Entstehung und Förderung von Erdöl Lehrerinformation

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1 Lehrerinformation 1/11 Arbeitsauftrag Die SuS lesen die Arbeitsblätter und lösen die Aufträge dazu einzeln oder in Gruppen. Ziel Die SuS wissen, wie Erdöl entsteht, wie nach Erdölreserven gesucht wird und wie es gefördert wird. Sie üben aus Grafiken, Inhalte zu erschliessen. Material Arbeitsblätter Sozialform EA, GA Zeit 45

2 2/11 Entstehung Erdöl entstand vor bis zu 500 Millionen Jahren. Bereits in der erdgeschichtlichen Vorzeit lebte in den oberen Wasserschichten der Gewässer Plankton. Das abgestorbene Plankton sinkt zu Boden, es verwest nicht vollständig, da Schlammschichten das Plankton überlagern und dadurch der Sauerstoff entzogen wird. Die daraus entstehende Masse nennt man Faulschlamm. Bakterien, die ohne Sauerstoff (anaerob) auskommen, helfen, den Faulschlamm zu Kohlenwasserstoff weiterzuverarbeiten. Zusammen mit dem anorganischen Material der Flüsse bildet sich eine teerartige, brennbare Masse: das Bitumen. Über Millionen von Jahren lagerten die Flüsse immer mehr anorganisches Material auf dem Meeresgrund ab, es entstanden Kalk- und Sandsteinschichten. Die Ablagerungen können bis zu 6000 Meter hoch werden und pressen das mit Bitumen getränkte Gestein immer mehr zusammen. Das Gestein hat kleine Löcher, in welche das Erdöl langsam eindringt. Durch die Kompression steigen der Druck und die Temperatur im Muttergestein. Der Druck des Gesteins presst das Erdöl im Laufe der Jahrtausende wie aus einem Schwamm heraus. Erdöl und Erdgas steigen wegen ihrer geringen Dichte solange auf, bis eine undurchlässige Erdschicht sie stoppt. Es ist sehr selten, dass das Erdöl bis an die Oberfläche steigt, meistens wird es vorher gestoppt. Der Ort, an dem das Erdöl schliesslich stecken bleibt, wird Erdölfalle genannt. Das Erdöl steckt quasi in der Falle. Aufgabe 1: Beschreiben Sie, welchen Entstehungsschritt die Grafiken darstellen. Entstehung von Erdöl Quelle: M. Hasler, H.R. Egli (Hrsg.), Geografie wissen und verstehen, Bern 2004: hep

3 3/11 Obwohl Erdöl auf dem Meeresgrund entstanden ist, befinden sich Vorkommen auch auf dem Festland (onshore). Die tektonischen Platten, welche die Erdkruste und den obersten Erdmantel unserer Erde bilden, bewegen sich laufend. Dies hat vor Jahrmillionen dazu geführt, dass einstiger Meeresboden an Land gekommen ist. Ein beachtlicher Teil der Erdölvorkommen wird unter dem Meeresgrund (offshore) gewonnen. Sie finden sich meist in den küstennahen, flacheren Gebieten der Kontinentalschelfe: im Golf von Mexiko, in der Nordsee, im Karibischen Meer. Onshore wiederum wird vor allem in den Golfstaaten und auf der Arabischen Halbinsel gefördert, wo 50 % der heute nachgewiesenen Erdölvorkommen liegen. Der grösste Teil des verbrauchten Erdöls ist flüssiges Rohöl aus unterirdischen Vorkommen, sogenanntes konventionelles Erdöl. Daneben gibt es aber auch nicht konventionelle Vorkommen. Dazu zählen Ölsande in Kanada, Schieferöl in den USA und Schwerstöl in Venezuela. Entdeckung von Erdölvorkommen Früher entdeckte man Erdöl durch Zufall. Heute versucht man, mit gezielten Untersuchungen eventuelle Ölvorkommen auszumachen. Folgende Methoden werden dazu genutzt. Satellitenbilder Mithilfe von Satellitenbildern können Fachleute Gesteinsformationen ausmachen, die auf ein Erdölvorkommen deuten. Nach der Analyse der Luftbilder müssen Geologen vor Ort die Gesteinsschichten an der Erdoberfläche untersuchen. Magnetische Messungen Mit einem Magnetometer ausgerüstete Flugzeuge überfliegen das Untersuchungsgebiet. Sedimentgestein, in welchem Erdöl lagert, ist meist viel weniger magnetisch als anderes Gestein. Schwankungen, welche der Magnetometer aufzeichnet, können also auf Erdölvorkommen hindeuten. Seismische Verfahren Mithilfe von Sprengladungen oder speziellen Fahrzeugen werden seismische Wellen ausgelöst. Die durch das Erdbeben ausgelösten Schwingungen werden in den Gesteinsschichten verschieden stark reflektiert und an der Oberfläche mit speziellen Messgeräten, den Geophonen, aufgezeichnet. Mit Hydrophonen sind solche Messungen auch im Meer möglich. Nicht alle Wellen brauchen gleich viel Zeit, bis sie beim Messgerät angelangen, durch diese unterschiedlichen Zeiten können sehr genaue Angaben über die Schichtung des Untergrundes errechnet und in Seismogrammen dargestellt werden. Seismische Messungen Schweremessung (Gravimetrie)

4 4/11 Schweremessung (Gravimetrie) Gesteine unterscheiden sich in ihrer Dichte und in ihrer Anziehungskraft. Der Gravimeter misst genau diese Schwerkraftunterschiede an der Erdoberfläche. Wo niedrige Schwerkraftwerte bestehen, muss das Sedimentbecken tief sein und es könnte Erdöl vorkommen. Computermodelle Mithilfe der Daten von seismischen Untersuchungen können 3-D-Modelle von unterirdischen Gesteinsformationen erstellt werden. Erkundungsbohrungen (Explorationsbohrungen) Mit Computermodellen lassen sich Angaben zu möglichen Lagerstätten ermitteln. Letzte Gewissheit gibt aber nur eine Explorationsbohrung. Zu diesem Zweck werden Bohrkerne gefördert und von GeologInnen untersucht. Unter dem Mikroskop wird nach Hinweisen auf Erdöl gesucht. Das können bspw. Reste von Phytoplankton und Kohlenwasserstoffverbindungen sein. Schliesslich wird auch die Beschaffenheit des Gesteins mithilfe von Sonden an langen Kabeln im Bohrloch untersucht. Erdölförderung Wie erwähnt, kann Erdöl sowohl onshore als auch offshore gefördert werden. Die Lagerstätten werden mit Tiefbohrungen erschlossen. Die Bohrungen erreichen durchschnittlich drei bis fünf Kilometer Tiefe. Dafür braucht es einen Bohrturm. Die solide Stahlkonstruktion besteht aus vier Verstrebungen, in deren Mitte sich das Bohrgestänge befindet. Durch das Bohrgestänge wird der Bohrmeissel um seine eigene Achse gedreht und frisst sich durch die Gesteinsschichten. Die winklig gegeneinander angeordneten Kegelrollen zerkleinern beim Rollenmeissel das durchbohrte Gestein. Durch das Bohrgestänge wird Spülflüssigkeit bis zum Meissel gebracht: Dadurch wird er gekühlt und gleichzeitig hilft die Spülflüssigkeit durch den grossen Druck beim Gesteinsabtrag. Gelöste Gesteinsbruchstücke (man nennt das Bohrklein ) werden mit dem Spülmittel an die Oberfläche transportiert. Dort werden sie untersucht, denn sie können Aufschluss über die Gesteinsschichten geben. Das Bohrloch muss am Schluss durch ein Stahlrohr gesichert werden, damit es nicht wieder zusammenbricht. Richtbohrverfahren Das Richtbohrverfahren ermöglicht Bohrungen mit Richtungswechsel, man kann sozusagen um die Ecke bohren. Durch dieses Verfahren können Lagerstätten auch von der Seite erschlossen werden. Man kann also von einem Bohrloch aus in verschiedene Richtungen bohren.

5 5/11 Aufgabe 2: In welchen Situationen könnte es sinnvoll sein, von der Seite her zu bohren? Welche Vorteile könnte das Richtbohrverfahren zum Beispiel im Meer haben? Die Hälfte aller Erdölreserven befindet sich in den Schelfmeeren, die nur bis zu 200 Meter tief sind. Um in den Schelfmeeren Erdöl zu fördern, wendet man die gleichen Mittel wie an Land an. Die Bohrtürme werden auf schwimmenden oder im Meeresboden verankerten Bohrplattformen errichtet. Offshore-Plattformen werden allerdings auch mitten im offenen Meer gebaut. Die ersten Offshore- Plattformen entstanden bereits in den 1930er-Jahren in Venezuela. Heute wird von der Arktis bis nach Brasilien nach Erdöl gebohrt: Tiefseefelder befinden sich in einer Wassertiefe ab 500 Metern und Ultra- Tiefseefelder in mehr als 1500 Metern Meerestiefe. Die Plattformen halten ihre genaue Position mittels GPS. Auf den Plattformen selbst kann das Rohöl entwässert werden, es hat Lagertanks und Einrichtungen zur Beladung von Öltankern. Den aktuellen Tiefwasserbohrrekord hält die Plattform Dhirubhai Deepwater KG1 vor der indischen Küste in 3174 Metern Tiefe. Heute liefern rund 150 Tief- und Ultra-Tiefseefelder bereits Erdöl, gleich viele Projekte sind bereits im Gange, fördern aber noch kein Rohöl. Ein typisches Tiefseewasserprojekt ist das Erdölfeld Carioca, welches 2007 in Brasilien entdeckt wurde. Es liegt in 2000 Metern Meerestiefe und unter 3000 Metern Gesteinsschichten. Um an das Erdölfeld zu kommen, musste zuerst eine ein Kilometer mächtige Sedimentformation und anschliessend eine zwei Kilometer mächtige Salzschicht durchbohrt werden. Erst danach konnte man die Erdöl versprechenden Schichten anbohren.

6 6/11 Aufgabe 3: Zeichnen Sie auf der Karte die folgenden Tiefsee-Fördergebiete ein. Sie befinden sich an folgenden Stellen: Golf von Mexiko vor der westafrikanischen Küste vor Brasiliens Küste Weitere Vorkommen: Nordmeer im Mittelmeer vor Ägypten Indien, Indonesien, Malaysia, Philippinen Australien

7 7/11 Förderarten Primärförderung Das gespeicherte Erdöl und Erdgas steht im Muttergestein unter einem gewissen Druck. Manchmal ist dieser Lagerstättendruck gross genug, um das Erdöl ohne fremde Hilfe an die Oberfläche zu pressen mehrere Jahre lang. Damit können die Lagerstätten maximal zu 30 % ausgebeutet werden. Im Bohrloch wird ein Steigrohr installiert, durch das das Erdöl durch den Lagerdruck nach oben fliesst. Damit das Öl nicht fontänenartig aus dem Bohrloch schiesst, wird ein spezielles Ventil montiert, welches die Öffnung abdichtet. Sekundärförderung Bei nachlassendem Druck wird Wasser oder Gas in die Lagerstätte gepresst, damit steigt der Ölfluss wieder. Aus den Gesteinsporen lösen sich Erdöltropfen, die zusammen mit Wasser, Gas und Öl ins Steigrohr gedrückt werden und so an die Erdoberfläche kommen. Tertiärförderung Zwischen der Flüssigkeit und den Gesteinen wirken Kräfte, welche bewirken, dass etwa 15 bis 35 % des ursprünglichen Ölinhalts im Gestein bleiben. Mithilfe von Kohlensäure und anderen chemischen Mitteln werden sie ebenfalls aus den Gesteinen gepresst. Aufgabe 4: Beschrifte die Darstellung mit den Förderarten. Förderarten

8 8/11 Wie lange reicht das Erdöl? Quelle: Oil&Gas Journal, Dezember 2015 Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2015

9 9/11 Aufgabe 5: Betrachten Sie die Grafiken. Was können Sie herauslesen? Welche Konsequenzen für die Zukunft ergeben sich daraus? Die fossilen Energieträger bleiben weiterhin die wichtigsten Energielieferanten weltweit. Zu ihnen gehören alle Energieträger, die sich vor langer Zeit gebildet haben und heute in der Erde gefördert werden: bspw. Erdöl, Erdgas und Kohle. Als Erdölreserven werden nur diejenigen Erdölressourcen bezeichnet, die mit heutiger Technik rentabel förderbar sind. Die Exploration und Erschliessung von Erdöllagerstätten ist kostspielig und dauert mehrere Jahre. Je höher der Erdölpreis, desto wirtschaftlich sinnvoller ist es, neue Lagerstätten zu suchen und zu erschliessen. Dank modernsten Techniken ist man heute in der Lage, Erdöl von Lagerstätten zu gewinnen, die früher als nicht abbauwürdig galten. Zunehmend gewinnt man auch Erdöl aus nicht konventionellen Quellen, bspw. Erdölsanden. Rund ein Zehntel der weltweiten Erdölvorkommen werden in unkonventionellen Vorkommen vermutet. Bei der Förderung dieser Vorkommen spielen vor allem Fracking und Horizontalbohrtechnologie eine wichtige Rolle. Fracking ist eine Bohrmethode zur Erschliessung von Erdöl- und Erdgasvorkommen in schlecht durchlässigen, diese Energieträger enthaltenden Gesteinsformationen. Dabei wird unter hohem Druck Wasser, welches Hilfsstoffe (zum Beispiel Sand, Chemikalien) enthält, in das Bohrloch gepresst, was in den dichten Sandstein-, Schiefer- oder Kohleschichten bestehende Risse vergrössert oder neue erzeugt. Dadurch wird das im Gestein eingeschlossene Erdöl oder Erdgas mobilisiert und kann so gefördert werden.

10 Lösung 10/11 Aufgabe 1: Entstehung von Erdöl 1) Abgestorbenes Plankton sinkt auf den Meeresboden und wandelt sich zu Faulschlamm. 2) Durch Ablagerung von Sedimenten bildet sich das Erdölmuttergestein. 3) Durch hohen Druck und hohe Temperaturen entstehen Erdöl und Erdgas. Aufgabe 2: In welchen Situationen könnte es sinnvoll sein, von der Seite her zu bohren? Welche Vorteile könnte das Richtbohrverfahren zum Beispiel im Meer haben? Wenn Erdölfelder unter Siedlungen sind, ist es trotzdem möglich, sie zu erschliessen. Eine Bohrplattform kann mehrere Ölfelder erschliessen. Es braucht weniger Infrastruktur. Aufgabe 3: Offshore-Fördergebiete 1 Golf von Mexiko 2 Westafrikanische Küste 3 Küste Brasilien 4 Nordmeer 5 vor Ägypten 6 Indien 7 Indonesien 8 Malaysia 9 Japan 10 Philippinen 11 Australien Aufgabe 4: Förderarten Von links nach rechts: Primärförderung, Sekundärförderung, Tertiärförderung

11 Lösung 11/11 Aufgabe 5: Wie lange reicht das Erdöl? Chinas und Indiens Bevölkerungen machen bereits 1 / 3 der Weltbevölkerung aus. Sie befinden sich in einer rasanten wirtschaftlichen Entwicklung und ihre Nachfrage nach Erdöl ist dadurch stark angestiegen. Erdöl ist und war der wichtigste Energieträger weltweit. Die fossilen Energieträger decken den Grossteil (85 %) des globalen Energieverbrauchs. Daher ist es vermutlich nötig, weiterhin nach Erdölvorkommen zu suchen und die bestehenden Erdölreserven weiterhin zu nutzen. Aussagen zu Abnahme/Zunahme einzelner Energieträger machen