Olie en gas heeft dan wel niet het eeuwige leven, maar dat betekent niet dat er geen innovaties meer in de exploratie worden doorgevoerd. De meeste ontwikkelingen vinden plaats op het gebied van de seismiek en remote sensing. Maar ook de mogelijkheden van dna-sequencing in combinatie met machine learning kunnen leiden tot een efficiëntere opsporing van koolwaterstoffen.

Het opsporen van olie- en gas is een dure onderneming. Niet in de minste plaats omdat er pas zekerheid over de aanwezigheid van olie of gas is, na een positieve boring. ‘We kunnen niet direct de olie of het gas opsporen, we zoeken naar geologische structuren die mogelijk koolwaterstoffen kunnen bevatten’, vertelt professor Pacelli Zitha, professor production systems en directeur van het Geosciences and Engineering Innovation Center aan de TU Delft. ‘Om een goed beeld van de ondergrond te krijgen, gebruiken we meestal seismische methodes.’

Seismiek is volgens Zitha essentieel: ‘Deze methodes worden steeds beter. De resolutie die we kunnen bereiken is nu tot tientallen meters, voorheen was dat tussen de honderd en duizend meter. Daarnaast kunnen we bijvoorbeeld onder zoutlagen of op grotere diepten meten, wat eerst niet kon.’

Ontwikkelingen op het gebied van data-acquisitie en –verwerking hebben gezorgd voor een verdere verbetering van de inzichten die worden verkregen met seismische opsporingsmethodes. Volgens Zitha wordt seismiek toch nog te weinig toegepast. ‘Het is een noodzakelijke maar kostbare techniek, je hebt ook specialisten nodig die het kunnen uitvoeren. Je kunt een structuur vinden, maar dat betekent niet dat er koolwaterstoffen inzitten. In de VS worden gewoon heel veel gaten geboord om schaliegas op te sporen. Dat is goedkoper, maar ook zeer risicovol.’

Remote sensing

Als de seismische metingen een geologische structuur opleveren die potentieel een reserve bevat, wordt er toch geboord om de aanwezigheid van olie of gas aan te tonen. ‘In een boorgat kun je verschillende metingen doen die informatie geven over een mogelijke reserve, zoals het type koolwaterstoffen en de hoeveelheden. Denk hierbij aan weerstandsmetingen, meting van de radioactiviteit enzovoorts.’

Een relatief nieuwe ontwikkeling is remote sensing. ‘Uit reserves kan een minimale lekkage van methaan voorkomen. Die kun je met spectroscopische methodes aantonen. Zo kan vanuit een vliegtuig worden gemeten of er koolwaterstoffen uit de ondergrond ontsnappen. Op deze manier wordt bijvoorbeeld de aanwezigheid van methaan uit gashydraten in permafrost aangetoond.’

Maatschappelijke discussie

Ruimte voor onderzoek op het gebied van olie- en gasexploratie is er volgens Zitha zeker nog steeds. ‘Twee tot drie jaar geleden was de olieprijs erg laag, daarom was er bij de olie- en gasbedrijven minder geld voor exploratie en innovatie op dit gebied beschikbaar.’

Maar er is genoeg te doen, aldus Zitha. ‘Dat heeft zeker ook te maken met de maatschappelijke discussie over fossiele brandstoffen. Oliebedrijven investeren nu in duurzame bronnen, maar de corebusiness voor de komende dertig tot veertig jaar blijft toch olie en gas. Ook al zal de productie halveren van honderd miljoen vaten per dag naar vijftig miljoen vaten per dag, het blijft nog steeds een grote business. Het moet zeker duurzamer worden. De efficiency moet omhoog, daarom is innovatie noodzakelijk. Dat moet met minder mensen en daarom is nog meer dan voorheen kwalitatief goed opgeleid personeel noodzakelijk.’

De researchfocus wordt wel verplaatst. ‘De kennis en technieken die bekend zijn uit de exploratie en productie zijn ook toepasbaar voor opslag van gas, waterstof en CO2. Dat is belangrijke kennis met het oog op de rol die Nederland heeft in de gasrotonde. In het geval van gasopslag is monitoring erg belangrijk. Je moet goed begrijpen hoe de ondergrond zich gedraagt als je er gas inpompt of het oppompt. Daarom moet je de geologie, de structuur van de ondergrond goed kennen. Wat gebeurt er met het waterpijl, met de druk enzovoorts in het reservoir en wat zijn de effecten hiervan, zoals aardbevingen en bodemdaling. Daarnaast is ook geothermie een interessante energiebron voor Nederland, waarbij kennis van de ondergrond essentieel is.’

Micro-seepage

Uit heel andere hoek komt de innovatie van TNO-spin-out Biodentify. Hun methode om olie- en gas op te sporen maakt gebruik van zogeheten micro-seepage. Dit zijn minuscule lekkages van koolwaterstoffen uit een reservoir. In tegenstelling tot de eerder genoemde methaanlekkages die op afstand gemeten kunnen worden, zijn deze niet met gewone analytisch chemische methodes aan te tonen. ‘Het principe dat olie- en gasvelden kleine gasbelletjes lekken is al sinds 1938 bekend, maar met de huidige beschikbare meetapparatuur zijn deze kleine hoeveelheden niet te meten’, vertelt Chris Te Stroet, directeur Technology & Operations van Biodentify.

Microben in de grond detecteren die kleine hoeveelheid koolwaterstoffen echter wel. ‘Er zijn verschillende microben die koolwaterstoffen metaboliseren en daardoor groeien, en anderen waarvoor de koolwaterstoffen juist toxisch zijn. De samenstelling van microben in de ondergrond varieert naar gelang er wel of geen micro-seepage van koolwaterstoffen is. Het ondergrondse ecosysteem is erg ingewikkeld en de gegevens die erin opgeslagen zijn, waren tot nu toe moeilijk bruikbaar. Er zijn in de jaren negentig nog pogingen geweest om er gebruik van te maken, maar er is nooit een succesvolle toepassing gevonden.’

Karakteriseren

Biodentify neemt bodemmonsters van één kubieke centimeter op een halve meter diepte. ‘Dankzij de ontwikkeling van dna-sequencing en machine learning technieken de afgelopen tien jaar zijn we in staat meer informatie uit de ondergrond te ontcijferen. We bepalen de dna-profielen van de aanwezige micro-organismen. Bepaalde stukjes dna in de micro-organismen zijn uniek en gerelateerd aan hun identiteit. Zo karakteriseren we het microben-ecosysteem van de ondergrond. Met behulp van machine learning technieken vergelijken we de monsters met elkaar en kunnen we vinden welke monsters een zodanige samenstelling hebben die wijzen op de aanwezigheid van koolwaterstoffen. We kunnen zo met een zekerheid van minimaal zeventig procent voorspellen of er een reserve in de ondergrond aanwezig is.’

Medische technologie

Het idee om aan de hand van dna-profielen olie- en gasreserves aan te tonen kreeg Te Stroet tijdens onderzoek dat hij uitvoerde bij TNO. ‘Deze methode is afkomstig uit de medische technologie. Om stembandkanker op te sporen wordt normaal gesproken een biopt genomen, wat blijvende schade kan veroorzaken bij de patiënt. Bij TNO is een technologie ontwikkeld waarbij een dna-profiel wordt gemaakt uit een beetje speeksel van de patiënt. Met behulp van machine learning technologie is het mogelijk om het dna van een gezond persoon te onderscheiden van dat van een persoon met een tumor aan de stembanden. Het idee om dna-profielen met elkaar te vergelijken is toen verder uitgewerkt voor de opsporing van koolwaterstofreserves.’

Besparen

Biodentify startte vijf jaar geleden als spin-out vanuit TNO en heeft octrooi op de technologie. ‘Sinds 2018 voeren we pilots uit voor klanten. We doen nu voor verschillende partijen tests om de technologie te bewijzen.’ De technologie is toepasbaar voor alle verschillende reserves, zowel off- als onshore. ‘We doen momenteel één project offshore en twee onshore schaliegasprojecten in de VS en Argentinië.’

tekst gaat verder onder de afbeelding

Biodentify neemt bodemmonsters van één kubieke centimeter op een halve meter diepte.

Vooral voor het opsporen van schaliegas en offshore-reserves is deze methode volgens Te Stroet erg aantrekkelijk. ‘Om schaliegas te produceren, worden nu veel putten geboord. Er is echter een groot verschil in productie van schalieputten in hetzelfde gebied. In een pilotgebied voor Biodentify’s technologie van tien bij tien mijl groot (zestien bij zestien kilometer) zijn in het verleden zo’n honderd putten in een regelmatig grid geboord. Het boren van een schalieput kost ongeveer zes miljoen dollar. Alleen boren in de goed producerende gedeelten van een schalieplay zou veel geld kunnen besparen. Offshore-exploratie is al helemaal een dure onderneming, één diepzeeput kost mogelijk honderd miljoen euro. Je kunt miljoenen euro’s besparen door de kans op een droge boring beter in te schatten.’

Modellen trainen

De methode van Biodentify kan in principe overal worden toegepast. ‘Als de locatie maar bereikbaar is. We moeten (zee)bodemmonsters kunnen nemen. Voor schalie nemen we monsters in een raster met afstanden van zo’n vijf- à vijftienhonderd meter; offshore nemen we gemiddeld zo’n vijftig samples per prospect.’ Het bedrijf kan binnen een paar maanden een indicatie geven of de samples wel of niet duiden op een koolwaterstofreserves. Te Stroet denkt dat het in de toekomst mogelijk is om ook te kunnen onderscheiden of een reserve olie of gas betreft. ‘Met meer data en input worden de machine learning modellen steeds beter en worden de voorspellingen nauwkeuriger. We trainen de modellen met grondsamples – waarvan de propectiviteit bekend is. We hebben momenteel vijfduizend samples in onze database en dit worden er in de toekomst veel meer. Het ecosysteem is erg rijk en dus gevarieerd. Onze database wordt met nieuwe projecten uitgebreid, waarbij iedere situatie nieuw dna-materiaal en dus nieuwe correlaties geeft.’

Wereldcontext

Biodentify kreeg vanuit het Horizon 2020 programma van de Europese Commissie een subsidie om de ontwikkeling verder te commercialiseren. Een bijdrage van Europa om olie- en gasexploratie te stimuleren stuit misschien op onbegrip bij menigeen. Wordt er dan niet volop ingezet op de energietransitie en ‘nieuwe’ en ‘schone’ bronnen? Zowel Te Stroet als Zitha geven aan dat de ontwikkelingen in olie- en gas in de wereldcontext moeten worden gezien. ‘Nederland heeft een bepaalde plaats in de energietransitie, maar de context in de VS of in China is heel anders’, zegt Zitha. Hij benadrukt dat Nederland juist kan bijdragen om exploratie groener en goedkoper te maken.

Te Stroet: ‘De EU is geïnteresseerd in onze ontwikkeling omdat dit bijdraagt aan het vergroten van de innovatiekracht van Europa en omdat het exploratie ‘groener’ kan maken. We zijn een innovatief bedrijf uit Nederland, maar actief over de grenzen heen. We kunnen onze methode zeker offshore in de Noordzee toepassen, maar we richten ons ook op gebieden als de Golf van Mexico, Brazilië, Zuidoost-Azië en op schaliegas in de VS en Argentinië. De fossiele grondstoffen blijven voorlopig nog van groot belang op wereldniveau. Dan kun je dat maar het best zo duurzaam mogelijk doen. Iedere put minder geboord in een schaliegebied leidt tot een enorme milieubesparing: honderdduizend liter water, tienduizend liter chemicaliën en vierduizend minder truckbewegingen.’

Feiten en cijfers

Succespercentage putten boren
Gemiddeld is in dertig tot veertig procent van de geboorde putten een olie- of gasreserve aanwezig/genoeg olie en gas om te produceren.
Kosten boorput:

  • 6 miljoen euro onshore
  • 60 miljoen euro offshore

Investering in exploratie

  • 37 miljard dollar in 2018, zestig procent minder dan in 2014 (gegevens Wood Mackenzie)
  • Meeste exploratie in offshore

Olie- en gasvondsten in 2019

In 2019 werden 12,2 miljard vaten olie-equivalent ontdekt, het hoogst sinds 2015 (gegevens Rystad Energy). Grootste vondst was door ExxonMobil in Guyana.