DE102007036832B4

DE102007036832B4 - Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz

Info

Publication number: DE102007036832B4
Application number: DE102007036832A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Diehl; Bernd Wacker
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2027-08-04
Also published as: WO2009019197A2; US20100252249A1; CA2695246A1; CA2695246C; RU2426868C1; WO2009019197A3; DE102007036832A1

Abstract

Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer unterirdischen Lagerstätte (100) mit Mitteln zur Herabsetzung der Viskosität der Substanz und zumindest einer aus der Lagerstätte (100) herausführenden Produktionsrohrleitung (102, 102'), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Elektroden (301, 301') einer induktiv und resistiv gegenüber zumindest Teilen der Lagerstätte (100) wirksamen elektrischen Heizung vorhanden sind, wozu in die Lagerstätte (100) zwischen den zumindest zwei an eine Stromquelle (302) angeschlossenen Elektroden (301, 301') Mittel zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit eingebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Große Teile der weltweiten Ölreserven liegen in Form von Ölsanden vor. Ölsand ist eine Mischung aus Gestein, Ton, Sand, Wasser und Bitumen oder anderen Schwerölen. Im Folgenden soll stellvertretend für Schwer-, Schwerstöle oder allgemein langkettige Kohlenwasserstoffe lediglich von Bitumen gesprochen werden, welches mit einer Viskosität von typisch API 5° bis 15° lagerstättenmäßig vorkommt. Das Bitumen kann mittels weiterer Verfahrensschritte in synthetisches Rohöl umgewandelt werden. Ölsandvorkommen liegen teilweise in Erdschichten geringer Tiefe, die dem Tagebau zugänglich sind. Es existieren aber ebenfalls große Ölsandvorkommen, die dem Tagebau nicht zugänglich sind. Typischerweise wird die In-Situ-Gewinnung ab Tiefen von 60 m und tiefer vorgenommen, da der Abbau des Deckgebirges dann nicht mehr lohnend erscheint.
Das zur Ausbeutung solcher Vorkommen typischerweise verwendetes Verfahren ist die „Steam Assisted Gravity Drainage" (SAGD). Bei dem SAGD-Verfahren wird das in einer Lagerstätte vorliegende Bitumen durch Heißdampf erhitzt und die Lagerstätte durch den Dampfdruck permeabler gemacht. Auf diese Weise wird die Viskosität des Bitumens herabgesetzt, so dass es in flüssiger Form und auch schneller aus der Lagerstätte gefördert werden kann. Die Viskositätsveränderung des Bitumens geschieht durch eine Temperaturerhöhung. Zu diesem Zweck wird Heißdampf durch Rohrleitungen in die unterirdische Lagerstätte gepresst, so dass die Lagerstätte erwärmt wird, und sich gleichzeitig ein Überdruck in der Lagerstätte aufbaut. Flüssiges Bitumen wird durch den in der Lagerstätte herr schenden Überdruck durch ein weiteres Rohr an die Oberfläche gefördert.
Zur Verbesserung der Fließfähigkeit des Bitumens kann der Heißdampf mit einem Lösungsmittel versetzt werden. Die Rohrleitungen zur Injektion des Heißdampfes, bzw. des Gemisches aus Heißdampf und Lösungsmittel, werden im Wesentlichen parallel zueinander, horizontal verlaufend innerhalb der Lagerstätte verlegt. Die Injektionsrohrleitung und Produktionsrohrleitung weisen typischerweise einen Abstand von 5 m bis 10 m in vertikaler Richtung zueinander auf. Der Abstand der Injektionsrohrleitung und Produktionsrohrleitung ist jedoch von der Mächtigkeit der Lagerstätte abhängig. In horizontaler Richtung erstrecken sich die Rohre innerhalb der Lagerstätte auf einer Länge zwischen mehreren hundert Metern und wenigen Kilometern.
Vor dem Beginn der eigentlichen Förderung von Bitumen aus der Lagerstätte, muss diese zunächst erwärmt werden, um die Viskosität des in dem Sand oder Gestein vorhandenen Bitumens herabzusetzen. Während der Aufheizphase, zur schnellen Erwärmung der Lagerstätte, werden sowohl die Injektionsrohrleitung als auch die Produktionsrohrleitung für die Dauer von ca. 3 Monaten mit Heißdampf beaufschlagt. Am Ende der Aufheizphase liegt das Bitumen in der Lagerstätte mit einer solchen Viskosität vor, dass bei weiterer Beaufschlagung der Injektionsrohrleitung mit Heißdampf und dem resultierenden Überdruck in der Lagerstätte flüssiges Bitumen aus der Produktionsrohrleitung an die Oberfläche gefördert werden kann. Bei hinreichendem Druckaufbau kann auf die Installation von Anhebeölpumpen verzichtet werden, welche die Bitumen-Wasser-Emulsion zutage fördern.
Das derzeit praktizierte SAGD-Verfahren, wie es grob skizziert wurde, weist diverse technische Probleme auf. Zum einen kann über in der Lagerstätte vorhandene Kanäle oder poröse Gesteinsschichten Heißdampf aus der Lagerstätte entweichen, ein Verlust, der die in die Lagerstätte eingebrachte Heiz energie mindert. Es kann aufgrund überhöhter Drücke in der Lagerstätte zu Erdverwerfungen an der Oberfläche (Blow-out) kommen, insbesondere wenn das Deckgebirge von geringer Mächtigkeit ist. Ein weiteres Problem ist das sogenannte „Fingering" innerhalb des Reservoirs, bei welchem es zumeist am Anfang oder am Ende des horizontalen Stücks der parallel liegenden Dampfinjektions- bzw. Produktionsrohres zum Dampfdurchbruch (Dampf-Kurzschluss) kommt, wobei der Dampf sich einen bevorzugten kommunizierenden Pfad zwischen beiden Rohren sucht und unerwünscht Druck abgebaut wird, wobei der injizierte Dampf kondensiert und durch das Produktionsrohr als Wasser gefördert wird, wobei der Lagerstätte geringfügiger Dampf und damit thermische Energie zugeführt wird und die Effektivität des Prozesses drastisch abnimmt. Druck und Temperatur innerhalb der Lagerstätte, zum schnellen Erwärmen derselben, können also in Abhängigkeit der Lagerstättenbedingungen nicht beliebig gesteigert werden. Für das SAGD-Verfahren werden große Mengen an Frischwasser benötigt. Die benötigte Wassermenge wird anhand des „Steam to oil ratio" (SOR) gemessen. Strenge Umweltauflagen in den Fördergebieten fordern eine Verringerung des SOR, um die ober- und unterirdischen Wasservorräte zu schonen.
Neben dem SAGD-Verfahren wird auch vorgeschlagen, elektrische bzw. elektromagnetische Mittel zum Aufheizen der Lagerstätte zu verwenden. In der WO 2007/086867 A1 ist dazu eine Anordnung mit abschnittsweise verteilten Elektroden zur resistiven Heizung beschrieben. Aus der US 5 586 213 A ist dagegen eine Anordnung zur Beheizung einer elektrolytischen Sole durch elektrische Heizung bekannt, wobei ionische Kontaktmedien verwendet werden. Weitere Anordnungen zum Einbringen von Flüssigkeiten sind aus der US 5 167 280 A und der DE 38 28 738 C1 , und zur elektrischen Beheizung aus der DE 26 34 137 A1 und der US 5 449 251 A bekannt.
Insgesamt ist dem Stand der Technik entnehmbar, dass eine elektrische Heizung unter fakultativer Zugabe von Lösungsmitteln insbesondere in Kombination mit dem SAGD-Verfahren zur Herabsetzung der Viskosität der Kohlenwasserstoffsubstanz in der Lagerstätte einsetzbar ist.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz anzugeben, insbesondere zur Förderung von Schwerölen oder Bitumen aus einer Ölsandlagerstätte, die zumindest gegenüber dem Stand der Technik derart verbessert ist, dass eine verkürzte Aufheizphase vor Beginn der Produktionsphase erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 erfindungsgemäß angegebenen Merkmalen gelöst, wobei die funktional angegebenen Mittel zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Elektroden wesentlich sind. Konkrete Realisierungen der Mittel sind in Anspruch 2 und 3 angegeben und können alternativ bzw. fakultativ eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine elektrische Heizung, die sowohl induktiv als auch resistiv gegenüber zumindest Teilen der Lagerstätte wirksam ist, zur schnellen Erwärmung derselben vorteilhaft ist. Die Lagerstätte selbst wirkt als resistiver, dddddddd. h. ohmscher Widerstand gegenüber den zumindest zwei Elektroden der Heizung. Gleichzeitig wird die Lagerstätte induktiv durch die elektrische Heizung erwärmt, wozu ein geschlossener Induktionskreislauf notwendig ist.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz unter Herabsetzung deren Viskosität aus einer unterirdischen Lagerstätte angege ben, die zumindest eine aus der Lagerstätte herausführende Produktionsrohrleitung umfasst. Die Vorrichtung weist weiterhin zumindest zwei Elektroden auf, die induktiv und resistiv gegenüber zumindest Teilen der Lagerstätte als elektrische Heizung wirksam sind. Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Aufheizzeit des Reservoirs, das die kohlenwasserstoffhaltige Substanz enthält, verkürzt werden. Im Vergleich zu Vorrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, kann das „Steam to oil ratio" gesenkt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines, vorzugsweise mit denen mehrerer Unteransprüche kombiniert werden. Demgemäß kann die Vorrichtung zur Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz nach der Erfindung zusätzlich noch die folgenden Merkmale aufweisen:

– Die zwei Elektroden der elektrischen Heizung können durch zumindest teilweise in der Lagerstätte verlaufende, im Wesentlichen senkrecht orientierte elektrische Leiter gebildet sein. Eine senkrechte Bohrung erfordert einen geringen Bohraufwand. So können auf einfache und effektive Weise elektrische Leiter, die induktiv und resistiv gegenüber zumindest Teile der Lagerstätte wirksam sind, in die Lagerstätte eingebracht werden. Diese Vorrichtung ist insbesondere vorteilhaft, wenn davon ausgegangen werden muss, dass die Permeabilität mit zunehmender Tiefe absinkt, oder die Permeabilität in horizontaler Richtung inhomogen ist, d. h., dass eine inhomogene und ggf. anisotrope Lagerstätte bezüglich der Permeabilität oder/und Porosität vorliegt.
– Die zumindest zwei Elektroden der elektrischen Heizung können durch zumindest teilweise innerhalb der Lagerstätte verlaufende im Wesentlichen horizontal orientierte elektrische Leiter gebildet sein. Mit elektrischen Leitern, welche horizontal innerhalb der Lagerstätte verlaufen, kann ein großer Teil der Lagerstätte auf elektrischem Wege resistiv wie auch induktiv erhitzt werden.
– Bei den Elektroden kann es sich um stabförmige metallische Leiter handeln. Stabförmige metallische Leiter sind besonders einfach und kostengünstig.
– Zumindest Teilabschnitte der Elektroden können einen räumlichen Abstand zueinander aufweisen, der mit zunehmender Länge der Elektroden von einer Stromquelle aus betrachtet abnimmt. Die Abstandsabnahme kann insbesondere stetig erfolgen. Insbesondere kann der räumliche Abstand der Teilabschnitte der Elektroden linear abnehmen. Durch einen veränderlichen Abstand der Elektroden zueinander kann erreicht werden, dass der Spannungsabfall über die Länge der Elektroden konstant gehalten wird. Dieser Spannungsabfall ist bestimmt von dem elektrischen Widerstand der Elektroden selbst, addiert mit dem elektrischen Widerstand des entsprechend zwischen den Elektroden vorhandenen Erdreiches. Es kann auf diese Weise vorteilhaft vermieden werden, dass die gesamte Heizleistung der Elektroden an einem der Stromquelle nahen Bereich im Erdreich abfällt.
– Die Elektronen können koaxial in einem Führungsrohr verlaufen, wobei das Führungsrohr zur gezielten Deposition einer Flüssigkeit in Teile der Lagerstätte an den entsprechenden in der Lagerstätte verlaufenden Teilbereichen für die Flüssigkeit permeabel ist. Durch das Führungsrohr kann der Lagerstätte in gezielten Bereichen Flüssigkeit zugeführt werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Lagerstätte 100 beeinflusst werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Leitfähigkeit der Lagerstätte sicherstellen, so dass eine störungsfreie Funktion der elektrischen Heizung gegeben ist.
– Die Vorrichtung kann eine in die Lagerstätte hineinragende Injektionsrohrleitung aufweisen. In dem die Vorrichtung sowohl eine Injektionsrohrleitung wie auch eine Produktionsrohrleitung aufweist, kann die Lagerstätte zum einen mittels der elektrischen Heizung und zum anderen mit beispielsweise einem dampfgestützten Heizverfahren erwärmt werden. Beide Verfahren können synergetisch zusammenwirken.
– Die Elektroden können an ihren der Stromquelle fernen Endbereichen durch eine Leiterbrücke elektrisch miteinander verbunden sein. Durch eine derartige elektrische Verbindung kann die Betriebssicherheit der elektrischen Heizung verbessert werden.
– Die Injektionsrohrleitung und die Produktionsrohrleitung können in der Lagerstätte im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, im Wesentlichen horizontal orientierte Rohrabschnitte aufweisen. In einem Schnitt senkrecht zu der Injektions- und Produktionsrohrleitung betrachtet, befinden sich die Elektroden der elektrischen Heizung zu beiden Seiten der Injektions- und Produktionsrohrleitung angeordnet. Durch eine Anordnung der Elektroden der elektrischen Heizung zu beiden Seiten der Injektions- und Produktionsrohrleitung kann insbesondere das Volumen der Lagerstätte, welches sich zwischen der Injektions- bzw. Produktionsrohrleitung in horizontaler Richtung erstreckt, mittels der elektrischen Heizung erwärmt werden. Besonders vorteilhaft kann auf diese Weise ein größeres Volumen der Lagerstätte ausgebeutet werden. Aus dem Stand der Technik bekannte SAGD-Verfahren erreichen eine Ausbeute zwischen 40 und 60% des in der Lagerstätte vorliegenden Bitumens. Gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsform erscheinen Ausbeuten von über 70% möglich.
– Zumindest zwei der Elektroden der elektrischen Heizung können durch zumindest Teile der Injektionsrohrleitung bzw. der Produktionsrohrleitung gebildet sein. Indem die elektrische Heizung durch zumindest Teile der Injektions- bzw. Produktionsrohrleitung ausgebildet wird, kann zusätzliches Material für die elektrische Heizung eingespart werden; eine weitere Bohrung entfällt somit ebenfalls. Eine derartige Ausgestaltung der elektrischen Heizung ist daher besonders vorteilhaft.
– Die Injektionsrohrleitung und die Produktionsrohrleitung können mit Heißdampf beaufschlagbar sein. Wird eine unterirdische Lagerstätte nach einem SAGD-Verfahren oder einem ähnlichen oder verwandten Verfahren ausgebeutet, so werden typischerweise in der Lagerstätte vorhandene Rohrleitungen mit Heißdampf beaufschlagt. Die Kombination eines solchen heißdampfbasierten Verfahrens mit einem elektrischen Heizverfahren, ist besonders vorteilhaft, da durch den Heißdampf zusätzliches Wasser in die Lagerstätte eingebracht wird, welches die elektrische Leitfähigkeit der Lagerstätte erhöht. Eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit ist zur Durchführung eines induktiven und resistiven elektrischen Heizverfahrens notwendig. Durch die synergetische Kombination eines Heißdampfverfahrens und eines elektri schen Heizverfahrens kann der Wirkungsgrad des kombinierten Verfahrens über denjenigen beider Einzelverfahren gesteigert werden.
– Der Heißdampf kann mit einem Elektrolyten, vorzugsweise mit Salz, angereichert werden. Die elektrische Leitfähigkeit des Dampfes wird so erhöht. Die Wirksamkeit einer induktiven und resistiven elektrischen Heizung gegenüber zumindest Teilen einer Lagerstätte ist wesentlich von der elektrischen Leitfähigkeit der Lagerstätte abhängig. Indem der durch die Injektions- und/oder Produktionsrohrleitung in die Lagerstätte eingeleitete Heißdampf zusätzlich mit Mineralien, vorzugsweise mit Salz, versehen wird, kann die elektrische Leitfähigkeit der Lagerstätte gezielt eingestellt und gegebenenfalls erhöht werden.
– Bei der elektrischen Heizung kann es sich um eine Wechselstromheizung handeln. Eine Wechselstromheizung verhindert eine Ionenwanderung innerhalb der Lagerstätte. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Verkokung oder Salzverkrustung der Injektions- und/oder Produktionsrohrleitung vermieden werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Ansprüchen sowie insbesondere aus der nachfolgend erläuterten Zeichnung hervor. In der Zeichnung sind bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in stark schematisierter Darstellung angedeutet. Dabei zeigen deren
1 eine Prinzipskizze für eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer unterirdischen Lagerstätte,
2 einen Querschnitt durch den Ausbeutungsbereich einer solchen Lagerstätte,
3 und 4 eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz mit einer elektrischen Heizung
sowie
5 eine weitere Ausbildungsmöglichkeit einer solchen Vorrichtung.
Sich in den Figuren entsprechende Teile sind jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Nicht näher ausgeführte Teile sind allgemein bekannter Stand der Technik.
1 zeigt, schematisch dargestellt, eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer unterirdischen Lagerstätte 100 unter Herabsetzung deren Viskosität. Bei einer solchen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zur Gewinnung von Bitumen aus einem Ölsandvorkommen handeln. Eine Injektionsrohrleitung 101 führt von der Erdoberfläche in die Lagerstätte 100 hinein. Eine Produktionsrohrleitung 102 führt aus der Lagerstätte 100 heraus bis an die Erdoberfläche. Es sind Vorrichtungen denkbar, bei denen zur Förderung der kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus der unterirdischen Lagerstätte 100 mehrere Injektionsrohrleitungen 101 und mehrere Produktionsrohrleitungen 102 verwendet werden. Bei der Lagerstätte 100 kann es sich insbesondere um ein Ölsandvorkommen oder ein Ölschiefervorkommen handeln, aus welchem Bitumen oder andere Schweröle gewonnen werden können.
Um die kohlenwasserstoffhaltige Substanz aus der Lagerstätte 100 gewinnen zu können, muss die in der Lagerstätte 100 vorhandene kohlenwasserstoffhaltige Substanz in ihrer Viskosität herabgesetzt werden. Zu diesem Zweck müssen zumindest Teile der Lagerstätte 100 erwärmt werden. Zur Erwärmung der Lagerstätte 100 werden die Injektionsrohrleitung und die Produktionsrohrleitung 102 mit Heißdampf beaufschlagt. Nach einer Aufheizzeit von typischerweise 3 Monaten ist die Viskosität der in der Lagerstätte 100 vorhandenen kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aufgrund der erhöhten Temperatur soweit abgesunken, dass die Substanz fließfähig geworden ist. Wird nun die Injektionsrohrleitung 101 weiter mit Wasserdampf beaufschlagt, so kann aufgrund des in der Lagerstätte oder zumindest Teilen der Lagerstätte 100 vorhandenen Überdrucks koh lenwasserstoffhaltige Substanz durch die Produktionsrohrleitung 102 an die Oberfläche gefördert werden. Zur Aufrechterhaltung der für die Fließfähigkeit der kohlenwasserstoffhaltigen Substanz notwendigen Temperatur wird die Injektionsrohrleitung 101 weiterhin mit Heißdampf beaufschlagt. An der Oberfläche angekommen, kann die gewonnene kohlenwasserstoffhaltige Substanz weiteren Behandlungsschritten unterzogen werden, so dass synthetisches Rohöl gewonnen werden kann.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Lagerstätte 100, in welcher zwei Injektionsrohrleitungen 101, 101' und zwei Produktionsrohrleitungen 102, 102' verlaufen. Der von den Injektionsrohrleitungen 101, 101' ausgehende Heißdampf ist mit Pfeilen schematisch dargestellt. Der Heißdampf bildet innerhalb der Lagerstätte 100 Dampfkammern 201, 201' aus, aus denen die fließfähig gewordene kohlenwasserstoffhaltige Substanz gefördert werden kann. In horizontaler Richtung zwischen den Dampfkammern 201, 201' erstreckt sich ein totes Volumen 202, in welchem die Viskosität der in der Lagerstätte 100 vorhandenen kohlenwasserstoffhaltigen Substanz zu hoch ist, als dass diese gefördert werden könnte. Das tote Volumen 202 der Lagerstätte 100 kann nicht ausgebeutet werden.
3 zeigt eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer Lagerstätte 100, welche neben zwei Injektionsrohrleitungen 101, 101', die in der Lagerstätte 100 horizontal verlaufende Rohrteile aufweist, zwei Produktionsrohrleitungen 102, 102' aufweist. Die Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz weist weiterhin zwei Elektroden 301, 301' auf, die in senkrechten Bohrungen innerhalb der Lagerstätte 100 verlaufen. Die Elektroden 301, 301' sind gegenüber zumindest Teilen der Lagerstätte 100 als induktive und resistive elektrische Heizung wirksam. Bedingt durch die Leitfähigkeit von zumindest Teilen der Lagerstätte 100, insbesondere des toten Volumens 202, kann dieses resistiv, durch zwischen den beiden Elektroden 301, 301' fließenden Strom, erwärmt werden. Die resistive Heizwirkung ist durch Pfeile bzw. Linien innerhalb der Lagerstätte 100 angedeutet. Gleichzeitig wirken die Elektroden 301, 301' in den Volumina 303, 303' als induktive Heizungen. Die Elektroden 301, 301' können in Bereichen, in denen diese außerhalb der eigentlichen Lagerstätte 100 verlaufen, mittels elektrischer Isolierungen 304, 304' gegenüber dem Erdreich isoliert sein. Auf diese Weise kann die resistive Heizleistung in definierten Bereichen der Lagerstätte 100 eingebracht werden. Bei den Elektroden 301, 301' kann es sich insbesondere um stabförmige metallische Leiter aus einem insbesondere gut leitfähigen Metall handeln.
Die in 3 gezeigte Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz kann insbesondere derart betrieben werden, dass die Lagerstätte 100 sowohl mittels Heißdampf als auch mittels der elektrischen Heizung erwärmt wird. In der Aufheizphase der Lagerstätte 100 können so sowohl die Injektionsrohrleitungen 101, 101' als auch die Produktionsrohrleitungen 102, 102' mit Heißdampf beaufschlagt werden, zusätzlich kann das Volumen aus dem kohlenwasserstoffhaltige Substanz gefördert werden soll, insbesondere das Totvolumen 202 mittels der elektrischen Heizung über die Elektroden 301, 301' erwärmt werden. Auf diese Weise kann eine kürzere Aufheizzeit erreicht werden als wenn die Lagerstätte 100 lediglich mittels der elektrischen Heizung oder mittels Dampfbeaufschlagung erwärmt wird. Die elektrische Heizung kann insbesondere eine Wechselstromheizung sein, wodurch keine Ionenwanderung innerhalb der Lagerstätte 100 stattfindet.
Durch die Erwärmung der Lagerstätte 100 oder zumindest Teilen der Lagerstätte 100 kann es zu einem Absinken des Flüssigkeitsgehaltes der Lagerstätte 100 und somit zu einem Absinken der elektrischen Leitfähigkeit der Lagerstätte 100 kommen. Eine sinkende Leitfähigkeit der Lagerstätte 100 führt dazu, dass die elektrische Heizung, insbesondere die resistive Wirkungsweise, an Wirksamkeit verliert. Um diesen Verlust an Leitfähigkeit entgegenzuwirken, kann der in die Lagerstätte 100 eingepresste Heißdampf mit Mineralien, insbesondere mit Salzen, angereichert werden. Weiterhin kann durch eine Steuerung der Anreicherung des Heißdampfes mit Mineralien, insbesondere mit Salzen, die Leitfähigkeit der Lagerstätte 100 gezielt eingestellt werden. Die Mineralien bzw. Salze werden dem Heißdampf dabei nach dessen Austritt aus dem Dampferzeuger beigesetzt. Andererseits, wenn das Bitumen an einer Stelle ausgebeutet ist, wird an dieser Stelle auch keine Leitfähigkeit verlangt. Insbesondere der induktive Wirkmechanismus führt dann dazu, dass Verluste nur dort auftreten, wo Leitfähigkeit besteht, d. h. die Eindringtiefe erweitert sich entsprechend und das bei der natürlichen Leitfähigkeit ansässige Bitumen wird erwärmt und fließt durch die Gravität mit dem natürlich vorkommenden Reservoirelektrolyt nach unten. Naturgemäß wird zunächst an der Elektrode der Verlustmechanismus durch resistive aber auch induktive Wirkungsweise am effektivsten sein; d. h. am Beginn der Ausbeutung wird das Bitumen dort fließfähiger gemacht. Wenn die Leitfähigkeit an der Elektrode gering ist, ergibt sich kein Kontakt zwischen Elektrode und Reservoir; nunmehr kommt der induktive Mechanismus zum Tragen, welcher nicht auf den elektrischen Kontakt zwischen Elektrode und Reservoir angewiesen ist.
4 zeigt eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer Lagerstätte 100. Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden zumindest Teile der Injektionsrohrleitungen 100, 101' als Elektroden der elektrischen Heizung verwendet. Insbesondere können diejenigen Teile der Injektionsrohrleitungen 100, 101' als Elektroden 301, 301' der elektrischen Heizung verwendet werden, die im Wesentlichen horizontal innerhalb der Lagerstätte 100 verlaufen. Die als Elektroden 301, 301' wirkenden Teile der Injektionsrohrleitungen 100, 101' erwärmen sowohl resistiv wie auch induktiv zumindest Teile der Lagerstätte 100. Insbesondere erwärmen die Elektroden 301, 301' Bereiche 303, 303', welche sich zylinderförmig um die Injektionsrohrleitungen 101, 101' erstrecken. Neben diesen induktiv erhitzten Bereiche 303, 303' wird insbesondere auf resistivem Wege das Totvolumen 202 erhitzt. Zum Zwecke der elektrischen Hei zung sind die Injektionsrohrleitungen 101, 101' mit einer Wechselstromquelle 302 verbunden.
5 zeigt eine Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer Lagerstätte 100. Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst zwei Produktionsrohrleitungen 102, 102', welche aus der Lagerstätte 100 herausführen. In die Lagerstätte 100 hinein ragen zwei Elektroden 301, 301', welche jeweils in einem Führungsrohr 501, 501' angeordnet sind. Die Führungsrohre 501, 501' sind von der Oberfläche her zugänglich und zusätzlich in den außerhalb der Lagerstätte bzw. den zu heizenden Bereichen der Lagerstätte 100 verlaufenden Teilen mittels elektrischer Isolierungen 304, 304' gegenüber dem Erdreich elektrisch isoliert. Die Führungsrohre 501, 501' sind von der Erdoberfläche für eine Flüssigkeit zugänglich und weisen in gewissen Bereichen innerhalb der Lagerstätte 100 für die Flüssigkeit permeable Bereiche auf. Dies können beispielsweise poröse Ausgestaltungen der Rohrwände bzw. Durchbrüche oder Löcher sein.
In dem gezielt Flüssigkeit, vorzugsweise eine Flüssigkeit, welche mit einem Elektrolyten zur Verbesserung der Leitfähigkeit angereichert ist, in die Lagerstätte 100 oder Teile der Lagerstätte 100 eingebracht werden, kann die elektrische Leitfähigkeit der Lagerstätte 100 gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise kann die Funktionsfähigkeit der elektrischen Heizung sichergestellt werden. Als weitere Maßnahme zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Heizung können die Enden der Elektroden 301, 301', welche der Stromquelle 302 abgewandt sind, mit einer elektrischen Brücke 502 kurzgeschlossen sein.
Mit dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Bitumenlagerstätte ohne die Verwendung von Heißdampf auszubeuten. Die Lagerstätte kann lediglich mittels der elektrischen Heizung auf induktivem und resistivem Weg erwärmt werden, das in der Produktionsrohrleitung 102, 102' vorliegende flüssige Bitumen kann mittels einer Hebepumpe ge borgen werden oder wird durch natürlichen geologischen Überdruck an die Erdoberfläche befördert. Wahlweise kann die Lagerstätte 100 in Intervallen über die Produktionsrohrleitungen 102, 102' mit Heißdampf beaufschlagt werden, so dass der Druck innerhalb der Lagerstätte 100 ansteigt. Der auf diese Weise erzeugte Überdruck kann ebenfalls zur Förderung von Bitumen aus der Lagerstätte 100 verwendet werden.
Die Elektroden 301, 301' können weiterhin derart innerhalb der Lagerstätte 100 verlaufen, dass sie Abstand zueinander von der Stromquelle 302 aus betrachtet, mit zunehmender Länge der Elektroden 301, 301' zueinander abnimmt. Insbesondere kann eine lineare Abnahme des Abstandes der Elektroden 301, 301' zueinander erfolgen. Es kann auf diese Weise vermieden werden, dass die elektrische Heizleistung, insbesondere die resistive elektrische Heizleistung von der Stromquelle 302 aus betrachtet, am Anfang der Elektroden 301, 301' in die Lagerstätte 100 eingebracht wird bzw. in diesen Bereich abfällt. Der Abstand der Elektroden 301, 301' kann insbesondere derart gewählt werden, dass eine kontinuierliche Heizleistung über die Länge der Elektroden 301, 301', insbesondere über die Länge der Teilbereiche der Elektroden 301, 301', welche innerhalb der Lagerstätte 100 verlaufen, unter Berücksichtigung der elektrischen Leitfähigkeit der Lagerstätte 100 erreicht werden kann.
Der Abstand der Bohrungen kann dabei mit allgemein bekannten Maßnahmen gesteuert werden, beispielsweise kann ein Sender in der ersten Bohrung geführt werden, wobei der Bohrkopf der zweiten Bohrung ausgehend von diesem Sendesignal den Abstand zur ersten Bohrung ermitteln kann.

Claims

Vorrichtung zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz aus einer unterirdischen Lagerstätte (100) mit Mitteln zur Herabsetzung der Viskosität der Substanz und zumindest einer aus der Lagerstätte (100) herausführenden Produktionsrohrleitung (102, 102'), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Elektroden (301, 301') einer induktiv und resistiv gegenüber zumindest Teilen der Lagerstätte (100) wirksamen elektrischen Heizung vorhanden sind, wozu in die Lagerstätte (100) zwischen den zumindest zwei an eine Stromquelle (302) angeschlossenen Elektroden (301, 301') Mittel zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit eingebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den zumindest zwei Elektroden (301, 301') eine Flüssigkeit mit einem Elektrolyten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den zumindest zwei Elektroden (301, 301') einer elektrische Brücke (502) ist, mit der die zumindest zwei Elektroden (301, 301') an ihren der Stromquelle (302) fernen Endbereichen kurzgeschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Elektroden (301, 301') der elektrischen Heizung zumindest teilweise in der Lagerstätte (100) im Wesentlichen senkrecht orientiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Elektroden (301, 301') der elektrischen Heizung zumindest teilweise in der Lagerstätte (100) im Wesentlichen horizontal orientiert sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teilabschnitte der Elektroden (301, 301') einen räumlichen Abstand zueinander aufweisen, der mit zunehmender Länge der Elektroden (301, 301'), von einer Stromquelle (302) aus betrachtet, vorzugsweise stetig abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Abstand der Teilabschnitte der Elektroden (301, 301') linear abnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden stabförmige, metallische, elektrische Leiter sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden koaxial in einem Führungsrohr (501, 501') verlaufen, wobei das Führungsrohr (501, 501') zur gezielten Deposition der Flüssigkeit in Teile der Lagerstätte (100) an den entsprechenden, in der Lagerstätte (100) verlaufenden Teilbereichen für die Flüssigkeit permeabel ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in die Lagerstätte (100) hineinragende Injektionsrohrleitung (101, 101') vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsrohrleitung (101, 101') und die Produktionsrohrleitung (102, 102') in der Lagerstätte (100) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, horizontal orientierte Rohrabschnitte aufweisen, und, in einem Schnitt senkrecht zu der Injektions- und Produktionsrohrleitung (101, 101', 102, 102') betrachtet, die Elektroden (301, 301') zu beiden Seiten der Injektions- und Produktionsrohrleitung (101, 101', 102, 102') angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zumindest zwei Elektroden (301, 301') der elektrischen Heizung durch zumindest Teile der Injektionsrohrleitung (101, 101') und eine weitere Elektrode durch die zumindest Teile der Produktionsrohrleitung (102, 102') gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Injektionsrohrleitung (101, 101') und die Produktionsrohrleitung (102, 102') mit Heißdampf beaufschlagbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißdampf zur Erhöhung seiner elektrischen Leitfähigkeit mit einem Elektrolyten, vorzugsweise mit einem Salz, versetzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung eine Wechselstromheizung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wechselstromheizung eine Frequenz im Bereich von 1 Hz und 200 kHz und eine Spannung im Bereich von 100 V bis 10 kV hat.