DE2841703A1

DE2841703A1 - Verfahren zur gewinnung viskosen erdoels aus einer unterirdischen formation

Info

Publication number: DE2841703A1
Application number: DE19782841703
Authority: DE
Inventors: David Arthur Redford
Original assignee: Texaco Canada Inc
Current assignee: Huntsman Corp
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1979-06-28
Also published as: GB2011503B; MX4925E; US4124072A; YU228578A; DK429078A; CA1098819A; GB2011503A

Description

Henkel, Kern, Feiler & Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

TEXACO CANADA INC. Ontario, Kanada

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

Dr.F/rm

Verfahren zur Gewinnung viskosen Erdöls aus einer unterirdischen Formation

909826/0585

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von viskosem Erdöl, insbesondere ein Verfahren zur Ausbildung eines stabilisierten Verbindungswegs hoher Durchlässigkeit zwischen voneinander im Abstand angeordneten, in einer unterirdischen, Tiskoses Erdöl führenden Formation niedergebrachten Bohrlöchern, bei welchem lange Zeit Dampf oder sonstige Öl verdrängende Fluida in den stabilisierten Verbindungsweg hoher Durchlässigkeit injiziert werden, ohne daß die Gefahr eines Durchlässigkeitsverlusts des Weges oder Pfades infolge Wanderung nicht-verfestigten feinen Sandes oder sonstiger mineralischer teilchenförmiger Materialien in dem Verbindungsweg besteht.

Es gibt zahlreiche unterirdische Formationen, die ungeheure Mengen Erdöl enthalten, aus denen jedoch eine höchstens geringfügige Menge oder gar kein Erdöl durch sogenannte Primärfördermaßnahmen gewonnen werden kann, da die Erdölviskosität so hoch ist, daß sich das Erdöl selbst bei Ausbildung eines Druckgradienten über einen Teil der Formation hinweg nicht durch die Formation bewegt. Die extremsten Beispiele für solche Formationen sind die sogenannten Ölsand- oder Teersandlagerstätten, wie sie beispielsweise in den westlichen Vereinigten Staaten, der kanadischen Provinz Alberta, in Kolumbien und in geringerem Ausmaß in Europa und Asien gefunden werden.Als Teersande werden in der Regel Lagerstätten oder Ablagerungen von relativ nicht-verfestigtem Sand mit in der Regel Korn-zuKorn-Berührung, bei dem ein merklicher Teil des Porenraums zwischen den Sandkörnchen mit viskosem, hoch-bituminösen Erdöl gefüllt ist, bezeichnet. Die Viskosität des bituminösen Erdöls in dem Athabasca-Teersand liegt beispielsweise bei normalen Formationstemperaturen (etwa 4,4⁰C) in der Größenordnung von einigen Millionen Centipoises.

909826/0585

-Jr-

Zur Gewinnung von viskosem Erdöl aus solchen Formationen sind bereits die verschiedensten Techniken in der Literatur beschrieben. Bei verschiedenen derartigen Verfahren erfolgt eine Injektion von Dampf oder Mischungen aus Dampf und sonstigen Substanzen, z.B. Natriumhydroxid, oder anderen alkalischen Mitteln, Mischungen aus Dampf und Kohlenwasserstoff oder Mischungen aus Dampf und Luft. Die meisten dieser Verfahren erfordern eine Vorbehandlung der Formation zur Sicherstellung einer hohen Durchlässigkeit, eines stabilen Verbindungsweges zwischen einer oder mehreren Injektionsbohrung(en) und einer oder mehreren Förderbohrung(en) und dergleichen. In idealer Weise liegt der Verbindungsweg nahe dem unteren Ende der Ölformation und entspricht lediglich 5 oder 10% der Gesamtvertikalstärke der Formation. Da das Volumen der behandelten Formation sehr viel geringer ist als das Gesamtvolumen der Formation, aus der Öl gewonnen werden soll, ist es auf wirtschaftliche V/eise möglich, zur Ausbildung der Verbindungswege Behandlungsverfahren durchzuführen, die als solche nicht wirtschaftlich auf die gesamte Formation übertragen werden könnten. So kann beispielsweise die Formation zunächst durch Injektion von Luft gebrochen oder behandelt werden, worauf in die Formation ein Lösungsmittel injiziert wird, um das viskose Erdöl aus den Formationsstellen, in denen ein Verbindungsweg ausgebildet werden soll, herauszulösen und zu verdrängen. Bei der Ausbildung dieses Verbindungsweges kann man auch Dampf verwenden.

Ein Problem, das der Formation und der Ausnutzung von Verbindungswegen in Teersandlagerstätten gemeinsam ist, ist auf den nicht-verfestigten Charakter der in der Formation enthaltenen mineralischen Substanzen zurückzuführen. Das ursprünglich vorhandene viskose bituminöse Erdöl ist nämlich das Hauptzementiermittel, das die Unversehrtheit der Formation erhält.

909826/0585

_ CS" _

Nachdem es zur Ausbildung eines Verbindungsweges entfernt ist, führt der weitere Fluidumdurchtritt durch diesen Teil der Formation zu einer Verdrängung und Wanderung des teilchenförmigen Materials in Richtung des Fluidumstroms. Letztlich bilden die feinen körnigen Substanzen in der Formation Packen oder Blöcke, die die Durchlässigkeit des Verbindungsweges verringern und ein weiteres Durchblasen von Fluida verhindern. Ein Durchlässigkeitsverlust infolge Ansammlung von durch Fluiduminjektion verdrängter feiner teilchenförmiger Mineralien ist nur unter extremen Schwierigkeiten und manchmal überhaupt nicht wiederaufzuheben, so daß man Verfahren zur Verhinderung einer solchen Wanderung braucht, um den Erfolg sämtlicher Gewinnungsverfahren für viskoses Öl, die in Teersandlagerstätten oder sonstigen Formationen, in denen das Ölgewinnungsverfahren einen Verbindungsweg erfordert, angewandt werden, sicherzustellen.

Die Verwendung einer wäßrigen Hydroxy-Aluminium-Lösung zur Behandlung von teerhaltigen Formationen bei in der Nähe von Bohrlöchern durchgeführten Verfahren ist von CP. Coppel, H. Y. Jennings, Jr. und M.G. Reed in einem beim 47. Jahrestreffen (8. bis 11. Oktober 1972 - SPE-Paper 398) der Society of Petroleum Engineers der AIME vorgelegten und mit "Field Results of Wells Treated with Hydroxy Aluminum" betitelten technischen Papier beschrieben. Eine weitere Diskussion findet sich in der Juli-Ausgabe 1972 des Journal of Petroleum Technology (M.G. Reed "Stabilization of Formation Clays with Hydroxy Aluminum Solution"). Auch das SPE-Paper 4186 von M.G. Reed und CP. Coppel "Sand Stabilization with Hydroxy Aluminum Solutions", das auf dem 43. Jahrestreffen der Society of Petroleum Engineers of AIME am 8. bis 10. November 1972 vorgelegt wurde, ist mit der Behandlung von Sand und geringe Mengen Ton enthaltenden Formationen in der Nähe von Bohrlöchern zur Stabilisierung befaßt.

909826/0585

- Ja- -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines stabilisierten Verbindungsweges in einer unterirdischen, viskoses Erdöl führenden Formation, so daß über lange Zeit hinweg in den eine hohe Durchlässigkeit aufweisenden Verbindungsweg große Mengen des Gewinnungsfluidums für das primäre Öl, in der Regel Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und sonstigen geeigneten Substanzen, injiziert werden können, ohne daß die Gefahr eines Verlusts der Injektionsfähigkeit für das Fluidum oder der Durchlässigkeit der Formation infolge Wanderung feiner Sandkörnchen oder sonstiger mineralischer Teilchen in dem Verbindungsweg unter letztlicher Ansammlung und Blockierung besteht. Der Verbindungsweg kann nach sämtlichen bekannten Verfahren erzeugt werden, in der Regel erfordert dies eine Vorbehandlung zur Sicherstellung der Durchlässigkeit in der Formation, z.B. Brechen und/oder Spülen mit Luft, worauf die Ölsättigung in diesem Teil der Formation durch Einblasen eines Lösungsmittels oder von Dampf oder eines Gemischs aus Dampf und sonstigen Materialien in die vorbehandelte Zone zur Erniedrigung der ÖlsEttigung erfolgt. Hierdurch wird die Durchlässigkeit des Verbindungskanals erhöht. Diese Behandlung wird in der Regel solange fortgesetzt, bis im wesentlichen das gesamte Erdöl in dem Teil der Formation, der den Verbindungsweg bilden soll, gewonnen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird dann das Stabilisierungsfluidum in die Formation injiziert. Bei dem Stabilisierungsfluidum handelt es sich um eine wäßrige Lösung von Hydroxy-Aluminium, vorzugsweise mit 1 bis 2 Gew.-% Aluminium und 1,5 bis 3 Gew.-# Hydroxylionen und einem Verhältnis Hydroxylionen zu Aluminiumionen von etwa 1,5 bis etwa 2,5. Hierdurch wird die Anwesenheit eines sechsgliedrigen Hexameren des Valenzzustands +6, das leicht an jeder negativ geladenen Oberfläche, wie Ton oder Sandkörnchen, adsorbiert wird, sichergestellt. Es wird so viel Fluidum injiziert, daß die Formationssandkörnchen in dem Teil der Formationen, in denen der

909826/0B85

Verbindungsweg gebildet ist, zumindest bis zu einem merklichen Abstand von jeder Bohrung mit dem Fluidum in Berührung gelangen. Vorzugsweise wird so viel Fluidum injiziert, daß eine vollständige Sättigung praktisch des gesamten Formationsteils, der für den Verbindungsweg vorgesehen ist, gewährleistet ist und sämtliche darin vorhandenen Sandkörnchen aneinander gebunden werden. Auf diese Weise erhält man einen fortlaufenden stabilen Verbindungsweg, durch den dann über lange Zeiten hinweg ohne die Gefahr eines Verlusts der Dampfinjizierbarkeit infolge Wanderung feinen Sandes oder sonstiger mineralischer Teilchen geleitet werden kann. Nach Injektion der gewünschten Fluidummenge sollte die Lösung mit den Sandkörnchen ausreichend lange in Berührung gelassen werden, damit es zu einer Kristallisation des Aluminiumhydroxids, das die Brückenbildung zwischen den Sandteilchen ermöglicht, kommen kann. In der Regel dauert dies 2 bis 15» vorzugsweise 5 bis 10 Tage. Die Aluminiumhydroxylösung kann dann aus dem Verbindungsweg verdrängt werden, worauf mit der primären Ölgewinnung durch Einleiten von Dampf oder eines Gemischs aus Dampf und sonstiger Fluida in den stabilisierten Verbindungsweg zur Gewinnung des Öls daraus begonnen wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht aus einem Verfahren zur Ausbildung eines stabilen, eine hohe Durchlässigkeit aufweisenden Verbindungsweges in einer unterirdischen, viskoses Öl führenden Formation, das die Einleitung oder Injektion von Dampf oder eines Gemischs aus Dampf und sonstiger Substanzen in den Verbindungsweg über lange Zeit hinweg ermöglicht. Auf diese Weise können, bezogen auf das Porenvolumen des Verbindungsweges als solchem, große Porenvoluminamengen Dampf injiziert werden, ohne daß die Gefahr einer Wanderung nicht-zementierter feiner Sandkörnchen oder sonstiger körniger mineralischer Teilchen im Verbindungsweg in Richtung des Fluidumstroms

909826/0585

besteht. Die Wanderung von teilchenförmigen! Material führt, wenn sie nicht gehemmt wird, letzfl.ich zu einer Brückenbildung zwischen den einzelnen feinen Teilchen und einer Blockbildung im Verbindungsweg, wodurch eine weitere Injektion des Gewinnungsfluidums in den Verbindungsweg und ein weiteres Strömen des erwärmten viskosen Erdöls durch den Verbindungsweg verhindert werden. Eine durch teilchenförmiges Material hervorgerufene Blockade ist nur unter größten Schwierigkeiten oder überhaupt nicht zu beseitigen.

Bei Formationen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden soll, handelt es sich üblicherweise um unterirdische Teersandlagerstätten, die so tief liegen, daß ein Streifenabbau unwirtschaftlich ist und irgendein in-situ-Gewinnungsverfahren durchgeführt werden muß. Bei der in-situ-Abtrennung von Bitumen aus solchen Formationen ist in der Regel die Ausbildung eines Verbindungsweges, vorzugsweise nahe dem unteren Ende der Formation, erforderlich. In diesen Verbindungsweg wird Dampf injiziert, der durch den Verbindungsweg lange Zeit strömt.

Wenn irgendwie möglich, sollte der Verbindungsweg vorzugsweise nahe dem unteren Ende der mit viskosem Öl gesättigten Formation vorgesehen sein. Es hat sich gezeigt, daß Erdöl leichter aus dem Formationsteil oberhalb des Verbindungsweges abgestreift werden kann als viskoses Erdöl aus einem Teil unterhalb des Verbindungsweges. Der Wärmefluß und/oder Lösungsmittelfluß nach aufwärts in den mit viskosem Öl gesättigten Zwischenraum erfolgt spontan und ermöglicht eine schwere Drainage des viskosen Erdöls nach unten in den Verbindungsweg. Wenn einmal das erwärmte viskose Öl in den Verbindungsweg gelangt ist, wird es durch diesen durch das primäre Injektionsfluidum zur Förderbohrung hin verdrängt und an der Förderbohrung zur Oberfläche gefördert.

909826/058S

Die Ausbildung des Verbindungsweges an der gewünschten Stelle innerhalb der Formation kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann die Formation zunächst in der gewünschten Tiefe durch Fluiduminjektion in etwa derselben Tiefe gebrochen werden. Die Fluiduminjektionsstelle kann auf den unteren Teil der Formation begrenzt werden. Hierdurch werden die in die Formation zur Ausbildung des Verbindungsweges injizierten Fluida veranlaßt, in die Formation an einer Stelle nahe dem unteren Ende der Formation einzutreten. Auf diese Weise wird auch mit der Ausbildung des Verbindungsweges nahe dem unteren Ende der Formation begonnen. Mit fortschreitender Ausbildung des Verbindungsweges neigen die injizierten Fluida dazu, den kürzesten Weg zwischen den Bohrlöchern einzuschlagen, und bleiben auf diese Weise mehr oder weniger im unteren Teil der Formation.

Die erste Stufe bei der Ausbildung des Verbindungsweges besteht in der Regel in einem Brechen. Die Stelle, an der das Brechfluidum unter hohen Drucken in die Formation injiziert wird, läßt sich ohne Schwierigkeiten durch Einsatz von den Bohrspezialisten bekanntem mechanischen Gerät steuern. Die Ausweitung der Bruchzone zu dem gewünschten Verbindungsweg erfolgt dann in etwa derselben Tiefe der Formation, wobei der Weg an der gewünschten Stelle entsteht.

Es hat sich gezeigt - und darüber wird in der Literatur auch berichtet -, daß ein vorheriges Einblasen von Luft in die Formation während einer für die Spülung eines Teils der Formation ausreichenden Zeit die Injektion von Dampf oder sonstiger Fluida in die Formation zur Verringerung der Erdölsättigung und unter gleichzeitiger Bildung des Verbindungsweges auch unter Umständen ermöglicht, unter denen sonst das Gewinnungsfluidum nicht in die Formation injiziert werden kann.

909826/0585

Üblicherweise stellt Dampf das bevorzugte Mittel zur Erniedrigung der ÖlSättigung in dem Teil der Formation, in dem der Verbindungsweg ausgebildet werden soll, dar. Die Erniedrigung der Ölsättigung kann beispielsweise derart erfolgen, daß von Anfang an ein Durchsatz von Bohrung zu Bohrung erfolgt. Manchmal kann es allerdings erforderlich sein, an derselben Bohrung abwechselnd zu injizieren und Erdöl zu fördern. Danach erfolgt an einer im Abstand angeordneten Bohrung eine Treib-Saug-Folge (push-pull sequence). Schließlich werden zyklische Treib-Saug-Verfahren durchgeführt, bis die Zone verminderter Ölsättigung nahe den beiden Bohrlöchern so weit vergrößert ist, daß eine Bohrung-zu-Bohrung-Verbindung erstellt ist. Wenn einmal eine Bohrung-zu-Bohrung-Verbindung hergestellt ist, ist es in der Regel besser, Dampf oder sonstige Fluida in die Formation zu indizieren, um das Erdöl durch die Zone der Formation in Richtung auf die Förderbohrung hin in kontinuierlichem Durchsatz zu verdrängen, bis so viel Öl gefördert ist, daß zwischen den Bohrlöchern ein eine hohe Durchlässigkeit aufweisender Kanal erstellt ist. Der hierbei gebildete Weg ist stark asymmetrischer Natur mit merklich stärkerer Ölabreicherung im vertikalen und horizontalen Bereich rund um die Injektionsbohrung als in der Umgebung der Förderbohrung. Folglich erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Ausnutzung des Verfahrens gemäß der Erfindung die Injektion in eine erste Bohrung und die Förderung aus der zweiten Bohrung, bis der Verbindungsweg gebildet ist. Danach wird das erfindungsgemäße Stabilisierungsverfahren zur Stabilisierung des Verbindungswegs durchgeführt. Nach Durchführung des Stabilisierungsverfahrens wird das primäre Injektionsfluidum in die zweite Bohrung injiziert und Öl aus der ersten Bohrung gefördert. Auf diese Weise erfolgt der Fluidumstrom in entgegengesetzter Richtung zum ursprünglichen Fluidumstrom. Dies dient dazu, sicherzustellen, daß der gesamte Ölvorrat aus dem Teil der Formation, in dem der Verbindungsweg sowohl in vertikaler als auch horizontaler

909826/0585

Richtung am größten ist, gefördert ist und zur weitestgehenden Ausschaltung der Schwierigkeiten, die bei einer Verstopfung des Verbindungsweges während der Ölgewinnungsphase auftreten könnten.

Nach Beendigung des beschriebenen Verfahrens wird der vorher gebildete und eine hohe Durchlässigkeit aufweisende Kanal wie folgt stabilisiert.

Grundsätzlich erfolgt in der Stabilisierungsphase des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Injektion einer wäßrigen Lösung von Hydroxy-Aluminium. Für Feldversuche kann man die Lösung durch Vermischen von 5 bis 10 Gew.-?6 Aluminiumchlorid und 3,5 bis 7 Gew.-% Natriumhydroxid in Wasser unter Verwendung eines eine hohe Scherkraft aufweisenden Mischers zubereiten. Das Hydroxy/Aluminium-Verhältnis sollte 1,5 bis 2,5, vorzugsweise etwa 2, betragen. Dieses Verhältnis fördert die Bildung einer Lösung von sechsgliedrigen Hydroxy-Aluminiumoxid-Einheiten (Hexameren) des Valenzzustands +6, die sehr eng an negativ geladene Formationsoberflächen adsorbiert werden. Nachdem es einmal insbesondere an Tonoberflächen adsorbiert ist, ist das Hydroxy-Aluminium in der Tat nicht mehr austauschbar.

Nach der Injektion der beschriebenen Hydroxy-Aluminiumoxid-Lösung sollte die Lösung für eine Alterungsdauer, in der keine Injektion in die Formation erfolgt, in der Formation belassen werden. Während der Alterungsdauer bildet das Hydroxy-Aluminiumoxid kristalline Lagen von Aluminiumhydroxid, welches das die mineralischen Teilchen zusammenbindende bzw. -zementierende Medium bildet.

Die beschriebene Lösung kann in eine beliebige Bohrung injiziert und durch den Verbindungsweg fließen gelassen werden,

909826/0585

bis sie an der anderen Bohrung gefördert wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß ein merklicher Teil des eine hohe Durchlässigkeit aufweisenden Kanals zwischen den Bohrungen gesättigt wird. Vorzugsweise sollte praktisch der gesamte Verbindungskanal, wenn dies wirtschaftlich erreichbar ist, mit dem Stabilisierungsfluidum gesättigt werden. In einigen Fällen reicht es aber auch aus, lediglich einen Teil des Verbindungspfades neben den beiden Bohrungen zu behandeln, um lediglich in den Teilen, in denen die Fluidumströmungsgeschwindigkeiten am größten sind, eine Wanderung der feinen Teilchen auf ein Mindestmaß zu senken.

Die zum Zusammenzementieren der feinen Teilchen gewählte Reaktion kommt besonders gut bei Tonteilchen zur Geltung. Um das Verfahren gemäß der Erfindung ohne weitere Behandlung wirksam anwenden zu können, sollte die Formation mindestens etwa Λ% Ton enthalten. Obwohl nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auch Sandteilchen zusammenzementiert werden, ist die Anwesenheit von Ton erforderlich, um eine wirksame Kristallisationsreaktion zu gewährleisten.

Wenn aufgrund einer Bestimmung ersichtlich ist, daß der Tongehalt der Formation nicht ausreicht, um das Verfahren gemäß der Erfindung direkt anzuwenden, muß man letzteres geringfügig modifizieren. Zu diesem Zweck kann man in den Verbindungsweg eine geringe Menge hoch-reaktionsfähigen Tons, z.B. Natriummontmorillonit, einführen. Hierbei sollte dafür Sorge getragen werden, daß die Art des Einführens des Montmorillonits nicht zur Bildung eines Tonfilterkuchens am Punkt oder nahe dem Punkt der Fluiduminjektion führt. Dies läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß man den Montmorillonitton in einer Salzlake oder einem sonstigen einen hohen Elektrolytengehalt aufweisenden wäßrigen Fluidum, das die Quellung des Montmorillonits verhin-

909826/0585

dert, dispergiert. Nach dem Einführen des Montmorillonit-in-Salzlake-Fluidums in die Formation kann das Fluidum durch die Hydroxy-Aluminiimoxid-Behandlungslösung verdrängt werden. In der Formation bleiben genügend Tonteilchen zurück, tun die für die Zementierungsreaktion erforderliche Mindestmenge Ton sicherzustellen. Wenn der Salzgehalt der Salzlake mindestens 1OOOOO ppm beträgt, kann (können) darin 0,5 bis 5,0 Gew.-% Montmorillonit enthalten sein. Der genaue Gehalt hängt von der Durchlässigkeit des Verbindungsweges, in den das Fluidum eingeführt wird, ab. Es sollten so viel tonhaltige Fluida eingeführt werden, daß praktisch das gesamte Volumen des Verbindungswegs, in dem die Zementierreaktion stattfinden soll, mit dem tonhaltigen Fluidum in Berührung gelangt.

Bei einer geringfügig anderen Ausführungsform, die insbesondere bei Verwendung von Lösungsmitteln während der Bildung des Verbindungswegs, zum Einsatz gelangt, kann der Montmorillonit in den Lösungsmitteln dispergiert und suspendiert werden. Montmorillonit quillt bzw. hydratisiert in Kohlenwasserstofflösungsmitteln nicht, so daß man ihn darin sicher dispergieren und ohne Gefahr der Bildung eines Filterkuchens, der einen gleichmäßigen Durchtritt der Tonteilchen durch den Verbindungsweg verhindern würde, in den Verbindungsweg injizieren

kann. Im Falle von Kohlenwassers to ff lösungsmitteln kann man darin 0,5 bis 10 Gevr.-% Tonteilchen dispergieren. Die Teilchengröße des bei dem geschilderten Verfahren verwendeten Tons sollte sehr fein sein. Um zu gewährleisten, daß die Teilchengröße des in dem Fluidum dispergierten Tons ausreichend gering ist, um dessen Durchtritt durch die Porenkanäle des Verbindungswegs ohne die Gefahr einer Verstopfung zu ermöglichen, sollte ein Mischer hoher Scherkraft zum Einsatz gelangen.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.

909826/0585

In den Beispielen wird ein Laboratoriunskasten eines Durchmessers von 20,3 cm und einer Höhe von 20,3 cm mit durch Oberflächenabbau in der kanadischen Provinz Alberta gewonnenen Teersandmaterialien auf eine Dichte entsprechend der Dichte der in unterirdischen Formationen vorhandenen Teersandmaterialien gepackt. Der Kasten wird dann mit zwei Bohrungen, eine zur Injektion eines Fluidums und die andere zur Förderung von Erdöl und sonstiger Fluida aus der Bohrung, versehen. Da Verfahren zur Ausbildung und St_abilisierung des bei der anschließenden Bewertung des Dampfflut-Ölgewinnungsverfahrens ausgenutzten Verbindungsweges getestet werden sollen, wird bei der Einfügung der Bohrungen kein Verbindungsweg vorgesehen.

Beispiel 1

In die Inoektionsbohrung wird 0,7 nr/h Luft 24 h lang eingeblasen, um zwischen der Injektionsbohrung und der Förderbohrung in der Zelle eine luftgespülte Zelle zu bilden. Danach wird in die Injektionsbohrung handelsübliches Naphtha eingeführt, während an der Förderbohrung 4 h lang Fluida gefördert werden. Danach werden die Injektions/Förder-Rollen umgekehrt. Dies dient dazu, die bei der Ausbildung des Verbindungsweges zur Fluiduminjektion ausgenutzte Bohrung bei der primären Ölförderung als Förderbohrung zu verwenden. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß der Verbindungsweg in der Nähe der zur Fluiduminjektion bei der Erstellung des Verbindungsweges verwendeten Bohrung in horizontaler und in vertikaler Richtung größer ist als in der Umgebung der während derselben Ausbildung des Verbindungsweges als Förderbohrung dienenden Bohrung.

Bei dem untersuchten Ölgewinnungsverfahren wird Dampf einer Qualität von 90% und bei einem Druck von 35 kg/cm bei einer Temperatur von 244°C eingeführt. Der Dampf ist mit etwa 3

909826/0585

2Θ4Ί703

-^ handelsüblichem Naphtha gemischt. Die Ölgewinnung und Fluiduminjektion werden zeitlich überwacht, um die Ölgewinnung als Funktion der Porenvolumina an injiziertem Dampf zu ermitteln. Die Ölgewinnungsphase wird so lange fortgesetzt, bis in dem Kasten, bezogen auf das Gesamtporenvolumen des gesamten Kastens, 8 Porenvolumina Dampf injiziert sind. Da das Porenvolumen des Teils des Kastens, in dem der Verbindungsweg erstellt ist, lediglich etwa 5% des Gesamtporenvolumens des Kastens entspricht, entspricht dieser Wert in der Tat 16O Porenvolumina an Dampf, bezogen auf das Volumen des Verbindungsweges als solchem. Dies veranschaulicht die enorme Bedeutung der Stabilität ces Verbindungsweges. Obwohl die gesamte Ölgewinnung mit zunehmenden Porenvolumina an injiziertem Dampf steigt, zeigt es sich, daß die Injizierbarkeit in den Kasten über die zur Injektion von 8 Porenvolumina Dampf in den Kasten erforderliche Zeit um etwa 45% abnimmt.

Nach Beendigung des beschriebenen Versuchs wird der Kasten sorgfältig untersucht. Auch Sandproben im Verbindungsweg an verschiedenen Stellen zwischen der Injektionsbohrung und der Förderbohrung werden sorgfältig untersucht. Hierbei zeigt es sich, daß im Verbindungsweg eine so starke Wanderung feiner Teilchen stattgefunden hat, daß die Geschwindigkeit, mit der das Fluidum durch den Verbindungsweg fließt, vermindert wird.

Beispiel 2

Der Versuch des Beispiels 1 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß nach Beendigung der Stufe, in der der Verbindungsweg erstellt ist, in den Verbindungsweg zur Stabilisierung der darin enthaltenen Sandteilchen eine Lösung von Hydroxy-Aluminium eingeführt wird. Die Hydroxy-Aluminium-Lösung stellt man durch Auflösen von 5 g Aluminiumchlorid und

909826/0585

28A1703

3,5 g Natriumhydroxid in 92,5 ml Wasser unter 90-minütigem Rühren mit einem Laboratoriumsmischer hoher Scherkraft her. Das erhaltene Fluidum wird in den Verbindungsweg eingeführt, indem es über dieselbe Bohrung, die bei der Erstellung des Verbindungsweges als Injektionsbohrung diente, injiziert wird. Die Injektion erfolgt solange, bis die Hydroxy-Aluminium-Lösung über die Förderbohrung aus dem Kasten austritt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der gesamte Verbindungsweg in dem Kasten mit Hydroxy-Aluminium gesättigt wird. Nun werden beide Bohrungen geschlossen und das Fluidum 6 Tage lang in dem Verbindungsweg im Kasten belassen. Diese Zeit reicht für die zu der erforderlichen Zementierung der Sandkörnchen benötigte Kristallisation aus.

In der folgenden Ölgewinnungsphase zeigt es sich, daß während der zur Injektion von 8 Porenvolumina Dampf erforderlichen Injektionsdauer/lediglich weniger als Λ0% sinkt. Dies zeigt deutlich die Wirkung von Hydroxy-Aluminium im Hinblick auf eine Verminderung der Wanderung von Sandteilchen in dem Verbindungsweg während der folgenden Ölgewinnungsphase.

Beispiel 3

Das verwendete Teersandmaterial wird analysiert, wobei es sich zeigt, daß es 1,2 Gew.-?£ Ton enthält. Dieser Tongehalt reicht gerade noch aus, die Anwesenheit einer zur Erreichung einer maximalen Zementierung benachbarter Sandkörnchen angemessene Tonmenge sicherzustellen.

Das Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch vor der Injektion der Hydroxy-Aluminium-Lösung in den Verbindungsweg im Rahmen einer weiteren Behandlungsstufe zur Unterstützung der Zementierungsreaktion in den Verbindungsweg zusätzlicher Ton eingeführt wird.

* die Injizierbarkeit

909826/0585

-Vh-

Bei dem zusätzlichen Ton handelt es sich um qualitativ hochwertigen Wyoming-Bentonit, d.h. relativ reines Natriummontmorillonit. Durch Auflösen von 10 Gew.-?o dieses Natriummontmorillonittons in Hexan erhält man ein Fluidum. Dieses wird zur vollständigen Dispersion des Tons in dem Hexan gründlich gemischt. Danach wird das erhaltene Fluidum durch Injizieren in die Injektionsbohrung bis zum Wiederaustritt aus der Förderbohrung in den Verbindungsweg eingeführt. Hierdurch erfolgt eine Sättigung des Verbindungsweges. Diese Maßnahme führt in der Tat zu einer weiteren Verringerung der ÖlSättigung in dem Verbindungsweg und einem Teil des Teersandmaterials neben dem Verbindungsweg und erhöht somit die Strömungskapazität des Verbindungswegs. Das Hexan wird aus dem Kasten ausgetrieben, indem in die Injektionsbohrung trockener Stickstoff injiziert wird. Dieser verdrängt und verdampft teilweise den Kohlenwasser stoff träger, wobei ausreichend viele Tonteilchen im Verbindungsweg verbleiben, um an der Zementierungsreaktion durch Einführen der Hydroxy-Aluminium-Lösung in den Verbindungsweg teilzunehmen. Nach beendetem Ausströmen des Hexans aus der Förderbohrung wird die Aluminiumlösung in den Verbindungsweg eingeführt und der Versuch entsprechend Beispiel 2 weitergeführt.

Es zeigt sich, daß die ursprüngliche Injizierbarkeit in den Verbindungsweg erwartungsgemäß etwas höher ist als bei den Versuchen der Beispiele 1 und 2 und daß ferner die Injizierbarkeit lediglich 6% abnimmt. Dies zeigt deutlich, daß die Einführung von Ton in den Verbindungsweg vor der Behandlung mit der Hydroxy-Aluminium-Lösung die Zementierreaktion steigert und dabei eine wirksamere Vereinigung der Sandteilchen in dem Verbindungsweg ermöglicht.

909826/0585

Claims

2^41703 Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von viskosem Erdöl aus einer unterirdischen Formation, die durch mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine mit der Formation in Fluidumverbindung stehende Förderbohrung durchdrungen ist, bei welchem man zwischen der Injektionsbohrung und der Förderbohrung einen Verbindungsweg ausbildet, dessen Durchlässigkeit wesentlich größer ist als die Durchlässigkeit der Ölformation, über die Injektionsbohrung ein dampfhaltiges Gewinnungsfluidum zum Hindurchleiten durch den Verbindungsweg einführt und viskoses Erdöl beweglich macht und es durch den Verbindungsweg in Richtung auf die Förderbohrung hin verlagert, dadurch gekennzeichnet, daß man den Verbindungsweg zur Verhinderung einer Wanderung feiner mineralischer Teilchen (in dem Verbindungsweg) stabilisiert, indem man

(a) in den Verbindungsweg ein wäßriges Fluidum mit Alumiminium- und Hydroxylionen in einer zur Sättigung praktisch des gesamten Verbindungswegs ausreichenden Menge einleitet;

(b) die wäßrige Lösung sich solange in dem Verbindungsweg aufhalten läßt, daß eine Zementierung bzw. ein Verbakken eines nennenswerten Gehalts der (vorhandenen) Sandkörnchen sichergestellt ist;

(c) das wäßrige Fluidum aus dem Verbindungsweg mit einem geeigneten Fluidum verdrängt und

(d) danach das Gewinnungsfluidum in den stabilisierten Verbindungsweg einleitet.

909826/0585

ORIGINAL INSPECT»

284170

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Verhältnis Hydroxyl- zu Aluminiumionen in dem wäßrigen Fluidum von 1,5 bis 2,5 arbeitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als wäßriges Fluidum eine durch Vermischen von Aluminiumchlorid mit Natriumhydroxid in Wasser bei hoher Schergeschwindigkeit erhaltene Lösung verwendet.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das wäßrige Fluidum zur vollständigen Zementierung bzw. zum vollständigen Verbacken 1 bis 50 Tag(e) lang in dem Verbindungsweg beläßt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verbindungsweg vor dem wäßrigen Fluidum ein Tonteilchen enthaltendes Fluidum einleitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man als Ton Natriummontmorillonit verwendet.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Tonteilchen enthaltendes Fluidum eine wäßrige Natriumchloridlösung, deren Konzentration ausreicht, um die Hydratisierung des Tons zu verhindern, verwendet.

8. Verfahren nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Tonteilchen enthaltendes Fluidum einen Kohlenwasserstoff mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verbindungsweg zur Verdrängung des tonhaltigen Fluidums unter Verdampfung mindestens eines Teils des Kohlenwasserstoffs ein Gas injiziert.

909826/0585