DE1253653B - Process for initiating an in-situ combustion in oil storage facilities - Google Patents
Process for initiating an in-situ combustion in oil storage facilitiesInfo
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Description
Verfahren zum Einleiten einer Insitu-Verbrennung in Erdöllagerstätten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einleiten einer Insitu-Verbrennung in Erdöllagerstätten unter Einpressen von Luft in eine Einpreßsonde. An sich ist ein Verfahren zur thermischen Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unterirdischen Formationen durch Einpressen eines sauerstoffhaltigen Gases über eine Eindrücksonde bekannt, wobei ein Teil der Kohlenwasserstoffe entzündet wird, und radiales Verschieben einer Flammenfront in der die Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation zu im Abstand von der Eindrücksonde angeordneten Fördersonden. Gegenüber dem bekannten Verfahren unterscheidet sich dasjenige nach der Erfindung dadurch, daß vor der Zündung der Kohlenwasserstoffe zur Ausbildung der Flammenfront in der Formation durch langsames oder stufenweises Erhitzen des eingedrückten Gases innerhalb der Eindrücksonde langsam oder stufenweise vorgewärmt und durch Oxydation der Kohlenwasserstoffe, welche in der der Eindrücksonde unmittelbar benachbarten Zone der Formation enthalten sind, in einer von der Eindrücksonde weiter entfernten Zone der Formation eine Temperatur erzeugt wird, welche oberhalb der Zündtemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt, wodurch letztere zwecks Ausbildung der Flammenfront in Brand gesetzt werden.Method for initiating an in-situ combustion in oil reservoirs The invention relates to a method for initiating an in-situ combustion in oil reservoirs while forcing air into a press-fit probe. In itself is a method of thermal Extraction of hydrocarbons from underground formations by injection an oxygen-containing gas known via a push-in probe, with part of the Hydrocarbons are ignited, and radial displacement of a flame front in of the formation containing the hydrocarbons at a distance from the indentation probe arranged conveyor probes. Compared to the known method differs that according to the invention in that before the ignition of the hydrocarbons for the formation of the flame front in the formation by slow or gradual Slow or gradual heating of the injected gas inside the injection probe preheated and by oxidation of the hydrocarbons which are in the pressure probe immediately adjacent zone of the formation are contained in one of the indentation probe farther away zone of the formation a temperature is generated which is above the ignition temperature of the hydrocarbons, whereby the latter for the purpose of training the flame front are set on fire.
Demgegenüber wurden bei den bekannten Verfahren derartige überhitzungen mit anderen Mitteln, z. B. mit der Zugabe von Wasser zur Erniedrigung der Temperatur, vermieden.In contrast, such overheating occurred in the known processes by other means, e.g. B. with the addition of water to lower the temperature, avoided.
Von besonderer Bedeutung ist es bei dem Verfahren nach der Erfindung, daß die eingepreßte Luft langsam und stufenweise erhitzt wird bei entsprechender Erwärmung der Lagerstätte. Hierdurch wird durch die Oxydation erst in einem Abstand von der Einpreßsonde eine die Zündtemperatur des Lagerstätteninhalts übersteigende, aber unterhalb der Verkokungstemperatur liegende Temperatur erreicht.It is of particular importance in the method according to the invention, that the injected air is heated slowly and gradually with appropriate Warming of the deposit. As a result, the oxidation only takes place at a distance from the injection probe a temperature exceeding the ignition temperature of the deposit, but reached below the coking temperature lying temperature.
Hierdurch wird der besondere technische Vorteil erzielt, daß Schäden an der Sonde durch zu hohe Temperaturbeanspruchungen vermieden bleiben.This has the special technical advantage that damage Avoid staying on the probe due to excessive temperature stress.
Eine eingehendere Erläuterung des Verfahrens der Erfindung soll an Hand der F i g. 1 bis 3 erfolgen. F i g: 1 zeigt die typische Form der Anordnung von Eindrücksonde und Fördersonden bei einem Insitu-Verbrennungsverfahren; F i g. 2 ist ein vertikaler Schnitt durch die Formationen längs der Eindrücksonde und einer Fördersonde entsprechend der Linie 2-2 in F i g. 1; F i g. 3 zeigt in einem Diagramm für das erfindungsgemäße Verfahren typische Temperaturkurven. In F i g. 1 ist 10 die Eindrücksonde. Jede Fördersonde ist als 12 bezeichnet. Die Fördersonden sind voneinander in Abstand befindlich um die Eindrücksonde herum angeordnet. In einer typischen Anordnung werden fünf Fördersonden um die Eindrücksonde herum niedergebracht, um gleichwertige Abflußpunkte für die radial von der Einrücksonde 10 fortgedrückten Flüssigkeit zu ergeben.A more detailed explanation of the method of the invention is to be given with reference to FIGS. 1 to 3. Fig: 1 shows the typical form of the arrangement of the push-in probe and delivery probes in an in-situ combustion process; F i g. Figure 2 is a vertical section through the formations along the indenter and production well taken along line 2-2 in Figure 2. 1; F i g. 3 shows in a diagram typical temperature curves for the method according to the invention. In Fig. 1 is 10 the push-in probe. Each production probe is labeled 12. The delivery probes are spaced from one another and are arranged around the push-in probe. In a typical arrangement, five production probes are deployed around the indentation probe to provide equivalent drainage points for the liquid forced radially away from the indentation probe 10.
Wie F i g. 2 zeigt, werden die Eindrücksonde 10 und jede der Fördersonden 12 so tief niedergebracht, daß sie die zu behandelnde Formation 14 durchqueren. Selbstverständlich können alle Sonden 10 und 12 zuvor Fördersonden für die Gewinnung des Öls aus der Formation mittels künstlicher Fördermittel wie etwa Pumpen gewesen sein, bis der Strom des geförderten Öls so unergiebig wurde, daß der weitere Einsatz von Pumpen unwirtschaftlich wurde. Ebenso kann ein Teil der Sonden 10 oder 12 eigens für das Verfahren der Insitu-Verbrennung gebohrt werden.Like F i g. 2 shows, the indentation well 10 and each of the production wells 12 are sunk deep enough to traverse the formation 14 to be treated. Of course, all of the probes 10 and 12 may previously have been production probes for extracting the oil from the formation by means of artificial production means such as pumps until the flow of the produced oil became so inefficient that further use of pumps became uneconomical. Some of the probes 10 or 12 can also be drilled specifically for the in-situ combustion process.
Die Eindrücksonde kann eine sogenannte »Openhole-Sonde« sein, ist jedoch meistens ausgebaut, d. h. mit einer zementierten Einfassung versehen, welche in dem Teil, der die zu behandelnde Formation 14 durchquert, mit Perforationen 18 versehen ist. Die Fördersonde 12 kann jeden geeigneten Ausbau besitzen. Zur Vereinfachung der Illustration ist sie in F i g. 2 als Open-hole-Sonde gezeichnet.The push-in probe can be a so-called “open-hole probe”, but it is usually built out, ie provided with a cemented border which is provided with perforations 18 in the part which crosses the formation 14 to be treated. The delivery probe 12 can have any suitable configuration. To simplify the illustration, it is shown in FIG. 2 drawn as an open-hole probe.
Geeignete Dichtungen 20 und 22 begrenzen in der Eindrücksonde 10 den durch die zu behandelnde Formation 14 führenden Teil 24 der Sonde 10 nach oben und unten. Dem Fachmann ist klar ersichtlich, daß die untere Dichtung 22 natürlich wegfallen kann, wenn die Sonde etwa in Höhe der unteren Grenze der Formation 14 endet und wenn in einem weiter nach unten reichenden Teil der Sonde 10 keine Perforationen angeordnet sind. Eine geeignete Rohrleitung erstreckt sich durch die Dichtung 20 hindurch in den oberen Teil des Sondenabschnitts 24. Am unteren Ende der Rohrleitung 26 ist ein geeigneter Heizkörper angeordnet. Dieser Heizkörper 28 kann von beliebiger Ausführung sein, z. B. elektrisch oder mit Gas betrieben werden. Er muß so konstruiert sein, daß die über die Rohrleitung 26 eingedrückte Luft vor dem Eintritt in den Sondenabschnitt 24 erhitzt wird.Suitable seals 20 and 22 delimit in the Eindrücksonde 10 leading through the formation to be treated 14 part 24 of the probe 10 up and down. It will be clear to those skilled in the art that the lower seal 22 can of course be omitted if the probe ends approximately at the level of the lower limit of the formation 14 and if no perforations are arranged in a part of the probe 10 that extends further downwards. Suitable tubing extends through the seal 20 into the upper part of the probe section 24. At the lower end of the tubing 26, a suitable heating element is arranged. This radiator 28 can be of any design, for. B. be operated electrically or with gas. It must be constructed in such a way that the air forced in via the conduit 26 is heated prior to entering the probe section 24.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst Luft oder ein anderes geeignetes Gas über die Rohrleitung 26 und durch den Heizkörper 28 in den Sondenabschnitt 24 eingedrückt. Durch die Perforationen 18 und die Formation 14 strömt das Gas zu den Fördersonden 12. Der anzuwendende Druck ist abhängig von den besonderen Eigenschaften der Formation 14. Typisch ist ein Wert von etwa 41 atü. Entweicht das Gas über die Fördersonden 12 und wird somit angezeigt, daß das Gas durch die Formation gepumpt werden kann, so wird der Heizkörper 28 in Betrieb gesetzt.When carrying out the method according to the invention, air or another suitable gas is first pressed into the probe section 24 via the pipe 26 and through the heating element 28. The gas flows through the perforations 18 and the formation 14 to the production probes 12. The pressure to be applied depends on the particular properties of the formation 14. A value of approximately 41 atmospheres is typical. If the gas escapes via the production probes 12 and it is thus indicated that the gas can be pumped through the formation, the heating element 28 is put into operation.
Dabei wird so vorgegangen, daß das durch die Formation 14 gepumpte Gas langsam oder stufenweise erwärmt wird und :dementsprechend auch die Formation langsam oder stufenweise erwärmt wird. Als besonders nützlich erweist sich stufenweises Erwärmen der Formation. So wurde in einem Versuch in :einem Ölfeld das eingepumpte Gas 5 Tage auf 93° C, 3 Tage auf 149° C, 2 Tage auf 204° C und 5 Tage auf 315°C erhitzt. Pro Tag wurden 5660 bis 22640m3 Luft eingepumpt. Es trat keine Blockierung der Durchlässigkeit ein.The procedure here is that the gas pumped through the formation 14 is heated slowly or in stages and: accordingly, the formation is also heated slowly or in stages. Gradual heating of the formation is particularly useful. In an experiment in: an oil field, the pumped-in gas was heated to 93 ° C. for 5 days, to 149 ° C. for 3 days, to 204 ° C. for 2 days and to 315 ° C. for 5 days. 5660 to 22640m3 of air were pumped in every day. There was no blockage of permeability.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als einziges Gas Luft verwendet, da es am wirtschaftlichsten einzusetzen ist und sehr gute Ergebnisse liefert. Für den Anfangsschritt der Bestimmung, ob Gas durch die Formation gepumpt werden kann, und für die anfängliche Erhitzung der Formation kann jedoch auch ein Inertgas wie Stickstoff verwendet werden. Zur Zündung der Kohlenwasserstoffe in der Formation nach langsamer Oxydation muß Sauerstoff in die Formation gedrückt werden, wenn die notwendige Formationstemperatur erreicht ist.In the preferred embodiment of the method according to the invention Air is used as the only gas because it is the most economical to use and gives very good results. For the initial step of determining if gas can be pumped through the formation and for the initial heating of the formation however, an inert gas such as nitrogen can also be used. To ignite the hydrocarbons in the formation after slow oxidation, oxygen must be forced into the formation when the necessary formation temperature is reached.
Die Temperaturkurven in F i g. 3 wurden in einem Laboratoriumstest ermittelt. Die Luft wurde stufenweise von 149° C auf 246° C erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten. Die Testwerte zeigen, daß das für den Versuch verwendete besondere Öl bei etwa 218° C anfing zu oxydieren. Bei Erhöhung der Temperatur der eingedrückten Luft auf 232 und 246° C nahm die Oxydation ständig zu, so daß die Temperatur in dem für den Versuch verwendeten Bohrkern stromabwärts vom Eindrückpunkt anstieg und sich weiter erhöhte, bis die Zündtemperatur von 468° C erreicht war. Entsprechend findet bei Anwendung des Verfahrens in der Praxis eine Oxydation des Öls in unmittelbarer Nähe der Eindrücksonde statt. Die Zündung erfolgt jedoch in einer von der Sonde radial entfernten Zone. Dadurch wird die Sonde selbst vor zu hohen und nicht notwendigen Temperaturen geschützt.The temperature curves in FIG. 3 were in a laboratory test determined. The air was gradually heated from 149 ° C to 246 ° C and at this Temperature held. The test values show that the particular one used for the experiment Oil started to oxidize at around 218 ° C. When the temperature of the indented increases In air at 232 and 246 ° C, the oxidation increased steadily, so that the temperature in the drill core used for the experiment rose downstream of the indentation point and continued to increase until the ignition temperature of 468 ° C was reached. Corresponding If the method is used in practice, the oil is oxidized in the immediate vicinity Near the push-in probe. However, the ignition takes place in one of the probe radially distant zone. This will prevent the probe itself from being too high and unnecessary Temperatures protected.
Bei den bekannten Verfahren wurde die Formation um die Bohrsonde herum auf eine Temperatur erhitzt, welche erheblich oberhalb der Verkokungstemperatur des Öls in der Formation liegt (288 bis 260° C). Unter diesen Bedingungen wurde der Koks auf der Sondenwandung oder in der sich unmittelbar daran anschließenden Formation gezündet. Dieses Verfahren ist erwünscht in dem Sinne, daß alle wertvollen Kohlenwasserstoffe .gefördert, nur der minderwertige Koks verbrannt wird. Die Zündtemperatur für den Koks ist im Vergleich zu der der Ölreste sehr hoch.In the known method, the formation was around the drilling probe heated to a temperature which is well above the coking temperature of the oil is in the formation (288 to 260 ° C). Under these conditions was the coke on the probe wall or in the one immediately adjacent to it Formation ignited. This method is desirable in the sense that all of them are valuable Hydrocarbons. Promoted, only the inferior coke is burned. The ignition temperature for the coke is very high compared to that of the oil residues.
Beim Verfahren der Erfindung wird die Formation um die Eindrücksonde 10 herum graduell erhitzt, um die leichteren Kohlenwasserstoffe abzutreiben. Doch wird die Formation in der Nähe der Sonde nicht bis in den Bereich der Verkokungstemperatur erhitzt, bis sich eine Flammenfront in einer von der Sonde entfernten Zone gebildet hat. Dadurch kann eine Zündung der Kohlenwasserstoffe in der Formation erreicht werden bei Temperaturen innerhalb der Eindrücksonde, welche ganz beträchtlich unter denen liegen, welche bei den bekannten Verfahren notwendigerweise auftreten. Durch das langsame Erwärmen des eingedrückten Gases wird das Formationswasser langsam verdampft und durch die Formation gedrückt, ohne daß die bei den bekannten Verfahren häufig auftretende Verstopfung der Formation stattfindet.In the method of the invention, the formation around the indenter Heated around 10 gradually to drive off the lighter hydrocarbons. Indeed the formation in the vicinity of the probe will not reach the coking temperature range heated until a flame front forms in a zone remote from the probe Has. This allows ignition of the hydrocarbons in the formation are at temperatures within the push-in probe, which are quite considerably below those which necessarily occur in the known methods. By the slow heating of the injected gas slows the formation water evaporated and pushed through the formation without that in the known processes frequent clogging of the formation takes place.
Nach Ausbildung der Flammenfront werden alle Kohlenwasserstoffe mit Ausnahme des Koks abgetrieben, so daß im überwiegenden Teil der Formation nur Koks verbrannt wird. Diese Koksbildung findet nach Ausbildung einer Flammenfront zwangläufig statt, da die Temperatur in dieser Zone oberhalb der Verkokungstemperatur des Öls liegt. Das Eindrücken von Luft über die Eindrücksonde 10 wird nach Ausbildung der Flammenfront fortgesetzt, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten und die Flammenfront radial gegen die Fördersonden 12 vorzuschieben. Dabei wird vorgezogen, die eingedrückte Luft weiterhin mittels des Heizkörpers 28 vorzuwärmen. Dadurch wird sichergestellt, daß hinter der Flammenfront keine zu große Wärmeverluste auftreten und die Flamme gelöscht werden kann.After the flame front has formed, all hydrocarbons, with the exception of the coke, are driven off, so that only coke is burned in the majority of the formation. This coke formation inevitably takes place after the formation of a flame front, since the temperature in this zone is above the coking temperature of the oil. The injection of air via the injection probe 10 is continued after the flame front has formed in order to maintain the combustion and to advance the flame front radially against the delivery probes 12 . It is preferred to continue to preheat the compressed air by means of the heating element 28. This ensures that there is no excessive heat loss behind the flame front and that the flame can be extinguished.
Die Gewinnung der Kohlenwasserstoffe über die Fördersonden kann nach den bekannten Verfahren geschehen und ist nicht Teil des Verfahrens der Erfindung.The extraction of the hydrocarbons via the delivery probes can after done the known methods and is not part of the method of the invention.
Aus der vorstehenden Erläuterung des Verfahrens der Erfindung ist ersichtlich, daß die genannten Hauptmängel der bekannten Verfahren, Ausbildung zu großer Temperaturen in der Eindrücksonde, zu geringe Lebensdauer der Bohrlochausrüstungen und der Heizkörper und Verstopfen der Formation bei minimalem Energieaufwand durch das Verfahren der Erfindung vermieden werden.From the above explanation of the method of the invention is it can be seen that the main flaws mentioned of the known method, training too high temperatures in the insertion probe, too short a service life of the borehole equipment and the radiator and clogging of the formation by using minimal energy the method of the invention can be avoided.
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