können.

Früher bohrten die Leute nur ein bisschen Öl, um zu sehen, ob sie Glück haben und Öl finden würden. Deshalb sahen große landgestützte Ölfelder in Oklahoma oder Kalifornien wie Wälder von Ölplattformen aus.

Nach einer Weile wurden sie etwas schlauer und nahmen Gesteinsproben aus den Brunnen und verschiedenen Tiefen. Wenn Sie sich diese Gesteinsproben an verschiedenen Orten ansehen, können Sie interpolieren, um zu erraten, wie der Boden in Bereichen aussah, die Sie noch nicht gebohrt hatten. Z.B. wenn Sie Schiefer und dann Sandstein in 20 Metern Tiefe an einem Ort finden, aber in 40 Metern Tiefe an einem anderen Ort, dann können Sie daraus schließen, dass die Felsformation dazwischen nicht vollständig flach ist.

Der nächste Schritt bestand darin, Messinstrumente mit einem Seil abzusenken und die Eigenschaften der darunter liegenden Gesteine in verschiedenen Tiefen zu messen. Dies könnte z. B. durch den Versuch geschehen, elektrischen Strom durch das Gestein zu senden und zu sehen, wie gut es Elektrizität leitet. Mit Wasser gefüllter Sandstein leitet z.B. viel besser, als wenn er mit Öl oder Gas gefüllt ist.

Messungen in verschiedenen Tiefen erzeugen Daten, die wir Bohrlochprotokolle nennen.

In Norwegen, wo ich wohne, haben wir keine Ölquellen an Land. Das gesamte Öl wird von Offshore-Ölplattformen gewonnen. Das ist einer der Gründe, warum die Ölförderung in Norwegen viel später begann als in Texas. Es ist sehr schwierig, auf See zu bohren. In Texas ist das Öl oft nicht viel tiefer als 20 Meter. Der erste Ölfund auf dem norwegischen Schelf war fast 3000 Meter tief. Natürlich können Sie unter solchen Bedingungen zufällig Ölquellen bohren und nach Öl suchen.

Onshore-Ölquellen kosten Millionen, Ölplattformen Milliarden. Aus diesem Grund haben Offshore-Ölbohrungen die Entwicklung der geologischen Modellierung unter Verwendung seismischer Daten vorangetrieben. Vermessungsschiffe würden damals Dynamit in die Luft jagen, um massive Schallwellen zu erzeugen, die sich durch das Wasser und den Boden bewegen.

Wenn Sie an Licht denken, wissen Sie, dass es eine Reflexion gibt, wenn Sie ins Wasser schauen. Das liegt daran, dass Licht an der Schnittstelle zwischen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften reflektiert wird. Das gleiche gilt für den Sound. Wenn sich also die Art des Gesteins im Untergrund ändert, wird der Klang reflektiert.

Eine Art von Mikrofonen, sogenannte Hydrophone, sind über die Wasseroberfläche verteilt. Diese sammeln die reflektierten Schallwellen. Die Hydrophone werden nach dem Vermessungsschiff gezogen, damit es sich bewegen und seismisch schießen kann. Seismische Aufnahme bedeutet im Grunde, Schall (ein akustisches Signal) zu erzeugen und aufzunehmen.

Dies wird in Daten umgewandelt, die wir seismische Würfel nennen. Es handelt sich um eine 3D-Voxelstruktur, die in der Software durch Einfärben der akustischen Reaktionen in verschiedenen Farben dargestellt wird, so dass z. bereiche, in denen es eine starke Reflexion gab, haben hellere Farben.

Dies ermöglicht es uns, ein Gefühl für die Schichtung von Gesteinen und ihre Form zu bekommen. Was es jedoch nicht sagt, ist, wie tief diese verschiedenen Felsformationen sind oder woraus sie bestehen. Wir sehen nur, wo eine Felsformation beginnt und endet, gemessen in Millisekunden.

Dies ist ein wichtiges Konzept in der geologischen Modellierung. Fast alle Daten, mit denen wir arbeiten, sind mit der Domäne gekennzeichnet, in der sie sich befinden. Eine Domäne ist der allgemeine Begriff dafür, ob Tiefen in Zeiteinheiten oder Längeneinheiten wie Metern oder Fuß gemessen werden.

Wir müssen in der Lage sein, diese zeitbasierten Daten in tiefenbasierte Daten umzuwandeln. Hier kommt die Detektivarbeit ins Spiel. Wir können Hinweise kombinieren. In der Regel haben wir einige Testbohrungen durchgeführt und Bohrlochprotokolle aufgezeichnet. Das bedeutet, dass wir anhand der Bohrlochprotokolle Übergänge zwischen verschiedenen Gesteinsschichten sehen können, die in der Tiefe gemessen werden.

Wir können diese Protokolle mit den seismischen Daten vergleichen. Wenn wir eine in der Zeit gemessene Schicht lokalisieren können, die wie eine Schicht aus dem in der Tiefe gemessenen Bohrlochprotokoll aussieht, können wir einem bestimmten Zeitwert einen Tiefenwert zuweisen.

Wie wir das machen, ist ziemlich kompliziert. Wir können z.B. die akustischen Eigenschaften von Gesteinen mit einem Bohrlochprotokoll messen. Überprüfen Sie in verschiedenen Tiefen, wie schnell sich der Schall durch den Fels bewegt. Dies bedeutet, dass wir durch eine Reihe komplizierter Berechnungen eine Art gefälschtes seismisches Signal erzeugen können, das wir mit dem echten seismischen vergleichen können. Ein Geologe kann in der Software diese gefälschte Seismik dehnen und quetschen, bis sie mit der Seismik des Vermessungsschiffs in der Umgebung des Brunnens übereinstimmt.

Die Software verfolgt das Dehnen und Quetschen, um die Beziehung zwischen verschiedenen Tiefen in der Zeit zu berechnen. Sobald wir diese Beziehung zwischen Zeit und Tiefe in mehreren Bohrlöchern abgeleitet haben, können wir mit dem seismischen Würfel zwischen ihnen interpolieren, um uns zu führen.

Das ermöglicht es uns, Netze oder 3D-Oberflächen zu erzeugen, die in der Zeit gemessen werden und Horizonte genannt werden. Horizonte zeigen den Schnittpunkt zwischen zwei verschiedenen Gesteinsschichten an.

Wir sind noch nicht fertig. Wir müssen herausfinden, welche Art von Gesteinen zwischen den verschiedenen Gesteinsschichten und ihren Eigenschaften existieren. Wir wollen auch ihre Eigenschaften kennen. Z.B. Was ist die Porosität des Sandsteins. Wenn es eine große Porosität aufweist, kann es viel Öl enthalten. Wenn es jedoch eine geringe Durchlässigkeit aufweist, sind die kleinen Hohlräume nicht gut miteinander verbunden und das Öl kann nicht leicht aus dem Reservoir in Ihre Ölquelle gelangen.

Aus diesem Grund erstellen wir Datenstrukturen, die als Zonen bezeichnet werden und den Bereich zwischen den Horizonten darstellen. Mit Blick auf die Bohrlochprotokolle versuchen Geologen, Gesteinseigenschaften und -typ zu bestimmen. Diese Art von Arbeit erfordert viele Statistiken und Korrelationen. Die Protokolldaten, die wir erhalten, sind Dinge wie:

• Gamma-Protokolle, Messung der vom Gestein emittierten Gammastrahlen.
• Neutrino-Logs zur Messung der Dichte von Neutrinoteilchen.
• Widerstand logs. Messen Sie den elektrischen Widerstand.
• Sonic Log, messen Sie die Zeit, die der Schall benötigt, um durch den Felsen zu gelangen.

Kurz gesagt, keiner misst wirklich direkt die Eigenschaften, nach denen wir suchen, wie Porosität und Permeabilität. Wir müssen Wissen über statistische Beziehungen zwischen den von uns gemessenen Protokollen und den Eigenschaften, an denen wir interessiert sind, verwenden.

Aber wir sind noch nicht fertig, weil der Unterschied zwischen den Gesteinsarten nicht nur Schicht für Schicht auftritt. Es hätte mäandernde Flüsse, Strände usw. geben können, die Sand abgelagert haben, der sich in den Sandstein verwandelt hat, den wir sehen. Wir brauchen eine detailliertere Modellierung, weil unser Ölreservoir kein homogenes Stück Sandstein sein wird.

Deshalb erstellen wir ein Raster, das bedeutet, dass wir unser gesamtes Modell in viele kleine Zellen aufteilen, die normalerweise würfelförmig sind. Jeder Zelle können wir unterschiedliche Werte für Porosität, Permeabilität und Gesteinsart zuordnen.

Auf diese Weise können wir berechnen, wie viel Gesamtraum sich im Reservoir für Öl befindet.

Normalerweise ist ein Reservoir eine sehr komplexe Sache. Es gibt unterschiedliche Drücke und wenn Sie Öl produzieren, bewegen sich Flüssigkeiten wie Öl, Gas und Wasser im Reservoir und beeinflussen, wie viel Öl Sie produzieren können. Aus diesem Grund führen wir Simulationen mit diesen Netzmodellen durch, um vorherzusagen, wie die Ölproduktion im Laufe der Zeit ausfallen wird.

Schleifen und Verlaufsanpassung

Die Art und Weise, wie ich all dies bisher dargestellt habe, ist, als ob sich der Prozess die ganze Zeit in nur eine Richtung bewegt. Aber wirklich besteht es aus größeren und kleineren Schleifen. Sie gewinnen im Laufe der Zeit immer mehr Daten. Sie bohren mehr Brunnen und erhalten mehr Brunnenstämme. Wenn Sie Öl über längere Zeit produzieren, können Sie die tatsächliche Produktion mit dem abgleichen, was Sie vorhergesagt haben. Wir nennen das History Matching. All dies wird verwendet, um unser geologisches Modell eines Ölfeldes kontinuierlich zu verbessern, damit wir neue Orte entdecken können, um Öl zu gewinnen oder eine bessere Vorstellung von der zukünftigen Ölproduktion zu bekommen.

Als nächstes Datenrepräsentation von geologischen Modellen

Okay, ich habe viele Details ausgelassen, aber ich hoffe, dies gab einen Überblick darüber, wie ein Geologe arbeitet und wie wir Öl finden. Als nächstes möchte ich mehr über die Besonderheiten der Datentypen schreiben, die wir verwenden, um das Ölreservoir und den Untergrund zu modellieren, und wie sie zusammenhängen.

Meine Zielgruppe sind Leute, die keine Geologen sind, aber vielleicht Softwareentwickler sind und besser verstehen wollen, wie diese Art von Software gemacht wird.