Erdgas- und Ölförderung steht vor neuen Herausforderungen

Ob konventionelle oder unkonventionelle Lagerstätten: Der Aufwand, der betrieben werden muss, um die vorhandenen Erdgas- und Ölreserven weiter zu fördern wird immer größer. Steigende Öl- und Gaspreise sorgen jedoch dafür, dass auch eine Ausbeutung von schwer zu erreichenden Reservoirs rentabler wird. Die Ansprüche an die verwendeten Förderhilfsmittel wie z. B. Chemikalien werden unter diesen Lagerstättenbedingungen immer größer.

Auf den ersten Blick kaum ersichtlich wird bei genauerer Betrachtung deutlich, welche Vielzahl verschiedener Chemikalien und anderer Hilfsmittel benötigt wird, um Öl und Gas wirtschaftlich zu fördern und unter welchen extremen Bedingungen diese funktionieren müssen.

Exploration und Produktion
In der Regel sind die begehrten Rohstoffe tief in den Gesteinsporen des Reservoirs eingesperrt und nur mit großem Aufwand zu fördern. Dazu kommen extreme Tiefen, in denen sich viele Reserven befinden (teilweise bis zu 8.000 m), welche erst einmal durch eine Bohrung erreicht werden müssen. In diesen Tiefen müssen die verwendeten Chemikalien sehr hohen Temperaturen und Drücken standhalten und trotz dieser extremen Bedingungen die volle Performance zeigen. In vielen Bohrlöchern, vor allem natürlich in Off-shore Formationen wie der Nordsee, aber auch in vielen On-shore Gebieten, ist das Formationswasser stark salzhaltig. Salzgehalte von 15-20 % sind hier nicht ungewöhnlich und stellen eine weitere Herausforderung an die verwendeten Chemikalien dar. Hinzu kommt die immer stärkere Nachfrage nach ungiftigen bzw. „grünen" Chemikalien, die der Formation nicht schaden und entweder biologisch abbaubar sind oder rückstandslos entfernt werden können.
Bei der Exploration und Produktion (E&P) von Öl und Gas wird eine Vielzahl von verschiedenen Chemikalien eingesetzt, um eine reibungslose Produktion von Öl- und Gas zu erreichen und eine Schädigung der Formation zu verhindern. Neben Korrosionsinhibitoren, Flüssigkeitsverlust-Additiven, Tensiden und Polymeren kommt eine Fülle weiterer Additive bei der Gas- und Ölförderung zum Einsatz.

Polymere als E&P-Hilfsmittel
Bei den Polymeren werden neben Biopolymeren wie z. B. Guar und Xanthan-Gum auch vor allem synthetische Polymere verwendet. Das Einsatzgebiet dieser Polymere ist sehr vielfältig, sie werden z. B. in Flüssigkeiten für Drilling-Anwendungen, bei der Bohrlochzementierung oder in Frac-Flüssigkeiten eingesetzt. Eine der Hauptfunktionen der Polymere ist die Modifikation der Rheologie von Flüssigkeiten. Die Polymere dienen in vielen Anwendungen der Verdickung der eingesetzten Flüssigkeit, so dass z. B. kleine Gesteinsteile oder Sand transportiert werden können oder die Viskosität der Flüssigkeit an die Lagerstättenbedingungen angepasst werden kann.
Beim Hydraulic Fracturing ist es beispielsweise notwendig, dass Sand oder Proppants mit hohem Druck in das Bohrloch gepumpt werden, um dort die neu gebildeten Risse offen zu halten. Polymere in der Frac-Flüssigkeit liefern hier die notwendige Viskosität, um den Sand oder die Proppants zu transportieren (s. Abb. unten).

Öl- und Gasfördermethoden
Grundsätzlich wird zwischen drei Förderstufen mit unterschiedlichen Fördermethoden und Ausbeutungsgraden des Reservoirs unterschieden. Bei der primären Förderung wird der natürliche Lagerstättendruck ausgenutzt um Öl zu fördern. Etwa 15-20 % des Reservoirs können mit dieser Methode ausgebeutet werden. Die sekundäre Fördermethode verwendet Gasdruck und Wasser, um den Ausbeutungsgrad auf bis zu 35 % zu erhöhen. Bei der tertiären Förderung, auch Enhanced Oil Recovery (EOR) genannt, werden schließlich chemische, physikalische und biologische Verfahren verwendet, um den Durchfluss des Öls zu erhöhen und den Ausbeutungsgrad eines Reservoirs zu maximieren. Weitere 4-11 % der vorhandenen Ressourcen können durch diese Methode gefördert werden. Hinzu kommen Stimulationstechniken wie z. B. das Hydraulic Fracturing (hydraulische Rissbildung) oder das Fracken mit Säure, mit denen zuvor stillgelegte Reservoirs wieder dazu angeregt werden, im Bohrloch verbliebenes Erdgas oder Erdöl zu produzieren.
Wie weit eine Lagerstätte ausgebeutet wird und welche Methoden verwendet werden steht dabei natürlich in Abhängigkeit zu den aktuellen Öl- und Gaspreisen und den Kosten, die durch die aufwendigeren Fördermethoden entstehen.
Summiert man die Ausbeutungsgrade der beschriebenen Fördermethoden wird jedoch deutlich, dass mit dem aktuellen Stand der Technik nicht einmal die Hälfte der vorhandenen Ressourcen ausgebeutet werden kann. Dies zeigt die Notwendigkeit, neue und verbesserte Methoden und Hilfsmittel zu entwickeln und die bewährten Vorgehensweisen mit innovativen Hilfsmitteln und Additiven zu optimieren.
Die AllessaChemie hat sich auf Hilfsmittel für die Öl- und Gasindustrie, die bei harschen Reservoirbedingungen wie hohen Temperaturen (bis zu 250°C), sehr hohen Drücken und extremen Salzfrachten für die Erschließung von Lagerstätten erforderlich sind, spezialisiert. Bei diesen Bedingungen stößt die Industrie zurzeit an ihre Grenzen. In den vergangenen Jahren wurden synthetische Polymere entwickelt, die auch unter diesen Bedingungen den Marktanforderungen gerecht werden, so einen höheren Ausbeutungsgrad bestehender Felder ermöglichen und den Zugang zu neuen, bisher wenig produktiven oder nicht förderbaren Lagerstätten eröffnen.

Ausgefeilte Polymerisationstechnologie
Damit die Polymere unter den beschriebenen Bedingungen chemisch stabil und funktionsfähig bleiben, bedarf es zum einen der richtigen Rohstoffe, im Fall der Polymere also der Monomere, und zum anderen einer ausgefeilten Polymerisationstechnologie. Hier hat sich das Unternehmen auf die inverse Emulsionspolymerisation von wasserlöslichen Monomeren spezialisiert. Dabei handelt es sich um eine komplexe Technologie, welche ein hohes Know-how voraussetzt. Die größten Vorteile dieser Technologie sind die sehr hohen Molekulargewichte der Polymere, die mit diesem Polymerisationsverfahren erzielt werden und welche zu sehr hohen Viskositäten in der späteren Anwendung führen. Zum anderen können die Eigenschaften der Polymere sehr gut an die Bedürfnisse der Kunden und an die verschiedenen Reservoirbedingungen angepasst werden.
AllessaChemie will die Oilfield-Geschäfte auch in Zukunft weiter stärken und das Produktportfolio im Bereich der Gas- und Erdölindustrie ausbauen. Der Fokus liegt zurzeit auf der Entwicklung von Emulsionspolymeren für EOR-Anwendungen, genauer gesagt für den Einsatz beim Polymerfluten in Feldern mit besonders hoher Salzkonzentration. Als nächstes Projekt ist die Entwicklung eines Polymers für Water Control-Anwendungen geplant. Dieses soll dafür eingesetzt werden, das Wasser/Öl-Verhältnis bei der Produktion des Rohstoffs zu optimieren und für die Absperrung des Wassers im Reservoir zu sorgen. Durch diese frühe Maßnahme würde der Aufwand, das Wasser nach der Förderung über Tage abzutrennen, erheblich verringert werden.