02 Vom Plankton zum Rohöl

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02 / Erdöl
Vom Plankton zum Rohöl
Information für die Lehrperson (Ablauf und Hinweise)
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Arbeitsauftrag
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Ziel
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Material
Die Schüler schneiden die Texte und Bilder aus.
Danach ordnen sie die Texte den zugehörigen Bildern zu.
Die Ergebnisse werden gemeinsam korrigiert und die Schüler kleben sie in
der richtigen Reihenfolge auf ein separates Blatt.
Auf der Rückseite schreiben die Schüler eine kurze Zusammenfassung der
gelesenen Informationen.
Die Zeittafel dient zur Orientierung.
Die Schüler wissen über die Förderung und Entstehung von Erdöl Bescheid
und kennen die zeitliche Einordnung der ältesten Erdölvorkommen.
Die Schüler sind informiert über die Entdeckung von Erdöl.
Zeittafel
Schnipseltexte
Bilder
Scheren/Leim
Lösungen
Sozialform
GA
EA
Zeit
25’
Zusätzliche
Informationen:
 Repetition Erdgeschichte, Vorgänge in der Natur thematisieren
 Filme zur Erdölentstehung anschauen, analysieren
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Arbeitsblatt
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Zeittafel
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Aufgabe: Schneide die einzelnen Texte und Bilder aus. Ordne nun die Bilder den zugehörigen Texten und
Titeln zu und lege sie vor dich auf das Pult.
Titel: Sekundäre Förderung / Tertiäre Förderung / Primäre Förderung / Entstehung von Erdöl / OffshoreBohrung /Ölfallen / Erdölreserven / Entdeckung / Luftbildfotografie Erdoberflächenuntersuchung /
Reflektions-Seismik
In der Regel liegen die Ölvorkommen tief unter der Erde, in so genannten Ölfallen. Dies sind
undurchlässige Gesteinsformationen, welche ein weiteres Aufsteigen von Öl und Gas verhindern; das Öl
ist eingeschlossen. Die Speicherschichten wurden im Verlauf der Gebirgsbildung gefaltet, gehoben,
auseinander gerissen, verworfen und verfrachtet. Dies schuf die Grundlagen für die Ölfallen.
Voraussetzung ist zudem eine poröse Speicherschicht mit hochgedrücktem Erdöl, welche von
undurchlässigen Schichten begrenzt ist. Erst an solchen Stellen ist das Erdöl in genügend hoher
Konzentration vorhanden, damit es auch gefördert werden kann.
Bei der Eruptiv-Förderung steigt das Öl durch die Steigleitung allein wegen des Gasdrucks der Lagerstätte
auf. Jede Erdöl- und Gaslagerstätte steht unter einem gewissen Druck, der mit je 10 Metern Tiefe um eine
Atmosphäre (1 bar) zunimmt. Auch die Temperatur erhöht sich pro 100 Meter Tiefe um ca. 3 Grad
Celsius. Diese physikalischen Eigenschaften bewirken, dass im Erdöl immer erhebliche Mengen Gas gelöst
sind. Da im Förderrohr der Druck kleiner ist, beginnt das Gas unter Volumenvergrößerung aus dem Öl zu
entweichen. So wird das Öl aus dem Bohrloch gedrückt wie das Wasser aus der Sodaflasche.
In Titusville, Pennsylvanien (USA), stieß der Eisenbahner „Colonel“ L. Drake im August des Jahres 1859
erstmals bei einer Bohrung auf Erdöl. Diese historische Bohrung wird allgemein als der Beginn der
Erdölindustrie bezeichnet. Damals ahnte wohl niemand, welche Bedeutung dieser Rohstoff für die
Entwicklung der künftigen Industrie haben sollte. Der Entdecker, L. Drake, starb übrigens wenige Jahre
später verarmt.
Die Erdölreserven, die heute unseren Alltag entscheidend mitgestalten, entstanden vor 20 bis 350
Millionen Jahren in den flachen Sedimentbecken urzeitlicher Meere. Die ältesten bekannten
Erdölvorkommen sind rund 500 Millionen, die jüngsten nur gerade 4000 Jahre alt. Die obersten, vom
Sonnenlicht durchfluteten Wasserschichten der Weltmeere waren damals wie heute von mikroskopisch
kleinen Tieren und Pflanzen, dem Plankton, bevölkert. Nach ihrem Tod sanken diese Lebewesen in die
Tiefe, wobei die meisten von ihnen nach und nach verwesten. Ein Teil gelangte jedoch bis auf den
Meeresgrund und bildete dort zusammen mit abgesunkenen Sedimenten eine Schicht aus
Tiefseeschlamm.
Jede Suche beginnt mit der Untersuchung der Erdoberfläche. Mit geeigneten Methoden können
Anzeichen erkannt werden, die auf eine Ölfalle schliessen lassen. Durch Bewegungen in der Erdkruste, bei
denen etwa ganze Schichtpakete in Falten gelegt wurden, und durch Erosion, die tief in herausgehoben
Gesteinspartien einschneidet, können Informationen über Strukturen herausgelesen werden.
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Auch aus der Luft kann man die Lagerung der Formationen bereits an der Erdoberfläche erkennen. Dazu
bedient sich der Geologe der Luftbildfotografie mit großflächigen, sich überlappenden Flugaufnahmen.
Auch kommen Satellitenbilder zum Einsatz. Aufgrund einer genauen Analyse lässt sich eine geologische
Grundlagenkarte erarbeiten.
Die Reflektions-Seismik ist die heute verbreitetste geophysikalische Methode bei der Suche nach Erdöl.
Jede seismische Messung benötigt als Quelle eine künstliche Erschütterung. Früher benutzte man dazu
unterirdische Sprengungen, heute kommen fast ausschließlich Vibratoren zum Einsatz, welche auf
Lastwagen installiert sind. Die Erschütterungen werden mit Geophonen (einer Art hochempfindlichen
Mikrofonen) registriert. Diese sind in mehreren geraden Reihen in regelmäßigen Abständen (20-100
Meter) in die Erde gesteckt. In einem Messwagen werden die registrierten Erschütterungen mit einem
Seismografen aufgezeichnet.
Bei den Geophonen treffen zuerst jene Wellen ein, welche sich entlang der Oberfläche ausgebreitet
haben. Mit zeitlicher Verzögerung werden dann die Wellen aufgezeichnet, welche in der Tiefe an einem
Reflektionshorizont teilweise zurückgeworfen worden sind. Aufgrund der Laufzeiten der Wellen zu den
verschiedenen Messpunkten lassen sich sehr genaue Angaben über die Schichtung des Untergrundes
errechnen und als Seismogrammprofil grafisch darstellen.
Um den Randwasserdruck künstlich zu verstärken, kann Wasser von der Erdoberfläche in die Lagerstätte
eingepresst werden (sekundäre Förderung). Man erhöht mit diesem Flutwasser die Förderrate etwa um
die Menge des eingepressten Wassers.
Es ist technisch nicht möglich, dem Speichergestein alles Öl zu entziehen. Die starken Kapillarkräfte des
Speichergesteins halten das Öl wie in einem Schwamm zurück (Unterirdische Ölseen gibt es ja nicht). Der
Entölungsgrad liegt gegenwärtig bei durchschnittlich 30 Prozent.
Die günstigsten geologischen Bedingungen für die Bildung von Erdöl herrschten vor Jahrmillionen im
heutigen Nahen Osten. Zwei Drittel der heute bekannten Erdölreserven liegen in der Region der
arabischen Halbinsel. Saudi-Arabien allein verfügt mit Erdölreserven von rund 36 Milliarden Tonnen über
rund einen Viertel der weltweiten Vorräte. Weitere bedeutende Ölvorkommen befinden sich in Kanada
sowie im Irak, in den Vereinigten Arabischen Emiraten, Kuwait und Iran. Riesige Ölmengen lagern auch im
Untergrund von Mittel- und Südamerika (Venezuela und Mexiko), in der Gegend rund ums Kaspische
Meer sowie im nördlichen und westlichen Afrika (insbesondere in Libyen und Nigeria). Zahlreiche kleinere
Ölfelder liegen weit verstreut rund um den Globus. Die europäischen Reserven sind vor allem in der
Nordsee zu finden.
On- und Offshore
Ein großer Teil der konventionellen Erdölvorkommen liegt nicht auf dem Festland («onshore»), sondern
«offshore» unter den flachen Meeren der Kontinentalschelfe, etwa in der Nordsee oder im Golf von
Mexiko. «Offshore»-Bohrungen erfolgen von schwimmenden oder am Meeresboden verankerten
Bohrplattformen oder Schiffen aus und verwenden grundsätzlich dieselben Techniken wie Bohrungen am
Festland. Aufgrund der schwierigeren Umweltbedingungen sind sie jedoch wesentlich aufwändiger und
kostspieliger. Bei der Suche nach neuen Ölvorkommen stoßen die Bohrequipen immer weiter in
Extrembereiche vor. Heute wird in der Arktis ebenso nach Erdöl gebohrt wie im tiefen Wasser des Golfs
von Mexiko.
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Bei der tertiären Förderung werden dem Flutwasser bestimmte Chemikalien zugesetzt oder der
Lagerstätte wird thermische Energie, z.B. in Form von Dampf, zugeführt. Die zugegebenen Chemikalien
(Tenside) verringern die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser in den Poren, andere (Polymere)
erhöhen die Viskosität des Flutwassers, womit der Verdrängungsgrad verbessert wird. Dies bedeutet,
dass sich künftig ein erheblicher Teil der Reserven nicht aufgrund neuer Funde, sondern der Erhöhung
des Entölungsgrades ergeben wird.
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in Mrd. Tonnen (2008)
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Zusammenfassung
Aufgabe: Schreibe in eigenen Worten eine kurze Zusammenfassung zur Entstehung und
Förderung von Erdöl.
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Lösung
1) Entdeckung
In Titusville, Pennsylvanien (USA), stieß der Eisenbahner „Colonel“ L. Drake im August des Jahres 1859
erstmals bei einer Bohrung auf Erdöl. Diese historische Bohrung wird allgemein als der Beginn der
Erdölindustrie bezeichnet. Damals ahnte wohl niemand, welche Bedeutung dieser Rohstoff für die
Entwicklung der künftigen Industrie haben sollte. Der Entdecker, L. Drake, starb übrigens wenige Jahre
später verarmt.
2) Entstehung von
Erdöl
Die Erdölreserven, die heute unseren Alltag entscheidend mitgestalten, entstanden vor 20 bis 350 Millionen
Jahren in den flachen Sedimentbecken urzeitlicher Meere. Die ältesten bekannten Erdölvorkommen sind
rund 500 Millionen, die jüngsten nur gerade 4000 Jahre alt. Die obersten, vom Sonnenlicht durchfluteten
Wasserschichten der Weltmeere waren damals wie heute von mikroskopisch kleinen Tieren und Pflanzen,
dem Plankton, bevölkert. Nach ihrem Tod sanken diese Lebewesen in die Tiefe, wobei die meisten von
ihnen nach und nach verwesten. Ein Teil gelangte jedoch bis auf den Meeresgrund und bildete dort
zusammen mit abgesunkenen Sedimenten eine Schicht aus Tiefseeschlamm.
in Mrd. Tonnen (2008)
3) Erdölreserven
Die günstigsten geologischen Bedingungen für die Bildung von Erdöl herrschten vor Jahrmillionen im
heutigen Nahen Osten. Zwei Drittel der heute bekannten Erdölreserven liegen in der Region der arabischen
Halbinsel. Saudi-Arabien allein verfügt mit Erdölreserven von rund 36 Milliarden Tonnen über rund einen
Viertel der weltweiten Vorräte. Weitere bedeutende Ölvorkommen befinden sich in Kanada, sowie im Irak,
in den Vereinigten Arabischen Emiraten, Kuwait und Iran. Riesige Ölmengen lagern auch im Untergrund von
Mittel- und Südamerika (Venezuela und Mexiko), in der Gegend rund ums Kaspische Meer, sowie im
nördlichen und westlichen Afrika (insbesondere in Libyen und Nigeria). Zahlreiche kleinere Ölfelder liegen
weit verstreut rund um den Globus. Die europäischen Reserven sind vor allem in der Nordsee zu finden.
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4) Erdoberflächenuntersuchung
Jede Suche beginnt mit der Untersuchung der Erdoberfläche. Mit geeigneten Methoden können Anzeichen
erkannt werden, die auf eine Ölfalle schließen lassen. Durch Bewegungen in der Erdkruste, bei denen etwa
ganze Schichtpakete in Falten gelegt wurden, und durch Erosion, die tief in herausgehoben Gesteinspartien
einschneidet, können Informationen über Strukturen herausgelesen werden.
5) Reflektions-Seismik
Die Reflektions-Seismik ist die heute verbreitetste geophysikalische Methode bei der Suche nach Erdöl. Jede
seismische Messung benötigt als Quelle eine künstliche Erschütterung. Früher benutzte man dazu
unterirdische Sprengungen, heute kommen fast ausschließlich Vibratoren zum Einsatz, welche auf
Lastwagen installiert sind. Die Erschütterungen werden mit Geophonen (einer Art hochempfindlichen
Mikrophonen) registriert. Diese sind in mehreren geraden Reihen in regelmäßigen Abständen (20 - 100
Meter) in die Erde gesteckt. In einem Messwagen werden die registrierten Erschütterungen mit einem
Seismographen aufgezeichnet.
Bei den Geophonen treffen zuerst jene Wellen ein, welche sich entlang der Oberfläche ausgebreitet haben.
Mit zeitlicher Verzögerung werden dann die Wellen aufgezeichnet, welche in der Tiefe an einem
Reflektionshorizont teilweise zurückgeworfen worden sind. Aufgrund der Laufzeiten der Wellen zu den
verschiedenen Messpunkten lassen sich sehr genaue Angaben über die Schichtung des Untergrundes
errechnen und als Seismogrammprofil grafisch darstellen.
6) Luftbildfotografie
Auch aus der Luft kann man die Lagerung der Formationen bereits an der Erdoberfläche erkennen. Dazu
bedient sich der Geologe der Luftbildfotografie mit großflächigen, sich überlappenden Flugaufnahmen und
Satellitenbilder. Aufgrund einer genauen Analyse lässt sich eine geologische Grundlagenkarte erarbeiten.
7) Ölfallen
In der Regel liegen die Ölvorkommen tief unter der Erde, in so genannten Ölfallen. Dies sind undurchlässige
Gesteinsformationen welche ein weiteres Aufsteigen von Öl und Gas verhindern; das Öl ist eingeschlossen.
Die Speicherschichten wurden im Verlauf der Gebirgsbildung gefaltet, gehoben, auseinander gerissen,
verworfen und verfrachtet. Dies schuf die Grundlagen für die Ölfallen. Voraussetzung ist zudem eine poröse
Speicherschicht mit hochgedrücktem Erdöl, welche von undurchlässigen Schichten begrenzt ist. Erst an
solchen Stellen ist das Erdöl in genügend hoher Konzentration vorhanden, damit es auch gefördert werden
kann.
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8) Primäre Förderung
Bei der Eruptiv-Förderung steigt das Öl durch die Steigleitung allein wegen des Gasdrucks der Lagerstätte
auf. Jede Erdöl- und Gaslagerstätte steht unter einem gewissen Druck, der mit je 10 Metern Tiefe um eine
Atmosphäre (1 bar) zunimmt. Auch die Temperatur erhöht sich pro 100 Meter Tiefe um ca. 3 Grad Celsius.
Diese physikalischen Eigenschaften bewirken, dass im Erdöl immer erhebliche Mengen Gas gelöst sind. Da
im Förderrohr der Druck kleiner ist, beginnt das Gas unter Volumen Vergrößerung aus dem Öl zu
entweichen. So wird das Öl aus dem Bohrloch gedrückt wie das Wasser aus der Sodaflasche.
9) Sekundäre Förderung
Um den Randwasserdruck künstlich zu verstärken, kann Wasser, wenn vorhanden, von der Erdoberfläche in
die Lagerstätte eingepresst werden (sekundäre Förderung). Man erhöht mit diesem Flutwasser die
Förderrate etwa um die Menge des eingepressten Wassers.
Es ist technisch nicht möglich, dem Speichergestein alles Öl zu entziehen. Die starken Kapillarkräfte des
Speichergesteins halten das Öl wie in einem Schwamm zurück (Unterirdische Ölseen gibt es ja nicht). Der
Entölungsgrad liegt gegenwärtig bei durchschnittlich 30 Prozent.
10) Tertiäre Förderung
Bei der tertiären Förderung werden dem Flutwasser bestimmte Chemikalien zugesetzt oder der Lagerstätte
wird thermische Energie, beispielsweise in Form von Dampf, zugeführt. Die zugegebenen Chemikalien
(Tenside) verringern die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser in den Poren, andere (Polymere)
erhöhen die Viskosität des Flutwassers, womit der Verdrängungsgrad verbessert wird. Dies bedeutet, dass
sich künftig ein erheblicher Teil der Reserven nicht aufgrund neuer Funde, sondern wegen der Erhöhung des
Entölungsgrades ergeben wird.
11) Offshore-Bohrung
On- und Offshore
Ein großer Teil der konventionellen Erdölvorkommen liegt nicht auf dem Festland («onshore»), sondern
«offshore» unter den flachen Meeren der Kontinentalschelfe, etwa in der Nordsee oder im Golf von
Mexiko. «Offshore»-Bohrungen erfolgen von schwimmenden oder am Meeresboden verankerten
Bohrplattformen oder Schlitten aus und verwenden grundsätzlich dieselben Techniken wie Bohrungen am
Festland. Aufgrund der schwierigeren Umweltbedingungen sind sie jedoch wesentlich aufwändiger und
kostspieliger. Bei der Suche nach neuen Ölvorkommen stoßen die Bohrequipen immer weiter in
Extrembereiche vor. Heute wird in der Arktis ebenso nach Erdöl gebohrt wie im tiefen Wasser des Golfs von
Mexiko.
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