DE1216817B - Verfahren und Vorrichtung zum Foerdern von fluessiger Bitumina aus untertaegigen Lagerstaetten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von flüssiger Bitumina aus untertägigen Lagerstätten In Patent 1199 718 wird ein Verfahren zum Fördern von flüssiger Bitumina aus untertägigen Lagerstätten beschrieben, bei dem durch Erwärmung und Behandlung des Lagerstätteninhaltes, d. h. des Erdöles und des Lagerstättenwassers, die Bedingungen für eine weitgehende und rasche Ausförderung des Öles geschaffen werden. Da die Minderung der Ausbeute einer Lagerstätte immer an der 01-Wasser-Kontaktzone eintritt, wird bei dem Verfahren eine Verbesserung des Fließverhaltens des Lagerstätteninhaltes durch Änderung der Viskiostät und der Oberflächen- bzw. Grenzflächenspannung mit der Beeinflussung der Öl-Wasser-Kontaktzone abgestimmt.
• Dieses ältere Verfahren hat zum Gegenstand die Behandlung eines Lagerstättenfeldes im Bereich der Öl-Wasser-Kontaktzone durch Verteilung von Einwirkmitteln, worunter Wärme und bestimmte Stoffe verstanden werden sollen mittels einer zirkulierenden Bewegung, die in einem Winkel von 45 bis 90' zu der durch das Druckgefälle von den Flutbohrungen zu den Förderbohrungen sich ergebende Fließrichtung durchgeführt wird. Es wird damit eine volle flächenhafte Überdeckung der Lagerstätte, also nicht nur eine auf einzelne Fließwege beschränkte Erwärmung und Behandlung des Lagerstätteninhaltes erreicht. Die Behandlung mit den Einwirkmitteln erfolgt in einer Behandlungszone; sie wird nur im begrenzten Bereich der wandernden 01-Wasser-Kontaktzone durchgeführt zwischen Bohrungen, die in bestimmter Weise zwischen Flutbohrungen mit hohem Druckniveau und Förderbohrungen mit niedrigem Druckniveau angeordnet sind. Als Trägermedium für die zuzuführende Wärme und die Zusatzstoffe dient Lagerstätteninhalt, der in einer Behandlungsbohrung über oder unter Tage durch eine beliebige Wärmequelle erwärmt wird und dem als weitere Einwirkmittel an sich bekannte feste, flüssige oder gasförmige Stoffe zugegeben werden, die in Art und Menge auf das zirkulierende Öl oder Wasser abgestimmt sind.
• Die Zuführung der Einwirkmittel: Wärme und Zusatzstoffe erfolgt demnach getrennt voneinander, wobei die Wärme auf den als Wärmeträger dienenden Lagerstätteninhalt indirekt in einem Wärmeaustauscher übertragen wird.
• Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, daß der über Tage gebrachte Lagerstätteninhalt um 50 bis 125'C erwärmt wird durch Zumischen von heißen Verbreiinungsgasen und eventuell von leichten gasförmigen Kohlenwasserstoffen sowie Wasserdampf in solchen Mengen, die im Lagerstätteninhalt unter Lagerstättenbedingungen ohne Bildung einer Gasphase einlösbar bzw. kondensierbar sind. Während in dem Verfahren nach der älteren Erfindung die Erwärmung des Wärmeträgermediums durch indirekten Wärmeaustausch erfolgt, wird nun der Lagerstätteninhalt über Tage direkt erwärmt durch Zumischen von modifizierten Verbrennungsgasen und weiteren Stoffen, die alle der direkten Wärmezufuhr dienen und darüber hinaus gleichzeitig auch chemische bzw. physikalische Einwirkmittel darstellen. Als besonderes Merkmal ist diesen Stoffen gemeinsam, daß sie in der Lagerstätte nach Abgahe ihrer Wärme ausschließlich in gelöster Form oder als flüssiges Kondensat, also nur in flüssigen Phasen vorliegen.
• Wie bekannt, werden Gase in Erdöllagerstätten unter Druck eingepreßt, sie dienen strukturhoch eingebracht zur Druckerhaltung bzw. zur Druckerhöhung und strukturtief injiziert als Verdränungsmittel zur Durchführung des als »Gasdrive« bezeichneten Verfahrens. Als Druckgas dienen Erdgas, Luft, Rauchgas u. dgl. Die naheliegende Verwendung von der Lagerstätte entstammenden Erdgas oder Erdölgas scheitert oft an den benötigten Quantitäten. Es enthält obendrein in der Hauptsache Methan, das im 01 in größeren Mengen schwer einlösbar ist und dementsprechend leicht zur Bildung von Gasbläschen führt. Die Verwendung von Luft hat den Nachteil, daß höhere Kohlenwasserstoffe des Erdöles oxydiert werden, wodurch die Viskosität des Öles erhöht und der Viskositätsunterschied zum Lagerstättenwasser vergrößert wird.
• Auch Rauchgase enthalten störende Sauerstoffanteile, die in konventionellen Heizanlagen bei der Verbrennung mit einem Luftübdrschuß von 10 bis 30 0/0 anfallen. Nicht minder störend wirkt der hohe Stickstoffgehalt, da Stickstoff sich nur in kleinen Mengen im Lagerstätteninhalt einlösen läßt. Seine Löslichkeit in Öl oder Wasser ist etwa 70mal kleiner als die von Kohlensäure. Gase, die in Öl nicht einlösbar sind, verteilen sich in diesem als feine Gasblasen, die ebenso wie die bei einer Gasentlösung gebildeten Gasblasen zu einer Erhöhung des Fließwiderstandes führen. Diese Erhöhung des Fließwiderstandes durch Gasentlösung ist als Jamin-Effekt bekannt.
• Das erfindungsgemäß vorgeschlagene spezielle Verbrennungsgas enthält keinen Sauerstoff, wenig Stickstoff, aber CO, in angereicherten Mengen. Es besitzt eine hohe Löslichkeit im Erdöl und setzt nicht nur die Viskosität des Oles herab, sondern verändert auch dessen Oberflächen- und Grenzflächenspannung im vorteilhaften Sinne. Das Verbrennungsgas wird in einer besonderen Verbrennungsvorrichtung gewonnen, die kombiniert ist mit einer Mischvorrichtung, die zur weiteren Anreicherung des Verbrennungsgases mit lösungsbegünstigenden Komponenten, wie Kohlenwasserstoffdämpfen, eingerichtet ist und auch zur intensiven Verteilung dieser Einwirkmittel im Wärmeträgermedium dient. Je nach Art und Zustand der Lagerstätte, in die es eingebracht werden soll, kann die Zusammensetzung des Gasgemisches bzw. seine Anwendung variiert werden in dem Sinne, daß dem Viel C02 enthaltendem Verbrennungsgas Wasserdampf und leichte Kohlenwasserstoffe zugegeben werden oder nur Wasserdampf allein. Es kann auch vorteilhaft sein, die Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form in die Lagerstätte einzubringen und anschließend das Verbrennungsgas nachfolgen zu lassen.
• In der Figur ist eine beispielsweise Vorrichtung dargestellt zur Erzeugung eines Verbrennungsgases unter gleichzeitiger Vermischung mit weiteren Komponenten, mit denen es ein homogenes Gemisch bildet, und zur Verteilung dieses Gemisches in Form feiner Bläschen in einem Lagerstättenmedium. Die Vorrichtung besteht aus einer Brennkammer 5, der unter 10 bis 20 atü Druck durch Leitung 1 gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe und durch Leitung 2 auf 80 bis 95 0/, 02-Gehalt angereicherte Sauerstoffträger zugeführt werden. Die Verbrennung erfolgt im Brenner 3. Das als Produkt der Verbrennung gebildete Gas besitzt eine höhere Wärmeenergie, als in der nachfolgenden Verfahrensstufe, der Verdampfung leichter Kohlenwasserstoffe und deren Vermischung mit dem Verbrennungsgas, erforderlich bzw. günstig ist. Es ist daher die Brennkammer 5 von einem Dampfkessel 4 umgeben, in dem ein Teil der Wärmeenergie im Hochdruckdampf von 55 bis 75 atü bei 475 bis 525'C Dampfüberhitzung umgewandelt werden kann. Der abzuführende Teil der Wärmeenergie ist abhängig von Menge und Zusammensetzung der zu verdampfenden leichten Kohlenwasserstoffe. Dem Dampfkessel wird durch Leitung 20 Speisewasser zugeführt und durch Leitung 19 der erzeugte Wasserdampf entnommen.
• Über Leitung 7 mit Verteiler-6 werden flüssige leichte Kohlenwasserstoffe in die Brennkammer geleitet, verdampft und mit dem Gas homogen vermischt. Das Verbrennungsgas hat an dieser Stelle eine Temperatur, welche die Verdampfung der Kohlenwasserstoffe C, bis C, bei dem herrschenden Druck ermöglicht, ohne aber Krackung zu verursachen. Falls eine stärkere Abkühlung in der Verdampfungszone notwendig ist, kann schon hier ein Teil des zu behandelnden flüssigen Wärmeträgermediums durch eine in der Figur nicht gezeigte Verbindung aus Leitung- 15 zugeführt werden.
• Durch die Vermischung mit den leichten Kohlenwasserstoffen wird ein Verbrennungsgas der in der Tabelle angegebenen Zusammensetzung erhalten. Je nach Betriebsdruck und -Temperatur, der Art des Lagerstätteninhaltes und des darauf abgestimmten Gewichtsverhältnisses des Verbrennungsgases zum eingesetzten Wärmeträgermedium kann diese Zusammensetzung in den angegebenen Toleranzgrenzen schwanken. Die Volumenangaben der Spalte 2 enthalten bereits teilweise Mengenanteile aus den angegebenen Toleranzen.

  Kohlenwasserstoffe

  H2O-Dampf C02 Q bis C, N2

  Dampf bzw. Gas

  Volumprozent 53,08 26,27 25,53 4,62

  Toleranzgrenze,

  obere ........................................ +50 +30 +40 +30

  untere ....................................... -30 -20 -20 -50

  Es wurde festgestellt, daß bei diesen Betriebsbedingungen auch der Stickstoffanteil vollständig ün Wärmeträgermedium gelöst wird.
• Das Verbrennungsgas wird durch den Verdichter 8 auf einen Druck von 40 bis 75 atü verdichtet und in den Mischraum 9 gedrückt. Durch Leitung 15 wird dem Raum 9 das Wärmeträgermedium zugeführt. Das Gas löst sich darin, wobei es seine Wärme überträgt. Um die beiden Phasen intensiv in Berührung zu bringen, wird der Strom des Wärmeträgermediums an der Eintrittsstelle in den Mischraum durch die Lochscheibe 14 aufgeteilt und das Verbrennungsgas über eine Verteilerscheibe 10 mit einer Anordnung von Lochreihen und Lochringen 18 zugeleitet. Vor der Verteilerscheibe 10 rotiert ein Flügelkreuz 11, das vom Motor 13 über Welle 12 angetrieben wird. Es werden damit z. B. bei einer Umdrehung etwa 600 Löcher einmal abgedeckt, wodurch das Gas in Form feiner Bläschen im Wärmeträgermedium verteilt wird. Das Wärmeträgermedium wird hierbei um 50 bis 1250C über die Eintrittstemperatur erwärmt. Falls erforderlich, kann eine weitere Erwärmung durch Zumischung von Hochdruckdampf aus dem Dampfkessel, 4 über Leitung 17 erfolgen. Das mit Verbrennungsgas beladene und aufgeheizte Warmetragermedium wird über Leitung 16 einer Behandlungsbohrung und durch diese der Lagerstätte zugeführt. Das folgende Beispiel soll Herstellung, Zusammensetzung und Einsatz eines Verbrennungsgases zahlenmäßig näher erläutern.
• Beispiel 700 m-3/h Erdgas mit einem Ho von 11150 kcal/Nm3 werden mit 1740 m3/h 90 0/" angereichertem Sauerstoff im Stickstoff bei 15 atü Druck im Feuerraum eines Dampfkessels verbrannt und ergeben dabei 7,8 - 1013 keal/h Wärme. Davon werden im Dampfkessel nach Abzug von 10 ')/0 Verlusten 4,88 - 1011 kcal/h in Dampf von 65 atü bei 525'C Überhitzung verwandelt. Wird das Speisewasser mit 65'C in den Dampfkessel eingebracht, so können aus dem Dampf je Stunde etwa 2150 kWh Strom erzeugt werden. Die restlichen Wärmemengen von 2,38 - lO', kcal/h werden zum Anwärmen von 42,0 t Erdöl je Stunde um 95'C einschließlich von Wärmeverlusten ausgentutzt. Die Erwärmung des Erdöles erfolgt durch das Einlösen des stickstoff- und sauerstoffarmen Verbrennungsgases in das Erdöl unter einem Druck von 65 atü. Durch das Auffüllen des Verbrennungsgases mit 950 kg leichten Kohlenwasserstoffen fallen in diesem Verbrennungsgas je Stunde 1510 kg CO" 1300 kg H,0, 5 kg 0" 176 kg N" 101 kg CH" 134 kg C,1-1" 115 kg C,H" 128 kg CH", 134 kg C,H", 287 kg C,H" und 51 kg C,Hl, an. Bezogen auf Kubikmeter Erdöl, das angewärmt werden soll, werden damit durch den Bläschenverteiler 31,5 kg CO" 27,7 kg 11,0, 0,103 kg 02, 3,67 kg N, und 19,8 kg Cl+ in das Erdöl eingelöst. Hierbei gehen dann aus den 31,5 kg CO, noch 2,8 kg C02 in die 27,7 kg 11,0 Tröpfchen. In der Lagerstätte sind bei Drücken von über 65 atü alle Stoffe ohne Gasblasen eingelöst.
• Der völlige Salzmangel in den Wassertröpfchen des kondensierenden Wasserdampfes aus dem Verbrennungswasser des Gases bewirkt im salzigen Lagerstättenwasser des Erdöles eine Herabsetzung des Salzgehaltes in der emulgierten Ölphase, so daß eventuell eine Entsalzungsanlage nicht erforderlich ist. Wenn im Lagerstättengestein quellfähige Tone vorliegen, kann es bisweilen aber auch notwendig werden, dem Wasser des Wärmeträgermediums Salze zuzugeben.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Fördern von flüssiger Bitumina aus untertägigen Lagerstätten, bei dem ein Förderfeld durch eine Mehrzahl von Bohrungen aufgeschlossen wird, die nach ihrer Funktion als Flutbohrungen, Leitbohrungen bzw. Behandlungsbohrungen und Förderbohrungen gegliedert sind, wobei die Flutbohrung in der Randwasserzone als tiefste, die Förderbohrungen in der Förderzene als höchste Bohrungen aufgeteuft sind, während sich die Leit- bzw. Behandlungsbohrungen zwischen den Flut- und Förderbohrungen in einer sogenannten Behandlungszone befinden, in der im Bereich der Öl-Wasser-Kontaktzone eine Kreislaufbehandlung des Lagerstätteninhaltes unter einem Zwangsfluß mit einer Bewegungsrichtung durchgeführt wird, der einen Winkel von 45 bis 90' zur Förderrichtung bildet und in der der Lagerstätteninhalt selbst als Trägermedium für Wärme und Zusatzstoffe dient, dadurch gekennzei chnet, daß dernach über Tage gebrachte Lagerstätteninhalt um 50 bis 125'C erwärmt wird durch Zumischen von heißen Verbrennungsgasen und eventuell von leichten gasförmigen Kohlenwasserstoffen sowie Wasserdampf in solchen Mengen, die im Lagerstätteninhalt unter Lagerstättenbedingungen ohne Bildung einer Gasphase einlösbar bzw. kondensierbar sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lagerstätteninhalt zuzumischenden, fast ausschließlich aus Wasserdampf und CO2, bestehenden heißen Verbrennungsgasen erzeugt werden durch Verbrennen von Kohlenwasserstoffen mit einem auf 80 bis 95 0/0 Sauerstoffgehalt angereicherten Sauerstoffträger. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einer von einem Dampfkessel (4) umgebenen Brennkammer (5) mit darin angeordnetem Brenner (3), in dem unter Druck durch Leitung (1) zugeführte Kohlenwasserstoffe mit durch Leitung (2) zugeführten angereicherten Sauerstoffträger verbrannt werden sowie einen Verteiler (6) zur Zumischung von leichten Kohlenwasserstoffen, einem an die Brennkammer (5) anschließenden Verdichter (8), der das Verbrennungsgas in den Mischraum (9) drückt, mit einer Lochscheibe (14) an der Eintrittsstelle des Lagerstättenmediums in den Mischraum (9) und einer Verteilerscheibe (10), durchbrochen von Lochreihen und Lochringen (18) und einem davor angeordnetem Flügelkreuz (11), das von einem Motor (13) über eine Welle (12) angetrieben wird sowie einer Austrittsleitung (16). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1199 718.