Teknologian käyttö älykkäämpään poraukseen ja tulevaisuuden energian tuottamiseen

Öljy- ja kaasuteollisuus on yksi maailman suurimmista sektoreista, jonka arvo oli 6,10 biljoonaa dollaria vuonna 2024 ja odotetaan ylittävän 8,79 biljoonaa dollaria vuoteen 2034 mennessä. Sektori tuotti myös yli 4,2 biljoonaa dollaria arvioitua maailmanlaajuista liikevaihtoa viime vuonna.

Öljy on modernin yhteiskunnan selkäranka: se mahdollistaa kaiken aamun työmatkoista tavaroita valmistaviin tehtaisiin. Sillä lämmitetään rakennuksia, tuotetaan sähköä ja pidetään teollisuus käynnissä. Energian lisäksi öljy toimii raaka-aineena päivittäin tarvitsemillemme tuotteille. Terveyttämme ylläpitävät lääkkeet, ympärillämme olevat muovit ja lukemattomien tuotteiden kemikaalit ovat kaikki peräisin öljystä. Öljy kirjaimellisesti liikuttaa maailmaa.

Öljy on kuitenkin uusiutumaton fossiilinen polttoaine, jolla on huomattavia ympäristövaikutuksia, kuten kasvihuonekaasupäästöt ja ilmastonmuutos. Öljyvarojen keskittyminen harvoihin maihin aiheuttaa myös geopoliittisia haasteita ja uhkaa siten maailman energiaturvallisuutta.

Öljy on rajallinen: mitä se merkitsee tuotannolle ja hinnoille

Koska se on uusiutumaton resurssi, raakaöljyä ei voida korvata luonnollisesti sillä nopeudella, jolla sitä kulutetaan. Tämä johtuu siitä, että rajallinen ja nopeasti ehtyvä resurssi muodostuu miljoonien vuosien aikana orgaanisen aineksen, kasvien ja eläinten hajoamisesta äärilämpötilojen ja paineen alla.

Se on hiilivetyresurssi, mikä tarkoittaa orgaanista yhdistettä, joka koostuu pelkästään hiili- ja vetyatomeista. Hiilivedyt muodostavat öljyn, maakaasun ja kivihiilen perustan, jotka ovat luonnollisesti esiintyviä aineita maankuoren kallioperässä. 

Öljyn kokonaismäärä maapallolla on rajoitettu. Ja kun öljyä otetaan talteen ja käytetään, käytettävissä oleva varanto vähenee, mikä herättää huolta tulevasta tarjonnasta.

Kaikkea öljyvarannon sisältämää öljyä ei myöskään saada pumpattua. Esiintymästä saadaan tavallisesti talteen muutamasta prosentista yli 50 prosenttiin öljystä riippuen paineesta, liuenneen kaasun määrästä, kiven ominaisuuksista kuten huokoisuudesta ja läpäisevyydestä sekä käytetyistä talteenottomenetelmistä.

Primäärinen talteenotto eli ensimmäinen tuotantovaihe tuottaa usein vain noin 20 prosenttia öljystä. Tehostetut menetelmät, kuten vesihuuhtelu tai kaasun injektointi, voivat kasvattaa kokonaissaantoa huomattavasti. Yritykset mallintavat tietokonesimulaatioilla esiintymän käyttäytymistä, vertailevat tuotantoskenaarioita, suunnittelevat injektointistrategioita ja arvioivat öljyn talteenottoa ajan mittaan.

Vaikka varannot ovat rajoitettuja, uusia varantoja löydetään ja otetaan talteen jatkuvasti uuden ja parannetun teknologian avulla, joka mahdollistaa enemmän öljyn talteenottoa olemassa olevista kentistä.

Raakaöljy nostetaan maanalaisista esiintymistä pintaan poraamalla ja pumppaamalla. Ensin esiintymät paikannetaan ja arvioidaan erilaisilla työkaluilla. Kun sopiva kohde löytyy, siihen porataan kaivo, josta öljy pumpataan ulos usein porauslauttojen kaltaisten rakenteiden avulla.

Öljynporauslaitteet tekevät syviä reikiä maaperään ja muodostavat kaivoja, joista öljyä otetaan talteen. Jos porauksessa ei kuitenkaan löydy riittävästi hiilivetyjä kannattavaan tuotantoon, kyseessä on kuiva kaivo.

Mielenkiintoista on, että öljykaivo voi kuivua vaikka mittaukset osoittavat edelleen öljyä. Kaivon öljypitoisuuden määrittämiseksi käytetään useita menetelmiä, jotka vaihtelevat laajamittaisista alueellisista kartoista suoriin näytteisiin porauspaikalla. 

Ennen porauksen aloittamista operaattorit käyttävät geologisia ja geofysikaalisia tutkimuksia tunnistaakseen alueet, joilla on potentiaalia sisältää hiilivetyjä. Geologit tutkivat pintarakenteita, alapuolisia rakenteita ja kallioperän tyyppejä löytääkseen mahdolliset öljy- ja kaasuesiintymät.

Muita menetelmiä ovat painovoimatutkimukset, joissa mitataan Maan painovoiman pieniä vaihteluita, sekä magneettiset tutkimukset, joissa mitataan magneettisia poikkeamia. Geologit etsivät myös pintamaasta ja kasvillisuudesta pieniä hiilivetypitoisuuksia, jotka ovat voineet tihkua syvemmistä esiintymistä.

Näistä menetelmistä seismiset tutkimukset ovat erityisen tärkeitä. Niissä käytetään Maan läpi kulkevia ääniaaltoja öljyesiintymien paikantamiseen ja varannon likimääräisen koon arviointiin.

On silti varsin tavallista, että öljykaivo kuivuu jo sen jälkeen, kun vain osa odotetusta öljymäärästä on saatu talteen.

Miksi kaivot “kuivuvat” — ja miten 4D-seismologia auttaa

Öljyn löytäminen, kriittinen ja rajallinen resurssi, on monimutkaista. Lisäksi öljyn ja kaasun louhinnan negatiivinen ympäristövaikutus lisää kiireellisyyttä: poraamisen on oltava älykkäämpää ja tehokkaampaa. Tämä vaatii tarkempia mittauksia siitä, kuinka paljon öljyä varanto todella sisältää.

Penn State -yliopiston tutkijaryhmä kehitti tarkempia laskelmia siitä, kuinka paljon öljyä tietty kaivo todellisuudessa tuottaa. Työ vastaa keskeiseen kysymykseen: miksi kaivo kuivuu, vaikka seismiset mittaukset osoittavat maan alla olevan edelleen öljyä?

“Testasimme Pohjanmereltä saatuja tietoja. Poraus aloitettiin vuonna 2008, ja arvion mukaan öljyä piti voida tuottaa 20–30 vuotta. Valitettavasti jo kahden vuoden jälkeen mitään ei enää tullut. Kaivo oli kuiva, ja kaikki ihmettelivät: minne öljy katosi? Suurin ongelma on itse asiassa esiintymän geologian monimutkaisuus.”

— Tutkimuksen tekijä Tieyuan Zhu, Penn Staten geofyysikko

Zhu päätti opiskelijoidensa ja tutkijatohtoriensa kanssa tarkastella äänimittausten tietoja aiempaa yksityiskohtaisemmin.

Tämä edellytti lisää laskentatehoa ja runsaasti muistia, jotta ongelman osia voitiin pitää tietokoneen suorittimissa ilman aikaa vieviä ja kalliita siirtoja takaisin tallennusjärjestelmään.

Ratkaisuksi löytyi PSC:n lippulaiva Bridges-2-supertietokone. National Science Foundationin rahoittama järjestelmä mahdollistaa dataintensiivisen tutkimuksen yhdistämällä skaalautuvan suurteholaskennan, koneoppimisen ja data-analyysin uusia teknologioita.

Sen sadoissa tavallisen muistin solmuissa on yli tuhat tehokasta suoritinta, jotka tarjoavat nopeutta yleislaskentaan ja data-analytiikkaan. Jokaisessa suoritinsolmussa on 256–512 gigatavua RAM-muistia, eli 8–16 kertaa enemmän kuin kehittyneessä pelitietokoneessa.

Lisäksi järjestelmässä on neljä teratavua jaettua muistia tarjoavia Extreme Memory (EM) -solmuja sekä GPU-solmuja syväoppimisen ja kiihdytetyn laskennan poikkeukselliseen suorituskykyyn ja skaalautuvuuteen.

Tämän laskentatehon avulla tutkijat lisäsivät Bridges-2:lla seismisiin mittauksiin aikaulottuvuuden ja analysoivat, kuinka öljy vaimentaa sen läpi kulkevan äänen voimakkuutta.

Ryhmän alustava analyysi osoitti, että öljyesiintymien piilossa olevat kivirakenteet estävät kaiken öljyn talteenoton. Tutkijat kasvattavat parhaillaan järjestelmänsä mittakaavaa, jotta sitä voidaan käyttää käytännön suurilla öljykentillä.

Tutkijat raportoivat ensimmäiset¹ tuloksensa Geophysics-lehdessä viime vuonna ja julkaisivat tänä vuonna laajemmat² tulokset.

Pyyhkäise vierittääksesi →

Piilossa olevat maanalaiset rakenteet: kaivojen alisuoriutumisen todellinen syy

Öljy ei vain odota maan alla valmiina nostettavaksi. Se imeytyy huokoiseen sedimenttikiveen ja kulkeutuu kohti maan pintaa. Kun öljy jää läpäisemättömämmän peittokivikerroksen alle, muodostuu esiintymä.

Tässä ääni tulee avuksi. Kiinteä kivi johtaa ääntä nopeammin kuin öljyllä kyllästynyt kivi. Asiantuntijat voivat paikantaa öljyesiintymiä mittaamalla, kuinka paljon öljy hidastaa äänen kulkua kiven läpi.

Nämä seismiset menetelmät luovat 3D‑kuvia siitä, missä öljyyn kyllästynyt kivi sijaitsee, aivan kuin ultraääni kuvaa lihaksia ja sisäelimiä.

Näistä ominaisuuksista huolimatta kehittyneiden kuvien perusteella poratut kaivot tuottavat usein odotettua vähemmän öljyä. Syynä on se, ettei 3D-kuvaus näytä koko kokonaisuutta, vaan olennaista tietoa jää puuttumaan.

Tutkimusryhmä arvelee, että samojen esiintymien kuvaaminen eri ajankohtina tuottaisi 4D-animaation ja tarkemman kokonaiskuvan. Myös seismisen datan useampien ominaisuuksien hyödyntäminen analyysissä auttaisi ymmärtämään tapahtumia paremmin.

Aiemmin öljyesiintymät havaittiin sen perusteella, että ääni kulki niiden läpi hitaammin. Nyt tutkijat yhdistivät aikadataan myös signaalin amplitudin eli sen, kuinka öljy vaimentaa äänen voimakkuutta.

Ryhmä käytti Bridges-2:ta laskelmien nopeaan suorittamiseen ja ongelman eri osien väliaikaiseen säilyttämiseen muistissa.

Supertietokonetta käytettiin kahdessa vaiheessa. Ensin tutkimuskoodi rinnakkaistettiin ja tehtiin käytännöllisemmäksi. Toisessa vaiheessa koodi otettiin käyttöön kenttäaineistossa.

“PSC takasi minulle satatuhatta laskentatuntia ja myös muistin aineistoni, kenttäaineistoni, tallentamiseen. Tätä ei yksinkertaisesti voida saavuttaa paikallisilla resursseillamme.”

– Zhu

Laajennettu analyysi ja toistuvat mittaukset kannattivat. Penn Staten tutkijat havaitsivat, etteivät vain aikaan perustuvat yksittäisen mittauksen kuvat paljastaneet öljyesiintymän sisäisiä rakenteita.

Tämä johtuu siitä, etteivät eräät rakenteet, kuten esiintymän sisäinen kiinteämpi kivikerros, vaikuta äänen nopeuteen niin paljon, että ne havaittaisiin. Ne voivat silti estää niiden alapuolella olevan öljyn pumppaamisen.

Joissakin tapauksissa ongelma voidaan ratkaista poraamalla hieman syvemmälle, jolloin myös kaivon jäljellä oleva öljy saadaan käyttöön.

Tutkijat ovat kuitenkin soveltaneet menetelmää vasta melko pienellä, noin 23 neliökilometrin geologisella alueella. Penn Staten työ on tässä vaiheessa vasta konseptin toimivuuden osoitus. Ryhmä keskittyy nyt jakamaan laskennan useammille solmuille, jotta paljon suuremmista alueista voidaan laatia tarkkoja karttoja.

Ryhmä voi kasvattaa työnsä mittakaavaa myös Bridges-2:n Extreme Memory -solmuilla, joista jokaisessa on 4 000 gigatavua RAM-muistia.

Ehtyneistä kaivoista energian varastointiin: CAES ja geoterminen energia

Öljy on ollut hallitseva energialähde yli vuosisadan. Maailma kuitenkin siirtyy pois fossiilisista polttoaineista uusiutuviin energialähteisiin, kuten tuuli- ja aurinkoenergiaan, ilmastonmuutokseen, ilman- ja vesistöjen saastumiseen sekä elinympäristöjen tuhoutumiseen liittyvien huolien vuoksi.

Uusiutuvat energialähteet ovat ajoittaisia, ja ne vaativat parempia tapoja varastoida energiaa myöhempää käyttöä varten. Mielenkiintoista on, että uupuneet öljy‑ ja kaasukaivot voivat tarjota ratkaisun tähän haasteeseen.

Nämä kaivot ovat itse asiassa merkittävä luonnollisen geotermisen lämmön lähde, ja tutkimus³ Penn Statein tutkijoilta tänä vuonna osoitti, että tätä lämpöä voidaan hyödyntää pakatun ilman energian varastoinnin (CAES) hyötysuhteen parantamiseen 9,5 %, jolloin enemmän varastoitua energiaa voidaan palauttaa ja muuttaa sähköksi.

“Tämä hyötysuhteen parannus voi olla pelin muuttaja, joka oikeuttaa pakatun ilman energian varastointihankkeiden taloudellisuuden. Ja lisäksi voisimme merkittävästi vähentää alkukustannuksia käyttämällä olemassa olevia öljy‑ ja kaasukaivoja, jotka eivät enää tuota energiaa. Tämä voisi olla win‑win‑tilanne.“

– Tutkimuksen yhteiskirjoittaja Arash Dahi Taleghani

Uupuneiden öljy‑ ja kaasukaivojen uudelleenkäyttö voi myös auttaa vähentämään orvokkaiden kaivojen negatiivisia vaikutuksia. Nämä ovat kaivoja, joita omistajat eivät enää ylläpidä, koska ne eivät ole taloudellisesti kannattavia.

Ilman valvontaa kaivonpäät voivat vuotaa myrkyllisiä aineita, kuten metaania, jonka lämmitysvaikutus on 20 vuoden aikana 84-kertainen hiilidioksidiin verrattuna. Ne vapauttavat myös rikkivetyä, arseenia ja bentseeniä paikalliseen ilmaan, veteen ja maaperään ja aiheuttavat merkittäviä saasteongelmia.

Kansainvälisesti on vähintään 29 miljoonaa hylättyä kaivoa, Reutersin vuoden 2020 arvion mukaan.

Eräässä tämänvuotisessa raportissa⁴ arvioitiin, että hylättyjä öljy- ja kaasukaivoja on yhteensä 4 499 000, joista 3 557 000 sijaitsee Yhdysvalloissa. Lähes 4,5 miljoonan kaivon maailmanlaajuisten metaanipäästöjen arvioitiin olleen noin 0,4 miljoonaa tonnia vuonna 2022, mikä vastaa 10,5 miljoonaa tonnia hiilidioksidia sadan vuoden tarkastelujaksolla.

Kaikkia orpokaivoja ei ole dokumentoitu. Monia ei ole kirjattu virallisiin rekistereihin, eikä niillä ole tunnettua omistajaa.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi Yhdysvaltain energiaministeriön Lawrence Berkeley National Laboratoryin tutkijat käyttivät moderneja työkaluja⁵, kuten antureita, laserkuvausta, droneja ja tekoälyä, löytääkseen nämä dokumentoimattomat orvokka‑kaivot (UOW).

Tutkimuksen päätekijän, Berkeley Labin tutkijatohtori Fabio Ciullan mukaan:

“Vaikka tekoäly on nykyaikainen ja nopeasti kehittyvä teknologia, sitä ei tulisi liittää yksinomaan nykyaikaisiin datalähteisiin. Tekoäly voi parantaa menneisyyden ymmärtämistämme poimimalla tietoa historiallisista tiedoista mittakaavassa, jota ei ollut saavutettavissa vain muutama vuosi sitten. Mitä enemmän menemme tulevaisuuteen, sitä enemmän voit myös käyttää menneisyyttä.“

Tutkimuksessaan he tutkivat neljää kiinnostavaa maakuntaa, joilla oli paljon varhaista öljyntuotantoa, ja löysivät noin 1 300 potentiaalista UOW:ta. 29 on vahvistettu satelliittikuvilla, kun taas kenttätutkimukset vahvistivat toiset 15.

Tekoälyyn perustuva kartoitus- ja varmennustyö on osa laajempaa hanketta, jolla puututaan dokumentoimattomiin orpokaivoihin. Consortium Advancing Technology for Assessment of Lost Oil & Gas Wells (CATALOG) on yhteistyöohjelma, jossa kehitetään menetelmiä kaivojen löytämiseen, metaanin havaitsemiseen ja mittaamiseen, kaivojen kunnon arviointiin, sulkemisjärjestyksen määrittämiseen sekä edullisten ja laajasti käytettävien työkalujen luomiseen.

“Nyt on tarve kvantifioida päästöt ennen ja jälkeen kaivon tukitusta. Sekä siksi, että halutaan varmistaa, että tukitus on tehty oikein, että myös kvantifioida ohjelman vaikutus ilmastonmuutoksen hillitsemiseen – erityisesti metaanipäästöjen osalta, jotka voivat aiheuttaa ilmaston lämpenemistä nopeammin kuin hiilidioksidi.“

– Tutkija Sebastien Biraud, joka johtaa CATALOG‑projektia Berkeley Labissa

Älykkääseen energian etsintään sijoittaminen

Kun puhutaan älykkäästä poraamisesta, Baker Hughes (BKR ) on tunnettu energiateknologian palveluiden johtajana. Yritys käyttää kehittyneitä antureita, pilvilaskentaa, digitaalisia kaksosia ja tekoälyä porauksen optimointiin. Se tarjoaa myös metaanin havaitsemis‑ ja päästöjen vähennyspalveluita.

Baker Hughes

Markkina‑arvostus on 47,8 miljardia dollaria, BKR‑osakkeet käyvät 48,50 dollaria, kasvaneet 18,24 % tänä vuonna. Yritys tuottaa EPS‑tuloksen (TTM) 2,93 ja P/E‑tuloksen (TTM) 16,58. Baker Hughes maksaa osinkotuoton 1,90 %.

Taloudellisesta asemastaan yhtiö raportoi 6,9 miljardin dollarin liikevaihdon vuoden 2025 toisella neljänneksellä. Emoyhtiön osakkeenomistajille kuuluva nettotulos oli 701 miljoonaa dollaria. GAAP-standardin mukainen laimennettu osakekohtainen tulos oli 0,71 dollaria ja oikaistu laimennettu osakekohtainen tulos 0,63 dollaria.

“Toimitimme vahvat toisen neljänneksen tulokset, ja kokonais‑säädetty EBITDA‑marginaali nousi 170 peruspistettä vuosi‑vuodelta 17,5 %:iin, vaikka liikevaihto laski hieman. Tämä suorituskyky heijastaa rakenteellisten kustannusparannusten ja jatkuvan liiketoimintajärjestelmän käyttöönoton hyötyjä, jotka lisäävät tuottavuutta, vahvistavat operatiivista vipuvaikutusta ja kestävää ansaintaa koko yrityksessä.”

– Toimitusjohtaja Lorenzo Simonelli

Tänä aikana yhtiön Industrial & Energy Technology (IET) -segmentin tilauskanta nousi ennätykselliseen 3,5 miljardiin dollariin. Segmentti tarjoaa energiantuotantopalveluja koko energia-alalle.

Yhtiö tuotti myös 510 miljoonaa dollaria liiketoiminnan rahavirtaa ja 239 miljoonaa dollaria vapaata kassavirtaa. Baker Hughes palautti osakkeenomistajille 423 miljoonaa dollaria vuoden 2025 toisella neljänneksellä, josta 196 miljoonaa dollaria osakkeiden takaisinostoina.

Baker Hughesin (BKR) osakkeen uusimmat uutiset ja kehitys

Yhteenveto

Raakaöljy on edelleen yksi maailman tärkeimmistä energialähteistä, sillä se muodostaa merkittävän osan maailmanlaajuisesta taloudesta. Kuitenkin se on rajallinen resurssi, mikä voi aiheuttaa haasteita tulevaisuudessa.

Kun helposti saavutettava öljy ehtyy, yritykset poraavat syvemmälle kuin koskaan, ja umpikujan voi ratkaista vain erittäin kehittynyt teknologia. Siihen tarvitaan suurteholaskentaa, edistynyttä seismistä analytiikkaa, antureita, datatiedettä ja tekoälyä. Nämä työkalut muuttavat tapaa, jolla öljyä etsitään ja tuotetaan sekä vanhoja kaivoja otetaan uuteen käyttöön.

Tavoitteena ei siis ole ainoastaan saada maasta enemmän öljyä, vaan tehdä se pienemmin ympäristöhaitoin. Joissakin tapauksissa samoilla teknologioilla voidaan muuttaa ehtyneitä kaivoja puhtaan energian varastointiratkaisuiksi.

Klikkaa tästä oppiaksesi, onko leväbiopolttoaine seuraava energian vallankumous.

Viitteet

<sup>1. Xing, G., & Zhu, T. (2024). Advancing attenuation estimation through integration of the Hessian in multiparameter viscoacoustic full-waveform inversion. Geophysics, 89(5), r429. Julkaistu 1 syyskuu 2024. https://doi.org/10.1190/geo2023-0634.1
2. Kim, D., & Zhu, T. (2025). Why do seismic attenuation models enhance time-lapse imaging? A 2D viscoacoustic full-waveform inversion case study from the Volve field. Geophysics, 90(4), b193. Julkaistu 1 heinäkuu 2025. https://doi.org/10.1190/geo2024-0793.1
3. Zhang, Q., Taleghani, A. D., & Elsworth, D. (2025). Underground energy storage using abandoned oil & gas wells assisted by geothermal. Journal of Energy Storage, 60, 115317. Julkaistu 8 tammikuu 2025. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.115317
4. Lei, T., Chen, X., Ma, S., Jing, L., & Guan, D. (2025). A global inventory of methane emissions from abandoned oil and gas wells and possible mitigation pathways. National Science Review, 12(7), nwaf184. Julkaistu heinäkuu 2025. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf184
5. Ciulla, F., Santos, A., Jordan, P., Kneafsey, T., Biraud, S. C., & Varadharajan, C. (2024). A Deep Learning Based Framework to Identify Undocumented Orphaned Oil and Gas Wells from Historical Maps: A Case Study for California and Oklahoma. Environmental Science & Technology, 58(50). Julkaistu joulukuu 2024. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c04413</sup>