Ursachen der Ölkatastrophe im Golf von Mexiko

Of fshore-Öl- und Gasförderung
Ursachen der Ölkatastrophe im Golf von Mexiko der Macondo-Blowout auf der Deepwater Horizon
Matthias Reich
Am 20. April 2010 explodierte im Golf von Mexiko die Bohrinsel Deepwater Horizon und versank zwei Tage
später. 11 Menschen fanden dabei den Tod und 780.000.000 Liter Öl strömten aus der außer Kontrolle geratenen Bohrung ins Meer. Doch was genau war eigentlich passiert? Hier soll versucht werden, die Zusammenhänge in allgemein verständlicher Form zu präsentieren.
Die Deepwater Horizon der Firma Transocean sollte für die Ölfirma BP eine vertikale Erkun­dungsbohrung
herstellen. Erkundungsbohrungen dienen dem Zweck, das Vorhandensein eines Öl- oder Gasvorkommens
in einem von Geologen als „höffig“ ausgewiesenen Gebiet entwe­der zu bestätigen oder auszuschließen. Danach wird eine Erkundungsbohrung wieder ver­schlossen und aufgegeben, eine Produktion von Öl und Gas
wird normalerweise nicht in Betracht gezogen.
An der Position der hier betrachteten Erkundungsbohrung war das Wasser etwa 1.500 Meter tief, die zu erkundende Öl-Lagerstätte befand sich noch 4.000 Meter tiefer im Meeresboden.
Beim Bohren muss das Bohrklein, das der Meißel am unteren Ende des Bohrstranges erzeugt, kontinuierlich
aus dem Bohrloch ausgetragen werden. Dazu wird eine sehr spezielle Bohrspülung durch den Bohrstrang
hindurch bis zum Bohrmeißel gepumpt. Dort tritt sie aus, reißt das Bohrklein mit sich und trägt es im Ringraum
zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrlochwand hinauf zur Oberfläche. Bei Bohrungen im Meer muss
die Strecke zwischen dem Meeresgrund und der Bohrinsel durch ein massives Rohr, den „Marine Riser“
überbrückt werden. Dieser ist unten am Meeresboden an ein fest mit dem Bohrloch verbun­denes Sicherheitsventil, den Blowout Preventer, angeschlossen und am oberen Ende flexibel unter der Arbeitsbühne der
Bohrinsel aufgehängt.
Erkundungsbohrungen sind naturgemäß immer etwas riskanter abzubohren als die nachfol­genden Produktionsbohrungen, weil man bei der Erkundung einer neuen Lagerstätte in neues, unbekanntes Terrain im Untergrund vorstößt. Bei der vorliegenden Bohrung im Macondo-Feld hatte es schon mehrere Schwierigkeiten
gegeben, aber die eingesetzte Technologie und Mannschaft hatte alle Herausforderungen durch bewährte
Prozeduren sicher gemeistert. Allerdings war das Bohrprogramm durch die vielen Unterbrechungen schon
stark hinter den geplanten Zeitrahmen zurückgefallen, was angesichts der Mietkosten für eine Tiefsee-Bohr­
anlage einen erheblichen finanziellen Verlust für den Auftraggeber bedeutete.
Nach Beendigung der Bohrarbeiten wurde ein Messprogramm durchgeführt. Danach hatte die Erkundungsbohrung ihren Zweck erfüllt und musste wieder sicher verschlossen werden. Schließlich sollte die Bohrinsel
abgezogen und auf einen neuen Einsatz geschickt werden.
Die Verwahrung einer Bohrung kann als Routinearbeit bezeichnet werden, bei der kaum noch ein ernstes
Risiko besteht. Zunächst wird ein massives Stahlrohr in die Bohrung eingefahren und im umgebenden
Gebirge einzementiert. Wenn der Zement den Ringraum vollständig aus­füllt und fest am Gebirge und
am Rohr haftet, ist die Lagerstätte sicher verschlossen. Der Erfolg der Zementierarbeiten wird durch eine
Messung bestätigt. Diese Messung beansprucht allerdings Zeit. Angesichts der erheblichen Verspätungen
des Bohrprogramms trafen die Auftraggeber die folgenschwere Entscheidung, das eigentlich zwingend
notwendige Messprogramm durch weniger zeitraubende Druckversuche am Bohrloch zu ersetzen. Die
Tests wurden so interpretiert, dass das eingebaute Rohr samt Zementation dicht sei und keine Zuflüsse zur
Bohrung stattfänden.
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Zum ordnungsgemäßen Verschließen einer Bohrung gehört es, das fest im Gebirge einzemen­tierte Rohr
zusätzlich auch noch innen mit mehreren Zementstopfen zu verschließen. Nach dem Abbinden der Zementstopfen wird das Zementiergestänge bis in den Riser zurückge­zogen. Dort wird nun die Bohrspülung abgesaugt und durch Meereswasser ersetzt. Dann kann der Riser vom Blowout Preventer getrennt und ausgebaut
werden.
Anstatt mit dem Setzen der Zementstopfen zu beginnen, traf die Einsatzleitung aber eine weitere Entscheidung, durch die sie sich eine Einsparung von Arbeitszeit erhoffte: man wollte zuerst die Spülung im Riser
durch Meerwasser ersetzen und danach die Zementstopfen in der Rohrtour platzieren. Diese Entscheidung
ist jedoch als kritisch einzustufen.
So lange sich die schwere Bohrspülung im Riser befindet, herrscht zu jedem Zeitpunkt ein Überdruck im
darunter befindlichen Bohrloch, der grundsätzlich verhindert, dass ein uner­wünschter Zufluss in die Bohrung
stattfinden kann. Durch den Austausch der schweren Bohr­spülung durch leichteres Meerwasser geht dieser
Überdruck jedoch verloren, und falls es Undichtigkeiten im System gibt, können Gas und Öl in die Bohrung
eindringen.
Man beschloss, dieses Risiko einzugehen, denn die vorangehenden Tests hatten ja die Dichtheit der Bohrung bereits belegt. Der Blowout Preventer am Meeresboden wurde also verschlossen und die Spülung aus
dem Riser abgezogen und auf Tankschiffe verpumpt.
Nachdem die Spülung im Riser durch Wasser ersetzt worden war, öffnete man den Blowout Preventer wieder, um nun mit dem Zementierstrang tiefer in die Bohrung einfahren zu können. Doch in die Bohrung war
inzwischen unbemerkt Gas eingedrungen. Als der Preventer geöffnet wurde, schoss das Gas nach oben und
führte zu einer Eruption. Die Mann­schaft war darauf nicht vorbereitet. Die Ventile des Spülungsaufbereitungssystems waren so geschaltet, dass das aus der Bohrung austretende Gas nicht zum sicheren Abbrennen
auf die Fackel geleitet wurde, sondern in den Arbeitsbereich der Bohrinsel gelangen konnte. Die Dieselaggregate der Stromgeneratoren saugten nun explosives Gas anstatt Luft an, was zu einem Überdrehen der
Motoren und einem damit verbundenen Zusammenbruch der Strom­versorgung der Bohrinsel führte. Wenig
später fanden mehrere Explosionen statt, welche unter anderem auch die Steuerleitungen am Riser empfindlich beschädigten, die zur Bedie­nung des Blowout Preventers benötigt werden. Die Ventile des Preventers
ließen sich von der Bohrinsel aus nicht mehr schließen, und so konnte immer neues Gas aus der Lagerstätte
in die Bohrung nachströmen. Auch das Not-Entriegelungssystem, mit dem der Riser im Notfall vom Blowout
Preventer am Meeresgrund getrennt werden kann, war nun außer Betrieb, der Riser blieb mit dem Preventer
verbunden.
Nach weiteren schweren Explosionen versank die Bohrinsel mitsamt Riser im Meer. Letzterer wurde dabei
mehrfach geknickt und beschädigt, aus den Öffnungen quoll eine Öl- und Gas­mischung ins Meer.
Es wurde umgehend damit begonnen, von weiteren Bohrinseln aus zwei Entlastungs­bohrungen abzuteufen.
Mit einer Entlastungsbohrung wird eine havarierte Bohrung in großer Tiefe seitlich angebohrt. Durch den so
geschaffenen Zugang kann sehr schwere Bohrspülung eingepumpt werden, die einen flüssigen Stopfen
bildet, der weiteres Öl- / Gasgemisch am Aufsteigen hindert. Entlastungsbohrungen dauern aber sehr lange.
Deshalb startete man zeit­gleich weitere Maßnahmen, die zwar weniger Erfolgsaussichten, dafür aber kürzere
Realisie­rungsdauern hatten. Die schnellsten Lösungsansätze, die verschiedenen Absaugglocken, funktionierten nicht, weil sie durch sich bildende Gashydrate verstopft wurden. Die „Top-Kill Methode“ misslang,
weil die schwere Bohrspülung, die man durch den beschädigten Blowout Preventer in die Bohrung einpumpen wollte, durch die vielen Löcher im Riser ins Meer aus­trat.
Erst ein Absägen des defekten Risers und das Aufsetzen eines sehr komplexen Bohrlochver­schlusses konnte das austretende Öl stoppen und alle Nebenausgänge der Bohrung schließen.
Die Katastrophe hat die Ölindustrie nachhaltig verändert, nicht zuletzt auch bei uns in Europa und in der
Nordsee. Inzwischen werden im Vorfeld von Bohrungen bereits detaillierte Notfallszenarien durchgespielt
und Notfallpläne erarbeitet. Neue Ausrüstung zum Absperren havarierter Bohrungen wurde entwickelt und
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liegt nun zentral für Notfälle bereit. Und nicht zuletzt wurde auch die Ausbildung der angehenden Erdöl-Ingenieure noch einmal in Bezug auf Bohrlochsicherheit erweitert. Das Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau
der TU Berg­akademie Freiberg als einer von insgesamt nur zwei Ausbildungs-Standorten in Deutschland
spielt hierbei eine wichtige Rolle.
Anschrift des Vortragenden:
Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich
TU Bergakademie Freiberg
Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau
Agricolastraße 22
09596 Freiberg
E-Mail: [email protected]
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