Wie KI beim Aufspüren Hunderttausender verwaister Öl- und Gasbohrlöcher hilft
KI soll in den USA alte Karten durchforsten. Aus verwaisten Öl- und Gasbohrungen können Erdöl und Gase austreten und die Umwelt verschmutzen.
Oklahoma, eine Ölquelle und Windturbinen im Land der Osage Nation. KI soll jetzt in den USA helfen, alte Karten zu durchforsten. Aus verwaisten und undokumentierten Öl- und Gasbohrungen können nämlich Erdöl, Erdgas und andere Gase austreten und die Umwelt verschmutzen. Die Forschung untersuchte dabei auch Bereiche im Stammesgebiet der Osage Nation.
Foto: IMAGO/imagebroker/Jim West
Zugegeben: Es ist ein Problem, das in Deutschland in dieser Größenordnung nicht auftauchen dürfte. In den USA aber gibt es zwischen – geschätzt – 310.000 und 800.000 nicht dokumentierte und verwaiste Bohrlöcher für Öl und Gas. Das hat die Interstate Oil and Gas Compact Commission 2021 abgeschätzt.
Ein Überbleibsel aus fast 170 Jahren kommerzieller Bohrungen (Drill, Baby, Drill) und ein veritables Problem, denn die Bohrlöcher stellen eine Gefahr für die Umwelt und das Klima dar. Wenn die Anlagen nicht ordnungsgemäß verschlossen wurden, kann Öl und Gas austreten und Gewässer verschmutzen. Benzol und Schwefelwasserstoff gelangen in die Luft, ebenso wie der Erdgasbestandteil und das Treibhausgas Methan. Und kein Mensch weiß, ob und wie viel davon in die Umwelt gelangt. Dass die Öl- und Gasindustrie auch heute weltweit weiterhin – vermeidbar – viel zu viel Methan emittiert, kommt hinzu.
Verwaiste Bohrlöcher: KI nutzt historische Daten zur Präzisionssuche
Im Rahmen eines gigantischen Forschungsprojektes hat ein Team des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) des US-Energieministeriums den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) bei der Suche nach UOWs (Undocumented Orphaned Wells) untersucht. Um besser vorhersagen zu können, wo auf der Fläche der USA – immerhin gut 9,1 Mio. km2 an Landoberfläche – sich diese UOWs befinden, kombinieren die Forscherinnen und Forscher KI und historische topografische Karten. Mit Erfolg, wie sie anhand von Kalifornien und Oklahoma berichten.
„KI ist zwar eine zeitgemäße und sich schnell entwickelnde Technologie, sollte aber nicht ausschließlich mit modernen Datenquellen in Verbindung gebracht werden“, sagt Physiker und Hauptautor Fabio Ciulla vom Berkeley Lab laut einer Mitteilung. Um UOWs aufzuspüren, arbeiten US-Forschungsteams heute schon mit jeder Menge Hightech: Drohnen, Laserbildgebung und Sensorik. Ciulla und seine Mitstreiterinnen und Mitstreiter ließen zusätzlich jetzt KI auf einen riesigen Bestand historischer Karten des USGS (United States Geological Survey) los, der seit 2011 digitalisiert worden ist: 190.000 Scans historischer topografischer USGS-Karten aus den Jahren 1884 bis 2006.
Wie das Aufspüren alter verborgener Öl- und Gasbohrungen mit Drohnen aussieht, sehen Sie hier:
KI muss umfangreich trainiert werden, um verwaiste Bohrlöcher auf alten Landkarten entdecken zu können
„KI kann unser Verständnis der Vergangenheit verbessern, indem sie Informationen aus historischen Daten in einem Umfang extrahiert, der noch vor wenigen Jahren unerreichbar war. Je weiter wir in die Zukunft vordringen, desto mehr können wir auch die Vergangenheit nutzen“, so Ciulla. Entscheidend ist, dass die Karten mit Geotags versehen sind, also die KI weiß, wo das ist, wenn sie etwas findet. Zwischen 1947 und 1992 seien in Karten einheitliche Symbole für Öl- und Gasbohrungen verwendet worden, so die Mitteilung: ein hohler schwarzer Kreis. Menschen könnten diese gut erkennen, die KI müsse aber erst mal trainiert werden.
Das ist der Verdienst des Berkeley-Lab-Teams. Einmal trainiert, kann die KI dann die Karten viel schneller nach den kleinen schwarzen Kreisen durchforsten als Dutzende von Menschen, die sich in Bibliotheken durch die alten Karten blättern. Die Kunst dabei: Die KI muss die kleinen schwarzen Ölbohrungskreise unterscheiden von falsch-positiven Signalen, z. B. Sackgassen oder Symbolen mit kreisförmigen Mustern wie der Zahl 9 oder der Buchstabe „o“.
Kalifornien und Oklahoma: 1301 verwaiste Bohrlöcher entdeckt
Konkret durchforstete das Berkeley-Lab-Team mit der KI vier Bezirke, die eine beträchtliche frühe Ölproduktion aufwiesen – die Bezirke Los Angeles und Kern in Kalifornien sowie Osage und Oklahoma in Oklahoma. Und wurde 1301-mal fündig. Bislang haben die Forscher 29 der UOWs anhand von Satellitenbildern und weitere 15 anhand von Erhebungen vor Ort verifiziert; für die Bestätigung weiterer potenzieller Bohrlöcher sind zusätzliche Untersuchungen vor Ort erforderlich.
„Mit unserer Methode waren wir konservativ, was als potenzielles nicht dokumentiertes verwaistes Bohrloch gelten würde“, so die an den Forschungen beteiligte Biogeochemikerin und Umweltdatenwissenschaftlerin Charuleka Varadharajan. „Wir haben absichtlich mehr falsch-negative als falsch-positive Ergebnisse gewählt, da wir bei den einzelnen Brunnenstandorten, die wir mit unserem Ansatz identifiziert haben, vorsichtig sein wollten.“ Bei den Brunnen, die das Team nachweisen konnte, sagte die KI den Ort der UOWs im Durchschnitt auf 10 m genau voraus. Die Forscherinnen und Forscher glauben, dass ihr KI-Ansatz der erste ist, der die genauen Standorte potenzieller UOWs in den USA auf Bezirksebene ermitteln kann. Und angesichts der Fülle von Karten, die die Vereinigten Staaten abdecken, könne die Technik auf andere Regionen von Interesse übertragen werden, so das Berkeley Lab in der Mitteilung.
KI, Apps und Drohnen: So werden verwaiste Bohrlöcher aufgespürt
Aber die KI allein, so meint Ciulla, werde es nicht richten: „Der richtige Weg, dieses Problem anzugehen, ist ein mehrschichtiger Ansatz.“ Die KI-Kartierung und -Überprüfung ist nämlich nur Teil eines viel größeren Projekts, das sich mit UOWs befasst: das Consortium Advancing Technology for Assessment of Lost Oil & Gas Wells (Catalog). Beteiligt sind neben dem Berkeley Lab das Los Alamos National Laboratory (Leitung), das Lawrence Livermore National Laboratory, das National Energy Technology Laboratory und die Sandia National Laboratories.
So haben die Catalog-Mitglieder eine App entwickelt, die mit dem Magnetometer eines Smartphones nach Bohrlöchern suchen kann. In der Praxis müssen sich nämlich Forscher mit Ausrüstung ins Gelände begeben, um festzustellen, ob ein Bohrloch existiert. Das Magnetometer kann vergrabene Metallstrukturen, zum Beispiel von Brunnengehäuse, nachweisen. Und mit drohnenbasierter Infrarotsensorik lässt sich gezielter nach Methanemissionen suchen: inklusive der Methankonzentration, die die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung berücksichtigt, um den genauen Standort eines Bohrlochs zu bestimmen.
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