DE1190418B - Device and method for conveying bitumina from storage facilities - Google Patents
Device and method for conveying bitumina from storage facilitiesInfo
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Description
Vorrichtung und Verfahren zum Fördern von Bitumina aus Lagerstätten Die Erfindung betrifft allgemein die Gewinnung von Bitumina aus Lagerstätten, im besonderen die Förderung von hochviskosen oder erstarrten Bitumina.Device and method for conveying bitumina from deposits The invention relates generally to the extraction of bitumina from deposits, im especially the conveyance of highly viscous or solidified bitumens.
Unter Bitumina bzw. Bitumen sollen nach einer Definition von Fachverbänden »alle natürlich vorkommenden oder durch einfache (nicht destruktive) Destillation aus Naturstoffen hergestellten flüssigen oder festen, schmelzbaren oder löslichen Kohlenwasserstoffgemische« verstanden werden (s. D'Ans-Lax, Taschenbuch für Chemiker und Physiker, 1943, S. 1729).Under bitumen or bitumen, according to a definition of professional associations »All naturally occurring or by simple (non-destructive) distillation Liquid or solid, meltable or soluble made from natural substances Hydrocarbon mixtures «(see D'Ans-Lax, Taschenbuch für Chemiker and Physiker, 1943, p. 1729).
Wenn man von der Gewinnung im Bergbauverfahren absieht, werden die Inhaltsstoffe bituminöser Lagerstätten, deren Bitumenanteil hochviskos, erstarrt oder fest ist, durch Teilverbrennung, Entgasung und Vergasung ausgebeutet. Bekannte Verfahren sind die In-situ-Verbrennung, das Elektrolink-Verfahren oder zur Vorbereitung der Lagerstätte für die Verbrennung bzw. Erwärmung die Ausnutzung vorhandener Grubenbauten und das Fracverfahren zur Bildung von Rissen.If you disregard the extraction in the mining process, the Ingredients of bituminous deposits, the highly viscous bitumen content of which solidifies or is solid, exploited by partial combustion, degassing and gasification. Acquaintance Processes are in-situ incineration, the electrolink process or for preparation of the storage facility for incineration or heating, the use of existing mine structures and the fracturing process to form cracks.
Bei Lagerstätten, die hochviskose, erstarrte oder feste Bitumina enthalten, die sich ohne eine ausreichende Anwärmung nicht bewegen lassen, wird es praktisch unmöglich sein, nur durch Wärmeleitung hier eine Änderung zu schaffen. Die Temperatur fällt in Richtung des Wärmeflusses so rasch ab, daß ein Wärmetransport zum mindesten in einem nennenswerten Umfang nicht mehr stattfindet.For deposits that contain highly viscous, solidified or solid bitumen, that cannot be moved without sufficient heating, it becomes practical It would be impossible to create a change here just by conduction. The temperature drops so rapidly in the direction of the heat flow that there is at least a heat transfer no longer takes place to a significant extent.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Fördern von Bitumina aus Lagerstätten vorgeschlagen, die aus einem Rohrsystem, zweckmäßigerweise aus zwei oder mehr Rohrsystemen besteht. Jedes System wird gebildet aus drei konzentrisch ineinander angeordneten Rohrtouren, die bis in die Lagerstätte führen. Die äußere Rohrtour jedes Systems ist mit feststehenden, gegeneinander versetzten Nockenöffnungen in verschiedener Höhe versehen und in ihrem unteren Abschnitt auf eine Länge von rund einem Drittel der Lagerstättenmächtigkeit von einem durchlässigen Material umgeben. Die mittlere Rohrtour besitzt gleichfalls Nockenöffnungen, die drehbeweglich und verschließbar sind. An einem Rohrsystem ist außerdem am unteren Ende ein Kernreaktor angeordnet, der Wärmeenergie an den als Wärmeträgermedium dienenden Lagerstätteninhalt abgibt.According to the invention a device for conveying bitumina is made Suggested storage facilities consisting of a pipe system, advantageously two or more pipe systems. Each system is made up of three concentric pipe tours arranged one inside the other, which lead into the deposit. The outer Each system's tube tour has fixed, offset cam openings provided at different heights and in their lower section to a length of around a third of the deposit thickness of a permeable material surround. The middle tube tour also has cam openings that can be rotated and are lockable. There is also a nuclear reactor at the lower end of a pipe system arranged, the thermal energy in the storage facility serving as a heat transfer medium gives away.
In das Rohrsystem mit dem Kernreaktor wird Lagerstätteninhalt oder ein artähnliches Medium als Wärmeträger eingeführt und am Reaktor mit Wärme behandelt. Das heiße Trägermedium wird in die Lagerstätte eingedrückt und fließt zunächst durch die poröse Schicht an der äußeren Rohrtour zur unteren Nockenöffnung, gelangt durch das Rohr über Tage und wird mit einer Pumpe wieder in das Rohrsystem eingeleitet und im Kreislauf zwischen diesem und der Lagerstätte geführt. Durch Öffnen höher gelegener Nockenöffnungen und Schließen der tieferen wird der Kreislauf nach und nach erweitert und immer größere Partien der Lagerstätte erwärmt und fließfähig gemacht.The contents of the reservoir or a similar medium introduced as a heat transfer medium and treated with heat at the reactor. The hot carrier medium is pressed into the deposit and initially flows through it the porous layer on the outer pipe tour to the lower cam opening passes through the pipe above days and is fed back into the pipe system with a pump and circulated between this and the deposit. Open higher located cam openings and closing the deeper ones the circulation gradually becomes after expanding and ever larger parts of the deposit are heated and flowable made.
Es sind weiterhin Nockenöffnungen vorgesehen, durch die ein hochviskoses Medium in die Lagerstätte eingepreßt werden kann. Diese erhält dadurch in der unmittelbaren Umgebung der Bohrung einen erhöhten Fließwiderstand, wodurch das Wärmeträgermedium gezwungen wird, in bohrungsferne, kalte Lagerstättenpartien auszuweichen und so den Wärmekreislauf entsprechend zu erweitern.There are also cam openings provided through which a highly viscous Medium can be pressed into the deposit. This gets it in the immediate Surrounding the bore an increased flow resistance, whereby the heat transfer medium is forced to move to cold parts of the deposit that are far from the borehole and so on to expand the heat cycle accordingly.
Bei dem Fließen entlang der kalten Gebirgspartien um das Rohrsystem gibt das Trägermedium seine Wärme ab, schwemmt dabei genügend angewärmten Lagerstätteninhalt mit sich fort und steht so immer in engem Kontakt zu den noch kalten Partien, so daß also kurze, wandernde Wärmeleitwege zwischen abgebendem und aufnehmendem Medium bei hoher Temperaturdifferenz zwischen denselben entstehen. Das Verfahren ist also gekennzeichnet durch eine Kombination von Wärmetransport mittels fließender Medien über weite Strecken und Wärmeübergang bzw. Wärmeleitung über möglichst eng gehaltene Grenzzonen.When flowing along the cold mountain areas around the pipe system if the carrier medium gives off its heat, enough warmed-up reservoir content washes away away with himself and is always in close contact with the still cold parts, so that short, wandering heat conduction paths between the emitting and receiving medium arise when there is a high temperature difference between them. So the procedure is characterized by a combination of heat transport by means of flowing media Over long distances and heat transfer or heat conduction over as close as possible Border zones.
An dieses Rohrsystem können gegebenenfalls ein oder mehrere weitere Rohrsysteme gleicher Art, aber ohne einen Kernreaktor angeschlossen werden, von denen aus Kreisläufe in weiteren Lagerstättenabschnitten durchgeführt werden können. Zur Ausbeutung von Lagerstätten ist es zwar bekannt, beliebige Wärmequellen in einer Bohrung einzusetzen und Wärmefronten von einer Bohrung zu einer benachbarten Bohrung vorzutreiben. Auch Vorrichtungen zur Ausförderung von Lagerstätten mit drei oder mehr ineinander angeordneten Rohrtouren sind beschrieben worden.If necessary, one or more additional pipes can be connected to this pipe system Pipe systems of the same type but without a nuclear reactor can be connected by which can be carried out from cycles in further storage areas. To the Exploitation of deposits, it is known, any heat sources in a Insert hole and heat fronts from one hole to an adjacent hole to advance. Also devices for the extraction of deposits with three or more nested pipe tours have been described.
Von den vorbekannten Wärmequellen unterscheidet sich die erfindungsgemäße Anwendung des Leistungsreaktors dadurch in fortschrittlicher Weise, daß damit eine in bezug auf Leistung und Wirkungsdauer sehr starke Wärmeenergiequelle zum Einsatz gelangt. Infolge seiner raumsparenden, gedrungenen Konstruktion kann dieser Reaktor auf der Bohrlochsohle deponiert und selbststeuernd, ohne Verbindung zur Oberfläche betrieben werden. Mit einem kleinen Energiepaket steht eine bedeutende, für einen längeren Zeitraum ausreichende Energiequelle zur Verfügung.The one according to the invention differs from the previously known heat sources Application of the power reactor in a progressive manner that thus a In terms of power and duration of action, very strong heat energy source is used got. Due to its space-saving, compact design, this reactor can deposited on the bottom of the borehole and self-regulating, without connection to the surface operate. With a small energy package, a significant one stands for one A sufficient source of energy is available for a longer period of time.
Die Erwärmung eines Lagerstättenabschnittes durch übertragung der Wärmeenergie mit Hilfe von Wärmetransport und Wärmeleitung in einem weiten und gesteuerten Kreislaufverfahren ist nicht identisch mit einem Verfahren, das nur auf Wärmeleitung über kurze Entfernungen und ohne Lenkungsmöglichkeit beschränkt ist. Die zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen mit mehreren Rohrtouren besitzen weder am Außenrohr eine poröse Ummantelung und verschließbare Öffnungen in verschiedener Höhe der Formation, noch ist eine zweite Rohrtour mit Nockenöffnungen versehen und derart drehbeweglich im Außenrohr befestigt, daß durch Drehung nacheinander verschiedene Einlässe geöffnet bzw. geschlossen werden können. An keiner der fest ineinander angebrachten Rohrtouren der bekannten Bauart sind Öffnungen vorgesehen, die eine Richtungsbeeinflussung eines Kreislaufes möglich machen.The heating of a deposit section by transferring the Thermal energy with the help of heat transport and conduction in a wide and controlled Circular process is not the same as a process that only relies on conduction is limited over short distances and without the possibility of steering. The stand Devices belonging to the technology with several pipe tours have neither on the outer pipe a porous casing and closable openings at different heights of the formation, a second tube tour is also provided with cam openings and is thus rotatable fastened in the outer tube, that various inlets are opened one after the other by rotation or can be closed. On none of the pipe tours that are firmly attached to one another of the known design openings are provided which influence the direction make a cycle possible.
Die beispielsweise Verfahrensdurchführung und die dazu benötigten Vorrichtungen sind in der Figur dargestellt. In die Lagerstätte ist bis dicht über ihre Sohle eine Bohrung niedergebracht, die mit drei konzentrisch ineinander angeordneten Rohrtouren verrohrt ist. Das äußere Rohr 1 ist in seinem unteren Teil mit einem durchlässigen Metallbelag 2 versehen und im Deckgebirge einzementiert. Am Kopf ist eine drehbewegliche Dichtung angebracht. Im Bohrrohr 1 sind in verschiedenen Höhen mit einer Durchlaßöffnung versehene Nocken 3, 4, 5 und 6 eingebaut. Diesen Nocken stehen drehbare, bewegliche Nokken 7, 8, 9 und 10 gegenüber, die an der mittleren Rohrtour 11 angebracht sind. Diese Nocken sind gegeneinander versetzt angeordnet, so daß durch eine entsprechende Drehung des Rohres 11 jeweils bei den Nocken 3, 4, 5 oder 6 Durchlässe freigegeben bzw. verschlossen werden.The implementation of the method, for example, and the devices required for this are shown in the figure. A borehole is drilled into the deposit up to just above its bottom, which is cased with three concentrically arranged pipe sections. The outer tube 1 is provided in its lower part with a permeable metal coating 2 and cemented in the overburden. A rotatable seal is attached to the head. In the drill pipe 1 provided with a passage opening cams 3, 4, 5 and 6 are installed at different heights. Opposite these cams are rotatable, movable cams 7, 8, 9 and 10 which are attached to the central tubular tour 11. These cams are arranged offset from one another, so that through a corresponding rotation of the tube 11 in each case at the cams 3, 4, 5 or 6 passages are opened or closed.
An das Bohrrohr 11 des Rohrsystems I ist als Wärmeenergiequelle beispielsweise ein Atomreaktor 12 mit einem ausfahrbaren Reflektor 13 über eine drehbewegliche Befestigung 14 angeschlossen. Die linke Seite zeigt den zum Einbringen in die Lagerstätte nicht ausgefahrenen Reflektor, die rechte Seite den betriebsfertigen, ausgefahrenen Reflektor. For example, an atomic reactor 12 with an extendable reflector 13 is connected to the drill pipe 11 of the pipe system I as a heat energy source via a rotatable attachment 14. The left-hand side shows the reflector that has not been extended for introduction into the deposit, the right-hand side shows the ready-to-use, extended reflector.
Zur Erwärmung der Lagerstätte wird nun ein geeignetes Trägermedium, z. B. Öl, mit der Pumpe 15 über Leitung 16 in das Bohrrohr 11 eingepumpt. Das Wärmeträgermedium fließt an dem kritisch gemachten Reaktor vorbei, wird von diesem genügend hoch erwärmt und tritt aus dem unteren Ende des Rohres aus.A suitable carrier medium is now used to heat the deposit, z. B. oil is pumped into the drill pipe 11 by the pump 15 via line 16. The heat transfer medium flows past the critical made reactor, is heated by this sufficiently high and emerges from the lower end of the tube.
Solange der Lagerstätteninhalt noch fest ist, steigt das austretende heiße Medium in der durchlässigen Schicht 2 nach oben und tritt durch die Nocken 5 und 9 in das Bohrrohr 1 ein, strömt über die Leitung 17 und einen Zwischentank 18 wieder zur Pumpe 15 und gelangt von dort in den Kreislauf zurück.As long as the content of the deposit is still solid, the emerging rises hot medium in the permeable layer 2 upwards and passes through the cams 5 and 9 into the drill pipe 1, flows through the line 17 and an intermediate tank 18 back to the pump 15 and from there back into the circuit.
Die erhitzte Oberfläche der durchlässigen Schicht 2 gibt ihre Wärme mittels Wärmeübergang an die angrenzende Schicht der Lagerstätte ab, so daß diese durchlässig und ihr Inhalt fließfähig wird. Ein Teil des Wärmeträgermediums tritt nun in die erwärmte, durchlässig gemachte Schicht ein, schwemmt die fließfähig gemachten Anteile aus und fließt außerhalb der durchlässigen Schicht 2 zum Eintrittsnocken 5. Es findet nun ein Wärmeübergang zwischen dem heißen Trägermedium und weiteren Partien der Lagerstätte statt, und diese werden jetzt erwärmt und durchlässig gemacht. Der Fluß der Wärmeleitlinien in der Lagerstätte verläuft anfangs in Richtung 19 a und weitet sich dann in Richtung 19 b aus. Bei weiterem Fortschreiten der Einwirkung wird der Eintritt in den Nocken 5 verschlossen und der im Nocken 4 geöffnet. Es werden weitere Partien der Lagerstätte aufgeschlossen, und die Wärmeleitlinien verlaufen nach 19 c.The heated surface of the permeable layer 2 gives its heat by means of heat transfer to the adjacent layer of the deposit, so that this permeable and its content becomes fluid. Part of the heat transfer medium occurs Now into the warmed, permeable layer, the layer that has been made flowable washes away Components from and flows outside the permeable layer 2 to the inlet cam 5. There is now a heat transfer between the hot carrier medium and others Parts of the deposit take place, and these are now heated and made permeable. The flow of the thermal conduction lines in the deposit is initially in the direction of 19 a and then expands in the direction of 19 b. As the exposure progresses the entry to the cam 5 is closed and that in the cam 4 is opened. It further parts of the deposit are opened up and the thermal conduction lines run after 19 c.
Um den Prozeß in seiner Wirkung zu verbessern, können zeitweise durch eine entsprechende Drehung des Rohres 11 die Öffnungen bei den Nocken 5 oder 4 geschlossen und die Verbindung zu den Nocken 6 und 10 geöffnet werden. Durch diese öffnungen wird nun eine hochviskose Flüssigkeit, die gegebenenfalls ihre Viskosität in der Wärme nicht verändert, in Richtung der Strahlen 20 in die Lagerstätte eingepreßt, die dadurch in diesem Stadium in der Nähe der Bohrung einen größeren Fließwiderstand erhält. Nach Durchführung dieser Maßnahme werden dann wieder nach einer erneuten Drehung des Rohres 11 die Nocken 6 und 10 geschlossen und nach Öffnung der Nocken 5 oder 4 der Kreislauf des Wärmemediums fortgeführt.In order to improve the effect of the process, the openings in the cams 5 or 4 can be closed at times by a corresponding rotation of the tube 11 and the connection to the cams 6 and 10 can be opened. Through these openings, a highly viscous liquid, which may not change its viscosity when heated, is pressed in the direction of the jets 20 into the deposit, which at this stage has a greater flow resistance in the vicinity of the bore. After this measure has been carried out, the cams 6 and 10 are closed again after the tube 11 is rotated again, and the circulation of the heating medium is continued after the cams 5 or 4 have been opened.
Bei genügend hoher Leistung des Reaktors 12 kann dieser zur Versorgung eines Wärmekreislaufes in weiteren benachbarten Bohrungen, z. B. in dem Rohrsystem II der Figur, herangezogen werden. Das Rohrsystem II ist, abgesehen von dem fehlenden Reaktor 12 und dessen Zubehör, mit den gleichen Vorrichtungen wie das Rohrsystem I versehen.If the output of the reactor 12 is sufficiently high, it can be used for supply a heat cycle in other adjacent holes, e.g. B. in the pipe system II of the figure. The pipe system II is, apart from the missing Reactor 12 and its accessories, with the same devices as the pipe system I provided.
Soll das Öl aus der Leitung 16 über das Rohr 11 des Rohrsystems 1I eine noch stärkere Erwärmung beim Eintritt in die Lagerstätte erhalten, so läßt sich folgender Ölfluß zusätzlich einschalten: Das aus dem Reaktor austretende erhitzte Öl steht beim Eintritt in die Lagerstätte unter hohem Druck der Pumpe 15. Am Fuß des Systems I kann bei 21 ein Teil dieses erhitzten Öles in das Rohr 22 über die Verteiler23 eintreten, so daß bei 24 mit oder ohne zusätzliche Druckerhöhung aus dem Rohr 22 das heiße Öl über 25 in das Rohr 22 des Rohrsystems II eintreten kann. über den Verteiler 23 tritt dieses heiße Öl in die Lagerstätte und bildet zu diesem Zeitpunkt bei 26 einen heißen Ölkreislauf. Später, nach bereits weitgehender Erwärmung der Lagerstätte, werden dann die Rohre 22 Wasserflutrohre. Es kann aber auch das heiße Öl aus dem Rohr 22 des Systems I in das Saugbassin 18 der Pumpe 15 eingeleitet werden; in diesem Fall kreist alles Öl über die Leitung 16 zum Rohrsystem Il. Durch fortschreitende Ausdehnung der Wärmekreisläufe werden immer größere Portionen der Lagerstätte erwärmt, so daß sich schließlich die Kreisläufe benachbarter Bohrungen, z. B. zwischen den Rohrsystemen I und 1I der Figur bei 27 berühren. Es werden weiterhin durch das heiße Wärmemedium die Teile der Lagerstätte erwärmt, die über diesen Punkt und zwischen den Bohrungen liegen. Aus Wärmeberechnungen kann man ersehen, ob und wie weit dies geschehen ist.If the oil from the line 16 via the pipe 11 of the pipe system 1I is to be heated even more when it enters the deposit, the following oil flow can also be switched on: The heated oil exiting the reactor is under high pressure when it enters the deposit Pump 15. At the foot of system I, at 21 , some of this heated oil can enter pipe 22 via manifolds 23, so that at 24, with or without an additional pressure increase, the hot oil from pipe 22 via 25 into pipe 22 of pipe system II can occur. This hot oil enters the reservoir via the distributor 23 and at this point in time forms a hot oil circuit. Later, after the deposit has already warmed up to a large extent, the pipes 22 will then become water flood pipes. However, the hot oil from the pipe 22 of the system I can also be introduced into the suction basin 18 of the pump 15; in this case all of the oil circulates via line 16 to pipe system II. As the heat cycle continues to expand, larger and larger portions of the deposit are heated, so that finally the cycles of neighboring bores, e.g. B. between the pipe systems I and 1I of the figure at 27 touch. The parts of the deposit that lie above this point and between the bores are also heated by the hot heat medium. From heat calculations you can see whether and how far this has happened.
Wenn größere Teile der Lagerstätte auf die geschilderte Weise hinreichend erwärmt und ihr Bitumeninhalt flüssig bzw. beweglich geworden ist, kann mit der Ausförderung aus der Lagerstätte begonnen werden. Dies kann dadurch geschehen, daß Flutwasser, das anfangs warm und später kalt sein kann, durch die Bohrungen 22 aus den Verteilern 23 in Richtung der Strahlen 28 in die Formation eingedrückt wird. Das Flutwasser drückt allmählich das flüssige Bitumen über die Nocken 5 und 4 und die Rohrtouren 1 und kann aus der Pumpe 15 über das Druckrohr 29 oder auch von Rohrtour 1 durch Rohr 30 als Produktion abgezogen werden. In diesem Stadium kann eventuell der Wärmekreislauf über Pumpe 15 und Leitungen 16 in den Rohrsystemen I und II eingestellt werden. Die gespeicherte Wärme wird mit dem Flutwasser in waagerechter Richtung entlang der Unterseite der Lagerstätte verbreitet, und es werden auch noch nicht genügend aufgeheizte Teile der Formation erfaßt. Bei fortschreitender Flutung wird die Produktion durch Öffnung der Nocken 3 und 7 gefördert.If larger parts of the deposit are sufficient in the manner described heated and its bitumen content has become fluid or mobile, can be done with the Extraction from the deposit can be started. This can be done in that Flood water, which can initially be warm and later cold, through the holes 22 from the manifolds 23 is pressed in the direction of the jets 28 into the formation. The flood water gradually pushes the liquid bitumen over the cams 5 and 4 and the pipe tours 1 and can from the pump 15 via the pressure pipe 29 or from pipe tour 1 can be withdrawn through pipe 30 as production. At this stage you may be able to the heat cycle is set via pump 15 and lines 16 in pipe systems I and II will. The stored heat is with the flood water in a horizontal direction spread along the bottom of the deposit, and neither will it detected sufficiently heated parts of the formation. As the flooding progresses production is promoted by opening cams 3 and 7.
Bei großer Mächtigkeit der Formation wird man die Behandlung der Lagerstätte durch Wärmekreisläufe zweckmäßigerweise in deren unteren Partien einleiten bzw. durchführen. Wenn deren Bitumeninhalt durch genügende Erhitzung fließfähig geworden ist, wird mit dessen Förderung durch Einführen von Flutwasser begonnen. Dieses Flutwasser nimmt aus dem heißen Speichergestein Wärme auf und gibt diese bei seiner horizontalen und vertikalen Ausbreitung an Partien der Lagerstätte ab, die von den Wärmekreisläufen des Wärmeträgermediums noch nicht erfaßt wurden, macht dessen bituminöse Anteile fließfähig und schwemmt sie über die Durchtrittsnocken der Bohrung aus. Zur Flutung wird bevorzugt ein aufbereitetes Flutungswasser verwendet, dessen Viskosität und Dichte durch entsprechend geeignete Zusätze erhöht und dessen Grenzflächen- und Oberflächenspannung herabgesetzt wurde.If the formation is very thick, the treatment of the deposit will be used expediently introduce resp. carry out. When the bitumen content has become flowable through sufficient heating is, its promotion is started by introducing flood water. This flood water absorbs heat from the hot storage rock and releases it when it is horizontal and vertical expansion in parts of the reservoir caused by the thermal cycles of the heat transfer medium have not yet been recorded, makes its bituminous components flowable and washes them out via the passage cams of the bore. To the flooding a treated flooding water is preferably used, its viscosity and Density increased by suitable additives and its interface and Surface tension has been reduced.
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