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1 Kleiner Pilz mit großer Wirkung: ERDölFöRDERunG mit HilFE DER natur Biopolymer-Pilotprojekt in Bockstedt

2 2 3 VORWORT Bernd leonhardt, leiter Pilotprojekt Bockstedt Joachim Pünnel, leiter Wintershall aktivitäten Deutschland Die Förderung von Erdöl und Erdgas ist ohne moderne und hochspezialisierte Technologien nicht mehr denkbar. Dass wir diese Technologien beherrschen, beweist unter anderem unsere Geschichte in Bockstedt, wo Wintershall seit mehr als 50 Jahren erfolgreich Erdöl fördert immer im Einklang mit der umwelt und den menschen der Region. Die technische Kompetenz, die Wintershall in Deutschland gewinnt, fließt in viele internationale Projekte mit ein und macht das unternehmen zu einem begehrten Partner. Oft liegen die besten methoden aber in der natur selbst. So ist es auch im Fall des derzeit größten Forschungsprojekts von Wintershall, an dem wir gemeinsam mit der BaSF arbeiten. Hier steht ein Pilz im Zentrum: Der Gemeine Spaltblättling, der in allen Wäldern der Erde auf laub- und nadelholz anzutreffen ist. Wenn er Stärke und Sauerstoff zu sich nimmt, erzeugt Schizophyllum commune so der name des Pilzes ein Biopolymer, ein rein biologisches Verdickungsmittel. Dieses Polymer lässt sich für die ölförderung einsetzen: Die gelatineartige Substanz dickt das Wasser an, das zur Verbesserung der Förderung in die lagerstätte gepresst wird. Das verdickte Wasser kann mehr öl aus der lagerstätte verdrängen. und das auch noch auf umwelt verträgliche Weise, denn das Biopolymer ist vollständig biologisch abbaubar. Ein Kriterium, das für Wintershall von größter Bedeutung ist. nach umfangreichen Forschungen setzen wir das Biopolymer nun im Erdölfeld Bockstedt ein, um es für die effizientere ölförderung zu testen. Die Details des Projekts und die einzelnen Schritte des Feldtests stellen wir ihnen auf den folgenden Seiten vor. mit freundlichen Grüßen Bernd leonhardt Joachim Pünnel

3 Das Prinzip: Ein Pilz hilft bei der ölförderung Aus der Natur: der Pilz Schizophyllum commune. Das weiße, watteartige Geflecht produziert das Biopolymer, mit dessen Hilfe Wintershall künftig mehr Erdöl fördern will. Der braune Fruchtkörper dient nur der Vermehrung. im niedersächsischen Erdölfeld Bockstedt wird der größte deutsche Erdöl- und Erdgasproduzent die Wirkungsweise des Biopolymers in den nächsten drei Jahren testen.

4 4 5 FöRDERTEcHniK Fotos: fotolia Dmitry Ersler (l.), Gina Sanders (r.) mehr als nur Treibstoff: Erdöl ist der wichtigste Grundstoff für unseren gesellschaftlichen Wohlstand. Erdöl: Wie der wichtige Rohstoff gewonnen wird Erdöl ist der wichtigste Rohstoff der modernen industrienationen. neben der Verwendung als Treibstoff ist Erdöl auch der wichtigste Grundstoff für die chemische industrie und damit für nahezu alle Kunststoffe, Wasch- und lösemittel, arzneimittel, Kosmetika, Wachse, lacke und vieles mehr. in einer cd oder DVD plus Hülle stecken zum Beispiel mehr als ein liter öl und rund 40 Prozent aller Textilien enthalten Erdöl. Bisher wird weltweit im Schnitt jedoch nur etwa ein Drittel des Erdöls aus jeder lagerstätte gefördert. Der kostbare Rohstoff ist in porösem Gestein eingeschlossen und gelangt nur mit zunehmendem technischen aufwand an die Oberfl äche. in der ersten Phase der Produktion, der so genannten Primärförderung, strömt das öl durch den natürlichen lagerstättendruck noch quasi von allein an die Oberfl äche allerdings typischerweise nur etwa zehn Prozent davon. mit traditioneller Pumptechnik, wie etwa den bekannten Pferdekopfpumpen, lassen sich je nach lagerstätte in etwa weitere fünf bis zehn Prozent eines Vorkommens gewinnen. Danach tritt die Produktion in ihre zweite Phase. Während der Sekundärförderung wird über injektionsbohrungen im ölfeld zum Beispiel Wasser in die lagerstätte gepresst, um den Eigendruck der lagerstätte aufrechtzuerhalten. auf diese Weise lassen sich noch einmal etwa zehn bis 20 Prozent des öls fördern. Bei rund 30 bis 40 Prozent ist allerdings in der Regel Schluss. Der Rest bleibt in den Gesteinsporen zurück. mit Hilfe des Pilzes soll sich dies ändern.

5 PHASE 1 2: PRimÄR- und SEKunDÄRFöRDERunG Wasserinjektion Pferdekopfpumpe Wasserinjektion PHASE 1 injektionsbohrung injektionsbohrung Zu Beginn reicht der natürliche Druck in der lagerstätte aus, um das öl ohne Hilfsmittel zu fördern. lässt dieser Druck nach, können Tiefpumpen mit Pferdekopfantrieb eingesetzt werden. So können etwa 15 bis 20 Prozent des Erdöls gefördert werden. Förderbohrung PHASE 2 Wasser Durch das Einpressen von Was ser mithilfe von injektionsbohrungen wird das Erdöl zu den Produktions bohrungen geschoben, so dass weitere zehn bis 20 Prozent ge won nen werden können. Dies geschieht jedoch recht ungleich mäßig, weil das Wasser mit der Zeit Wege fi ndet, am öl vorbeizukommen. Erdölhaltiges Gestein

6 6 7 EOR Enhanced Oil Recovery: Techniken und Know-how für mehr Erdöl um mehr öl aus der lagerstätte zu gewinnen, werden in der dritten Förderstufe, der Tertiärphase, methoden der so genannten Enhanced Oil Recovery (EOR) zu Deutsch: verbesserte ölgewinnung eingesetzt. Zu diesen methoden zählt auch die anwendung von Biopolymeren als natürliche Verdickungsmittel beim so genannten Polymerfl uten. Was ist ein Polymer? Polymer kommt aus dem Griechischen und bedeutet viele Teile. Ein Polymer ist nichts anderes als eine aneinanderreihung von molekülen der gleichen Einheit. Polymere tauchen in unserem täglichen leben praktisch überall auf. Eine wesentliche Funktion haben sie als Verdickungsmittel, zum Beispiel in Zahnpasten und Kosmetikartikeln, um eigentlich fl üssige Stoffe zähfl üssig oder gelförmig zu machen. Bei der Erdölförderung dicken sie das Wasser an, das dann in die Erdöllagerstätte gepresst wird. Wie funktioniert Polymerfluten? in vielen lagerstätten ist das Erdöl sehr viel zähfl üssiger als das Wasser. Dies bedeutet, dass das mobilere Wasser die Gesteinsporen wesentlich leichter durchfl ießen kann als das Erdöl. anstatt nun das Erdöl wie eigentlich gewünscht vor sich herzuschieben, fi ndet es mit der Zeit Wege, um sich zwischen den öltröpfchen hindurchzuquetschen und nimmt dabei immer weniger Erdöl mit. Eine möglichkeit, die Fördermenge zu erhöhen, besteht darin, die Beweglichkeit oder mobilität von Wasser und Erdöl aneinander anzugleichen. Durch die Zugabe eines Polymers wird das Wasser dicker und kann mehr öl aus der lagerstätte mitnehmen.

7 PHASE 3: TERTiÄRFöRDERunG POlYmERFluTEn Polymerinjektion Pferdekopfpumpe Polymerinjektion injektionsbohrung injektionsbohrung PHASE 3 Förderbohrung Beim Polymerfl uten, einer methode der Tertiärförderung, dickt man das injektionswasser mit Polymeren an. So kann das Wasser das öl deutlich gleichmäßiger und effi zienter verdrängen. Die ausbeute erhöht sich dadurch zusätzlich um rund zehn Prozent. mit dem Polymer versetztes Wasser Erdölhaltiges Gestein

8 8 9 TEcHnOlOGiE Foto: Hagen Graebner mitarbeiter von BaSF an den Fermentern, in denen das Biopolymer produziert wird. Der Pilz Schizophyllum commune in seiner natürlichen umgebung. Gut für die Umwelt: Polymerfluten mit Schizophyllan Viele unternehmen forschen derzeit daran, die Technologien der tertiären Erdölförde rung immer weiter zu entwickeln und zu optimieren. neben wirtschaftlichen und technologischen aspekten steht dabei vor allem der umweltschutz im Vordergrund. Wintershall entwickelt gemeinsam mit den Forschern und ingenieuren der BaSF ein neues Verfahren, mit dessen Hilfe die Entölung der lagerstätten auf schonendem Wege weiter verbessert werden kann. Zum Einsatz kommt eine gelartige Substanz, ein Biopolymer, das mit Hilfe eines Pilzes gewonnen wird. Was ist ein Biopolymer? Das Biopolymer entsteht in einem natürlichen biotechnischen Prozess ähnlich wie beim Bierbrauen. Bei synthetischen Polymeren werden die molekülketten in chemischen Reaktoren erzeugt. im Fall des Biopolymers Schizophyllan stellt der Pilz diese selbst her. Schizophyllum commune, so der name des Pilzes, ist in allen Wäldern der Erde auf totem Holz wie etwa umgestürzten Bäumen anzutreffen. Er ernährt sich im Wesentlichen von Sauerstoff und verschiedenen Kohlenstoffquellen, so zum Beispiel Zucker, und erzeugt im laufe seines Wachstumsprozesses das Biopolymer, das er unter anderem für den aufbau seiner eigenen Zellwände benötigt.

9 Der Pilz in der nährstofflösung, die sein Wachstum anregt. Forscher der BaSF diskutieren die jüngsten Ergebnisse am Pc. Die gelartige Substanz Schizophyllan besteht insgesamt aus etwa aneinandergereihten Zuckerbausteinen und ist vollständig biologisch abbaubar ein echtes naturprodukt also. in anderen Teilen der Welt hat man die Vorteile von Schizophyllan längst erkannt: So wird Schizophyllan in Südamerika als nahrungsergänzungsmittel und in asien sogar medizinisch zur Stärkung des immunsystems eingesetzt. Dieses Biopolymer will Wintershall für die ölförderung nutzen. Deshalb stellt die BaSF das Verdickungsmittel in einem aufwändigen Prozess exklusiv im auftrag von Wintershall her. als Teil dieses Prozesses wird das Biopolymer in einem mehrstufigen Verfahren vollständig vom Pilz getrennt und gereinigt. Wenn das Biopolymer im Feldversuch zur anwendung kommt, ist darin somit der Pilz nicht mehr enthalten. Schizophyllan ist für die Erdölförderung ein echter Gewinn: Das Produkt bleibt trotz seiner abbaubarkeit nicht nur bei hoher Temperatur und Salzkonzentration in der lagerstätte wirksam; dank seiner hervorragenden umweltverträglichkeit kann das Bioprodukt sogar in hochsensiblen ökosystemen wie dem meer eingesetzt werden. Das ist insbesondere in ländern wie norwegen von Vorteil, die die biologische abbaubarkeit für sämtliche Substanzen fordern, die bei der Offshore-Förderung verwendet werden.

10 10 11 PilOTPROJEKT Pilotprojekt: mehr Erdöl in Bockstedt Das Erdölfeld im niedersächsischen Bockstedt betreibt Wintershall bereits seit Worum geht es beim Pilotprojekt Polymerfluten Bockstedt? nachdem das Biopolymer von BaSF und Wintershall in den vergan genen Jahren umfassend erforscht und getestet wurde, will Wintershall es nun auf seine Eignung für die verbesserte ölförderung überprüfen. Das Pilotprojekt soll in einem kleinen Teil des norddeutschen Erdölfeldes Bockstedt im landkreis Diepholz durchgeführt werden. Die Erdölförderung in Bockstedt und in den benachbarten Erdölfeldern aldorf und Düste hat eine lange Tradition. Seit den 1950er Jahren wird hier das heimische Erdöl aus dem Boden geholt. Hier soll das Biopolymer in den kommenden drei Jahren getestet werden. Dabei wird mit dem Schizophyllan versetztes Wasser der lagerstätte zugeführt dadurch soll die Förderung aus den umliegenden Bohrungen erhöht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse geben aufschluss darüber, wie sich das Biopolymer bewährt und ob es den schwierigen Bedingungen in der Erdöllagerstätte gewachsen ist. Welche Auswirkungen hat das Pilotprojekt auf die Umwelt? Die Erdölförderung mit Schizophyllan ist absolut umweltschonend. Das Biopolymer wird als flüssiges Konzentrat in speziellen Tanklastwagen, die lebensmittelhygienischen Standards entsprechen, transportiert. Kurz vor der Zugabe des Biopolymers wird ein

11 Kon servierungsmittel in die lager stätte gegeben, das das Polymer vor dem angriff von Keimen schützt. Dieses mittel wird auch bei der Papierherstellung und in der Wasserkonditionierung für Kühl- und Warmwasser verwendet. Es wird vollständig verbraucht, während das Biopolymer-Wasser-Gemisch das poröse Gestein der Erdöllagerstätte durchfließt. Das anschließend gemeinsam mit dem öl geförderte Salzwasser wird in der bestehenden betriebseigenen aufbereitungsanlage vom öl getrennt und wieder vollständig in die Erdöllagerstätte zurückgeführt. So wird zudem der natürliche Druck in der lagerstätte aufrechterhalten. Schadet der Feldversuch unserem Wasser? nein, unser Wasser wird von dem Feldversuch nicht beeinflusst. Die Erdölförderung mit dem biologisch abbaubaren Polymer hat keinerlei auswirkungen auf das Trinkwasser. Denn das Polymer wird in einer Tiefe von metern eingesetzt, wo das öl in den Gesteinsporen sitzt. Dort befindet sich auch das Salzwasser. Weder das Polymer, noch das öl oder das Salzwasser kommen mit dem Trinkwasser in Berührung. Warum mischt sich das Trinkwasser nicht mit dem Wasser aus der Lagerstätte? Die geologische Schicht, in der das Erdöl und das Salzwasser lagern, befindet sich mehr als einen Kilometer unter der Erde und ist von unseren Trinkwasserschichten durch viele undurchlässige Gesteinsschichten abgetrennt, die schon seit millionen von Jahren existieren. Sie bestehen unter anderem aus Tonstein oder anhydrid, einem Verwandten von Gips. Ein Stoff, der in metern Tiefe eingebracht wird, kann also nicht in die deutlich höher gelegenen Grundwasserebenen, die der Trinkwassergewinnung dienen, ge langen. in Bockstedt liegen die Trinkwasserschichten in einer Tiefe von maximal 50 metern. Die abdichtung der Grundwasser- und Gesteinsschichten intakt zu halten, ist eine zentrale aufgabe verantwortungsvollen Handelns bei der Förderung von Erdöl und Erdgas. um dies zu gewährleisten, wird die Bohrung durch im Gestein einzementierte Stahl rohre gesichert und deren integrität von Wintershall und den zuständigen aufsichtsbehörden streng überwacht. letztere kontrollieren und genehmigen alle mit der Förderung von Erdöl und Erdgas einhergehenden aktivitäten.

12 12 13 PilOTPROJEKT Vorbereitung für das Pilotprojekt: Südlich von Bockstedt hat Wintershall neue Bohrungen abgeteuft. Hier wird das Biopolymer Schizophyllan in der lagerstätte getestet. Erdölförderung in Bockstedt Bohrtürme sind für die Bürger im Raum Bockstedt ein vertrauter anblick. Schließlich fördert Wintershall hier bereits seit mehr als 50 Jahren Erdöl. Bereits im Jahr 1958 konnte die millionste Tonne Erdöl in der Region gefördert werden. Ein Jahr später kam mit der Entdeckung der Gasvorkommen in Eydelstedt noch die Förderung von Erdgas hinzu. mehr als 300 Bohrungen wurden seit dieser Zeit im Raum Bockstedt in die Erde gebracht. Heute sind noch drei Felder in Produktion: aldorf, Bockstedt und Düste. Die Fördermenge aus diesen drei Feldern beträgt rund Tonnen öl pro Jahr. Zur aufbereitung wird das öl über Feldesleitungen ins nahe gelegene Barnstorf transportiert, das operative Zentrum der Wintershall-aktivitäten in Deutschland. Das Erdöl im Feld Bockstedt ist unterschiedlich zähflüssig. im Süden der lagerstätte ist das öl etwa elfmal so dick wie Wasser, im norden sogar 30-mal so dick. Dieses öl will Wintershall nun im Feldtest mit Hilfe des Biopolymers an die Oberfläche bringen.

13 Dren BREMEN 1 29 Großenkneten Wildeshausen Syke enburg Bassum 6 51 BOCKSTEDT 61 1 Vechta 69 Barnstorf Sulingen Rüssen Diepholz Bockstedt Uchte Heiligenloh Espelkamp Rüssener Heerweg NABRÜCK 65 Minden Der Bohrplatz befi ndet sich am Rüssener Heerweg. 61

14 14 15 PilOTPROJEKT neubohrungen anlagenbau und -inbetriebnahme August September Oktober November Dezember Januar Februar Pilotprojekt Bockstedt: Der Zeitplan Der Feldtest in Bockstedt ist in zwei Phasen unterteilt: Die erste Etappe des Pilotprojekts Polymerfl uten Bockstedt läuft bis Herbst 2012 und sieht die Vorbereitung des Feldversuchs am Rüssener Heerweg vor. Das umfasst das niederbringen von drei neuen Bohrungen und den Bau von Obertageanlagen wie lagergebäuden, mischeinrichtungen und messanlagen. anschließend wird das Biopolymer zugegeben und sein Verhalten in der lagerstätte beobachtet. Für diese zweite Phase sind zwei Jahre vorgesehen. Parallel zu dem Feldversuch im Erdölfeld Bockstedt geht die Entwicklungsarbeit bei Wintershall und BaSF weiter. Denn um in Zukunft mit Schizophyllan mehr Erdöl fördern zu können, muss das Biopolymer in den entsprechenden mengen produziert werden. Das macht den Bau zusätzlicher anlagen auf dem Gelände der BaSF in ludwigshafen notwendig. aber das Biopolymer ist die mühe wert: mit Hilfe von Schizophyllan könnte der Entölungsgrad je nach lagerstätte künftig auf bis zu 45 Prozent gesteigert werden ein gewaltiger Schritt. Eine in Deutschland entwickelte Technologie würde so in Zukunft die Erdölförderung überall in der Welt verbessern. und vor allem in puncto umweltfreundlichkeit neue maßstäbe setzen.

15 ZuGaBE DES BiOPOlYmERS TESTPHaSE Foto: fotolia Springfield Gallery März April Mai 4. Quartal Juni mehr infos zum Projekt auf:

16 Wintershall Holding GmbH Friedrich-Ebert-Straße Kassel, Deutschland Tel.: Fax: Wintershall Holding GmbH Erdölwerke Barnstorf Rechterner Straße Barnstorf Tel.: Fax:

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