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Schnellere Kartierung beschleunigt die Suche nach Öl
Angesichts der hohen Nachfrage und der hohen Preise für Rohöl suchen Erdölunternehmen nach neuen Lagerstätten tief unter dem Meeresboden in Gebieten mit geologischer Komplexität. Aber Bohren unter dem Ozean ist sehr teuer, daher müssen Ölunternehmen ein möglichst umfassendes Verständnis der Geologie haben, in der sie bohren.
Eine Karte von Salzvorkommen kilometerlang unter dem Meeresboden im Golf von Mexiko, wo Shell auf neue Ölvorkommen hofft. Die Karte wurde mit Algorithmen erstellt, die am MIT entwickelt wurden, um seismische Daten zu analysieren. (Mit freundlicher Genehmigung von Jason K. Johnson, MIT-Abteilung für Elektrotechnik und Informatik)
Selbst mit unzähligen seismischen Daten über die unterirdischen Merkmale der Erde ausgestattet, ist es jedoch eine Herausforderung, genaue Karten der Geologie unter dem Ozean zu erstellen. Jetzt arbeitet Shell mit Informatikern am MIT zusammen, um Algorithmen zu entwickeln, die es ihnen ermöglichen, Karten dieser unterirdischen Gebiete schneller und genauer zu erstellen.
Die Erstellung von Karten der tiefen und komplexen Gebiete, die derzeit von Ölgesellschaften erforscht werden, kann mehrere Monate in Anspruch nehmen, sagt Richard Sears, ein Gastwissenschaftler von Shell am MIT. Die untersuchten Regionen können Hunderte von Kilometern groß und mehrere Kilometer tief sein. Wer an der Erstellung von 3-D-Karten dieser Gebiete arbeitet, muss riesige Datenmengen verarbeiten.
Shell drehte sich zu Alan Willsky , Professor für Elektrotechnik am MIT, nach einer Möglichkeit, die riesige Menge seismischer Daten zu verstehen, die das Unternehmen für die Kartenerstellung sammelt. Willskys Gruppe ist spezialisiert auf computergestützte Methoden zur Extraktion von Objektformen aus komplexen Daten.
Für sein erstes Projekt mit Shell entwickelt seine Gruppe Algorithmen, die den Geologen des Unternehmens helfen sollen, Salzvorkommen unter dem Golf von Mexiko zu untersuchen. Shell hofft, dass diese schwer zu kartierenden Formationen große Ölvorkommen unter dem Meeresboden eingeschlossen haben. Willsky und Kollegen helfen Shell dabei, die Oberflächen, Formen und Grenzen dieser Lagerstätten zu kartieren.
Willsky sagt, dass die Bestimmung von Form und Größe von Salzablagerungen unter der Erde einem anderen Unterfangen seiner Gruppe ähnelt: In Zusammenarbeit mit Radiologen entwickeln sie Bildanalysealgorithmen zur Kartierung der Prostata, um zu bestimmen, wo ein krebstötendes radioaktives Pellet eingesetzt werden muss. Ihre Algorithmen könnten sich auf viele Bereiche auswirken, sagt er, darunter Biomedizin und Ozeanographie.
Der Prozess der Ölvermessung beginnt damit, dass Schiffe mehrere Wochen rund um die Uhr über ein großes Gebiet streichen, dabei hochintensive Schwingungen in die Erde senden und deren Echos messen. Etwa alle 10 Sekunden wird aus vielen Zylindern gleichzeitig Druckluft ins Wasser geschossen. Die Vibrationen dieser Explosionen wandern durch das Wasser und in die Erde, bis sie auf etwas stoßen. Dann hallen sie zurück an die Wasseroberfläche, wo sie von kilometerlangen Streams druckempfindlicher Mikrofone registriert werden, die dem Schiff folgen. Obwohl jedes Echo schwach ist, verstärken sich mehrere Signale gegenseitig.
Dann müssen Firmengeologen Hunderte Millionen Punkte dieser Schwingungs- oder seismischen Daten in eine 3-D-Karte umwandeln, um festzustellen, ob darunter Ölvorkommen liegen oder nicht. Eine solche Kartenerstellung ist ein iterativer Prozess. Zunächst verarbeitet ein Computer die Rohdaten. Dann sucht der Kartograph aus vertikalen Schnitten einige Punkte heraus, an denen er oder sie etwas Interessantes sieht – wo es so aussieht, als ob die Schallwellen von einer bestimmten geologischen Struktur, beispielsweise einer Salzlagerstätte, widerhallten.
Die von Willskys Gruppe entwickelten und von Shell verwendeten neuen Algorithmen können statistische Beziehungen zwischen den von den Kartenherstellern ausgewählten Datenpunkten definieren und diese Beziehungen verwenden, um die Punkte zu verbinden und eine Karte zu erstellen. Die Algorithmen berechnen auch die Unsicherheit jedes Datenpunkts.
Der Computer kann Tage brauchen, um eine komplexe Oberfläche zu generieren, und der Interpreter braucht Tage, um die Daten zu durchsuchen, sagt Sears.
Hundertprozentiger Erfolg sei ein seltener Umstand, sagt Ron Masters, ein leitender Geophysiker bei Shell. Sie müssen viele Aussichten ausloten, von denen einige die Vorhersagen der Kartenhersteller nicht bestätigen.
Shell und Willsky hoffen, dass immer ausgeklügeltere Algorithmen den Kartenherstellern dabei helfen, ihre Arbeit schneller und genauer zu erledigen, zumal das Unternehmen weiterhin in geologisch komplexeren Gebieten wie etwa in der Nähe von Salzvorkommen nach Öl sucht.
Laut Masters sind Salzvorkommen ein vorherrschendes Merkmal der tiefen Gewässer des Golfs von Mexiko. Aber er sagt, dass die von Willsky entwickelten Kartierungsalgorithmen auf andere geologisch komplexe Ablagerungen anderswo in den Weltmeeren angewendet werden sollten.