Seismiske bølger, den samme type bølger, der bruges til at studere jordskælv, bruges også til at udforske dybt under jorden for reservoirer af olie og naturgas.
Seismiske bølger - det samme værktøj, der bruges til at studere jordskælv - bruges ofte til at søge efter olie og naturgas dybt under Jordens overflade. Disse bølger af energi bevæger sig gennem Jorden, ligesom lydbølger bevæger sig gennem luften. Ved olie- og gasudforskning sendes seismiske bølger dybt ind i Jorden og får lov til at hoppe tilbage. Geofysikere registrerer bølgerne for at lære om olie- og gasreservoirer placeret under jordoverfladen. Bob Hardage fra University of Texas Bureau of Economic Geology er ekspert i brugen af denne teknologi til olie- og gasudforskning. Han talte med EarthSky's Mike Brennan.
To vibroseis kilder, der arbejder unisont for at danne en seismisk kildeopstilling over et CO2-sekvestreringssted.
Hvordan bruges seismiske teknologier til at finde olie og gas i dag?
Hvad vi bruger til at udforske Jordens energiressourcer kaldes reflektionsseismologi. Når du bruger seismiske bølger i studiet af jordskælv, er jordskælvene energikilden, det vil sige kilden til bølgerne. Men ved brug af reflektionsseismologi til olie- og gasudforskning er vi nødt til at indsætte en slags acceptabel energikilde på jordoverfladen og derefter distribuere et passende antal seismiske sensorer over jordoverfladen, der registrerer de bølger, der reflekteres tilbage.
Så du har seismiske bølger ned i Jorden, de spretter tilbage, og så har du sensorer over Jorden, der henter disse refleksioner?
Ja. Det er præcis, hvad der gøres. Der bruges forskellige energikilder. Den mest almindelige, der bruges på land, kaldes vibroseis. De er meget store, tunge køretøjer, der vejer 60.000 til 70.000 pund. De anbringer en bundplade på jorden, og de har et hydraulisk system integreret i køretøjet, der vibrerer denne bundplade over et forudbestemt frekvensområde. Så vibroseis - det er, hvad vi vil kalde kilde station - bliver energikilden til de seismiske bølger.
Bølgefeltet, der genereres ved kildestationen, stråler væk fra dette punkt som en tredimensionel bølge. Det går ned og reflekteres tilbage. Det reflekterede bølgefelt fra hver klippegrænseflade, der støder på i udbredelsen af dette nedadgående bølgefelt, registreres derefter på jordoverfladen af sensorer, som vi kalder geofoner. De distribueres i specifikke geometrier på overfladen, over det interessante område. Vi bruger disse sensorresponser til at afbilde det indre af Jorden, på steder, hvor vi er interesseret i at få en meget detaljeret forståelse af geologien.
Når et reflekteret bølgefelt kommer tilbage til Jordens overflade, hvor en geophone er placeret, bevæger sig geophone-sagen, når Jorden bevæger sig. Men inde i dette tilfælde er denne ophængede spole af kobbertråd. Der er en magnet fastgjort til geophone-sagen, og når Jorden bevæger sagen og dens magnet fastgjort til sagen, bevæger den magnet sig over disse kobberledninger og ud går en spænding.
Det er en meget enkel lille enhed, men geofoner er nu nødt til at være ekstremt følsomme. For at give dig en idé om følsomheden er vi nødt til at stoppe seismisk optagelse, hvis vindene kommer op til, sige, 20 miles i timen eller højere. Årsagen er, at vinden ryster græsset og påvirker signalet. Det bygger bare op baggrundsstøj i geofonerne, som er uønsket.
Et lille insekt, endda en maur, kan kravle over toppen af en geophone, og det vil generere støj i den geophone. Så de er virkelig ekstremt følsomme enheder.
Seismisk sensor er under anvendelse.
Er der andre seismiske teknologier, der er under anvendelse?
Ja. Jeg har ikke talt endnu om offshore seismisk arbejde, og der er virkelig flere seismiske data erhvervet offshore end på land. Der bruges en anden slags teknologi offshore. På grund af meget berettigede miljøhensyn for havdyr - primært hvaler, delfiner og sådan - er luftkanoner den eneste seismiske kilde, der anvendes offshore.
Dette er enheder, der trækkes bag skibe. Når de frigiver komprimeret energi, genererer luftpistolen en kraftig trykbølge. Trykbølgen bevæger sig gennem vandkolonnen og går derefter ind i bundbundene, spreder sig nedad for at belyse geologien. De reflekterede bølgefelter kommer derefter tilbage og rejser gennem vandkolonnen til hydrofonkabler, der er trukket af det samme fartøj eller af et separat ledsagerfartøj.
Disse trækkede hydrofonkabler bliver nu også ekstremt store. De kan være så længe som, endda, 15 kilometer. Og i nogle af de moderne skibe kunne der måske være 20 eller deromkring af disse kabler, side om side, spredt sideværts over en afstand på cirka en kilometer. Så matrixen af sensorer, der er i vandet, er noget iøjnefaldende.
Igen digitaliserer disse hydrofoner, der registrerer dette reflekterede bølgefelt, de kommende seismiske reflektionshændelser ved meget små tidsintervaller - et eller to millisekunders intervaller - i lange tidsperioder på flere sekunder. Så du får meget dybe data. Det er noget af et vidunder med digital optagelsesteknologi med hensyn til massen af data, der håndteres.
Komplet seismisk optagestation placeret på tværs af et geotermisk udsigt. En enkelt Superphone modtager reflektionssignalet, som digitaliseres og gemmes af modulet mærket GSR 4.
Hvordan har denne teknologi ændret sig?
Med tiden viser det sig, at olie- og gasindustrien har været en af de største drivkræfter for udvikling af digital optagelsesteknologi.
Da jeg begyndte i branchen, tilbage i slutningen af 1960'erne, skiftede olie- og gasindustrien fra analog dataregistrering til digital dataregistrering. De første digitale systemer var meget begrænsede i datakanalkapacitet. Når jeg bruger udtrykket datakanaler, Jeg mener, hvor mange seismiske sensorer der optages. Hvis du optager, siger, 50 datakanaler, får du svar fra 50 geofoner. I nogle af de tidlige systemer var vi bare begejstrede for, at vi kunne optage 48 datakanaler eller 96 datakanaler.
Modtagerantennen, som vi kunne oprette på Jordens overflade, var ganske begrænset i dens størrelse, og hvordan du kunne konfigurere den. Hele vejen gennem 1970'erne var der et drev til at skabe bedre, større og hurtigere dataregistreringssystemer. Det sker stadig i dag, forresten.
I 1970'erne var der også flere seismiske entreprenører, men en virksomhed dominerede forretningen. De var meget som Microsoft i deres tid inden for dette erhverv. De blev kaldt GSI - Geophysical Services, Inc. - og de var en af de tidligste udviklere af digital seismisk optagelsesteknologi. Vi er igen i den tidsramme, hvor faststofelektronik kom på scenen. GSI besluttede, at det var nødvendigt at opbygge eller oprette et eget internt firma til at opbygge de solidt udstyr, der var nødvendige for seismiske optagere. De oprettede det nye firma og kaldte det Texas Instruments. Nu er Texas Instruments, som du ved, stor i den digitale industri. Det er dominerende. I mellemtiden er GSI, den seismiske entreprenør væk fra scenen, som ingen nogensinde troede ville ske.
Så jeg prøver at male et billede om olie- og gasindustrien. Det har været drivkraften for enorme mængder af udvikling inden for den digitale industri, som alle lever med i dag - mobiltelefoner, alle bruger, og alt andet.
Tegning af en marin seismisk operation. Hver røde firkant, der tages af skibet, er en række luftkanoner.
Hvad er det vigtigste, folk har brug for at vide om seismiske teknologier, der bruges til olie- og gasudforskning?
Nå, en af de vigtigste ting ved seismisk teknologi til olie og gas er, at andre industrier drager fordel af disse fremskridt inden for reflektionsseismologi. En gavn ville være geotermisk, som er en vedvarende type energi, som vi alle er meget interesserede i nu.
En anden stærk og uvurderlig anvendelse af reflektionsseismologi, der får os til nogle miljøhensyn, er denne opmærksomhed, der dukker op over hele kloden om alvoret af CO2-koncentrationer i atmosfæren. Der er en bevægelse til at fange menneskeskabt CO2 og sekvestere det, hvor det ikke vil forurene miljøet. Denne sekvestrering af CO2 er meget afhængig af seismisk reflektionsteknologi. Årsagen er denne: olie- og gasindustrien ønsker seismisk teknologi, så de kan forstå geologi og udvinde olie og gas. Men dem, der ønsker at binde CO2, har nøjagtigt den samme information. Det betyder ikke noget, hvordan du flytter væskerne, tager det ud af klippesystemet eller sætter det i klippesystemet, du har brug for den samme teknologi for at hjælpe dig med at beslutte, hvad du skal gøre for at være sikker og effektiv i styringen af væskebevægelse.
I vores forskningsgruppe anvender vi seismisk teknologi til olie- og gasspørgsmål, der hjælper virksomheder med at være mere effektive med at udvinde olie og gas fra reservoirer. Men vi arbejder også meget med at anvende den samme teknologi til geotermiske applikationer og til CO2-sekvestreringsapplikationer.
Så anvendelserne af seismiske reflektionsteknologier er ganske brede. Teknologien vil fortsat være domineret af olie- og gassamfundet i en overskuelig fremtid. Men hvem ville kun have troet for 10 år siden, at den seismiske reflektionsteknologi ville spille en så vigtig rolle i CO2-sekvestrering, ved du? Vi får se, hvad fremtiden bringer!
Se denne video om brug af seismisk teknologi til olie- og gasudforskning.