Öl und Gas: Überwachung von Bodenbewegungen

Wir bieten die Überwachung von Bodenbewegungen in der Öl- und Gasindustrie mit Satelliten-InSAR: Senkungen über Lagerstätten, Hebungen infolge von Injektionen in Förderfeldern, Untertage-Gasspeicher und Salzkavernen sowie Pipelinekorridore. Unsere Arbeit verfolgt die Reaktion der Oberfläche auf Förderung und Injektion, unterstützt die Bewertung der Anlagenintegrität in Bezug auf die Oberflächenverformung und liefert eine unabhängige Aufzeichnung für die HSE-Berichterstattung und die Berichterstattung an Behörden.

Wo InSAR einen Mehrwert bietet

Betriebliche Situation	Was Satelliten-InSAR liefert
Förderbedingter Druckabfall	Oberflächensenkung kartieren, die auf Lagerstättenkompaktion hindeuten kann
Injektion, EOR-Verfahren oder CO2-Speicherung	Oberflächenhebung kartieren und mit dem Betrieb in Beziehung setzen
Untertage-Gasspeicher und Salzkavernen	Oberflächenverformungen überwachen, die auf ein Integritätsproblem hinweisen können
Pipelinekorridore und Anlagen	Auf Senkung, Hebung, permafrostbedingte Bodenbewegungen und Hangrisiken prüfen
Injektionsbedingte Seismizität	Oberflächenverformungen im Umfeld der Injektionsbereiche kartieren

Überwachung von Lagerstätten und Injektion

Sowohl Förderung als auch Injektion können Verformungen der Oberfläche verursachen. Die Entnahme von Fluiden kann eine Lagerstätte kompaktieren und den Boden darüber absenken, während Injektion ihn heben kann, etwa bei Wasserflutung, EOR-Verfahren, Dampfstimulation, Sequestrierung von Kohlendioxid oder Fluidverpressung. Satelliten-InSAR misst diese feinen Hebungs- und Senkungsmuster über das gesamte Feld und liefert eine wiederholte, feldweite Karte, wie die Oberfläche auf den Betrieb reagiert. In Intervallen verglichen, helfen diese Karten, Oberflächenbewegung mit Injektions- und Fördertätigkeit in Beziehung zu setzen und Veränderungen zu markieren, die Aufmerksamkeit verdienen, und das alles ohne Instrumente im Feld.

Die Fluidinjektion kann auch mit induzierter Seismizität verbunden sein. Da InSAR die Oberflächenverformung kartiert, die Druck- und Volumenänderungen im Untergrund begleiten kann, trägt es zum Verständnis bei, wo und wie sich der Boden rund um Injektionsbetriebe verformt. InSAR kann außerdem messbare Oberflächenverformungen erfassen, die mit aseismischem Störungsversatz einhergehen, einschließlich langsamer Gleitereignisse (Slow-Slip) oder stiller Beben. Unsere veröffentlichten Arbeiten haben Satelliten-InSAR zusammen mit bayesscher Modellierung genutzt, um ein Störungssystem und injektionsbedingte Erdbeben zu charakterisieren, und veranschaulichen, wie Oberflächenmessungen die Interpretation von Prozessen in der Tiefe stützen.

Beispiel: Lagerstättenkompaktion im Erdölfeld Tengiz, Kasachstan

Die Kombination aufsteigender und absteigender Sentinel-1-Daten mit der MSBAS-Methode zeigt über dem Erdölfeld Tengiz im Westen Kasachstans eine elliptische Senkungsmulde mit rund 20 km Durchmesser: Das Muldenzentrum ist innerhalb von fünf Jahren um etwa 0,40 m abgesunken, während sich von beiden Flanken eine horizontale Bewegung nach innen auf das Zentrum zubewegt. Dieses radial nach innen und nach unten gerichtete Muster ist die typische Oberflächensignatur einer Lagerstättenkompaktion unter anhaltender Förderung. Die folgenden Karten zeigen zunächst die Verformungsraten entlang der Sichtlinie für die aufsteigende und die absteigende Bahn, gefolgt von der vertikalen und der Ost-West-Verformungsrate. Jede einzelne Blickgeometrie erfasst für sich genommen eine Mischung aus vertikaler und horizontaler Bewegung; erst die Kombination beider Geometrien mit der MSBAS-Methode trennt sie in ihre vertikale und ihre Ost-West-Komponente. Zuletzt ist die Verschiebungszeitreihe im Zentrum der Senkungsmulde dargestellt.

Beispiel: Verformung durch Enhanced Oil Recovery, Alberta, Kanada

Die Injektion von Dampf zur Mobilisierung von Schweröl hebt den darüberliegenden Boden an. Bei der zyklischen Dampfinjektion (Cyclic Steam Stimulation, CSS) wird Dampf in abwechselnden Zyklen eingebracht, sodass jeder Bohrplatz zunächst anschwillt und bei der anschließenden Förderung wieder absinkt; die folgenden Interferogramme und Verschiebungskarten zeigen zwei benachbarte Bohrplätze in Alberta, Kanada, die 2020 innerhalb weniger Wochen um bis zu etwa 0,2 m angeschwollen sind. Beim Steam-Assisted Gravity Drainage (SAGD) wird der Dampf dagegen kontinuierlich entlang horizontaler Bohrlochpaare eingebracht, was zu einer anhaltenden Hebung führt: An einem weiteren Ölsandstandort in Alberta akkumulierten drei Bohrplätze zwischen 2018 und 2022 rund 0,25 bis 0,3 m vertikale Verschiebung, nachverfolgt anhand der gezeigten InSAR-Zeitreihe.

Beispiel: Injektionsbedingte Seismizität und Störungsmodellierung, Kanada

Die mit Öl- und Gasbetrieben verbundene Fluidinjektion kann Erdbeben an nahegelegenen Störungen auslösen. Die folgenden Karten zeigen die mit Satelliten-InSAR erfasste Bodenverformung an mehreren solchen Standorten im Westen Kanadas, jeweils eine kompakte Bewegungszone rund um die auslösende Störung. Die Kombination dieser InSAR-Beobachtungen mit bayesscher Modellierung liefert die Geometrie und den Versatz der Störung in der Tiefe: Die zweite Abbildung zeigt die modellierten Störungsparameter mit ihrer Unsicherheit, die Übereinstimmung zwischen beobachteter und modellierter Verformung sowie die daraus resultierende Versatzverteilung auf der Störungsfläche.

Überwachung der Verformung von Untertagespeichern und Kavernen

Untertage-Gasspeicher und Salzkavernen sind ein eigener Fall, weil mehrere Prozesse zu Oberflächenverformungen führen können. Salzkriechen und Kavernenkonvergenz können langfristige Senkungen verursachen, während Injektions- und Entnahmezyklen kurzfristigere Verformungen hervorrufen können; erreicht ungesättigtes Wasser freiliegendes Salz, kann zusätzlich Lösung die Kavernengeometrie und -stabilität beeinträchtigen. Satelliten-InSAR bietet wiederholte, großflächige Abdeckung der Speicherstandorte und des Bodens über den Kavernen und erstellt eine fortlaufende Messreihe, die Betreibern hilft, die Oberflächensignaturen von Integritätsproblemen zu beobachten und eine laufende Überwachung nachzuweisen. Das mehrjährige Archiv bedeutet, dass ein Speicherstandort im Vergleich zu seinem Verhalten in den Vorjahren bewertet werden kann, nicht erst ab dem Tag, an dem die Überwachung eingerichtet wird.

Beispiel: Salzkavernen-Senkung bei Maceió, Brasilien

Mit MSBAS ausgewertete Sentinel-1-Daten zeigen eine klar abgegrenzte Senkungsmulde am Ostufer der Mundaú-Lagune in Maceió, Brasilien, mit rund 1,3 m kumulativer Verschiebung entlang der Sichtlinie im Zentrum der Mulde über neun Jahre. Das Muster stimmt mit dem Einsturz unterirdischer Hohlräume überein, die durch jahrzehntelangen Steinsalz-Lösungsbergbau unter dem Gebiet entstanden sind und zur Evakuierung der betroffenen Stadtviertel führten; die Zeitreihe zeigt, dass sich der Boden auch Jahre nach Einstellung des Abbaus weiter absenkt, wenn auch mit verringerter, aber weiterhin erheblicher Geschwindigkeit.

Bodenbewegung an Pipelines und Anlagen

Pipelines und oberirdische Anlagen sind anfällig für Bodenbewegung unter ihnen: Senkung, Hebung und Setzung, die Leitungen und Fundamente mit der Zeit belasten können, und auf Trassen im Permafrost saisonale und langfristige Bewegung durch Auftauen. Satelliten-InSAR überwacht lange Trassen und große Anlagen aus einer einzigen Quelle auf solche Bodenbewegungen und identifiziert, wo sich der Boden bewegt, sodass diese Bereiche auf mögliche Auswirkungen auf die Integrität der Pipeline oder Anlage untersucht werden können. Wo Pipelines steiles oder instabiles Gelände queren, wird das hangbedingte Risiko ausführlicher unter Überwachung von Hangrutschungen und Hangstabilität behandelt; unsere veröffentlichte regionale Bewertung der Rutschungsgefahr für Pipelines im Nordosten von British Columbia ist ein Beispiel für genau diese Art des Korridor-Screenings. Für Pipelines und Anlagen außerhalb des Feldes siehe unsere Leistung Setzungsmessung und Deformationsmonitoring für Infrastruktur.

Beispiel: Hangrutschungs-Screening entlang eines Pipelinekorridors, British Columbia, Kanada

Dieses Beispiel prüft einen Erdgas-Pipelinekorridor im Nordosten von British Columbia, Kanada, auf Hangrutschungsgefahr und vergleicht Verformungskarten einer kommerziellen hochauflösenden Mission mit frei verfügbaren Sentinel-1-Daten. Sentinel-1 allein lieferte hochwertige Geschwindigkeitskarten, mit denen sich langsam bewegende Hangrutschungen identifizieren ließen; mittels räumlicher Hotspot-Analyse wurden Hunderte entlang des Korridors erkannt, und die beiden Bereiche mit der bedeutendsten Aktivität in der Nähe der Pipeline, in den Detailausschnitten gezeigt, wurden durch Geländebeobachtungen bestätigt. In der Karte bewegen sich die rot dargestellten Bereiche nach Osten und die blau dargestellten nach Westen, jeweils entsprechend der Hangabwärtsrichtung dieser Rutschung entlang der Sichtlinie des Satelliten.

Was ein Öl- und Gasprogramm liefert

Ein Programm liefert eine feld- oder korridorweite Geschwindigkeitskarte; eine Verschiebungszeitreihe für jeden Messpunkt, sodass Hebung oder Senkung an einem einzelnen Bohrplatz, einer Kaverne oder einem Pipelineabschnitt ablesbar ist; eine Zerlegung in vertikale und Ost-West-Komponenten, wo geeignete Geometrie und Annahmen es zulassen; und einen Interpretationsbericht für Integritäts- und behördliche Zwecke. Wir passen das Radarband an den Kontext an: das C-Band von Sentinel-1 für weite Felder und lange Korridore, das X-Band des deutschen TerraSAR-X und des italienischen COSMO-SkyMed für Details an Anlagen und das L-Band des japanischen ALOS-2 für bewachsenes Gelände und andere Umgebungen, in denen seine längere Wellenlänge die Kohärenz verbessern kann. Die Ergebnisse werden als GIS-Ebenen bereitgestellt und aktualisiert, sobald neue Aufnahmen eintreffen.

Warum Satelliten-InSAR für Öl und Gas

Satelliten-InSAR erfasst Felder, Anlagen und Korridore, ohne Teams ins Feld zu schicken, und sein mehrjähriges Archiv zeigt, wie die Oberfläche im Lauf der Zeit auf den Betrieb reagiert hat, statt nur in einem einzigen Moment. Es liefert eine unabhängige, wiederholbare Aufzeichnung, die beim Integritätsmanagement und bei der HSE-Berichterstattung und der Berichterstattung an Behörden den Teil unterstützt, der die Oberflächenverformung betrifft. Unsere Verarbeitung mit kurzen Basislinien kann die Messabdeckung in schwierigem Gelände verbessern, während Radar mit längerer Wellenlänge die Kohärenz in vielen bewachsenen Gebieten verbessern kann, und jede Bewegungsrate wird mit eigener Fehlerabschätzung angegeben. Unsere Methoden beruhen auf begutachteter Forschung, die in internationalen Fernerkundungszeitschriften veröffentlicht wurde. GNSS-Integration, unabhängige Validierung und Unterstützung bei der behördlichen Berichterstattung sind auf Anfrage verfügbar. Die Überwachung in der Öl- und Gasindustrie ist eine unserer Überwachungsleistungen, neben der Überwachung von Bergbau, Absetzanlagen, Hangrutschungen und Hängen, Bodensenkung sowie Infrastruktur.

Häufig gestellte Fragen

Kann InSAR über einem Feld Hebung von Senkung unterscheiden?

Ja, sofern die Verformungsgeometrie dies zulässt. Eine einzelne Satellitengeometrie misst die Verschiebung entlang der Radar-Sichtlinie; die Kombination aufsteigender und absteigender Beobachtungen kann helfen, vertikale und Ost-West-Bewegung zu trennen, abhängig von der Aufnahmegeometrie und den verwendeten Annahmen.

Kann es bei Injektion und induzierter Seismizität helfen?

InSAR kartiert die Oberflächenverformung, die Druck- und Volumenänderungen im Untergrund rund um Injektionsbetriebe begleiten kann. Es misst Erdbeben nicht direkt, aber die Verformungsaufzeichnung stützt die Interpretation der Prozesse in der Tiefe, wie in unserer veröffentlichten Studie mit InSAR und bayesscher Modellierung eines injektionsbedingten Störungssystems.

Warum wird die Überwachung von Kavernen und Speichern getrennt behandelt?

Weil die maßgeblichen Mechanismen sich von denen einer in Förderung befindlichen Lagerstätte unterscheiden. Salzkriechen, Kavernenkonvergenz, Druckzyklen und, in manchen Fällen, Lösung können eigene Oberflächenverformungsmuster erzeugen, weshalb eine wiederholte, großflächige Überwachung besonders nützlich ist.

Können Sie Pipelinekorridore und entlegene Trassen überwachen?

Ja. Wir prüfen lange Trassen auf Senkung, Hebung, Setzung und permafrostbedingte Bewegung sowie auf hangbedingtes Risiko, wo Leitungen instabiles Gelände queren, in Abstimmung mit unserer Überwachung von Hangrutschungen und Hangstabilität.

Funktioniert es über bewachsenem oder entlegenem Gelände?

Oft, abhängig von Vegetationsdichte, Jahreszeit und Wellenlänge. Die Verarbeitung mit kurzen Basislinien und das langwelligere L-Band-Radar können die Abdeckung und die Kohärenz über bewachsenem und entlegenem Gelände verbessern, wo sich viele Betriebe und Korridore befinden und wo der Zugang für Vermessungen begrenzt ist.

Besprechen Sie Ihr Projekt mit uns: Senden Sie uns den Standort oder die Koordinaten und teilen Sie uns mit, was Sie untersuchen möchten. Wir können die verfügbaren Satellitendaten prüfen, die zeitliche Reichweite des Archivs bestimmen und erläutern, was ein InSAR-Monitoringprogramm leisten kann. Kontaktieren Sie uns.