Enhanced oil recovery: hoe je meer olie uit een bijna leeg veld perst
Een olieveld is geen ondergrondse meer, maar een laag poreus gesteente — zandsteen of kalksteen — waarvan de piepkleine holtes vol olie zitten, ongeveer zoals water in een spons. Als een boorput dat gesteente aanboort, duwt de natuurlijke druk in de laag de olie er in het begin vanzelf uit. Maar die druk zakt snel weg, en met alleen die 'primaire winning' blijft doorgaans zo'n 80 tot 90 procent van de olie gewoon in de rots achter. Enhanced oil recovery, afgekort EOR, is de verzamelnaam voor technieken die geoloog en ingenieur inzetten om een deel van die achtergebleven olie alsnog naar boven te krijgen.
Vergelijk het met een bijna lege shampoofles: op zijn kop houden en uitschudden haalt weinig meer eruit. Water erbij gieten, schudden en dan pas uitgieten levert wél nog een scheutje op. EOR doet iets vergelijkbaars, maar dan kilometers diep in de aardkorst en op industriële schaal: er wordt stoom, gas of een chemisch mengsel in de rotslaag gepompt om de resterende olie los te weken en richting de put te duwen.
Wat is het precies?
Petroleum engineers onderscheiden doorgaans drie fasen in de levensloop van een olieveld. De primaire winning gebruikt alleen de natuurlijke druk in het reservoir en haalt gemiddeld zo'n 10 tot 20 procent van de aanwezige olie op. Bij secundaire winning wordt water of gas in de laag geïnjecteerd om de druk op peil te houden; dat levert meestal nog eens 20 tot 40 procent op. Wat daarna overblijft, is het domein van EOR, de tertiaire winning: afhankelijk van het veld en de gebruikte techniek kan dat er nog eens 5 tot 20 procent bij doen.
Er zijn grofweg drie families EOR-technieken. Thermische EOR stuurt hete stoom of, bij in-situ verbranding, zelfs een ondergrondse brandhaard de laag in. De warmte maakt zware, stroperige olie dunner vloeibaar, zodat die makkelijker naar de put migreert. Dit wordt vooral toegepast bij zware olie die van zichzelf nauwelijks wil stromen.
Chemische EOR voegt stoffen toe aan het injectiewater. Polymeren maken het water stroperiger, waardoor het gelijkmatiger door de laag drukt in plaats van via de snelste weg langs de olie heen te schieten. Surfactanten — vergelijkbaar met de werkzame stof in afwasmiddel — verlagen de oppervlaktespanning tussen olie en gesteente, zodat oliedruppeltjes die aan de rotswand kleven, loslaten. Soms worden beide gecombineerd met een alkalische stof (de zogeheten ASP-methode: alkali-surfactant-polymer).
Gasinjectie ten slotte pompt CO2, stikstof of aardgas de laag in. Dat gas lost gedeeltelijk op in de olie, waardoor die opzwelt en minder stroperig wordt. Onder de juiste druk en temperatuur wordt het gas zelfs volledig 'mengbaar' (miscible) met de olie: het onderscheid tussen gas en olie verdwijnt dan grotendeels, wat de meest efficiënte vorm van verdringing oplevert. In de praktijk begint elk EOR-project met laboratoriumonderzoek en een kleinschalige pilot in een deel van het veld; pas als die resultaten oplevert, wordt opgeschaald naar een heel netwerk van injectie- en productieputten, met voortdurende monitoring via sensoren en soms seismisch onderzoek om te volgen waar de olie, het water en het gas zich ondergronds bewegen.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is economisch en praktisch: wereldwijd ligt de gemiddelde 'recovery factor' van olievelden rond 35 procent, wat betekent dat het gros van de olie die ooit is aangetroffen, gewoon in de grond blijft zitten. Een bestaand veld verder uitmelken is vaak goedkoper en sneller dan een compleet nieuw veld opsporen en ontsluiten, omdat de infrastructuur — putten, pijpleidingen, verwerkingsinstallaties — er al staat.
Er is de laatste jaren ook een klimaatgerelateerd argument bijgekomen. Bij CO2-EOR kan het gas dat wordt geïnjecteerd, afkomstig zijn van afgevangen CO2 uit industriële installaties. Een deel van die CO2 blijft na afloop permanent ondergronds achter, wat de techniek raakvlak geeft met carbon capture and storage (CCS). Voorstanders zien dit als een manier om CO2-opslag economisch aantrekkelijker te maken, omdat de olieopbrengst de kosten mede dekt. Critici wijzen erop dat de extra gewonnen olie uiteindelijk alsnog wordt verbrand, waardoor het netto klimaateffect van CO2-EOR omstreden blijft — dat debat is niet beslecht.
Voorbeelden uit de praktijk
Een aantal projecten wordt in vakliteratuur vaak als schoolvoorbeeld genoemd:
- Kern River Field, Californië (VS): sinds de jaren zestig zet Chevron hier grootschalige stoominjectie in op een veld met zeer zware olie. Het veld staat bekend als een van de succesvolste stoomflood-projecten ter wereld, met een recovery factor die door de jaren heen sterk is opgevoerd ten opzichte van wat primaire winning alleen had opgeleverd.
- Duri-veld, Sumatra (Indonesië): door Chevron (voorheen Caltex) ontwikkeld tot een van de grootste stoominjectieprojecten ter wereld, eveneens voor zware olie.
- Daqing, China: het grootste olieveld van China, in beheer bij PetroChina/CNPC, is sinds de jaren negentig het toneel van een van de omvangrijkste polymer-flooding-programma's ter wereld, met tertiaire winning die geruime tijd een aanzienlijk deel van de productie van het veld voor zijn rekening nam.
- Weyburn-veld, Saskatchewan (Canada): hier loopt sinds 2000 een CO2-EOR-project waarbij CO2 per pijpleiding wordt aangevoerd vanuit een steenkoolvergassingsfabriek in North Dakota (VS). Het veld werd tegelijk gebruikt als onderzoekslocatie voor het internationale Weyburn-Midale-project naar ondergrondse CO2-monitoring en -opslag.
- Permian Basin, Texas en New Mexico (VS): dit gebied heeft het dichtste netwerk van CO2-pijpleidingen ter wereld voor EOR-doeleinden, met Occidental Petroleum als een van de grootste spelers. Occidental combineert dit met eigen initiatieven voor CO2-afvang uit de lucht (direct air capture), deels bedoeld om CO2 voor EOR te leveren.
Hoe ver is de techniek?
Thermische EOR en gasinjectie zijn geen nieuwe technieken: ze worden al tientallen jaren op industriële schaal toegepast en gelden als volwassen. Chemische EOR met polymeren en surfactanten is kostbaarder en gevoeliger voor de precieze samenstelling van het gesteente, en wordt daardoor minder wijdverbreid ingezet, al groeit de toepassing vooral in China en het Midden-Oosten.
Het grootste struikelblok is niet zozeer technisch als wel economisch: EOR vraagt hoge investeringen in injectie-infrastructuur, en de business case is sterk afhankelijk van de olieprijs. Dat bleek bijvoorbeeld bij het Petra Nova-project bij Houston (Texas), waar CO2 werd afgevangen uit de rookgassen van een kolencentrale en gebruikt voor EOR in een naburig veld: het project sloot in 2020 doordat lage olieprijzen het financieel onhoudbaar maakten, en werd pas jaren later weer opgestart.
Voor CO2-EOR spelen ook praktische en technische obstakels: pijpleidingen kunnen corroderen door het zure CO2-gas, het monitoren van eventuele lekkage vraagt gespecialiseerde apparatuur, en niet elk veld leent zich geologisch voor deze aanpak. Voor thermische EOR is het grootschalige waterverbruik voor stoomproductie een aandachtspunt. Ondanks decennia aan ervaring blijft de bijdrage van EOR aan de totale mondiale olieproductie relatief bescheiden — het gaat om een aanvullende techniek op bestaande velden, geen doorbraaktechnologie die de sector fundamenteel verandert.
Wie werken eraan?
Grote oliemaatschappijen als Chevron, ExxonMobil, Shell en Saudi Aramco passen EOR al decennia toe op hun eigen velden. Occidental Petroleum (Oxy) profileert zich specifiek als koploper in CO2-EOR, mede via de dochteronderneming Oxy Low Carbon Ventures. In China is PetroChina/CNPC de drijvende kracht achter het polymer-flooding-programma op Daqing.
Op het gebied van technologie en dienstverlening zijn oilfield-servicebedrijven zoals SLB (voorheen Schlumberger), Halliburton en Baker Hughes actief; zij ontwikkelen de chemicaliën, boor- en injectietechnieken en meetapparatuur die EOR-projecten mogelijk maken. Onderzoek naar de fundamenten van de techniek gebeurt onder meer bij het National Energy Technology Laboratory (NETL) van het Amerikaanse ministerie van Energie en aan universitaire faculteiten petroleum engineering. De Society of Petroleum Engineers (SPE) is de belangrijkste internationale vakvereniging die onderzoek en praktijkervaring op dit gebied publiceert en bundelt. Landen met de grootste EOR-programma's zijn de Verenigde Staten, China, Canada en Saudi-Arabië, met Indonesië als voorbeeld van een land met een lange traditie in stoominjectie voor zware olie.