Auf der Suche nach dem letzten Tropfen Öl

24. November 2009, 21:01
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Mit einer weltweit einzigartigen Prüfanlage testen Forscher des Christian-Doppler-Labors für örtliche Korrosion Materialien für Bohrsonden und -rohre

"Die Zeiten, in denen das Erdöl wie in alten Filmen aus dem Bohrloch herausspritzt, sind vorbei", erklärt Gregor Mori, Leiter des Christian Doppler-Labors für örtliche Korrosion an der Montanuniversität Leoben. "Die Lagerstätten liegen immer tiefer, und weil das Erdöl auf prähistorischen Tiefenwässern - also Meerwasser - schwimmt, wird mit dem Öl auch Salzwasser mitgefördert." Und das nicht zu knapp, denn auf zwei Prozent Erdöl kommen in Österreich inzwischen 98 Prozent Salzwasser.

Besonders unerfreulich daran ist das aggressive Verhalten des Salzes gegen die eingesetzten Bohrsonden, von denen die OMV in Österreich zurzeit rund 700 im Einsatz hat. Dazu kommt noch die extreme Beanspruchung der Sonden durch den Sand, der aus dem porösen Gestein mitgerissen wird. "Da immer weniger Erdöl herausgeholt wird, versucht man, durch beschleunigtes Fördern die Produktivität konstant zu halten", sagt Mori. "Durch die Geschwindigkeit steigt aber auch der Sandanteil."

Um den hohen Druck in den Lagerstätten auszugleichen, werden in die Sonde Ventile eingebaut. Gerade an diesen Stellen, die extrem hohen Strömungsgeschwindigkeiten standhalten müssen, versagt das Material oft durch Korrosion. Ein desolates Ventil genügt, um den ganzen Bohrstrang wechseln zu müssen. Eine teure Angelegenheit, die im Schnitt mehrere Millionen Euro Zusatzausgaben verursacht. Damit die Korrosion an diesen sensiblen Punkten in Grenzen gehalten werden kann, muss man das passende Material ermitteln. Bislang war dies nur im Zuge der Anwendung möglich.

Nun wurde im Leobener Speziallabor eine weltweit einzigartige Prüfanlage entwickelt und aufgebaut, die Werkstoffe auch bei höchsten Strömungsgeschwindigkeiten von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen testen kann. "Mit unserem Erosionskorrosionsprüfstand können wir das Materialverhalten ermitteln, wenn Mischungen aus Öl, Sand, Salzwasser und Gas in einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Meter pro Sekunde durch das Rohr schießen", erläutert Gregor Mori. "Auf diese Weise kann man erstmals jede Art von Werkstoff gezielt schädigen und damit die Grenzen auch höchst legierter Werkstoffe erfassen."

Aggressives Gas

Die OMV als einer der wichtigsten Wirtschaftspartner des CD-Labors hat von dieser Innovation bereits profitiert: Sie verfügt seit einigen Wochen über genaue Informationen zur Beständigkeit aller marktgängigen Werkstoffe für ihre Sonden.

Die Voestalpine nutzt das Know-how der Leobener Korrosionsexperten, um höchstfeste Rohrstähle für die zunehmend aggressiven Lagerstätten zu entwickeln. "Da leicht zu förderndes Erdöl kaum noch zu finden ist, müssen heute auch Lagerstätten ausgebeutet werden, bei denen sich Schwefelwasserstoff - ein besonders aggressives Gas - in der Gasblase über dem Ölvorkommen befindet", sagt Mori.

Das Gas bewirkt, dass der Werkstoff versprödet, also leicht brechen kann. Und weil man immer tiefer bohren muss, wächst auch das Gewicht der Rohre. Um die Förderrohre dünner bauen zu können, braucht man Werkstoffe mit höherer Festigkeit - die jedoch wieder anfälliger für Schwefelwasserstoff sind. Kann man diesem Dilemma entkommen? "Wir versuchen die Quadratur des Kreises durch die Entwicklung eines höchstfesten Materials, das auch hinreichend beständig gegen Schwefelwasserstoff ist", erklärt der Korrosionsexperte. Erreichen wollen dies die Forscher, indem der Werkstoff in einem Arbeitsschritt thermomechanisch umgeformt und wärmebehandelt wird.

Weil mit dem Erdöl auch enorme Mengen an Salzwasser mitgefördert werden, haben die Forscher überdies eine Prüfmethode entwickelt, mit der man online die "Risswachstumsgeschwindigkeit" in Lösungen mit hoher Salzkonzentration und sehr hohen Temperaturen aufzeichnen kann. Bislang wurde diese bruchmechanische Methode nur bei weniger aggressiven Bedingungen und tieferen Temperaturen eingesetzt. "Wir haben sie für die speziellen Bedürfnisse der Ölförderindustrie adaptiert, sodass sie jetzt auch bei 150 Grad Celsius und einem hohen Salzanteil verwendet werden kann", berichtet Gregor Mori.

Da es in Österreich keinen einzigen Lehrstuhl für Korrosionskunde gibt, ist das Leobener CD-Labor ein zentraler Forschungspartner für die heimische Erdölindustrie. Und die steht wegen der zur Neige gehenden Reserven heute vor ganz neuen Herausforderungen. (Doris Griesser/DER STANDARD, Printausgabe, 25.11.2009)

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    Mit dem Öl wird immer mehr Salzwasser, das aus prähistorischem Meerwasser stammt, mitgefördert. Gefragt sind höchst beständige Werkstoffe, die nicht korrodieren.

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