DE1533633C3 - Verfahren zur in situ-Verbrennung - Google Patents

Description

die Verbrennung fördernde Gas oder durch die Luft abgekühlt wird, die in ein so behandeltes Volumen einer Formation durch die Bohrung hineingeführt werden.

Bei der Durchführung eines in-situ-Verbrennungsund -Gewinnungsverfahrens besteht die Schwierigkeit der Einleitung der Verbrennung in der Formation. Es sind die verschiedensten Verfahren zur unterirdischen Einleitung der Verbrennung vorgeschlagen worden. Beispielsweise sind elektrische Heizvorrichtungen oder mit Gas befeuerte Bohrlochsohlen-Zündvorrichtungen oder Bohrlochsohlen-Erhitzer vorgeschlagen worden, die in das Bohrloch gegenüber der Formation herabgelassen werden können, in der die Verbrennung eingeleitet werden soll. Bei einem anderen Verfahren wird Phosphor in die Erdöl erzeugende Formation eingeführt.

Bei einem anderen bekannten und in der USA.-Patentschrift 3 180412 beschriebenen Verfahren wird ein Zündmittel in die Erdöl enthaltende und anzuzündende Formation eingeführt. Das aus einer ungesättigten, aliphatischen Verbindung bestehende Zündmittel enthält nur Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatome und enthält mindestens 16 Kohlenstoffatome je Molekül. Es ist insbesondere ein trocknendes öl oder ein halbtrocknendes öl. Dann wird bei diesem Verfahren ein freien Sauerstoff enthaltendes Gas in die gleiche Formation geleitet, um eine Selbstzündung der aliphatischen Verbindung und eine Zündung des Erdöls zu verursachen. Ein Oxidationsbeschleuniger (Promoter), wie beispielsweise die organische Stickstoffbase Pyridin, kann der Zündmischung beigegeben werden, um die Selbstzündungsreaktion zu aktivieren. Ebenfalls sind Oxidationskatalysatoren oder Trockenmittel, wie beispielsweise Kobaltnaphthenat, zugegeben worden, um die Selbstverbrennung zu beschleunigen. Ebenfalls kann gepulvertes Magnesium dazu verwendet werden, die Menge der freigesetzten Hitze nach der Einleitung der Selbstverbrennung zu erhöhen.

Die oben angeführten Verfahren haben sich bei einigen Versuchen bewährt, jedoch bei Einspritzbohrlöchern versagt, bei denen keine hohen Luftdrucke aufrechterhalten werden konnten, beispielsweise Drucke von mehr als 144 kg/cm². Die hohen Luftdrucke konnten auf Grund zu durchlässiger oder brüchiger, ölgetränkter Formationen neben der Einspritzbohmng nicht aufrechterhalten werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Einleitung einer in-situ-Verbrennung innerhalb einer permeablen, erdölhaltigen Formation zu schaffen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ-Verbrennung in einer stark durchlässigen, erdölhaltigen, unterirdischen Formation, die von einem Bohrloch durchteuft wird, wobei die in-situ-Verbrennung des Erdöls durch ein selbstbrennbares, in die Formation eingebrachtes Zündmittel und Durchleiten eines sauerstoffhaltigen Gases eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einleitung der in-situ-Verbrennung ein thixotropes Material aus 1,5 bis 3 Gewichtsprozent einer verseifbaren, organischen Verbindung mit mindestens 16 C-Atomen, 0,4 bis 0,9 Gewichtsprozent eines Alkalihydroxids, Rest Erdölmaterial in die Formation eingeführt wird.

In der folgenden Beschreibung wird das Gel bildende Material manchmal als ein thixotropes Material bezeichnet.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Zündung des Erdöls in der Formation, die durch das Einleiten eines selbstbrennbaren Materials in die Formation und durch die Durchleitung einer Sauerstoff enthaltenden Flüssigkeit eingeleitet wird, durch die Einführung eines brennbaren, thixotropen Stoffes in die Formation vor der Einführung des selbstbrennbaren Materials wesentlich erleichtert und verbessert wird.

ίο Weiterhin wurde festgestellt, daß ein vorteilhaftes, thixotropes Material hergestellt werden kann, indem eine verseifbare, organische Verbindung, die mindestens 16 Kohlenstoffffatome je Molekül enthält, und ein Alkalihydroxyd mit einem vom Erdöl abgeleiteten Material, wie beispielsweise Rohöl in solchen Verhältnissen eingebracht wird, daß sich die Mischung nach Beendigung der Bewegung als ein Gel aufbaut.
Verbesserte Ergebnisse können erhalten werden,

ao wenn vor und nach der Einspritzung des thixotropen Materials in die Formation ein Rohöl oder andere brennbare, von Erdöl abgeleitete Materialien eingespritzt werden, und zwar vor der Einspritzung der selbstzündenden Chemikalien.

Unter bestimmten Bedingungen kann eine Selbstzündung erhalten werden, indem Luft oder eine sauerstoffangereicherte Luft durch das Gel bildende Material, das mit einer ungesättigten, verseifbaren, aliphatischen Verbindung hergestellt wurde, durchgeleitet wird, ohne die anschließende Einspritzung eines selbstbrennbaren Materials in die erdölhaltige Formation.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erwünschte Anzahl an Bohrlöchern in die Formation gebohrt, wobei ein Minimum von zwei Bohrlöchern normalerweise notwendig ist. Eines dieser Bohrlöcher wird als Einlaß- oder Einspritzbohrloch bezeichnet, das andere Bohrloch als ein Auslaß- oder Produktionsbohrloch. Es ist selbstverständlich, daß von jeder Bohrlochart mehr als eine vorhanden sein kann. Das Einlaßbohrloch dient für die Zündung der Verbrennungsreaktion und für die Einspritzung eines die Verbrennung unterhaltendes Gases oder unterhaltenden Flüssigkeit in die Fonnation. Das Auslaßbohrloch dient primär für die Sammlung des erzeugten Öles und für die gasförmigen Produkte der Verbrennung und dient ebenfalls die Vorrichtung für die Heraufförderung solcher öl- und Verbrennungsprodukte an die Oberfläche.

Vor der Durchführung einer unterirdischen in-situ-Verbrennung wird normalerweise zunächst ein Permeabilitätspfad oder eine Permeabilitätszone durch die Erdöl enthaltende Formation hergestellt, die sich vori dem Einspritzbohrloch bis zu dem Produktionsbohrloch oder den Produktionsbohrlöchern erstreckt. Um diesen permeablen Pfad herzustellen, wird ein Gas, normalerweise Luft — obgleich auch ein inertes Gas wie beispielsweise Stickstoff verwendet werden kann — in das Einlaßbohrloch unter einem genügenden Druck eingepumpt, bis festgestellt worden ist, daß ein permeabler Pfad zwischen dem Einlaßbohrloch und dem Auslaßbohrloch entstanden ist. Wenn der Luftdruck alleine nicht ausreicht, den erwünschten Permeabilitätsgrad zu erhalten, ist es manchmal notwendig, ein hydraulisches Brüchigmachen an dem Einlaßbohrloch durchzuführen, um den erwünschten Zustand zu erhalten.

Ist die Permeabilität durch die erdölhaltige Formation hergestellt, dann kann die in-situ-Verbrennung nach einem der herkömmlichen Verfahren eingeleitet werden. Jedoch wurde festgestellt, daß es in vielen Fällen schwierig ist, die Verbrennung auf Grund der physikalischen Bedingungen innerhalb der Formation einzuleiten, so beispielsweise durch relativ niedrige Drücke in den Zonen, in denen die Zündung beabsichtigt ist. Diese physikalischen Bedingungen können auf einer zu großen Permeabilität beruhen, die entweder natürlich ist oder auf ein zu großes hydraulisches Brüchigmachen des Erdölreservoirs od. dgl. zurückzuführen ist. Es wurde festgestellt, daß im allgemeinen zur Einleitung einer Verbrennung in der Formation neben der Einlaßquelle ein Zonendruck von mindestens 144 kg/cm² und vorzugsweise ein Druck über 192 kg/cm² herrschen muß, wenn das die Verbrennung fördernde Gas anfänglich durch die Formation in der erwünschten Gasdurchflußrate durchgeleitet wird. Das Verfahren nach der Erfindung hat sich in den Fällen als besonders vorteilhaft erwiesen, in denen die in-situ-Verbrennung zur Gewinnung von Erdöl aus einer unterirdischen Formation durchgeführt werden soll, bei der der Druckabfall des die Verbrennung unterhaltenden Gases durch die erdölhaltige Formation zwischen dem Einlaß-Bohrloch und dem Produktionsbohrloch zu niedrig ist, um einen genügenden Druck am Einlaßbohrloch zur Einleitung der Verbrennung aufrechtzuerhalten. Das Verfahren nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise mit einer der herkömmlichen Zündverfahren durchgeführt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Unter-Tage-Heizvorrichtung, durch Vorwärmen der eingespritzten, die Verbrennung unterhaltenden Flüssigkeit an der Oberfläche und insbesondere durch selbstbrennbare Zündmaterialien.

Es ist experimentell unter Bohrlochzündbedingungen festgestellt worden, daß der Druck auf ein selbstbrennbares chemisches Material, wie beispielsweise einem Fettöl, das in eine Bohrlochformation eingesetzt und einem sauerstoffhaltigen Gas ausgesetzt wird, wie in der nach USA.-Patent Nr. 3180 412 beschriebenen Einleitung einer in-situ-Verbrennung, einen bemerkenswerten Einfluß auf den Erfolg hat, mit dem ein selbstbrennbares Material durch ein die Verbrennung förderndes Gas entzündet werden kann. Außerdem wird im allgemeinen die für eine Selbstzündung erforderliche Induktionszeit mit der Erhöhung des Druckes reduziert, wenn sogenannte chemische Zündmittel, wie beispielsweise Leinsamenölfettsäuren und ähnliche Materialien verwendet werden. Weiterhin konnte festgestellt werden, daß je kürzer die Induktionszeit ist oder in anderen Worten je kürzer die Länge der Zeit, die notwendig ist, um das sauerstoffhaltige Gas durch die brennbare Flüssigkeit vor Beginn der Selbstzündung durchzuleiten, desto höher die Temperaturen sind, die nach der Selbstzündung für eine brennbare Flüssigkeit mit einem festgesetzten Wärmegehalt (B. t. u. content = englische Wärmeeinheit) erreicht werden. Es wurde ebenfalls demonstriert, daß je höher diese Zündtemperatur ist, desto bessere Chancen bestehen, eine erfolgreiche Zündung des Erdöls am Ort durchzuführen. Auf Grund dieser Zusammenhänge hängt eine erfolgreiche Zündung des Rohöls zu einem großen Grad von dem auf die brennbare Flüssigkeit ausgeübten Druck ab.

In Bohrlöchern, in denen die Zündung auf Grund eines ungenügenden Druckes in dem Einlaßbohrloch nicht erfolgreich war, wurde mit Erfolg gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ein thixotropes Kohlenwasserstoffgel in das Einlaßbohrloch und dann in ■ den zu durchlässigen Teil der Formation um das Bohrloch hineingetrieben. Dabei ändert sich sein physikalischer Zustand von einer pumpbaren Flüssigkeit zu einem festen oder halbfesten Gel, wodurch

ίο eine ausreichende Blockierung des permeablen Pfades erreicht wird und der erwünschte Druck an dem Einlaßbohrloch erhalten wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Erdölvolumen, das aus der Formation mit gewöhnlichen Produktionsmethoden erhalten wird (genannt »lease crude«) zunächst in das Einlaßbohrloch und in die Formation neben dem Einlaßbohrloch getrieben. Anschließend wird das Kohlenwasserstoffgel nach dem Verfahren der Erfindung in das Einlaßbohrloch und in die um-

ao gebende permeable Formation eingespritzt. In den Fällen, in denen eine chemische Zündung angewendet wird, wird anschließend ein chemisches Material eingespritzt, das sich selbst zündet, wenn ein die Verbrennung förderndes Gas, wie beispielsweise Luft,

as durchgeleitet wird. Vorzugsweise wird ein Volumen des rohen Erdöls (»lease crude«) in die Formation zwischen dem Kohlenwasserstoffgel und dem chemischen Zündmittel eingespritzt im Falle, daß überschüssige Alkalien im Gel dazu neigen, als Katalysatorgift zu wirken und in irgendeiner Art und Weise die Selbstverbrennungseigenschaften des chemischen "Zündmittels zu stören.

Nach der Einsetzung des Kohlenwasserstoffgels und des chemischen Zündmittels in die erdölhaltigen Formationen neben dem Einlaßbohrloch wird ein die Verbrennung unterstützendes, sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Luft, oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder im wesentlichen reiner Sauerstoff, durch das Einlaßbohrloch in die Formation eingeführt. Insbesondere eignet sich über 38° C und vorzugsweise über 93° C vorgewärmte Luft. Bei der Verwendung einer Unter-Tage-Heizvorrichtung für die Einleitung der Zündung ist das Verfahren das gleiche, außer daß die Einspritzung eines chemischen

Zündmittels weggelassen wird. .

Die Reaktion des Sauerstoffs des die Verbrennung fördernden Gases mit dem chemischen Zündmittel verursacht die Zündung des Zündmittels durch Selbstverbrennung. Die so erzeugte Wärme erhöht die Temperatur in der Formation, so daß die Zündung des Erdöls einschließlich des thixotropen Gels stattfindet. Die fortgesetzte Einspritzung eines die Verbrennung fördernden Gases in das Einlaßbohrloch erzeugt eine Verbrennungszone oder eine Reaktlonsfront, die sich durch Verbrennung des brennbaren Materials, das in den Poren der Formation enthalten ist, progressiv von dem Einlaßbohrloch wegbewegt. Das oben erwähnte Kohlenwasserstoffgel wird über Tage hergestellt, indem rohes Erdöl oder ein anderer von Erdöl abgeleiteter flüssiger Kohlenwasserstoff, der von 1,5 bis 3,0 Gewichtsprozent einer verseifbaren organischen Verbindung einer später beschriebenen Art enthält, mit einer ausreichenden Menge eines kaustischen oder alkalischen Materials zur Neutralisation der säuren Gruppen der organischen Verbindung vermischt wird, normalerweise im Bereich von 0,4 bis 0,9 Gewichtsprozent. Das Vermischen ist nicht kritisch und wird normalerweise

in einer Mischvorrichtung mit einer herkömmlichen Pumpe und einem herkömmlichen Tank durchgeführt, die bei den Erdölbohrungen verwendet werden. Falls ein Katalysator oder ein Beschleuniger dem Gelmaterial zugesetzt wird, dann wird dieser normalerweise der organischen Verbindung vor der Vermischung mit dem Kohlenwasserstoff zugesetzt. Obgleich die verwendeten Mengenverhältnisse etwas mit der Art des verwendeten Kohlenwasserstoffs oder des verwendeten Erdöls als auch mit der besonderen verwendeten organischen Verbindung variieren, wurde festgestellt, daß eine Zusammensetzung mit etwa 2,0 Gewichtsprozent Fettsäure und etwa 0,6 Gewichtsprozent kaustischer Soda — der Rest besteht aus rohem Erdöl — eine zufriedenstellende thixotrope Substanz ergibt. Diese thixotrope Substanz ist gelartig unter statischen Bedingungen und wird flüssig, wenn sie gepumpt oder zirkuliert wird. Ist die Mischung einmal zusammengestellt, dann ist es von Vorteil, wenn man diese vor der Einpumpung in das Bohrloch nicht in der Mischvorrichtung stehen läßt.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß eine organische, ungesättigte, oxidierte aliphatische Verbindung, wie beispielsweise eine ungesättigte langkettige Fettsäure, ein Fett oder ein Fettöl, und die Glyzeride und die Ester der ungesättigten langkettigen Fettsäuren einschließlich der Ester, die mit ungesättigten langkettigen Fettalkoholen gebildet werden, sich insbesondere als verseifbare organische Verbindungen eignen, da die ungesättigten Bindungen unter denen in dem Bohrloch herrschenden Bedingungen einer Auto-Oxidation unterworfen sind, wenn ein Sauerstoff enthaltendes Gas durch die permeable, ein Kohlenwasserstoffgel enthaltende Formation durchgeleitet wird.

Die in dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten ungesättigten aliphatischen organischen Verbindungen sind beispielsweise die folgenden Monocarbonsäuren als auch ihre Isomere und die Glyseride und Ester davon, beispielsweise: die monoäthylenischen Arten wie ölsäure, Palmitoleinsäure, Phytensäure und Erukasäure; die diäthylenischen Arten wie beispielsweise Linolsäure und Dodecadiensäure; die triäthylenischen Arten wie beispielsweise Linolensäure; die acetylenischen Arten wie beispielsweise Stearolsäure und Eicosansäureund die hydroxyungesättigten Arten wie beispielsweise Ricinolsäure.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß die verwandten gesättigten, aliphatischen, organischen Verbindungen ebenfalls für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden können, da sie in der Lage sind, Kohlenwasserstoffgele zu bilden, wenn sie mit öl und einem Alkalihydroxyd vermischt werden. Als Beispiele solcher gesättigter, aliphatischer, organischer Verbindungen können die folgenden Monocarbonsäuren als auch ihre Isomere und die entsprechenden Alkohole und Ester verwendet werden: Aplmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure und Behensäure. Hydroxygesättigte Säuren sind beispielsweise Dihydroxystearinsäure, Dihydroxybehensäure und Tetrahydroxystearinsäure oder Sativinsäure.

In dem Verfahren nach der Erfindung können ebenfalls die natürlich verarbeiteten Fette und Fettöle verwendet werden, die eine oder mehrere der oben angeführten Arten von aliphatischen, organischen Verbindungen und insbesondere die sogenannten Trockenöle und Halbtrockenöle enthalten. Geeignete verseifbare, Nichtkohlenwasserstofföle, pflanzliche und tierische öle (Säugetiere oder Fische), oder Mischungen davon sind beispielsweise: Kornöl, Baumwollsamenöl, Sesamsamenöl, Sonnenblumensamenöl, Sojabohnenöl, Mohnöl, Perillaöl, Tungöl, Citicicaöl, Leinkuchenöl, Fischöle wie beispielsweise Heringöl, Sardinenöl, Menhadenöl, Waalöl, Seehundöl, DeI-phinöl, Tümmleröl und ähnliche öle. Im allgemeinen

ίο kann jedes tierische und pflanzliche, verseif bare Nichtkohlenwasserstofföl, das ein thixotropes Gel nach dem Verfahren nach der Erfindung bilden kann, verwendet werden. Jedoch werden ungesättigte tierische oder pflanzliche öle bevorzugt. Meistens enthalten diese öle wie beispielsweise Leinkuchenöl u. dgl. die Triglyzeride ungesättigter, langkettiger Fettmonocarbonsäuren.

Es können auch Gele verwendet werden, die durch die Einbringung anderer Arten emulgierender Mittel,

ao beispielsweise von aromatischen Sulfonaten gebildet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird die verseifbare organische Verbindung oder das Alkalihydroxyd vor der Gelierung und vor der Einführung in die permeable Formation mit dem Kohlenwasserstoffgel und vorzugsweise mit dem Kohlenwasserstofföl vermischt, wobei es mit einem geeigneten Oxidationsbeschleuniger behandelt wird. Als Oxidationsbeschleuniger zwecks Aktivierung der Selbstverbrennung werden Vorzugsweise organische Stickstoffbasen, wie beispielsweise Pyridin, Pyrol, Piperidin, Anilin und Dimethylanilin verwendet.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung und insbesondere, wenn das Kohlenwasserstoffgel eine ungesättigte, vreseifbare, organische Verbindung enthält, wird dem Gel eine geringe Menge eines trockenden öloxidationskatalysators oder Trockners beigemischt, beispielsweise Kobaltnaphthenat, Kobalttallat, Kobaltoctoat, und ähnliche Eisen-, Mangan oder Bleitrockenmittel. Diese Mittel sollen die Oxidation davon katalysieren.

Entsprechend einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine geeignete, geringere Menge im Bereich von 0,25 bis 10 Gewichtsprozent eines fein verteilten, gepulverten Magnesiums oder Magnesiumstaub in das Gel eingebracht. Nachdem die in-situ-Verbrennung einmal eingeleitet worden ist, erhöht das gepulverte Magnesium stark die Menge der freigemachten Wärme und die während der Einleitung der in-situ-Verbrennung innerhalb der Formation erzeugten Temperatur.

-Als chemische Zündmittel können die herkömmlichen Arten verwendet werden. Für das Verfahren nach der Erfindung eignen sich jedoch insbesondere die in der USA.-Patentschrift Nr. 3 180412 beschriebenen Materialien. Solche Zündmittel bestehen im allgemeinen aus oxidierten, aliphatischen, organischen Verbindungen, beispielsweise aus einer ungesättigten, langkettigen Fettsäure oder einem ungesättigten, langkettigen Fettalkohol oder einem Fett oder einem öl, aus den Glyzeriden der ungesättigten, langkettigen Fettsäuren und insbesondere aus ungesättigten, aliphatischen Verbindungen, die nur Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatome und mindestens 16 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten. Vorzugsweise werden ungesättigte, Nichtkohlenwasserstofföle verwendet, insbesondere die sogenannten Trockenöle

oder Halbtrockenöle, die eine Jodzahl besitzen, die größer ist als 100 und vorzugsweise größer als 130. Eventuell kann dem Nichtkohlenwasserstofföl ein geeigneter Oxidationsbeschleuniger beigemischt werden, wobei vorzugsweise organische Stickstoffbasen wie Pyridin, Dimenthylanilin u. dgl. verwendet werden. In vorteilhafter Weise kann dem ungesättigten Nichtkohlenwasserstofföl oder der ungesättigten aliphatischen Verbindung ein Oxidationskatalysator oder ein Trockenmittel beigemischt werden, wie beispielsweise Kobaltnaphthenat, Kobalttallat, Kobaltoctoat und ähnliche Eisen- oder Bleitrockenmittel. Ebenfalls kann eine geeignete Menge eines gepulverten Magnesiums oder Magnesiumstaubs beigemischt werden, um eine intensive Wärmequelle bei der Zündung des chemischen Zündmittel zu schaffen.

Im folgenden Beispiel wird ein in-situ-Verbrennungsverfahren nach der Erfindung beschrieben, wie es an einer Ölquelle an der Golfküste der Vereinigten Staaten durchgeführt worden ist.

Beispiel

Bei der Vorbereitung eines in-situ-Verbrennungs-Produktionsprogrammes wurden Einspritz- und Produktionsbohrlöches in einem ölfeld im südlichen Teil von Texas gebohrt, in dem die primäre Produktion erschöpft war. Quer über die Breite des Feldes wurde eine Linie von Einspritzbohrlöchern gebohrt und Produktionsbohrlöcher an beiden Seiten der Einspritzbohrlochlinie.

Bei 65% der Einspritzbohrlöcher des Feldes konnte die Zündung ohne Schwierigkeit entweder durch die Einspritzung von Zündchemikalien gemäß dem Verfahren der USA.-Patentschrift 3 180412 oder mit Hilfe einer elektrischen Heizvorrichtung zur Erhitzung der Fläche des öl enthaltenden Teiles entsprechend der bekannten Produktionsmethode durchgeführt werden. Die Zündchemikalien bestanden aus zwei Fässern wasser-weiß destillierter Leinölfettsäuren, die annähernd 450 g Kobaltnaphthenat und 450 g Dimethylanilin je 45 kg Fettsäure enthielten. Die Chemikalien wurden in das Bohrloch eingeführt und dann durch Einpressung von Stickstoff in die Formation getrieben. Die Lufteinpressung wurde bei einer relativ niedrigen Rate von einigen 30 m³ je Stunde und bei einem maximalen Einpreßdruck von etwa 21,1 kg/cm² eingeleitet und bei der niedrigen Rate etwa 12 bis 14 Stunden fortgesetzt. Anschließend wurde die Einpreßrate auf die Verbrennungsmitteleinspritzrate von etwa 28 000 m³ je Tag erhöht. Etwa eine halbe bis eine Stunde nach der Erhöhung der Lufteinpreßrate begann die Temperatur als Folge des Verbrennungsanfanges schnell anzusteigen.

Es wurde jedoch festgestellt, daß 35°/o der Ein- Spritzbohrlöcher nicht mit diesem Verfahren gezündet werden konnten. Eine Analyse der Bedingungen in den gezündeten und nichtzündbaren Bohrlöchern ergab, daß der Luftdruck in den gezündeten Bohrlöchern über 144 kg/cm² anstieg, während der Luftdruck in den nichtzündbaren Bohrlöchern nicht über 144 kg/cm² erhöht werden konnte.

In der folgenden Beschreibung werden der Ausbau eines Bohrloches im Feld, ein nicht erfolgreicher Versuch ein Bohrloch zu zünden und ein erfolgreicher Zündversuch des Erdöls in der Formation neben dem Bohrloch nach dem Verfahren der Erfindung beschrieben. Das Bohrloch wurde für die Zündung vorbereitet, indem eine totale Tiefe von etwa 60 m oder etwa 7,5 m unter der Sohle des ölsandes gebohrt wurde. Das Bohrloch wurde dann bis zur Sohle verkleidet, wobei gegenüber der ölsandzone geschlitzte Futterrohre verwendet wurden. Die Verkleidung wurde dann vom Oberteil der ölsandzone bis zur Oberfläche zementiert. Danach wurde das Bohrloch auf der gesamten Tiefe gereinigt. Eine Rohrfahrt wurde in das Bohrloch eingesetzt, wobei sich das untere Ende der Rohrfahrt gegenüber der Sohle der ölsandzone befand.

Nach einem Lufteinpreßtest, der durchgeführt wurde, um festzustellen, ob das Bohrloch die Luft in der erwünschten Einpreßrate annimmt, wurde das Bohrloch mit zwei Rohrvolumen eines gasförmigen Stickstoffes gereinigt, die am Bohrlochkopf eingepreßt wurden. Zwei Trommeln oder 418 Liter Zündchemikalien wurden dann von der Oberfläche mittels einer Verdrängungsvorrichtung mit Stickstoff in das Bohrloch hineingetrieben. Es wurde zusätzlicher Stickstoff eingepreßt, um die Zündchemikalien in die Formation zu treiben und das Bohrloch zu reinigen und um außerdem die Aufnahmefähigkeit des Stickstoffs in die Formation bei einem abfallenden Druckgradienten herzustellen. Dann wurde mit der Einpressung von Luft für die Einleitung der Verbrennung begonnen. Während der ersten 8 Stunden wurden 4250 m³ je Tag und anschließend während der folgenden 8 Stunden 5950 m³ je Tag eingepreßt. Anschließend wurde die Einpreßrate während eines Zeitraumes von 2 Stunden auf 19 800 m³ je Tag erhöht. Bei diesem Versuch wurde weder die Verbrennung der Zündchemikalien noch die Verbrennung des eingeführten Öls erreicht. Die in dem oben beschriebenen Zündversuch verwendeten Zündchemikalien bestanden aus wasser-weiß destillierten Leinöl-Fettsäuren, die 450 g Kobaltnaphthenat als Oxidationskatalysator und 450 g Dimethylanilin als Oxidationsbeschleuniger je 45 kg Fettsäure enthielten. Dies entsprach etwa je 1,9 ltr. von jedem dieser Materialien pro 209 ltr.-Trommeln der Fettsäuren.

Nach den erfolglosen Versuchen, einige der Bohrlöcher im Feld zu zünden, wurden die Bedingungen untersucht, unter denen bei der Verwendung des gleichen Verfahrens eine Zündung bzw. keine Zündung erhalten wurde. Es wurde festgestellt, daß nach der Einspritzung der Zündchemikalien, die Bohrlochdrucke während der Einpressung von Luft bei den nichtgezündeten Bohrlöchern bedeutend niedriger waren als bei den gezündeten Bohrlöchern. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Bohrlochkopfdrucke während dieser Periode im allgemeinen bei den gezündeten Bohrlöchern über 225 kg/cm² und bei den . nicht gezündeten Bohrlöchern unter etwa 192 kg/cm² lagen.

Bei einem weiteren Versuch zur Einleitung einer Verbrennung in einem Bohrloch wurde folgendes Verfahren verwendet: Zunächst wurden 0,8 m³ eines Roherdöls (»lease crude«), das vorher vom Feld erhalten wurde, in das Bohrloch gepumpt und mittels gasförmigen Stickstoffs in die ölsandzone getrieben. Anschließend wurden 2,4 m³ Gel-Öl und danach weitere 0,8 m^s Roherdöl (»lease crude«) eingespritzt. Das Gel-Öl wurde Übertage vorbereitet, indem Roherdöl (»lease crude«) mit 2,0 Gewichtsprozent Leinöl-Fettsäuren und 0,6 Gewichtsprozent kaustischer Soda in einer kontinuierlichen Mischvorrichtung oder in einer Proportioniervorrichtung bei Raumtemperatur ver-

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mischt wurde. Der Auslaß von der Mischvorrichtung während einige andere Bohrlöcher nur bei einem gewurde direkt mit der Übertage-Einspritzpumpe ver- ringen Druckanstieg von weniger als 9,6 kg/cm² gebunden, um die thixotrope Mischung nicht ruhig zündet werden konnten. Bei der Verwendung eines stehen zu lassen, da sie sich unter statischen Bedin- Gel-Öls entsprechend dem Verfahren nach der gungen in ein Gel verwandelte. Die Zusammensetzung 5 Erfindung konnte nach zusätzlichen 10 bis 20 Minudes Gel-Öls konnte je nach verwendetem Rohöl und ten der Lufteinpressung eine zweite Druckanschwelentsprechenden erwünschten Gelbildungsgrad verän- lung festgestellt werden, die anzeigte, daß ein weiterer dert werden. Die Zusammensetzung sollte jedoch im Teil der Formation gezündet worden war. Am unteallgemeinen nicht wesentlich von den oben angegebe- ren Ende des Rohres kam es zu starken Temperaturnen Werten abweichen: 2,0 Gewichtsprozent Fett- ίο Schwankungen, die bis zu 590° C hoch gingen. Der säure und 0,6 Gewichtsprozent kaustische Soda. Es Druck fiel etwa 2 Stunden lang nicht auf den wurde festgestellt, daß Roherdöle (»crudes«), die ursprünglichen Druck herab, wie es bei den anderen mehr als etwa 1 °/o Wasser oder ein Deemulgierungs- gezündeten Bohrlöchern der Fall war. Nach etwa 5,4 mittel in einer hohen Konzentration enthalten, wie Stunden lag der Druck immer noch bei 177 kg/cm² beispielsweise aus einem Entsalzungs-Deemulgie- i₅ oder 9,2 kg/cm² höher als der anfängliche Druck, rungs- oder Dehydratisierungsverfahren, unter stati- Daraus ist zu ersehen, daß nach dem Verfahren der sehen und ruhigen Bedingungen kein Gel bilden. Erfindung eine viel wirksamere Zündung erreicht wer-Nach der zweiten Einspritzung des Roherdöls den konnte, indem eine größere ölsandzone gezündet (»lease crude«) wurde ein kurzer Lufteinpreßtest werden konnte. Dieser Versuch wurde in einem Bohrdurchgefiihrt, um die Aufnahmefähigkeit der Forma- ao loch durchgeführt, das mit den herkömmlichen Vertion gegenüber Luft sicherzustellen. Die Verkleidung fahren nicht gezündet werden konnte,
und das Steigrohr wurden dann mit gasförmigem Obgleich das Verfahren der Erfindung unter der Stickstoff gereinigt und die Verkleidung dann am Verwendung von selbstbrennbaren Zündchemikalien oberen Ende verschlossen. Dann wurden 0,48 m³ nach der Einspritzung des Gel-Öls beschrieben Zündchemikalien derselben Zusammensetzung, wie as wurde, kann die Zündung selbstverständlich auch oben verwendet, in das Rohr eingespritzt. Diese mittels Untertage-Zündvorrichtungen oder nach Chemikalien enthielten wasser-weiß destillierte einem anderen herkömmlichen Verfahren eingeleitet Leinöl-Fettsäuren, denen 450 g Kobaltnaphthenat und werden. Es kann weiterhin auch eine ungesättigte 450 g Dimethylanilin je 45 kg Fettsäure beigemischt Fettsäure als der verseifbare Bestandteil der Gelworden waren. Die Zündchemikalien wurden mittels 30 Ölmischung verwendet werden, wobei das Gel-Öl Stickstoff durch das Rohr hinunter und in die For- selbst als Zündchemikalie durch Einleitung einer mation hineingetrieben. Anschließend wurde mit der Selbstverbrennung nach der Einpressung von Luft Lufteinpressung in das Rohr begonnen, und zwar wirkt, das insbesondere, wenn Oxidationskatalysatomit einer Rate von 5100 m³ je Tag. Wie auf Grund ren und Beschleuniger der oben beschriebenen Arten des Anschwellens des Druckes im Bohrloch und der 35 zugesetzt werden.

Erhöhung der Bohrlochtemperatur in der Umgebung Für die Zündung von Formationen, die entweder der ölsandzone festgestellt werden konnte, wurde die durch stark permeable Streifen oder durch Brüche Zündung nach einer Lufteinpreßperiode von etwa charakterisiert werden, können Roherdöl (»lease 1 Stunde erzielt. Nach der Zündung kam es zu einem crude«) oder Schweröl und Alkalien mit der ungesät-Druckanstieg von 76,8 kg/cm². Dieser Druckanstieg 40 tigten Fettöl-Zündchemikalie vermischt werden, die war bedeutend höher als die Druckanstiege, die in einen Oxidationskatalysator und/oder einen Beden Bohrlöchern erhalten wurde, die ohne die Ver- schleuniger enthält, um eine Zündung durch die wendung des Gel-Öls mit Erfolg gezündet wurden. Reduzierung der Permeabilität dieser größeren In diesen Fällen wurde ein Druckanstieg von 19,2 Durchlässe durch die gebildete Formation zu erbis 28,8 kg/cm² bei einigen Bohrlöchern festgestellt, 45 reichen.

Hierzu keine Zeichnungen

Claims (5)

. eingeführten Erdöls herstammen, wird eine Hoch- Patentanspruche: temperaturzone oder eine Verbrennungsfront mit

1. Verfahren zur in-situ-Verbrennung in einer Temperaturen im Bereich von 370 bis 1370° C erstark durchlässigen, erdölhaltigen, unterirdischen zeugt. Beim Fortschreiten der Reaktion bewegt sich Formation, die von einem Bohrloch durchteuft 5 die Verbrennungsfront von der Bohrung weg in die ist, wobei die in-situ-Verbrennung des Erdöls Formation, und zwar in Richtung des Flusses der durch ein selbstbrennbares, in die Formation ein- heißen gasförmigen Verbrennungsprodukte,
gebrachtes Zündmittel und Durchleiten eines Durch die Verbrennung am Ort werden gasförsauerstoffhaltigen Gases eingeleitet wird, da- mige Produkte erzeugt, die sich aus den gasförmigen, durch gekennzeichnet, daß vor der Ein- io bei der Verbrennung entstehenden Produkten und leitung der in-situ-Verbrennung ein thixotropes den verflüchtigten Bestandteilen der vorhandenen Material aus 1,5 bis 3 Gewichtsprozent einer ver- Kohlenwasserstoffe zusammensetzen. Diese heißen seifbaren, organischen Verbindung mit minde- Gase bewegen sich nach auswärts in die Formation stens 16 C-Atomen, 0,4 bis 0,9 Gewichtsprozent und geben Wärme an die Formation ab. Wenn auf eines Alkalihydroxids, Rest Erdöimaterial in die 15 diese Weise mehr sauerstoffenthaltendes Gas durch Formation eingeführt wird. die Bohrung zugeführt wird, bewegt sich die Hoch-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- temperatur-Verbrennungsfront nach außen von der kennzeichnet, daß die verseifbare, organische Bohrung weg, ohne daß weitere Hitze der UmVerbindung eine ungesättigte Fettsäure, ein gebung, die die Bohrung direkt umgibt, direkt zuge-Glycerid derselben oder ein diese enthaltendes ao führt wird. Die Entfernung der Verbrennungsfront Fett oder fettes öl ist. von der Quelle und entsprechend das Volumen der

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- erdölfördernden Formation, das vom Verbrennungskennzeichnet, daß ein brennbares Erdölmaterial prozeß mitgerissen wird, hängen von der relativen vor und/oder nach der Einführung des thixo- Größe der Wärmeerzeugungsrate (infolge der Vertropen Materials in die Formation eingeleitet 25 brennung der verbrennbaren Rückstände) und der wird. Wärmeyerlustmenge an die umgebende Formation

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ab. Obgleich der genaue Mechanismus der in-situbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Forma- Verbrennung nicht genau bekannt ist, wird die tion entstammendes Erdöl vor dem thixotropen folgende Reaktionsfolge postuliert und hier beschrie-Material in das Bohrloch eingegeben wird. 30 ben, um dem Fachmann das Verständnis der vor-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 liegenden Erfindung zu erleichtern.

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das thixo- Wenn sich die Verbrennungsfront einem gegebe-

trope Material über Tage nahe des Bohrloches nen Volumen der erdölhaltigen Formation nähert, hergestellt, die hergestellte Mischung vor ihrem erhöht sich die Temperatur dieses Volumens der Einbringen durch das Bohrloch in die Formation 35 Formation. Dadurch ergibt sich eine Verminderung kontinuierlich gemischt, die Mischung anschlie- der Viskosität der in der Formation vorhandenen ßend eingepumpt und das Pumpen bei Eintreffen Flüssigkeiten infolge ihrer Temperaturerhöhung, der Mischung vor Ort eingestellt wird. Diese Flüssigkeiten können dann leichter unter dem

Einfluß des heißen Gasstromes, der kontinuierlich

40 von der Verbrennung wegströmt, bewegt werden.

Wenn sich die Temperatur dieses Volumens der

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ- Formation weiter erhöht, beginnt die Destillation der Verbrennung (Verbrennung in der Lagerstätte, darin enthaltenen Flüssigkeiten. Die Destillations-Unter-Tage-Verbrennung) in einer permeablen, erd- produkte kondensieren in den kühleren Bezirken der ölhaltigen, unterirdischen Formation unter Verwen- 45 Formationen, und zwar außerhalb der Hochtempedung von selbstzündenden Materialien. ratur-Verbrennungsfront in Richtung des Gasstro-Zur sekundären Gewinnung von Erdöl aus unter- mes. Die Destillation nimmt ihren Fortgang mit der irdischen Formationen werden verschiedene Ver- Erhöhung der Temperatur, bis die schweren Befahren angewendet. Darunter fallen die thermischen standteile, die innerhalb des ursprünglich in der Gewinnungsverfahren, wie beispielsweise die in-situ- 50 Formation befindlichen oder dorthin eingeführten Verbrennung, bei der mindestens eine Einspritz- Erdöls vor der Verursachung der in-situ-Verbrenbohrung und mindestens eine Produktionsbohrung nung zurückbleiben, anfangen zu brechen oder sich verwendet werden. in einer anderen Weise thermisch zersetzen und Bei der herkömmlichen in-situ-Verbrennung wird Kohlenwasserstoffgase, Koks und feste kohlenartige die Entzündung des Öls in der Formation durch 55 Rückstände liefern. Mit Anstieg der Temperatur wird eines der verschiedenen bekannten Verfahren be- ein Druck erreicht, bei dem der heiße Koks oder die wirkt. Bei einem dieser Verfahren wird die erdöl- heißen brennbaren Rückstände anfangen sich chehaltige Formation mittels eines elektrischen Unter- misch mit dem Sauerstoff zu kombinieren. Dabei wird Tage-Erhitzers auf eine ausreichend hohe Entzün- Wärme an die Formation und den davon freigesetzdungstemperatur erhitzt. Ein die Verbrennung for- 60 ten Gasstrom abgegeben. Diese Wärme wird durch derndes Gas, wie ,beispielsweise Luft oder eine mit den sich nach außen bewegenden Gasstrom weg-Sauerstoff angereicherte Luft, wird dann durch die geführt und zu einem begrenzten Teil auch an die Bohrung in die Formation eingeführt. Durch die benachbarten Bezirke der Formation durch Leitung Reaktion des auf diese Weise eingeführten Sauer- übertragen. Wenn der Koks und die brennbaren Stoffs mit den brennbaren Erdölrückständen inner- 65 Rückstände weggebrannt sind, bleibt ein Volumen halb der Formation, die aus der Destillation und/ einer im wesentlichen flüssigkeitsfreien Formation oder der thermischen Krackung des ursprünglich in zurück, die, wenn sie nicht anders behandelt wird, der Formation befindlichen Erdöls oder des dahin allmählich durch das hereinkommende, relativ kalte,