DE2823000A1 - Verfahren zum gewinnen von oel aus einer unterirdischen lagerstaette - Google Patents

Description

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Anmelder: Shell Internationale Research

Maatschappij B.V., 30 Carel van Bylandtlaan, Den Haag, Niederlande

Titel: Verfahren zum Gewinnen von öl aus

einer unterirdischen Lagerstätte.

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Verfahren zum Gewinnen von, öl aus einer unterirdischen Lagerstätte

BiS S OH REIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von Öl aus einer ölhaltigen unterirdischen Lagerstätte durch Einleiten von Dampf und betrifft insbesondere ein «it Dampf arbeitendes ÖlverdrAngungsverfahren zur Anwendung bei einer relativ wenig geschichteten Lagerstätte, d.h. bei einer Lagerstätte, bei der die Schichtung, die auf Unterschiede bezüglich der absoluten Durchlässigkeit der einzelnen Gesteinsschichten beruht, nicht ausreicht, um einen erheblichen Teil des eingeleiteten Dampfes zu veranlassen, vorzugsweise nur einen Teil der Schichten zu durchströmen.

Ss sind bereits zahlreiche Verfahren zum Gewinnen von Öl oder Teer aus relativ ungeschichteten Lagerstätten vorgeschlagen worden· Beispielsweise wird in der US-PS 3 367 419 vorgeschlagen, Dampf einzuleiten und ein Fluid an in seitlichen Abständen verteilten Stellen abzuleiten, woraufhin mach dem Durchbrechen des Dampfes die Tendenz des Dampfes, den Entnahmestellen auszuweichen, dadurch verringert wird, daft das Fluid an den Entnähmest·IUn jeweils in solchen Fördermengen entnommen wird, dafl sich der Druck in dem Dampfkanal auf einen Wert verringert, der niedriger ist als in anderen Teilen der

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Lagerstätte. In der US-PS 3 771 598 wird vorgeschlagen, Dampf einzuleiten und ein Fluid an in Abständen verteilten Stellen innerhalb einer Lagerstätte für zähflüssiges öl zu entnehmen und dann, wenn der Dampf an der nächstliegenden Entnahmestelle durchbricht, die Entnahme an dieser Stelle zu drosseln und den Dampfdruck zu erhöhen, woraufhin diese Schritte bei jeder Entnahmestelle wiederholt werden, um WarneVerluste durch längs der Verrohrung entweichende Gase zu verhindern, wobei die Temperatur und der Druck in dem Dampfkanal gesteigert wird. In der US-PS 3 796 262 wird vorgeschlagen, Dampf einzuleiten und ein Fluid an in seitlichen Abständen verteilten Stellen innerhalb einer zähflüssiges Öl enthaltenden Lagerstätte zu entnehmen; hierbei wird Dampf schneller zugeführt, als das Fluid entnommen wird, so daft eine Erhöhung des Drucks und der Temperatur in der Lagerstätte eintritt, und dann wird die Zufuhr von Dampf beendet, während die Entnahme des Fluides mit einer Geschwindigkeit fortgesetzt wird, die ausreicht, um den Druck in der Lagerstätte mindestens bis auf den Verdampfungspunkt von Wasser in der Lagerstätte zu senken* In der US-PS

wird vorgeschlagen, Dampf einzuleiten und ein Fluid an in seitlichen Abständen verteilten Punkten innerhalb einer Lagerstätte abzuführen, bei welcher eine ölhaltige Schicht von geringer wirksamer Dampfdurchlässigkeit eine Vasserschicht von hoher wirksamer Dampfdurchlässigkeit überdeckt, bis sich ein Dampfkanal zwischen der Dampfzuführungsstelle und den Entnahmestellen erstreckt; dann wird die Produktion gedrosselt, während eine ausreichende DampfZuführungsgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, um während eines Heizzyklus einen relativ hohen Druck zu erreichen und aufrechtzuerhalten, woraufhin das erwärmte öl mit einer erhöhten Durchsatzgeschwindigkeit entnommen wird, während der Druck in der beheizten Zone langsam herabgesetzt wird.

Außerdem sind bereits zahlreiche weitere Verfahren vorgeschlagen worden, die es ermöglichen, Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten einer in einem relativ hohen Hafte geschichteten Lagerstätte zu entnehmen, bei denen als Antriebsmittel Dampf eingeleitet

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wird, von dem ein erheblicher Teil die durchlässigeren Schichten der Lagerstätte durchströmt, tut die darin vorhandenen Fluide zu verdrängen, bis ein Dampfdurchbruch stattfindet. Nach einem solchen Durchbruch werden Maßnahmen durchgeführt, um die durchlässigeren Schichten zu verschließen and den Dampf zu den vergleichsweise weniger durchlässigen Formationen umzuleiten. Zum Verschließen der durchlässigeren Schichten kann man in diese Schichten einen Luftschaum einleiten, der das Hindurchtreten von Dampf durch diese Schichten verhindert. In der US-PS 3 412 793 ist die Verwendung eines zum Zusammenfallen bringbaren Dampfschaums beschrieben, der ein zeitweiliges Verschließen ermöglicht, und es wird festgestellt, daft "kleine Mengen von nicht kondensierbaren Gasen mit dem kondensierbaren Gas (Dampf) gemischt werden könnten, um die Standzeit des Schaums zu variieren". In der kanadischen PS 1 004 ist die Verwendung eines wäßrigen Schaums, einer Polymerlösung, einer Emulsion oder eines inerten Gases zum teilweisen Verschließen der durchlässigsten Schicht nach dem Durchbrechen des Dampfes beschrieben; nach dem Verschließen werden die vergleichsweise weniger durchlässigen Schichten mit Wasser durchgespült, das sich auf der Umgebungstemperatur befindet.

Bei einer öllagerstätte kann das Gestein eine hohe absolute Durchlässigkeit sowohl in senkrechter als auch in waagerechter Richtung aufweisen, doch kann die Beweglichkeit des Fluides innerhalb der Lagerstätte, d.h. die durch die Viskosität des das Gestein durchströmenden Fluides geteilte Durchlässigkeit des Gesteins niedrig und/oder ungleichmäßig sein, da zähflüssiges öl in einem Teil der Poren oder in sämtlichen Poren vorhanden ist. Wird in solchen vergleichsweise umgeschichtetes Lagerstätten eine Schichtung der Beweglichkeit angetroffen, ist dies gewöhnlich auf die Verteilung des öle zurückzuführen; dies gilt z.B. fur den Fall, daß eine ölschicht über einem wasserreichen oder unter einem gasreichen Teil der Lagerstätte verbanden ist·

Wird Dampf durch eine vergleichsweise umgeschichtete Lagerstätte geleitet, wobei der Druck des Dampfes unter ein·« Wert

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liegt, bei dem ein Aufbrechen der Formation eintritt, neigt der Dampf dazu, einen Kanal zu erzeugen, der dem Weg des geringsten Widerstandes folgt. Ein solcher Kanal steigt gewöhnlich an und erstreckt sich längs des oberen Teils der Lagerstätte; dies ist auf die Wirkung der Schwerkraft zurückzuführen. Wenn jedoch eine ölreiche Schicht bei einer vergleichsweise ungeschichteten Lagerstätte eine wasserreiche Schicht überdeckt, kann sich der Dampfkanal längs des oberen Teils der Wasserschicht nahe der Trennfläche gegenüber der Ölschicht erstrecken. Wie Jedem Fachmann geläufig, kann bei solchen Lagerstätten ein Dampfkanal relativ schnell entstehen und sich zwischen Zuführungs- und Entnahmestellen ausbreiten, die durch waagerechte Abstände getrennt sind; dies geschieht z.B. dann, wenn Dampf unter einem Druck zugeführt wird, der nahezu dem zum Aufbrechen der Formation erforderlichen Druck entspricht, Jedoch niedriger als dieser ist, und wenn das Fluid mit der größtmöglichen Geschwindigkeit entnommen wird.

Sobald ein Dampfkanal entstanden ist, der sich bis zu einer Entnahmestelle erstreckt, entsteht eine Zone hoher Beweglichkeit, die im wesentlichen von der gesamten Dampfmenge durchströmt werden kann. Anfänglich kann der Druckgradient In einem solchen Dampfkanal einen hohen Wert annehmen, doch führt die Erwärmung und die Verdrängung des Öls zu einer Verringerung des Druckgradienten in dem Kanal. Die Ölproduktionsgeschwindigkeit verringert sich drastisch, sobald im wesentlichen das gesamte in dem Kanal vorhandene Öl verdrängt worden ist. Nach diesem Zeitpunkt werden die einzigen Teile des Dampfkanals, wo eine bemerkbare Berührung zwischen dem Dampf und dem Öl eintritt, durch die sich längs des Umfangs des Kanals erstrekkenden Teile gebildet. Da jetzt in dem Kanal ein niedriger Druckgradient vorhanden ist, übt der Dampf nur eine geringe Ölverdrängungswirkung aus.

Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit eines ölverdrängungsverfahrens zu steigern, bei dem Dampf verwendet wird, um Öl aus einem Teil einer vergleichsweise

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ungeschichteten Öllagerstätte zu verdrängen, und bei dem die Lage eines Dampfströmungswegs durch die Schwerkraft und/oder die Ölverteilung bestimmt wird, statt im wesentlichen nur durch eine oder wenige besonders durchlässige Schichten des Gesteins der Lagerstätte bestimmt zu werden.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Schaffung eines Verfahrens zum Gewinnen von Öl aus einer unterirdischen Lagerstätte gelöst, zu dem die nachstehenden Haßnähmeη gehören: Einleiten von Dampf und Entnehmen eines Fluides an in waagerechten Abständen verteilten Punkten innerhalb eines Teils einer Öllagerstätte, bei der die Lage eines Dampfströmungswegs durch die Wirkung der Schwerkraft und/oder der ölverteilung bestimmt wird, und nicht etwa im wesentlichen auf nur eine oder wenige besonders durchlässige Schichten des Gesteins der Lagerstätte beschränkt 1st; Aufrechterhalten solcher Geschwindigkeiten bei der Zufuhr von Dampf und der Entnahme des Fluides, dal ein Dampfkanal entsteht, der sich vom Zuführungspuakt aus erstreckt; während der Fortsetzung der Entnahme des Fluides aas der Lagerstätte erfolgendes Verändern der Zusammensetzung des zugeführten Fluides dadurch, daß von Dampf auf ein Dampf-Schaumerzeugungsgemisch übergegangen wird, das im wesentlichen aus Dampf, nicht kondensierbarem Gas und einer wäßrigen elektrolythaltigen Lösung oder Dispersion eines oberflächenaktiven Mittels besteht; Anpassen der Zusammensetzung des Dampf-Schaumbildungsgemisches an die Eigenschaften des Gesteins und der Fluide in der Lagerstätte derart, daß der Druck, der erforderlich ist, um das Gemisch und den daraus gebildeten oder in ihm enthaltenen Schaum in den Dampfkanal hinein und durch ihn hindurchzudrücken, höher ist als der für Dampf allein erforderliche Druck, jedoch niedriger als der Druck, bei dem die Lagerstätte aufgebrochen wird; sowie Einstellen der Zusammensetzung des in den Dampfkanal eingeleiteten Fluides in dem Ausmaß, das erforderlich ist, um ein Strömen sowohl von Dampf als auch von Schaum innerhalb des Kanals in Abhängigkeit von einem relativ hohen Druckgradienten aufrechtzuerhalten, bei dem die Wirkungen bezüglich des

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Verdrängens von öl und einer Erveiterung des Kanals erheblich größer sind als die bei der ausschließlichen Vervendung von Dampf erzielbaren, ohne daft sich der Kanal verstopft.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem in dem Dampfkanal ein Strom von Dampf, Schaum und nicht kondensierbarem Gas bei einem erhöhten Druckgradienten aufrechterhalten vird, ermöglicht es, die Nachteile der bis jetzt vorgeschlagenen Verfahren zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Geschvindigkeit der Ölproduktion nach einem Dampfdurchbruch innerhalb einer verhältnismäßig ungeschichteten Lagerstätte zu vermeiden. Insbesondere ist es möglich, die Verringerung der Olproduktionsgeschwindigkeit zu vermeiden, die sich bei den bekannten Verfahren daraus ergibt, daß der Druck in der vom Dampf durchströmten Zone auf einen Wert verringert vird, der niedriger ist als der Druck in der umgebenden Lagerstätte. Ferner führt das Verfahren nach der Erfindung zu einer Er» höhung der Geschvindigkeit, mit der sich der Dampfkanal in senkrechter Richtung erveitert, im Vergleich zu der Geschvindigkeit, die sich erzielen läßt, venn man lediglich Dampf bei einem niedrigen Druckgradienten durch den Kanal zirkulieren läßt. Schließlich vird die Gefahr vermieden, daß eine Umleitung des Dampfes und damit auch eine Erveiterung des Dampfkanals nicht zu anderen Punkten als zu den gewählten Produktionsstellen erfolgt; diese Gefahr vird dadurch hervorgerufen, daß auf die entnommenen Fluide ein Gegendruck aufgebracht vird, und zvar ohne Rücksicht darauf, ob der Druck des zugeführten Dampfes erhöht vird oder nicht.

Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß es bei einer vergleichsveise ungeschichteten Lagerstättenformation möglich ist, die Beveglichkeit des Fluides in einem Dampfkanal zu verringern, um den Druckgradienten in dem Kanal zu erhöhen, indem man in den Kanal einen Schaum einleitet oder in ihm einen Schaum erfceugt, der eine solche Zusammensetzung hat, daft er den Kanal nicht verstopft.

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Die Verwendung von nicht kondensierbares Gas enthaltenden Schäumen, die zu« Verstopfen neigen, ist auf dem Gebiet der Ölgewinnung bekannt. Beispielsweise erwähnt L.V. Hol« in dea Journal Petroleum Technology, Dezember 1970, S. 1499-1506, verschiedene ältere Untersuchungen und führt aus, "daft man auf der Basis dieser Ergebnisse nicht erwarten würde, daß es zweckmäßig wäre, einen Schaum durch eine Lagerstätte zu treiben. Vielmehr ist zu erwarten, daß es mit Hilfe von Schaum möglich ist, die Virkung von Verfahren, bei denen ein Fluid zugeführt wird, bei heterogenen Lagerstätten dadurch zu verbessern, daft der Durchfluß bei den stärker durchlässigen Zonen verringert oder verhindert wird." Es sind bereits die Eigenschaften von Dampfschäumen hinsichtlich ihres Verhaltens in Lagerstätten beschrieben worden, bei denen ein eingeleitetes Gas dazu neigt, vorzugsweise oder im wesentlichen ausschließlich in die durchlässigsten Schichten einzuströmen. In den US-PSen 3 412 793 und 3 994 345 ist die Verwendung von Dampfschäumen zum Erzielen der Verteile eines Verfahrens beschrieben, bei dem ein Schaum mit einem kondensierbaren Gas dazu dient, die durchlässigsten Schichten einer in hohem Maße geschichteten Lagerstätte zeitweilig zu verstopfen, wobei dafür gesorgt wird, daß der durch den Schaum gebildete Stopfen innerhalb einer bestimmten Zeit zusammenfällt. Diese US-PSen geben keinen Hinweis über die kritische Bedeutung der Zusammensetzung des oberflächenaktiven Mittels, und die einzige Angabe darüber, daß man bei einem Dampfschaumbildungssystem dem Vorhandensein eines nicht kondensierbaren Gases einen beliebigen Wert zuordnen könnte, findet sich in der US-PS 3 412 793 in Spalte 3, Zeilen 35-40, wo gesagt wird, daß "es außerdem möglich wäre, zusätzlich kleine Mengen von nicht kondensierbarem Gas mit dem kondensierbaren Gas zu mischen, um die Standzeit des Schaums zu variieren. Im allgemeinen würde jedoch gemäß der Erfindung allein mit Dampf gearbeitet werden, da Dampf leicht und mit geringem Kostenaufwand verfügbar gemacht werden kann."

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines bekannten Verfahrens zum Gewinnen von Öl mit Hilfe von Dampf, bei dem in einer vergleichsweise ungeschichteten Lagerstätte ein Dampfkanal erzeugt und zur Gewinnung von Öl Dampf durch den Kanal geleitet wird;

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung zur Veranschaulichung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der gleichen Lagerstätte wie der in Fig. 1 dargestellten, wobei jedoch die Darstellung für ein späteres Stadium gilt;

Fig. 3A eine mit Sand gefüllte Vorrichtung zum Untersuchen von Strömungsvorgängen; und

Fig. 3B, 3C und 4 jeweils eine graphische Darstellung der Zeitabhängigkeit des Drucks bzw. der Temperatur von Fluiden, die durch die Vorrichtung nach Fig. 3A geleitet werden.

Laboratoriums- und Praxisversuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben gezeigt, daß bei einer vergleichsweise ungeschichteten Lagerstättenformation erstens ein bestimmtes Dampfschaumbildungsgemisch in einem Dampfkanal, der frei von Öl ist, eine erheblich weitergehende Verringerung der Beweglichkeit herbeiführt als in einem Öl enthaltenden Dampfkanal, daß zweitens nur ein Dampfschaumblldungsgemisch mit einer relativ speziellen Zusammensetzung zu einer bemerkbaren Verringerung der Beweglichkeit in einem Dampfkanal führt, der eine wesentliche Menge eines bestimmten Rohöls enthält, und daß drittens offenbar das Vorhandensein eines wirksamen Anteils eines nicht kondensierbaren Gases erforderlich ist, wenn eine erhebliche Verringerung der Beweglichkeit in einem Dampfkanal erreicht werden soll, der eine erhebliche Menge an Rohöl enthält.

Die bis dahin nicht naheliegende kritische Bedeutung des Vorhandenseins eines nicht kondensierbaren Gases wurde bei einer zufälligen Unterbrechung eines Stickstoffstroms offenbar, der

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einem Dampfschaumbildungsgemisch zugeführt wurde, welches während einer praktischen Erprobung in eine Lagerstätte eingeleitet wurde. Hierbei wurde ein Dampfschaum aus einem Gemisch, das Dampf, ein nicht kondensierbares Gas und ein oberflächenaktives Mittel enthielt, in einen Dampfkanal innerhalb einer Lagerstätte der nachstehend näher bezeichneten Art eingeleitet. Die Zufuhr des Schaums hatte den Zuführungsdruck am unteren Ende des Bohrlochs und damit auch den Druckgradienten in dem Kanal auf etwa 7,7 bar erhöht, und zwar bei der gleichen Geschwindigkeit der Fluidzufuhr, bei welcher Dampf unter einem Druck von 1,75 bar eingeleitet worden war. Als der Stickstoff strom zufällig unterbrochen wurde, ging der Einleitungsdruck am unteren Ende des Bohrlochs innerhalb von zwei Stunden auf etwa 5,25 bar zurück, doch als die Zufuhr von Stickstoff wieder aufgenommen wurde, erhöhte sich der Druck am unteren Ende des Bohrlochs innerhalb von etwa 12 Stunden wieder auf 7,7 bar.

Betriebsversuch I (bekanntes Verfahren)

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Anwendung eines bekannten ÖlgewinnungsVerfahrens bei einem Betriebsversuch, bei dem Dampf als Antriebsmittel in eine vergleichsweise ungeschichtete Lagerstätte eingeleitet wurde, die zähflüssiges Öl enthielt. Die Zeichnung zeigt einen senkrechten Schnitt eines Geländeteils mit einer Größe von 1 km , wobei mit einer Zuführungsbohrung 1 und einer Produktionsbohrung 2 gearbeitet wurde, welch letztere zu fünf Produktionsbohrungen gehörte. Die dargestellte Ölsandschicht 3 hatte eine mittlere effektive Nächtigkeit von etwa 15 m, und das Zuführungsbohrloch 1 wurde bis zu den letzten 5 m des Ölsandes niedergebracht. Bei dem Ölsand handelte es sich um einen nicht verdichteten, sehr feinkörnigen bis grobkörnigen und kieshaltigen Sand, der schlecht bis gut sortiert und relativ tonfrei war. Seine mittlere Porosität betrug 31%, und die Durchlässigkeitswerte nach Darcy lagen zwischen 1 und 10. Das Öl in der Lagerstätte hatte eine AIP-Dichte von 12,8° bei einer Viskosität von 6000 Centipoise bei 32°C. Die Ölsättigung lag am Beginn des Versuchs zum Austreiben von

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Öl mit Hilfe von Dampf bei etwa 65%. Die Lagerstätte liegt in einer Tiefe von etwa 330 m, und ihre Temperatur betrug vor dem Beginn des Einleitens von Dampf etwa 32°C.

Bei diesem Versuch wurde gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeils 4 Dampf durch das Bohrloch 1 in die ölhaltige Lagerstätte eingeleitet, die zwischen dem Deckgebirge 5 und dem Untergebirge 6 liegt. Hierbei bildete sich ein Dampfkanal 7 zwischen dem Zuführungsbohrloch 1 und dem Entnahmebohrloch 2, und durch diesen Kanal strömte der Dampf in Richtung der Pfeile S vom Zuführungs-Bohrloch 1 zum Produktionsbohrloch In Fig. 1 ist die Grenze zwischen dem Dampf und dem Öl durch die gekrümmte Linie 8 bezeichnet. In das vorhandene Öl treten unterhalb der Grenzlinie 8 in Richtung der Pfeile 9 heißes Wasser und kondensierter Dampf ein, so daß das Öl nahe der Begrenzungslinie erwärmt wird. Die Wärmeverluste durch die Abgabe von Wärme an das Deckgebirge 5 sind in Fig. 1 durch die Pfeile 10 angedeutet.

Anfänglich wurde der Lagerstätte Dampf mit einer Qualität von etwa 70% mit einer Durchsatzgeschwindigkeit zugeführt, die zunächst etwa 144 000 l/Tag (entsprechend dem verdampften Wasser) betrug und dann auf etwa 48 000 l/Tag verringert wurde. Die Zufuhr von Dampf erfolgte unter Einhaltung eines Zuführungsdrucks von etwa 7 bis 14 bar am Kopf des Bohrlochs sowie von etwa 1,65 bis 5,25 bar an der Lagerstätte. Das Nichtvorhandensein eines Ölstaus wurde durch das Fehlen eines bemerkbaren Abfalls des Zuführungsdrucks im Zeitpunkt des Dampfdurchbruchs zu den Produktionsbohrungen 2 angezeigt. Während einer dreijährigen Versuchsperiode wurde die Vergrößerung der Dampfzone überwacht, und zwar in erster Linie durch mit Hilfe von Neutronen durchgeführte Messungen und die Aufzeichnung von Temperaturprofilen in Beobachtungsbohrlöchern in der Nähe des Zuführungsbohrlochs 1. Die Meßwerte zeigten eine Gewinnung von öl an, die auf mehrere Faktoren zurückzuführen war, und zwar erstens ein Mitreißen von öl infolge des Druckgradienten & P in der Dampfzone 7, die sich von dem Zuführungsbohrloch zu dem Produktionsbohrloch er-

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streckte, zweitens ein durch die Schwerkraft herbeigeführtes, in Fig. 1 durch den Pfeil G angedeutetes Ablaufen von Kondensat und erwärmte« öl zu den Produktionsbohrungen und drittens eine Vergrößerung der Dampfzone. Am Ende des Versuchs betrug der Druckin der Dampfzone nur noch etwa 0,28 bar. Die Verringerung des Drucks unter der Wirkung des durch die Schwerkraft herbeigeführten AbIaufens aus dem oberen Teil der Lagerstätte zu der Produktionsbohrung beträgt etwa 1,4 bar, und die auf das Ablaufen zurückzuführende Ölproduktion war vermutlich höher als diejenige, welche auf den sehr niedrigen Druckgradienten in der Dampfzone zurückzuführen war. Während der dreijährigen Yersuchsperiode vergrößerte sich die Dampfzone nicht wesentlich.

Betriebs versuch II (Verfahren nach der Erfindung)

Fig. 2 veranschaulicht die Wirkungen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Lagerstätte nach Fig. 1. Bei diesem Versuch wurden die einleitenden Schritte zum Zuführen von Dampf und zum Entnehmen von Fluiden an in waagerechten Abständen verteilten Punkten innerhalb einer vergleichsweise ungeschichteten, zähflüssiges öl enthaltenden Lagerstätte und zum Aufrechterhalten von Zuführungs- und Entnahmegeschwindigkeiten derart, daß ein Dampfdurchbruch zu einer Produktionsbohrung mindestens annähernd bevorsteht und daß die Entstehung des Kanals 7 mit einer relativ hohen Dampfdurchlässigkeit zwischen der Zuführungsbohrung und einer Produktionsbohrung im wesentlichen abgeschlossen wird, unter Anwendung der anfänglichen Arbeitsschritte zum Zuführen von Dampf entsprechend dem Betriebsversuch I durchgeführt. Für jeden Fachmann liegt es auf der Hand, daß man bei einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung das anfängliche Einleiten von Dampf und die Entnahme von Fluiden nur so lange fortsetzen würde, bis der Dampfkanal 7 in der nachstehend beschriebenen Weise entstanden ist. Die Entwicklung des Dampfkanals kann durch entsprechende Messungen nachgewiesen werden und/oder aus der Temperatur oder der Zusammensetzung des entnommenen Fluides oder dergl. erkennbar sein.

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Nachdem der Dampfkanal 7 entstanden war, wurde die Zusammensetzung des gemäß Fig. 2 in Richtung des Pfeils 11 zugeführten Fluides verändert, d.h. anstelle von Dampf wurde ein Gemisch zugeführt, das Dampf mit einer Qualität von etwa 70%, als oberflächenaktives Mittel das Erzeugnis Siponate DS-IO und als Elektrolyt Natriumchlorid in solchen anteiligen Mengen enthielt, daß der flüssige Teil des Dampfes etwa 0,83 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Mittels und 1,1 Gewichtsprozent des Elektrolyts enthielt. Der Dampf wurde in einer Menge von 44 000 l/Tag zugeführt und mit einer Stickstof fmenge von 100 l/min gemischt, und das Gemisch wurde vor dem Einleiten in das Bohrloch 1 in einem nicht dargestellten Schaumgenerator bekannter Art aufgeschäumt.

Im Hinblick auf die Ergebnisse von Laboratoriumsuntersuchungen bezüglich des Verhaltens solcher Gemische in porösen deuten die Ergebnisse des Betriebsversuchs darauf hin, daß das dem Dampfkanal zugeführte und es durchströmende Fluid vermutlich so zur Wirkung kommt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. In der Zone I in der Nähe des Zuführungsbohrlochs 1 wird die Dampfzone 7 mit einem eine geringe Beweglichkeit aufweisenden Gemisch aus Dampf und Gasschaum gefüllt, dessen Druck nahezu dem Zuführungsdruck entspricht. Dieser erhöhte Druck führt zu einer Steigerung des Druckgradienten in dem Kanal, zu einer Erhöhung der Verluste durch die Abgabe von Wärme an die aus Gas bestehende Deckschicht, die in Fig. 2 durch die nach oben gerichteten Pfeile 12 angedeutet sind, und zu einer Beschleunigung der Erwärmung und Verdrängung von öl in dem Dampfkanal und längs seiner Begrenzung in Richtung der Pfeile 13 in Fig. 2 an der Kanalbegrenzungslinie 8, und diese Verdrängung von Öl bewirkt eine Erhöhung der ölproduktionsgeschwindigkeit sowie eine Ausdehnung des Kanals 7, wie es in Fig. 2 mit der gestrichelten Linie 8A angedeutet ist, welche den zukünftigen Verlauf der Begrenzungslinie bezeichnet. In der Nähe des Mittelpunktes der Zone II wird der in der Zone I vorhandene Dampf- und Gasschaum in zunehmendem MaBe in einen eine mittlere Beweglichkeit aufweisenden gasreichen Dampf- und Gasschaum verwandelt, da der Dampf kondensiert und das ober-

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flächenaktive System verdünnt. Der gasreiche Dampf- und Gasschaum hat einen niedrigeren Druck und eine niedrigere Temperatur, so daß sich entsprechend den Pfeilen 14 in Fig. 2 geringere Wärmeverluste an das Deckgebirge 5 ergeben und daß sich die Verdrängung von Öl und die Erweiterung des Kanals 7 verlangsamt. In der Zone III in der Nähe des Produktionsbohrlochs 2 neigt der gasreiche Schaum dazu, sich in einen eine hohe Beweglichkeit aufweisenden dampfhaltigen Gasschaum zu verwandeln, der zusammen mit dem Kondensat des Dampfes und dem mobilisierten warmen Öl in das Produktionsbohrloch 2 eintritt, um dann zur Erdoberfläche gefördert zu werden.

Innerhalb weniger Tage nach dem Beginn der Zufuhr des Dampf* und Gasschaums stieg der Druck am unteren Ende des Zuführungsbohrlochs von etwa 1,75 bar auf etwa 7 bar an, und innerhalb etwa eines Monats nahm der Druck auf etwa 7,7 bar zu. Gleichzeitig erhöhte sich die Ölförderung von etwa 480 auf 1020 1/ Tag. Die Tatsache, daß die Zufuhr des Dampf- und Gasschaums zu einer Vergrößerung des ausgebeuteten Bereichs führte, wurde durch eine Verjüngungswirkung bei einem Produktionsbohrloch in einer Ecke des Bereichs angezeigt, in dem sich die fünf Prodttktionsbohrlöcher befanden. Vor dem Zuführen des Schaums war dieses Bohrloch wegen mangelnder Produktivität geschlossen worden. Die Produktionsmenge war auf etwa 160 1 öl und 160 1 Wasser je Tag und dann bei ausschließlicher Zufuhr von D_ampf praktisch auf Null zurückgegangen. Wenige Monate nach dem Beginn der Zufuhr von Dampf- und Gasschaum stieg die Standhöhe in dem Bohrloch an, und bei der Aufnahme des Pumpbetriebs ergab sich eine Fördermenge von etwa 6700 Liter Flüssigkeit je Tag bei einem ölgehalt von 50%.

Betriebsversuch III (Verfahren nach der Erfindung)

Der einer Behandlung unterzogene Teil der Lagerstätte lag in einer Tiefe von etwa 195 m, die Temperatur betrug 30⁰C, sie hatte eine Mächtigkeit von etwa 135 m, und ihr Neigungswinkel betrug 15°. Die Lagerstätte hatte eine Durchlässigkeit von

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etwa 600 Millidarcy bei einer Porosität von 25%. Das öl der Lagerstätte hatte bei 30⁰C eine Viskosität von etwa 6400 Centipoise und bei 150⁰C eine solche von 11 Centipoise. Innerhalb des behandelten Teils lag eine Ölschicht mit einer Mächtigkeit von etwa 60 a unter einer Gasschicht von ähnlicher Mächtigkeit, die Stickstoff enthielt, welcher mit weniger als etwa 20% öl und kleineren Mengen von Methan und Kohlendioxid gemischt war, wobei der Druck annähernd dem Atmosphärendruck entsprach.

Nachdem dieser Lagerstätte zum Zweck des Aufschließens mehrmals Dampf zugeführt worden war, wurde mit dem Austreiben von öl mit Hilfe von Dampf begonnen; hierbei wurden vier Zuführungsbohrlöcher benutzt, von denen jedes von mehreren Produktionsbohrlöchern umgeben war. Bei einem typischen Bohrlochpaar, zu dem ein Zuführungsbohrloch und ein Produktionsbohrloch gehörten, wurde etwa 70-prozentiger Sattdampf zugeführt, dessen Druck am Bohrlochkopf etwas unter 10,5 bar lag; anfänglich wurde eine Menge von etwa 160 000 l/Tag zugeführt, und diese Menge wurde dann auf etwa 48 000 l/Tag verringert. Nachdem Dampfkanäle entstanden waren, die sich durch die oberhalb der Lagerstätte vorhandene Gasschicht oder die entsättigte Zone zwischen den Bohrlöchern erstreckten, und nach Dampf-Zuführungszeiten von etwa 4 bis 6 Jahren, während welcher die Zuführungsdrücke *n den Mündungen der Zuführungsbohrlöcher auf etwa 8,4 bar zurückgegangen waren, wobei die Produktionsmenge den relativ geringen Mengen entsprach, die durch das Ablaufen des mit Dampf erwärmten Öls unter der Wirkung dir Schwerkraft bestimmt wurden, wobei das öl nur durch die Dampfkanäle strömte und wobei der Druck im wesentlichen dem Atmosphärendruck entsprach, lag der Mittelwert des Verhältnisses zwischen öl und Dampf bei dem Dampfstrom etwas unter 0,4. Anscheinend führte die Zufuhr von Dampf während der ersten Stadien zu einer Erwärmung erheblicher Teile des Öls und des Gesteins der Lagerstätte, während der Dampf in die obere entsättigte Zone bzw. die Gaszone eintrat und längs dieser Zone weiterströmte. Später zeigten die Dampfströmungswege eine

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Neigung zur Sntsättiguag, und sie kamen als den Dampfstrom begrenzende Kanäle zur Wirkung, durch die Dampf unmittelbar in die höher liegende Gaszone eingeleitet wurde, ohne eine tatsächliche Srveiterang des Dampfkanals durch eine Erwärmung des kalten Öls herbeizuführen.

Um festzustellen, ob die für den Betriebsversuch II entwickelte Dampfschaumrezeptur bei dem Betriebsversuch III anwendbar sein würde, wurden vergleichbare Versuche unter Verwendung von Dampfschaum als Treibmittel in Packungen aus Ottawa-Sand durchgeführt, der produziertes Wasser und restliches Rohöl aus den betreffenden Lagerstätten enthielt. Die in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefaßten Ergebnisse zeigen, daß die in beiden Fällen mit Hilfe der betreffenden Dampfschaumrezeptur erzielbaren Ergebnisse vergleichbar sind· In beiden Fällen waren die Beziehungen zwischen den Bestandteilen des Schaumerzeugungsgemisches (Dampf, nicht kondensierbares Gas und ein elektrolythaltiges wäßriges System mit einem oberflächenaktiven Mittel) derart, daft die erzeugten Schäume zu einer erwünschten Steigerung der wirksamen Viskosität des eingeleiteten Fluides führten, ohne daß sich die durchlässige Formation bezüglich irgendeines der Bestandteile des Gemisches verstopfte.

Bei «Ilen Versuchen wurden die nachstehenden Bedingungen eingehalten: Der eingeleitete Dampf hatte einen Sättigungsgrad von 50%; zu dem oberflächenaktiven System gehörten 0,5 Gewichtsprozent Sipomate DS-IO zuzüglich 1 Gewichtsprozent KaCl im der flüssigen Phase des in den Sandstoß eintretendem Schaum«; es wurden Packungen aus Ottawa-Sand verwendet, die stehend angeordnet waren mad ven unten nach oben durchströmt wurden; der Molaateil des Stickstoffs, der im den ia dem Saadste* eintretenden Fluiden enthalten war, betrug 3,3 ζ 10 (bei keastamtem Mengendurchsatz während der Zuführung).

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Tabelle 1
Dampfdurchlässigkeit, Darcy

Versuch Quelle der Kein Öl Bei S (1) Bei Durch-Nr. Lagerstat- vorhan- Schaum im lässig-

tenflüs- den ca. 30 bis Behar- keits-

sigkeiten

45%

rungszu- verringestand rungs-

Faktor (2)

1	Betriebs versuch II	5,0	1,3	0,26	0,20
2	Betriebs versuch II	4.1	0,75	0,12	0,16
Mittelwert		4,6	1,0	0,19	0,18 + 0,02
3	Betriebs versuch III	4,1	0,78	0,23	0,29
4	Betriebs versuch III	4.1	0,98	0,30	0.31
Mittelwert		4,1	0,88	0,27	0,30 + 0.01

(1) S_or - Sättigung mit restlichem öl

(2) Erhalten durch Dividieren der Durchlässigkeit für Dampf bei Schaum im Beharrungszustand durch die Durchlässigkeit fttr Dampf bei Sättigung mit restlichem öl (kein Schaum)

Bei dem Fluid, das bei dem Betriebsversuch III eingeleitet wurde, wmrde dann auf ein schaumbildendes Gemisch übergegangen. Bei jedem Zuführungsbohrloch wurde ein Gemisch aus Dampf mit einem Sättigungsgrad von etwa 70%, dem oberflächenaktiven Mittel Siponate DS-IO und Kochsalz als Elektrolyt in solchen anteiligen Mengen verwendet, daft der flüssige Teil des Dampfes etwa 0,83 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Mittels und 1,1 Gewichtsprozent des Elektrolyts entkielt. Der Dampf wurde in einer Meng· von etwa 528 000 l/Tag je Bohrloch zugeführt. Di· Zufuhr dieses Gemisch·· bewirkt·, da· der Zufükrungsdrmck an der Bohrlochmündung von etwa 8,4 auf etwa 10,3 bar zunahm. Mach einer Zuführung des Gemisch·· während etwa sechs Tagen

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INSPECTED

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wurde de· zugeführten Dampf bei jedem Bohrloch eine Stickstoffmenge von etwa 113 bis 141 l/min zugesetzt. Hierdurch wurde bewirkt, daft die Zuführungsdrücke weiter um 2,2 bar auf einen Mittelwert von 13,4 bar zunahmen. Nach der Zuführung des Stickstoff enthaltenden Gemisches während etwa fünf Tagen wurde als nicht kondensierbares Gas anstelle von Stickstoff Erdgas verwendet, das im wesentlichen aus Methan bestand. Dies führte im wesentlichen zu keiner bemerkbaren Veränderung der wirksamen Viskosität des zugeführten Fluides.

Gegebenenfalls kann man abwechselnd ein Gemisch aus Dampfscbaum bildenden Bestandteilen und ein Gemisch aus Dampf und nicht kondensierbarem Gas zuführen. Die Zufuhr eines Gemisches aus Dampf und Gas führt zu einer Desorption des oberflächenaktiven Mittels von der Oberfläche des Gesteins und daher zur Aufrechterhaltung eines erheblichen, jedoch abnehmenden Anteils der wirksamen Viskosität des Dampfschaums. Nachdem der Zuführungsdruck in einem erheblichen Ausmaß abgenommen hat, kann man anstelle des zugeführten Fluides ein Gemisch aus Dampf, einem nicht kondensierbaren Gas und einem oberflächenaktiven Mittel zuführen, und ein solcher Wechsel kann wiederholt werden.

Laboratoriumsversuche

Es wurden zahlreiche Tersuche durchgeführt, bei denen gewöhnlich Sandpackungen mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 30 cm verwendet wurden. Diese Sandpackungen, von denen eine in Fig. 3A dargestellt und mit 15 bezeichnet ist, waren gewöhnlich stehend angeordnet, und das Fluid wurde dem unteren Ende der Packung zugeführt. Die Drücke P^ und P_ß sowie die Temperaturen T. und T„ am Einlaß und in der Nähe des Auslasses der Packung wurden überwacht. Die Berechnung der Durchlässigkeitswerte beruhen auf den Werten des Druckabfalls zwischen inneren Drvckanzapfungspunkten.

Bei Versuchen mit Dampfschaum als Treibmittel in Gegenwart von ölen aus Lagerstätten wurden die Sandpaekaagen mit einem

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zähflüssigen Rohöl überflutet, das eine Temperatur von etwa 100⁰C hatte, um eine ölsättigung von etwa 77%, bezogen auf das Porenvolumen, hervorzurufen. Dann wurden die Sandpackungen mit heißem Wasser durchgespült, dessen Menge gewöhnlich etwa dem 9,4-fachen des Porenvolumens entsprach, um die ölsättigung bis auf einen Restwert von etwa 64% zu verringern. Nach dem Hindurchleiten von heiftem Wasser wurde NaÜdampf verwendet, und zwar bei einer etwa dem 8,5-fachen des Porenvolumens entsprechenden Wassermenge, die in 50-prozentigen Sattdampf verwandelt wurde; hierdurch wurde die ölsättigung auf einen Wert im Bereich von 30 bis 50% herabgesetzt. Bei diesen Ölsättigungswerten war es immer noch Möglich, mit Hilfe von Dampf öl zu produzieren, jedoch nur in Form eines sehr kleinen Anteils der insgesamt produzierten Flüssigkeit.

Wirkung des gelösten Elektrolyts

Die nachstehende Tabelle II zeigt die Ergebnisse von Vergleichsversuchen mit im übrigen ähnlichen schaumbildenden Gemischen aus Dampf und einem nicht kondensierbaren Gas, bei denen gegebenenfalls ein wirksamer Anteil des Elektrolyts in der flüssigen Phase des Dampfes vorhanden war. Die Versuche wurden an Packungen aus Ottawa-Sand durchgeführt, die Kern-River-Öl enthielten, wobei der restliche Sättigungsgrad S_QJ. etwa 30% des Porenvolumens entsprach. Es wurde Originalwasser aus dem Kern River verwendet, um die Sandpackungen zu befeuchten. Diese Versuche zeigen, daft eine stärkere Verringerung der Durchlässigkeit erzielt wird, wenn der Elektrolyt vorhanden ist.

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Tabelle 2

Wirkung der Beigabe von NaCl auf die effektive Durchlässigkeitsverringerung bei Schaum aus Dampf und nicht kondensierbarem Gas bei Ottawa-Sand-Packungen

Dampfdurchlässigkeit, Darcy

Versuch Nr.	Zusammensetzung der Lö sung mit oberflächen aktivem Mittel	bei Ausgangs wert	Sor ca·	30% Mit Schaum
1.1	1% Sip.DS-10, 0,5% NaCl in H2O	5,6	1,1	0,047
1.2	1% Sip.DS-IO, 0,5% NaCl in H2O	4,4	1,5	0,007
1.3	1% Sip.DS-IO in H9O (ohne NaCl) *	4,6	1,5	0,16
1.4	1% Sip.DS-IO in H0O	3,8	0,74	0,10

p
(ohne NaCl)

* Die Angabe "Sip. DS-IO" gilt für das Warenzeichen "Siponate DS-10"j hierbei handelt es sich um technisches Natriumdodecylbenzolsulphonat, das von der American Alcolac Company auf den Markt gebracht vird.

Wirkung von öl in dem dampfdurchlässigen Kanal

Es wurden Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen im übrigen gleichwertige Dampfschäume in Verbindung mit Sandpackungen verwendet wurden, die mit Resto1 gesättigt waren bzw. kein Restöl enthielten. Es wurden Packungen aus Ottawa-Sand verwendet, und in einem Fall enthielt die Packung eine 30% des Porenvolumens entsprechende Menge an Kern-River-Sohöl. Der Dampfschaum enthielt 2% Siponate DS-IO und 1% MaCl in der flüssigen Phase von 50-prozentigem Sattdampf in Mischung mit Stickstoff bei einem Volumenverhältnis zwischen Stickstoff und Dampf von 0,005. Wenn öl vorhanden war, zeigten die zur Überwachung dienenden Druckwandler größere Schwankungen als bei der Abwesenheit von öl. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daft nicht kondensierbares Gas, Wasserdampf, Wasser in flüssiger Form und öl bei den ölhaltigen Sandpackungen in diese eintraten, sie durchströmten und/oder um ein komplexes Schaumnetzwerk in den Sandpackungen herumströmten. Wenn eich

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die Drücke stabilisiert hatten, wurde jedoch festgestellt, daß die wirksame Durchlässigkeit für Dampf in Gegenwart des Rohöls um den Faktor 0,008 herabgesetzt worden war; zum Vergleich sei erwähnt, daß beim Fehlen von Öl der entsprechende Faktor als Mittelwert von vier Versuchen 0,002+0,005 betrug.

Ss ist somit ersichtlich, daß das Vorhandensein von Lagerstättenöl in einem bemerkbaren, jedoch relativ bescheidenen Ausmaß zu einer Begrenzung der Verringerung der Durchlässigkeit bei den erfindungsgemäßen Schaumbildungsgemischen führt. Jedoch ergibt sich beim Vorhandensein von Öl ein wichtiger Unterschied. Wenn der Dampfkanal im wesentlichen ölfrei ist, geht die Aufnahmefähigkeit für das nicht kondensierbare Gas verloren, und zwar kurz nach der Entstehung einer Schaumbank in dem Kanal. Wenn eine bemerkbare Ölmenge vorhanden ist, tritt ein solcher Verlust an Aufnahmefähigkeit für das nicht kondensierbare Gas nicht ein.

Der Verlust an Aufnahmefähigkeit für das nicht kondensierbare Gas, der auftritt, wenn der dampfdurchlässige Kanal ölfrei ist, wird durch Versuchsergebnisse bestätigt, wie sie in Fig. 3B und 3C dargestellt sind. Ein Gemisch zum Erzeugen von Dampfschaum wurde durch eine ölfreie Sandpackung 15 nach Fig. 3A geleitet, die stehend angeordnet und mit Einrichtungen zum Messen der Innendrücke P., P_ß und der Temperaturen T. und Tg versehen war. Dieser Sandpackung wurde etwa 56-prozentiger Sattdampf zugeführt. Die anfängliche Dampfdurchlässigkeit auf der Basis der Differenz zwiit'Iien P. und P_ß betrug 4,2 Darcy. Gemäß Fig, 3B utid IiC wurdr jeweils im /«itpunkt 0 ein üemisch aus 2 Gewichts tax I en Sip->im te Λϊ-10 auf 1 Gewiehtsteii "Heodol 25-3S¹* in .-Lnot· Mer^t- v-j-r, 2,3 ml/min mittel.» eine? Ver~

i* u-1 f.-;.- Γ.·...:-^ }iixAi}is Ci-ösffl s>iiiiiölöi? &t üer

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regelt wurde, daß der Förderdruck manuell bis auf etwa 14 bar eingestellt wurde, um eine anfängliche Geschwindigkeit der Stickstoffzufuhr von 11 ml/min zu gewährleisten; hierbei ergab sich ein anfängliches Volumenverhältnis zwischen den Stickstoff und de» Dampf von 0,006. Nachdem etwa die maximale Schaumentwicklung in der Sandpackung stattgefunden hatte, betrug die Dampfdurchlässigkeit der Sandpackung etwa 0,028 Darcy.

Im wesentlichen sofort nach dem Beginn der Entwicklung einer kräftigen Schaumbank nahm die Durchlässigkeit für das nicht kondensierbare Gas ab, und zwar auf eine Weise, die allgemein typisch für die Verstopfungswirkung gegenüber Gasströmen bei Schäumen ist, die in durchlässigen Medien erzeugt werden, wobei die gesamte Gasphase nicht kondensierbar ist. In Abhängigkeit von der verringerten wirksamen Durchlässigkeit für den Stickstoff wurde der Zuführungsdruck bis auf den Höchstwert von 14 bar gesteigert, der bei der Prüfvorrichtung für gefahrlos gehalten wurde. In dem Zeitpunkt t., nach Fig. 3B konnte die konstante Zufuhr von Stickstoff nicht mehr aufrechterhalten werden, und die Einströmgeschwindigkeit des Stickstoffs ging bald im Zeitpunkt t₂ auf Null zurück. Nach diesem Zeitpunkt wurde nur noch das wäßrige oberflächenaktive Mittel zugeführt, und das Fortschreiten der Schaumbank vollzog sich weiter unter Verwendung des in der Sandpackung schon vorhandenen nicht kondensierbaren Gases. Kurz nach der Beendigung der Zufuhr des oberflächenaktiven Mittels im Zeitpunkt t,,_> nach dem nur noch Dampf zugeführt wurde, ging gemäß Fig. 3Λ der Druck an beiden Punkten A und B schnell zurück. Für jeden Fachmann liegt β> auf der Hand, daß der früher und vollständiger eintretende hi uckverlus t nahe dem Auslaß an dem Puiiki h ifccliglicft auf ui:: t>cau: ziiug einer solchen Prüfvorrich-,.,!n·,: ..· '.,t r .., η /u riil'iv -,__{: it} i-, .:..,i .n.'i tr üi-tit mi¹ das Betriebsver-. ■ , .,·■■■; ■■: . '. !..lu" , »ti, . tipräsenta ti ν ist.

.. ■ , . ..;.;.·! .ι. ra tür an Jd u

ι- ■ >■ ι ti, 'JA ■> ι 11 eine in

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in Übereinstimmung mit den Druckveränderungen.

Das deutlich andersartige Verhalten bezüglich der Aufnahmefähigkeit für das nicht kondensierbare Gas, das zu beobachten ist, wenn der Dampfkanal bzw. die Sandpackung eine bemerkbare Ölmenge enthält, wird durch Versuchsergebnisse der in Fig. 4 dargestellten Art bestätigt. Zur Gewinnung dieser Versuchsergebnisse wurde die gleiche Vorrichtung verwendet wie bei den anhand von Fig. 3B und 3C beschriebenen Versuchen, und abgesehen von den nachstehend genannten änderungen waren die Bedingungen die gleichen. Die Sandpackung enthielt Wasser und Rohöl aus dem Kern-River-Feld, wobei nach dem Hindurchleiten von Dampf noch eine restliche Ölmenge vorhanden war* Als schaumbildendes System mit einem oberflächenaktiven Mittel wurde eine wäßrige Lösung verwendet, die 2% Siponate DS-IO und 1% Natriumchlorid enthielt. Weitere Versuche haben gezeigt, daß dieses System im wesentlichen dem System mit Siponate DS-Neodol gleichwertig ist, bei dem die Ergebnisse nach Fig. 3B und 3C erhalten wurden, soweit seine Wirkung auf die Aufnahmefähigkeit für Dampf in dampfdurchlässigen Kanälen in Gegenwart von Öl bzw. beim Fehlen von Öl in Frage kommt.

Gemäß Fig. 4 wurde die Zufuhr von Stickstoff im Zeitpunkt t^ aufgenommen, d.h. etwa 23 min nach dem Nullpunkt auf der Zeitachse t. Die Zufuhr von Stickstoff führte zu einer schnellen und erheblichen Zunahme der Drücke an den Punkten A und B nahe dem Einlaß bzw. dem Auslaß der Sandpackung. Nachdem mit der ausschließlichen Zufuhr von Dampf begonnen worden war, ging der Druck an den Punkten A und B rasch zurück, doch selbst nach insgesamt 330 min zeigt es sich, daß in dem Dampfkanal ein Druckgradient vorhanden war, der erheblich höher war als am Beginn der Zufuhr des Gemisches zum Erzeugen von Dampfschaum.

Wirkung der Zusammensetzung des oberflächenaktiven Systems

Wie erwähnt, zeigte es sich, daß ein Siponate enthaltendes wäßriges Schaumbildungssystem beim Vorhandensein oder Fehlen

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von Kern-River-Rohöl im wesentlichen die gleiche Wirkung hervorrief, wenn als Elektrolyt entweder Natriumchlorid oder Neodol 25-3S verwendet wurde. Im allgemeinen ist es jedoch erforderlich, die Zusammensetzung eines bestimmten Schaumbildungssystems mit einem oberflächenaktiven Mittel bezüglich seiner Wechselwirkung mit dem öl zu beurteilen, das bei der zu behandelnden Lagerstätte in dem Dampfkanal anzutreffen ist. Eine solche Beurteilung läßt sich mit Hilfe bekannter Verfahren durchführen und/oder mittels einfacher Laboratoriumsversuche an durch Sandpackungen hindurchgeleitetem Dampf oder Dampfschaum durchführen.

Die nachstehende Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Prüfung der Eigenschaften zahlreicher wäftriger oberflächenaktiver Systeme bezüglich der Erzeugung von Dampfschaum in Gegenwart von Kern-River-Rohöl. Bezüglich der geprüften oberflächenaktiven Mittel ist bekannt, daft sie unter anderen Bedingungen gewöhnlich zu einer Schaumbildung führen. Die Versuche wurden in der beschriebenen Weise mit 50-prozentigem Sattdampf durchgeführt, der mit einer solchen Stickstoffmenge gemischt wurde, daft der Molanteil bei dem in die Sandpackung eintretenden Fluid 0,003 betrug.

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Tabelle 3

Vers. Verwendetes oberflä-Nr. chenaktives Mittel

Dampfdurchlässigkeit, Darcy

Sirspr

sor

% g
und 2% NaCl

0,88% Na-Ligninsulphonat und 0,12% Siponate DS-IO sowie 1% NaCl

1% Ammoniumligninsulphonat

1% Ammoniumligninsulphonat und 1% CaCl₂ 1% Na-Ligninsulphonat und 1% CaCl₂

0,50% Ultravet*DS

0,55% ültrawet* K und 1% NaCl

0,83% Petroleumsulphonat (TRS-12B), 2,3% NaCl

0,42% Petroleumsulphonat, 0,25% Siponate DS-IO, 2,3% NaCl

* Warenzeichen

4,0

Sch

0,64 0,65

1	0,5% Siponate DS-IO,	4,1	0,75	0,12	0,16
	1% NaCl
2	1% Na-Ligninsulphonat	4,2	0,55	0,68	0,81
3	1% Na-Ligninsulphonat	4,0	0,89	1,01	0,88

1,02

3,8	0,93	0,74	0,79
3,8	0,72	0,71	0,99
4,4	0,90	1,11	1,23
4,3	0,73	0,72	0,99
4,6	1,3	0,8	0,62
4,4	0,83	0,42	0,51
4,2	0,73	0,66	0,90

Das bei dem Versuch 9 nach der vorstehenden Tabelle verwendete oberflächenaktive Mittel ist ein synthetisches Erzeugnis der ARCO Chemical Company, das allgemein dem Siponate DS-IO ähnelt. Das bei dem Versuch 8 verwendete oberflächenaktive Mittel ist ein synthetisches Sulionat, das ebenfalls von der ARCO Chemical Company auf den Markt gebracht wird und an seinem Benzolring eine kürzere Seitenkette aufweist als Siponate DS-IO.

Die relative Wirksamkeit der oberflächenaktiven Systeme nach der Tabelle 3 wird erkennbar, wenn man die Durchlässigkeit für Dampf bei der restlichen ölsättigung (k_sor) »it der Dampf -

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durchlässigkeit in der Gegenwart von Schaum (fc_gcn) vergleicht. Das bei dem Versuch 1 verwendete oberflächenaktive System mit Siponate und Natriumchlorid erwies sich als besonders wirksam. Bei diesem System verringerte sich die Durchlässigkeit für Dampf auf etwa ein Drittel des Wertes, der bei dem System erzielt wurde, welches dem genannten System bezüglich seiner Wirksamkeit am nächsten benachbart war; hierbei handelte es sich um das bei dem Versuch 10 verwendete Petroleum-Sulfonat-Natriumchlorid-System.

Die ausschlaggebende Bedeutung der Beziehung zwischen der ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden schaumbildenden Masse und dem Rohöl in der Lagerstätte im Hinblick auf die Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades wird aus einem Vergleich der Versuche 1, 10 und 11 ersichtlich. Bei dem Versuch 11 wurde als oberflächenaktives Mittel ein Gemisch aus dem bei dem Versuch 10 verwendeten Petroleumsulfonat und dem bei dem Versuch 1 verwendeten Siponate verwendet, dem Natriumchlorid beigemischt war. Bei dem Versuch Il ergab sich eine Dampfdurchlässigkeit, die nahezu dem Sechsfachen des bei dem Versuch 1 erzielten Wertes entsprach, bei welch letzterem nur Siponate und Natriumchlorid verwendet wurden.

Es ist ersichtlich, dafl ein oberflächenaktives Petroleumsulf onatsystern, wie es bei dem Versuch 10 verwendet wurde, einen dampfhaltigen Gasschaum liefert, bei dem es sich um das Fluid handelt, das entsteht, wenn die Dampfkomponente des Dampfschaums kondensiert worden ist, wie es in Fig. 2 für die Zone III gilt, der ein relativ wirksames, zur Verdrängung von öl geeignetes wäfiriges oberflächenaktives System bildet. Nach der Verdrängung von öl mit Hilfe eines brauchbaren Dampfschaumsystems, z.B. des Systems des Beispiels 1, verbleibt in der Sandpackung gewöhnlich öl entsprechend einer Sättigung, die im Bereich von 12 bis 15% liegt. Bei dem Versuch 10 jedoch ergab sich bei der Verwendung des oberflächenaktiven Systems ein restlicher ölsättigungsgrad, der nur 5% betrug. Somit ist ersichtlich, dsA es mindestens unter bestimmten Umständen

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zweckmäßig sein kann, nach dem Einleiten einer gewissen Menge eines Gemisches mit einem sehr wirksamen und möglicherweise relativ teuren oberflächenaktiven, einen Dampfschaum bildenden System, z.B. des bei dem Versuch 1 verwendeten, eine gewisse Menge eines billigeren und möglicherweise weniger wirksamen Dampfschaumsystems zuzuführen, das die Beweglichkeit verringert und das bezüglich der Verdrängung von öl wirksamer ist, wie es z.B. bei dem System des Versuchs 10 der Fall ist. Ferner kann es zweckmäßig sein, abwechselnd bestimmte Mengen eines zum Verdrängen von Öl geeigneten Systems, z.B. entsprechend dem Versuch 10, und bestimmte Mengen zuzuführen, die nur aus Dampf und Gas bestehen. In solchen Fällen besteht die Möglichkeit, daß eine maximale ölmenge gewonnen wird und daß gleichzeitig die Kosten für die Chemikalien auf ein Minimum gesenkt werden.

Wirkung der Menge des oberflächenaktiven Mittels

Es wurden Vergleichsversuche mit Dampfschaumbildungssystemen durchgeführt, die sich bezüglich des Gehalts an dem oberflächenaktiven Mittel unterschieden. Hierbei wurde die Konzentration des Siponate DS-10 von 2 ,Gewichtsprozent bis auf 0,12 Gewichtsprozent herabgesetzt, während die Natriumchloridkonzentration von 1 Gewichtsprozent des flüssigen Teils des Dampfschaums beibehalten wurde. Typische Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle 4 zusammengestellt. Bei jedem Versuch wurde die effektive Durchlässigkeit für Dampf mehrmals gemessen. Zu den Meßwerten gehört auch die anfängliche Dampfdurchlässigkeit beim Nichtvorhandensein von Öl. Die Dampfdurchlässigkeit nach dem Einstellen der restlichen Sättigung mit Kern-River-Rohöl ist in der dritten Zahlenspalte der Tabelle 4 angegeben. Die Dampfdurchlässigkeit während des Zuführens von Dampf-Gas-Schaum unter Bedingungen, die so stabil waren, wie es sich bei dem betreffenden Versuch erreichen ließ, ist in der vierten Zahlenspalte der Tabelle 4 aufgeführt. Die Dampfdurchlässigkeit nach der Beendigung der Zufuhr von Schaum und nach dem Zuführen einer Dampfmenge, die einem Mehrhundertfachen des Porenvolumens entsprach, so daß

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der Schaum »ehr oder weniger ausgewaschen worden war, während

der Wert von S bei etwa 12 bis 15% verblieb, ist in der Ie tz- or

ten Zahlenspalte der Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Wirkung der Konzentration des oberflächenaktiven Mittels bei Verdrängungsversuchen mit Schaum aus Dampf und nicht kondensierbarem Gas bei Ottawa-Sand-Packungen mit Restgehalt an Kern-River-Rohöl

Konzentration von Siponate DS-10 im flüssigen Teil des in den Sand eintretenden Schaums, %

2,0

1,0

0,5

0,25

0,12

Dampfdurchlässigkeit, Darcy

Ohne öl	Bei S ca.30-55%	Im Schaum ca.l22i5«	Nach Wieder hers t.
5,0	1,3	0,03	0,3
4,3	0,5	0,12	Ο,β
4,0	0,6	0,07	0,4
5,3	1,0	0,13	0,8
5,1	1,2	0,18	0,7

Adsorptionseigenschaftea von Siponate

Versuche zur Ermittlung des Verlustes von Siponate OS-10 as Adsorptionsvermugen bei Gestein aus der Kern-River-Lageretätte wurden bei Temperaturen durchgeführt, die im Bereich zwischen etwa der Raumtemperatur und der Dampftemperätur bei Atmosphärendruck lagen. Meftwerte für das Adsorptioasvermögen vom Siponate wurden für 1-prozentiges wäBriges Natriumchlorid bei 30°, 50° und 100⁰C ermittelt. Hierbei nahm das Ausaaft der Adsorption von hohen Werten bei Raumtemperatur auf niedrige Werte bei der Dampftemperatur ab. Die Tatsache, da» eine Abnahme mit der Temperatur über den gesamten Temperaturbereich auftrat, dürft· anzeigen, daft es sich um eine physikalische Adsorption handelt, die reversibel ist. Dieses Adsorptionsverhalten des oberflächenaktiven Mittels kann dazu beitragen, daft die Wirkung des erfiadungsgemäften Dampf-Gas-Schaums bezüglich der Verringerung der Beweglichkeit aufrechterhalten wird. Ein weiterer Faktor, der zu der Dauerhaftigkeit dieser Wirkungen beitragen kann, könnte darin bestehen, daft sich «la

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Teil des oberflächenaktiven Mittels, der sich in dem restlichen Rohöl gelöst hat, bei zunehmender Temperatur wieder von dem Rohöl trennt und wieder in die wäßrige Phase übertritt.

Wirkungen des DampfSättigungsgrades

Weiterhin wurden die Wirkungen des Dampfsättigungsgrades bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Schaumbildungssysteme zum Gewinnen von öl untersucht. Hierbei wurden jeweils Doppelversuche unter Verwendung von Dampf mit einem Sättigungsgrad von etwa 20% mit den Ergebnissen von im Übrigen gleichartigen Doppelversuchen verglichen, bei denen der Sättigungsgrad des Dampfes 50% betrug. Nähere Einzelheiten und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 5 zusammengestellt. Die Ergebnisse zeigen, daß ein Sättigungsgrad des Dampfes von 20% im Vergleich zu einem Sättigungsgrad von 50% zu einer weiteren Verringerung der Dampfbeweglichkeit führt. Hierzu trägt möglicherweise die Tatsache bei, daß bei dem niedrigeren Sättigungsgrad die Menge des je Einheit des Porenvolumens vorhandenen oberflächenaktiven Mittels größer ist als bei dem höheren Sättigungsgrad. Das oberflächenaktive Mittel ist in der flüssigen Phase des Schaums enthalten, und bei dem niedrigeren Sättigungsgrad ist der Schaum feuchter, so daß in dem porösen Medium mehr Flüssigkeit vorhanden 1st.

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Tabelle 5

Wirkung der Dampfqualität auf die Verringerung der Beweglichkeit des Dampfes bei Verdrängungsversuchen Hit Schaum aus Dampf und nicht kondensierbare* Gas (1)

Dampfdurchlässigkeit. Darcy

Versuch Nr.	Qualität des zuge führten Dampfes	19	Ohne Öl	bei Sor ca. 30-45$	bei Schaum im Behar rungs zustand	Durchläs- sigkeits- Verringe- rungs- Faktor (2)
3.1	51		5,0	1,3	0,26	0,20
3.2	48	Hittelwert 18	4.1	0,75	0.12	0,16
Mittelwert 50	4,6	1,0	0,19	0,18 +0,02
3.3	4,4	0,43	0,010	0,023
3.4	3.9	0,47	0,009	P. 019
4,2	0,45	0,010	0,021 +0,002

(1) Die Versuche der beiden Sitze wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Das oberflächenaktive System enthielt 0,5 Gewichtsprozent Siponate DS-IO und 1 Gewichtsprozent NaCl in der flüssigen Phase des in den Sandstoß eintretenden Schaums; die Sandpackung aus Ottawa-Sand war stehend angeordnet, und der Dampf wurde von unten nach oben hindurchgeleitet; der Molanteil des Stickstoffe in den dem

-3 Sand zugeführten Fluiden betrug 3,3 χ 10 (bei konstanter

Durchsatzgeschwindigkeit)·

(2) Erhalten durch Dividieren der Dampfdurchlässigkeit bei im Beharrungszustand befindlichem Schaum durch die Dampfdurchlässigkeit bei der restlichen ölsättigung (ohne Schaum).

Wirkungen der Menge des nicht kondensierbaren Gases

Xs wurden Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen in einem Fall das nicht kondensierbare Gas zusammen mit dem NaAdampf unter Einhaltung einer konstanten Raummenge zugeführt wurde, während im anderen Fall eine konstante Masse je Zeiteinheit

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zugeführt wurde. Da in beiden Fällen mit der gleichen anfänglichen Geschwindigkeit der Zufuhr des nicht kondensierbaren Gases gearbeitet wurde, ist hieraus ersichtlich, ob der Molanteil des nicht kondensierbaren Gases bei dem Schaumsystem in einem bemerkbaren Ausmaß verringert werden kann, ohne daß seine Fähigkeit, die Beweglichkeit des Dampfes herabzusetzen, beeinträchtigt wird. Bei den Versuchen wurden die anfänglichen Werte der Durchlässigkeit, der Porosität usw. möglichst auf der gleichen Höhe gehalten. Das oberflächenaktive System enthielt 0,5 Gewichtsprozent Siponate DS-IO und 1,0 Gewichtsprozent Natriumchlorid im flüssigen Teil des 50-prozentigen Sattdampfes. Bei den Versuchen wurde Ottawa-Sand verwendet, der eine Restmenge an Kern-River-Rohöl enthielt. Die jeweilige Zufuhr eines konstanten Volumens je Zeiteinheit beim Beharrungszustand ergab einen Schaum, bei dem der Molanteil des Stickstoffs bei den in die Sandphase eintretenden Fluiden

—3
17 χ 10 betrug. Bei der Zufuhr einer konstanten Masse je

—3

Zeiteinheit betrug der Molanteil 3,3 χ 10 oder nur ein Fünftel der Menge des nicht kondensierbaren Gases. Die Durchlässig« keitsverringerungsfaktoren, d.h. die Dampfdurchlässigkeit mit Schaum geteilt durch die Dampfdurchlässigkeit bei S_Qr ohne Schaum mal 100, betrugen etwa 12% bzw. etwa 18%. Dies zeigt, daß kräftigere Schäume entstehen, wenn der Anteil des nicht kondensierbaren Gases höher ist.

Zur Verwendung geeignete Bestandteile

Allgemein gesprochen, kann man gemäß der Erfindung als oberflächenaktives Mittel im wesentlichen jedes anionische Mittel verwenden, bei dem die Schaumbildungs- und Adsorptionseigenschaften mindestens im wesentlichen denjenigen von Natriumdodecylbenzolsulfonat gleichwertig sind, soweit die Entstehung eines kräftigen Schaums in Frage kommt und die Adsorption bei Lagerstättengestein nur relativ geringfügig verändert wird, wobei diese Veränderung reversibel ist. Bei dem verwendeten oberflächenaktiven Mittel kann es sich zweckmäßig um ein oder mehrere Sulfonate handeln, bzw· es können in dem Mittel Sulfonate enthalten sein, die aus denjenigen gewählt sind, welche

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in d«r US-FS 3 348 611 beschrieben sind, wo Gemische aus vorzugsweise öllöslichen und vorzugsweise wasserlöslichen Alkylarylsulfonaten behandelt sind; zusatzlich oder alternativ kann «an die in der US-PS 3 508 612 genannten Stoffe verwenden, bei denen es sich um Gemisch organischer Sulfonate und sulfatierter oxyalkylierter Alkohole handelt.

Bei einem erfindungsgemäüen oberflächenaktiven System soll der Ilektrolytgehalt ausreichen, um die Fälligkeiten des oberflächenaktiven Systems zur Bildung von Schaum und zur Senkung der Spannung an der Trennfläche zu steigern. Bekanntlich kann es sich bei einem Teil des Elektrolyts oder bei der gesamten Menge innerhalb eines solchen Systems um ein anorganisches Salz, z.B. Natriumchlorid, handeln; zusätzlich oder alternativ kann ein in relativ hohem Hafte wasserlösliches und polares oberflächenaktives Material vorhanden sein, z.B. ein zur oberflächenaktiven Wirkung beitragendes wasserlösliches alkoxyliertes Alkoholsulfat. Im letzteren Fall kann ein wasserlösliches polares oberflächenaktives Mittel, z.B. Keodol 25-3S, die doppelte Aufgabe erfüllen, sowohl die Schaumbildung hervorzurufe» als auch den Gehalt der wäßrigen Flüssigkeit an gelöstem llektrelyt m* erhöhen. Im allgemeinen soll die Zusammensetzung und 41· Kemsestration de· Elektrolyt« derart sein, dal das oberflächenaktive iyete» bertglich der Schaumbildung «ad «er Senkung der Spannung an der Trennfläche eine Aktivität besitzt, die mindestens im wesentlichen derjenigen gleichwertig ist, welche sich bei einem Natriumdodecylbenzolsulfonatsystem ergibt, das etwa 0,1 bis 5% Natriumchlorid enthält.

Bei dem zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Dampf kann es sich im wesentlichen um einen beliebigen trockenen, nassen, überhitzten oder nur wenig gesättigten Dampf handeln, bei dem das Kondensat und/oder die flüssigen Bestandteile mit den Schaumerzeugungseigenschaften des oberflächenaktiven Schaumbildungssystems kompatibel sind oder diese Eigenschaften nicht beeinträchtigen. Wird ein nasser Dampf oder ein geringwertiger Dampf verwendet, d.h. ein Naßdampf,

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bei dem die flüssige Phase «ine weich·, salzhaltig· wäßrig« Flüssigkeit ist, beträgt die Qualität des zugeführt·« Dampfes (trockener Dampf in Gewichtsprozent in Mischung mit der wäßrigen Flüssigkeit) vorzugsweise mindestens etwa 10%.

Im allgemeinen kann es sich bei d«m nicht kondensierbaren Gas, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, im wesentlichen um jedes Gas handeln, das bei der Temperatur und dem Druck des Dampf-Gas-Schaums nur geringfügig oder überhaupt nicht kondensiert, und/oder um einen ein· hohe Beweglichkeit aufweisenden Dampf, der Gasschaum enthält und gemäß der Erfindung durch eine unterirdische Lagerstätte geleitet wird, wobei das Gas chemisch im wesentlichen neutral und mit dem oberflächenaktiven Schaumbildungsmittel und den übrigen Bestandteilen des Dampfschaumsystems kompatibel ist. Bei diesem Gas handelt es sich vorzugsweise um Stickstoff, doch können auch andere Gase oder Gemische daraus verwendet werden, z.B. Luft, Äthan, Methan, Rauchgas und Heizgas.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Dampf vorzugsweise an der Erdoberfläche erzeugt. Er kann praktisch mit Hilfe jeder beliebigen bekannten Vorrichtung und nach jedem bekannten Verfahren erzeugt werden. Ein Strom des in das Bohrloch einzuleitenden Dampfes wird vorzugsweise an der Erdoberfläche mit den gewählten Mengen der wäßrigen Elektrolytlösung und/oder des wäßrigen oberflächenaktiven Schaumbildungsmittels sowie des nicht kondensierbaren Gases gemischt. Venn die Bildung und Erweiterung des Dampfkanals abgeschlossen ist und wenn auf die Zufuhr eines Dampfschaumbildungsgemisches übergegangen werden soll, wählt man die Dampfqualität und die Konzentration der Elektrolytlösung und der Lösung des oberflächenaktiven Mittels vorzugsweise so, daß der Anteil tier väärigeu Flüssigkeit, die mit dem dem Bohrloch zügeführten Daapi gö»,3Ciit wird, einem Dampf gleichwertig ist, dessen Qualität et¥& ICf bis 90% beträgt und vorzugsweise zwischen etwa 30% und 80% liegt. Die Gewichtsanteile des in der wäßrigen Flüssigkeit gelösten oder dispergierten

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oberflächenaktiven Mittels können zwischen etwa 0,1 und 5,0 und vorzugsweise zwischen etwa 0,2 und 1,0 Gewichtsprozent liegen, währ·»* der Gewichtsanteil des in der Flüssigkeit gelösten Elektrolyts etwa 0,1 bis 5,0 und vorzugsweise etwa 0,2 bis 2,0 Gewichtsprozent betragen kann. Die Menge des in de» Gemisch enthaltenen nicht kondensierbaren Gases kann eine· Molanteil des Fluides von etwa 0,0003 bis 0,3 entsprechen. Insbesondere während der anfänglichen Stadien kann der zugeführte Dampf mit dem nicht kondensierbaren Gas und dem oberflächenaktiven System vor der Eintrittsseite einer Mischund/oder Schaumbildungsvorrichtung gemischt werden, so daß das Fluid dem Bohrloch in Form eines Dampf-Gas-Schaums zugeführt wird. Zu diesem Zweck werden Vorrichtungen und Verfahren von im wesentlichen bekannter Art angewendet.

Beim Abstimmen der Zusammensetzung des Dampfschaumbildungsgemisches auf die Eigenschaften des Gesteins und des in der Lagerstätte vorhandenen Fluides ist es erforderlich, erstens die Beweglichkeit des Dampfes in dem Dampfkanal zu berücksichtigen, die vorhanden ist, wenn die Ölsättigung in dem Kanal ihren Restwert nahezu oder vollständig erreicht hat, und zweitens den Druckgradienten, der erforderlich ist, um ein bestimmtes Dampfschaumbildungsgemisch und den daraus entstandenen Schaum durch ein poröses Medium hindurchzudrücken, das einen Öl- und Wassergehalt aufweist, welcher mindestens im wesentlichen demjenigen des Dampfkanals in der Lagerstätte gleichwertig ist, sowie eine Temperatur und eine Beweglichkeit, die mindestens im wesentlichen denjenigen gleichwertig sind, welche innerhalb der Lagerstätte in dem durch den Dampf beheizten Kanal vorhanden sind. Die Zusammensetzung des Dampfschaumbildungsgemisches wird so eingestellt, wie es erforderlich ist, um einen Druckgradienten hervorzurufen, der unter den jeweiligen Bedingungen den für Dampf allein benötigten überschreitet, wobei es jedoch nicht erforderlich ist, einen Druck aufzubringen, bei dem die Gefahr eines Aufbrechens der Lagerstätte besteht. Bekanntlich kann man zu diesem Zweck Informationen verwenden, die sich aus zahlreichen an Bohrlöchern ausgeführten

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Messungen ergeben, man kann Bohrkerne untersuchen, und es ist möglich, aus der Lagerstätte entnommene Fluide zu prüfen. Um solche Ergebnisse zu gewinnen oder nachzuprüfen, kann man relativ einfache Laboratoriumsversuche durchführen; beispielsweise kann man in der vorstehend beschriebenen Weise im Laboratorium die Dampfschaumbildungseigenschaften verschiedener oberflächenaktiver Dampfschaumbildungssysteme in Sandpackungen untersuchen.

Wie erwähnt, werden die genannten Eigenschaften der Gemische durch die Zusammensetzung und Konzentration mehrerer Bestandteile bestimmt; hierzu gehören der Gehalt des Dampfes an wäßriger Flüssigkeit, das mit dem Dampf gemischte nicht kondensierbare Gas, das oberflächenaktive Material, das in der wäßrigen flüssigen Phase des Dampfes gelöst oder dispergiert ist, sowie der Elektrolyt, welcher in der wäßrigen Flüssigkeit gelöst ist. Eine Zunahme der Wirksamkeit bezüglich einer Verringerung der Beweglichkeit läßt sich durch Vergrößern der Menge der im Dampf enthaltenen wäßrigen Flüssigkeit, des Gasgehalts des Gemisches, der Menge des oberflächenaktiven Mittels in der wäßrigen Flüssigkeits sowie des Elektrolytgehalts der wäßrigen Flüssigkeit erzielen; wie jedem Fachmann geläufig, ergeben sich jedech bei der Anwendung unterschiedlicher Zusamme»sete«»gen Unterschiede bezüglich der Wirksamkeit. Allgemein ist festzustellen, daß eine schrittweise Vergrößerung der anteiligen Mengen über die erforderliche Mindestmenge hinaus die größte Wirkung hervorruft und daß die je beigefügter Teilmenge erzielte Wirkung dazu neigt, sich bei jeder weiteren Vergrößerung der anteiligen Mengen der Bestandteile zu verringern.

Während man die Zusammensetzung des zügeführten Fluides einstellt, nachdem die Zufuhr des Dampfschaumbildungsgemisches eingeleitet worden ist, wie es erforderlich ist, um ein Strömen sowohl des Dampfes als auch des Schaums in dem Dampfkanal in Abhängigkeit von einem relativ hohen Druckgradienten aufrechtzuerhalten, ohne daß sich der Kanal verstopft, kann man mit Hilfe zahlreicher Verfahren feststellen, ob und wann es

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zweckmäßig ist, die Zusammensetzung zu ändern. Hierbei ist anzustreben, dall ein ausreichend hoher Druckgradient aufrechterhalten wird, ohne daß dies zu einem zu hohen Kostenaufwand führt. Gewöhnlich ist der Druckgradient dann relativ hoch, wenn der Zuführungsdruck an der Bohrlochmündung oder im unteren Teil des Bohrlochs relativ hoch ist. Da das Oberflächenaktive Mittel von dem Lagerstättengestein relativ leicht adsorbiert wird und sich relativ leicht desorbieren läßt, ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Menge des oberflächenaktiven Mittels zu verringern oder das Mittel zeitweilig fortzulassen oder von dem am stärksten wirksamen oberflächenaktiven Mittel auf ein billigeres Mittel überzugehen, insbesondere eines, das eine größere Ölverdrängungswirkung hervorruft·

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Gewinnen von Öl aus einer unterirdischen Lagerstätte, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: an durch waagerechte Abstände getrennten Punkten erfolgendes Einleiten von Dampf bzw. Entnehmen eines Fluides bei einem Teil einer Öllagerstätte, wobei die Lage eines Dampfströmungswegs nicht im wesentlichen auf nur eine oder einige wenige am stärksten durchlässige Schichten des Lagerstättengesteins beschränkt ist, sondern durch die Wirkung der Schwerkraft und/oder die Ölverteilung bestimmt wird; Aufrechterhalten solcher Durchsatzmengen des zugeführten Dampfes und des entnommenen Fluides, daß ein von der Zuführungsstelle ausgehender Dampfkanal entsteht; Ersetzen des zügeführten Dampfes durch ein Dampischaumbildungsgemisch, das im wesentlichen aus Dampf, nicht kondensierbarem Gas und einer wäßrigen elektrolythaltigen Lösung oder Dispersion eines oberflächenaktiven Mittels besteht, während der Lagerstätte weiterhin ein Fluid entnommen wird; Abstimmen der Zusammensetzung des Dampfschaumbildungsgemisches auf die Eigenschaften des Gesteins und der Fluide in der Lagerstätte derart, daß der Druck, der erforderlich ist, um das Gemisch und den Schaum, den es bildet oder enthält, in den Dampfkanal hinein und durch ihn hindurch zu leiten, den allein für Dampf erforderlichen Druck überschreitet, jedoch niedriger ist als der Druck, der zum Aufbrechen der Lagerstätte führen würde; sowie Einstellen der Zusammensetzung des in den Dampfkanal eingeleiteten Fluides in dem Ausmaß, wie es erforderlich ist, um ein Strömen sowohl des Dampfes als auch des Schaums in dem Kanal in Abhängigkeit

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von einem relativ hohen Druckgradienten aufrechtzuerhalten, bei den die Wirkungen bezüglich des Verdrängens von Öl und der Erweiterung des Kanals erheblich größer sind als bei der ausschließlichen Verwendung von Dampf, ohne daß sich der Kanal verstopft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Verändern der Zusammensetzung des Fluides durchgeführt wird, sobald ein Dampfdurchbruch zu einer Entnahmestelle im wesentlichen unmittelbar bevorsteht und sobald sich ein Dampfkanal, der von einer Zuführungsstelle ausgeht, im wesentlichen bis zu einer Entnahmestelle verlängert hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel ein anionisches oberflächenaktives Mittel verwendet wird, das bezüglich der Schaumbildungsfähigkeit und der Adsorptivität Eigenschaften hat, die bezüglich der Erzeugung eines kräftigen Schaums sowie bezüglich des Auftretens relativ kleiner und reversibler Veränderungen der Adsorptivität gegenüber dem Lagerstättengestein denjenigen von Natriumdodecylbenzolsulfonat gleichwertig sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfschaumbildungsgemisch einen Dampf mit einer Qualität bzw. einem Sättigungsgrad von 10 bis 90% enthält, bei dem die flüssige Phase mindestens 0,1 Gewichtsprozent eines gelösten oder dispergierten oberflächenaktiven Mittels und mindestens 0,1 Gewichtsprozent eines gelösten Elektrolyts enthält, und daß die Menge des nicht kondensierbaren Gases einem Molanteil des zugeführten Fluides von mindestens 0,0003 entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampfschaumbildungsgemisch vor dem Einleiten aufgeschäumt wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem oberflächenaktiven Mittel Natriumdodecylbenzolsulfonat gehört.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt Natriumchlorid verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt ein oberflächenaktives Mittel in Form eines wasserlöslichen alkoxylierten Alkoholsulfats verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Beginn der Zufuhr eines Dampfschaumbildungsgemisches die Zusammensetzung des zugeführten Fluides dadurch eingestellt wird, daß die Zufuhr des oberflächenaktiven Mittels und des Elektrolyts beendet wird, während die Zufuhr von Dampf und nicht kondensierbarem Gas fortgesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel, welches in dem Gemisch aus Dampf, nicht kondensierbarem Gas und dem oberflächenaktiven Mittel enthalten ist, durch ein oberflächenaktives Mittel ersetzt wird, das eine stärkere Wirkung bezüglich der Verringerung der Spannung an Trennflächen und der Verdrängung von Öl hervorruft.

11. Verfahren zum Gewinnen von Öl aus einem Teil einer zähflüssiges Öl enthaltenden Lagerstätte, bei dem die Lage eines Dampfströmungswegs durch die Wirkung der Schwerkraft und/oder der Ölverteilung bestimmt wird und nicht etwa im wesentlichen auf nur eine oder einige wenige besonders durchlässige Schichten des Lagerstättengesteins beschränkt ist und bei dem an durch waagerechte Abstände getrennten Punkten Dampf eingeleitet bzw. ein Fluid entnommen wird, bis sich ein Dampfkanal

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gebildet hat, der vom Zuführungspunkt ausgeht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Ersetzen des zugeführten Dampfes durch ein Dampfschaumbildungsgemisch, das im wesentlichen aus Dampf, nicht kondensierbarem Gas und einer wäßrigen elektrolythaltigen Lösung oder Dispersion eines oberflächenaktiven Mittels besteht, während die Entnahme des Fluides aus der Lagerstätte fortgesetzt wird; Abstimmen der Zusammensetzung des Dampfschaumbildungsgemisches auf die Eigenschaften des Gesteins und der Fluide in der Lagerstätte derart, daß der Druck, der erforderlich ist, um das Gemisch und den aus ihm bestehenden oder gebildeten Schaum in den Dampfkanal und durch ihn hindurch zu leiten, den Druck überschreitet, der bei der ausschließlichen Zufuhr von Dampf erforderlich ist, jedoch niedriger ist als der Druck, bei dem die Lagerstätte aufgebrochen würde; sowie Einstellen der Zusammensetzung des in den Dampfkanal eingeleiteten Fluides in dem Ausmaß, das erforderlich ist, um ein Strömen sowohl von Dampf als auch von Schaum in dem Kanal in Abhängigkeit von einem relativ hohen Druckgradienten aufrechtzuerhalten, bei dem die Wirkungen bezüglich der Verdrängung von öl und der Erweiterung des Kanals erheblich größer sind als bei der ausschließlichen Verwendung von Dampf, ohne daß sich der Kanal verstopft.

12. Verfahren zum Gewinnen von Öl aus einer unterirdischen Lagerstätte, gekennzeichnet durch seine Durchführung im wesentlichen entsprechend den beschriebenen Betriebsversuchen II und III und den beschriebenen Laboratoriumsversuchen.

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