DE3000362C2 - Arbeitsverfahren zum Gewinnen von Erdöl unter Tage - Google Patents

Description

auf Teilflächen der Erdöllagerstätte,

I. die mit einem System bewetterter Abbaustrekken vorgerichtet sind,

II. in die Einpreßbohrungen bzw. Wärmezufuhr- und Ölsammelbohrungen eingebracht sind und

III. in denes nacheinander das Erdöl gewonnen wird,

wobei zur Erwärmung der Lagerstätte in sie ein Wärmeträger unter Druck durch Rohre in die Bohrunger, geleitet wird, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

vor der Einleitung des Wärmeträgers in die Bohrungen wird der Strom des Wärmeträgers gedrosselt,
die Abbaustrecken in der für die Gewinnung gerade vorgesehenen Ί eilfläche der Lagerstätte werden vor der Wärmezufuhr vom Vetterstram abgetrennt,
die Ölgewinnung erfolgt in Rückbau von Teilfläche zu Teilfläche.

2. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gleiche Wärmeträger nach seiner Zuführung zu einer ersten Teilfläche der Erdöllagerstätte in die Bohrungen der benachbarten Teilfläche entsprechend der technologischen Folge des Abbaus der Erdöllagerstätte geleitet wird.

3. Anlage zu. Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmeträger aufnehmenden Förderbohrungen (10) in der Zone der Bohrlochmündung wärmeisoiierte Rohre aufweisen, die bis zur Sohle der Bohrlöcher reichen.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmeträger aufnehmenden Förderbohrungen (10) nicht verrohrt sind.

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren zum Gewinnen von Erdöl unter Tage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches i.

Aus der FR-PS 24 10 727 ist ein Arbeitsverfahren zur Erdölgewinnung unter Tage durch Erwärmung der ölführenden Schichten bekannt. Gemäß dem bekannten Verfahren werden in dem Hangenden oder in dem Liegenden der ölführenden Schicht etwa waagerechte Strecken aufgefahren, von denen senkrecht oder unter einem Winkel verlaufende Bohrungen in die ölführende Schicht gebohrt werden. Von der Erdoberfläche aus wird ein Wärmeträger in Form von heißem Wasser oder von Wasserdampf unter Druck durch Bohrungen in die ölführende Schicht geleitet Durch diese Wärmezufuhr wird die Viskosität des Öls so geändert, daß es durch die zuerst genannten Bohrungen, die als Sammelleitungen wirken, in die aufgefahrenen Strecken gelangt, um von dort an die Erdoberfläche gepumpt zu werden. Die Erdöllagerstätte wird dabei in Bereiche aufgeteilt, auf die nacheinander eingewirkt wird und die auf diese Weise das zu gewinnende Öl liefern. Die im Hangenden bzw. im Liegenden der ölführenden Schicht aufgefahrenen

ίο Strecken werden, wie üblich, bewettert.

Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß der in Bohrungen unter Druck eingeleitete Wärmeträger infolge dieses Druckes und infolge der Schachtbewetterung in dem ausgebeuteten Bereich der Lagerstät- ts sowohl durch die ölführenden Schichten hindurch wie auch mit der Luft, die erwärmt wird, durch die bewetterten Schächte teilweise entweicht, ohne daß die beabsichtigte Erhöhung der Viskosität des Öls erreicht wird. Mit anderen Worten geht ein wesentlicher Teil der in die ölführende Schicht zugeführten Wärme verloren, ohne daß ein ausreichender Wärmeübergang an das ölführende Gestein stattfindet. Dieser Umstand senkt erheblich die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsverfahrens.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art so auszugestalten, daß die in die Erdöllagerstätte eingeführte Wärme unter Vermeidung von Verlusten besser ausgenutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, in den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß eine Entnahme des Erdöls durch bessere Ausnützung der zugeführten Wärme und durch den Fortfall der Bewegung der Wetter entgegen der Abfließrichtung des Öls aus der ölführenden Schicht in etwa kontinuierlichem Strom erfolgen kann. Eine Abkühlung der erwärmten Abschnitte der erdölführenden Schicht durch den Wetterstrom wird vermieden. Der Verbrauch des Wärmeträgers wird wesentlich gesenkt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 schematisch im Querschnitt die ErdöHagerstätte, die in Teilflächen aufgeteilt ist, mit aufgefahrenen Abbausirecken,

F i g. 2 sohematisch einen Ausschnitt aus einer erdölführenden Schicht mit aufgefahrenen Strecken und Bohrlöchern im Schni'.t,

Fig.3 desgleichen im Schnitt nach der Linie III-III von F i g. 2,

F i g. 4 schematisch den Schnitt durch eine aufgefahrene Strecke mit in der Strecke angeordneten Ausrüstungselementen für die Durchführung des Eniölgewinnungsverfahrens.

Die Lagerstätte H(Fig. 1) unterteilt man in einzelne Teilflächen 1, die in einer bestimmten Folge angeordnet sind, z. B. A, B und C. Die Teilflächen können verschiedene Größe und Form haben, z. B. quadratisch, rechtekkig, sechseckig sein. Dann fährt man ein Netz von Grubenräumen auf: man bringt einen Förderschacht 2 und einen Wetterschacht 3 für den Aufschluß der Lagerstätte H nieder; die Hauptabbaustrecken (Abbaustrecken 4 und Wetterstrecken 5) für die Teilflächen 1; eine einfallende Strecke 6, eine Verbindungsstrecke 7 und eine Abbaustrecke 8 für den Aufschluß der Teilfläche 1 der erdölführenden Schicht 9 (F i g. 2, 3). Alle Grubenräume werden nach bekannten Vortriebs- und Ausbauverfah-

ren angelegt Die Abbaustrecke 8 errichtet man unmittelbar in der erölführenden Schicht 9, möglichst in der Nähe des Liegenden, um die Schwerkraft für eine höchstmögliche Erdölgewinnung besser auszunutzen. Von der Abbaustrecke 8 aus legt man schwach ansteigende und horizontale Förderbohrungen 10 an, die der Zuführung eines Wärmeträgers in die erdölführende Schicht und der Ableitung des Erdöls aus der Schicht dienen. Die Bewegungsrichtung des Wärmeträgers ist auf der Zeichnung durch den Pfeil Tangedeutet

Die Förderbohrungen 10 ordnet man mit ihrer ganzen Länge in der erdölführenden Schicht 9 und gleichmäßig verteilt über das Volumen der Schicht in einer oder mehreren Reihen übereinander an, je nach der Dicke der erdölführenden Schicht. In jeder Reihe werden die Förderbohrungen 10 radial oder parallel angeordnet in Abhängigkeit von der Form der Abbaustrecke 8.

Die Zufuhr eines Wärmeträgers Tin die erdölführende Schicht 9 durch ein System horizontaler und schwach geneigter Förderbohrungen 10, die mit ihrer ganzen Länge in der erdöiführenden Schicht liegen, gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung der Schuht infolge einer großen Kontaktfläche des Wärmeträgers mit der Schicht über Bohrlochwände und über Risse, Hohlräume usw., die von den horizontalen Bohrungen in stärkerem Maß geschnitten werden als von vertikalen, was wiederum eine hohe Durchsetzung der Schicht durch den Wärmeträger gewährleistet und dadurch die Anzahl der Bohrungen senkt

Die horizontale und schwach geneigte Lage der Förderbohrungen 10 gewährleistet eine große Abzugsfläche für das Erdöl aus der erdöiführenden Schicht, ermöglicht ein freies Abfließen des Erdöls einschließlich seiner Verunreinigungen in die Abbaustrecke 8 unter der Einwirkung der Schwerkraft verhindert Verstopfungen durch das Gestein und verlängert somit die Lebensdauer der Bohrungen ohne Instandsetzungsarbeiten.

Die Verwendung ein- und derselben Bohrungen für die Zuleitung eines Wärmeträgers in die erdölführende Schicht unu die Ableitung des Erdöls aus der Schicht senkt den Aufwand für das Anlegen von Bohrungen und den Vortrieb von Strecken, die bei anderen Thermoschachtverfahren der Erdölgewinnung notwendig sind.

Von der Oberfläche oder von den Strecken aus bohrt man Einpreßbohrungen 11 für ein fließbares Medium zum Auspressen des Erdöls aus der erdölführenden Schicht nach deren Erwärmung. Als fließbares Medium kann z. B. Dampf, heißes oder kaltes Wasser mit Zusatz oberflächenaktiver Stoffe verwendet werden. Die Bewegungsrichtung des fließenden Mediums ist auf der Zeichnung durch den Pfeil Mangedeutet.

Um das Arbeiten in unterirdischen Strecken zu ermöglichen, wird eine Schachtbewetterungsanlage errichtet für einen ununterbrochenen Betrieb der Haupt-Ventilatoren 12 (Fig. 1), die auf der Erdoberfläche an der Mündung des Wetterschachts 3 aufgestellt werden, die Luft aus dem Schacht saugen und im gesamten System der Abbaustrecken einen Unterdruck erzeugen, so daß atmosphärische Luft in den Förderschacht 2 strömt und alle Strecken des Schachts belüftet.

Für die Zufuhr eines Wärmeträgers in die erdölführende Schicht wird von der Erdoberfläche aus ein Bohrloch 13 (Fig. 4) in die Abbaustrecke 8 gebohrt, das durch ein Rohr ausgekleidet wird. In der Abbaustrecke b5 wird ein Sammler )4 angeordnet und mit der Wärmequelle verbunden. Der Sammler ist eine Rohrleitung, die die gesamte Lange der Abbaustrecke 8 durchlauft und Abzweigstutzen 15 zu jeder Förderbohrung 10 hat Die Abzweigstutzen 15 sind an Rohre 16 angeschlossen. Die in der N?he ihrer Mündung wärmeisoherten Rohre 16 führen in jede Förderbohrung 10 und reichen bis zum Liegenden des Bohrlochs. In den Rohren 16 sind neben den Mündungen der Förderbohrungen 10 Drosselvorrichtungen 17 für die Regulierung der Zufuhr des Wärmeträgers in die Förderbohrungen 10 installiert.

Die Drosselvorrichtungen 17 können Stutzen mit im Durchmesser unterschiedlichen Öffnungen sein. Eine Öffnung des Stutzens muß die notwendige Menge des Wärmeträgers in das Bohrloch 10 einlassen. Die Lage der Drosselvorrichtung 17 neben der Mündung der Förderbohrung 10 gewährleistet einen guten Zugang zur Drosselvorrichtung bei ihrer Montage, ihrer Regulierung und ihrer Instandsetzung. Die Drosselvorrichtung 17 kann jedoch an beliebiger Stelle des Rohres 16 installiert werden.

Zur Förderung des Erdöls an die Erdoberfläche, das sich in der Abbaustrecke 8 als Teil einer aus Erdöl, Schichtwasser, Wärmeträger und >and bestehenden Pulpe IS sammelt, bohrt man ein Bohpoch 19 von der Erdoberfläche aus unmittelbar in die Abbaustrecke 8. Durch die Bohrung 19 wird eine Pumpe 20 in die Abbaustrecke hinabgelassen. Die Pumpe 20 wird von der Erdoberfläche aus bedient.

An der Erdoberfläche wird ein Abscheider 21 aufgestellt (F i g. 2), der das Erdöl von Wasser und von festen Beimengungen trennt.

Für die Erwärmung der erdöiführenden Schicht 9 wird ein Wärmeträger T in die Schicht geleitet, z. B. Dampf oder heißes Wasser. Der Wärmeträger T wird von einer Wärmequelle, z. B. einem Dampfkessel (nicht abgebildet), der sich an der Erdoberfläche befindet, durch die Bohrung 13 (F i g. 4) in den Sammler 14 geleitet. Aus dem-Sammler 14 gelangt der Wärmeträger T über die Abzweigstutzen 15, die Rohre 16 und Drosselvorrichtungen 17 in jede Förderbohrung 10. Beim Austritt aus der Öffnung der Drosselvorrichtung 17 breitet sich der Strom des Wärmeträgers aus, dabei sinkt sein Druck, wodurch die Verluste des Wäi meträgers außerha.o der Grenzen der der Erwärmung unterzogenen Teilfläche 1 (Fig. 1) verringert werden und eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in der erdölführenden Schicht 9 (Fig. 2) der der Erwärmung unterzogenen Teilfläche 1 (F i g. 1) erreicht wird.

Der gedrosselte Strom des Wärmeträgers T wird durch die Rohre 16 (F i g. 4) zu dem Liegenden der Förderbohrungen 10 geleitet, wobei er seine Wärme über die Wände der Förderbohrungen 10 und über Risse und Spalten an die erdölführende Schicht 9(F i g. 2) abgibt.

Der in Form von Dampf in das Rohr 16 (F i g. 4) eintretende Wärmeträger T erhält durch die Drosselung eine" Druck, der für seine Fortbewegung in der Förderbohrung 10 ausreichend ist. Beim Abgeben der Wärme an die erdölführer.de Schicht 9 kondensier: der Dampf und fließt aus der Förderbohrung 10 in die Abbaustrekke 8 als Kondensat (heißes Wasser). Menge und Temperatur des in die Förderbohrungen 10 geleiteten Wärmeträgers werden durch Veränderung des Drucks im Sammler 14 reguliert.

Nach Erwärmen der erdölführenden Schicht 9 (Fig. I) durch den Wärmeträger bis zu einer Temperatur, bei der das Erdöl die notwendige Fließbarkeit erreicht, pumpt man in die Einpreßbohrungen 11 von der Erdoberfläche oder uus den Strecken unter Druck ein flüssiges Medium M für das Auspressen des erwärmten Erdöls aus der Teilfläche 1 (F i g. 1 und 2) in die Förder-

bohrungen 10. Das in die Förderbohrungen 10 gedrängte Erdöl fließt zusammen mit dem Wärmeträger, der einen Teil seiner Wärme an die erdölführende Schicht abgegeben hat, in den Ringraum der Abbaustrecke 8 als Pulpe (Fig. 4). Die Bewegung der Pulpe 18 ist auf der s Zeichnung durch einen Pfeil mit dem Buchstaben P angedeutet.

Beim Fließen des Wärmeträgers und des erwärmten Erdöls in den Rinraum durch die Förderbohrung 10 kann die Bohrlochwand zerstört werden, wobei sich Verstopfungen aus Sand zwischen den Rohren 16 und der Bohrlochwand bilden können. In diesem Fall erhöht sich durch die Drosselwirkung der Verstopfung der Druck des Wärmeträger in der Förderbohrung 10 und im Sammler 14, wodurch der Sand aus der Förderbohrung 10 in die Abbaustrecke 8 gedrückt wird. Dadurch werden die Förderbohrungen, wenn sie durch Sand verstopft werden, selbsttätig instandgesetzt. Die erfindunßsgemäße Erdölgewinnung kann deshalb ohne Personal in der Abbaustrecke 8 betrieben werden.

Die sich in der Abbaustrecke 8 ansammelnde Pulpe 18 pumpt man mit der Pumpe 20 durch das Bohrloch 19 unmittelbar an die Erdoberfläche. Dieses Fördern verringert eine Wärmeabgabe an die Grubenluft.

Vor der Zuführung des gedrosselten Wärmeträgers T in die Förderbohrungen 10 werden die Strecken in der der Erwärmung unterzogenen Teilfläche 1 (Fig. I) der erdölführenden Schicht 9 (die einfallende Strecke 6, die Verbindungsstrecke 7 und die Abbaustrecke 8) von dem We'.terstrom durch Absperrvorrichtungen 22 (F i g. 2,3) getrennt.

Die Absperrvorrichtungen 22 können einzelne Trennwände oder eine Gruppe von Trennwänden aus verschiedenen wärmeisolierenden und luftundurchlässigen Materialien darstellen, die einen luftdichten Ab-Schluß der in der erwärmten erdölführenden Schicht gelegenen Strecken von den Hauptabbaustrecken 4 (Fig. Ij und den Hauptwetterstrecken 5 ermöglich, die von der Grubenbewetterungsanlage belüftet werden.

Die Abtrennung der Strecken eines erwärmten Ab-Schnitts, z. B. A, der erdölführenden Schicht 9 (Fig. 2) vom Wetterstrom gewährleistet einen Ausgleich der Temperatur in den Hauptwetterstrecken 5. Das trägt zu einer wesentlichen Steigerung der Erdölgewinnung ohne zusätzlichen Aufwand für die Bewetterung bei. Eine zusätzliche Bewetterung von für die Gewinnung von Erdöl vorgesehenen Teilflächen entfällt

Die Inbetriebnahme der Gewinnung in den Teilflächen (F i g. 1) der erdölführenden Schicht 9 (F i g. 2), d. h. die Zuführung des Wärmeträgers T in die Förderbohrungen 10 und die Abtrennung der Strecken in der erdölführenden Schicht (der einfallenden Strecke 6, der Verbindungsstrecke 7 und der Abbaustrecke 8) vom Wetterstrom, wird nacheinander auf den Teilflächen 1 (A, B, C) (Fig. 1) vorgenommen, angefangen von den Grenzen 23 der Lagerstätte H fortschreitend zu ihrem Mittelteil, wo sich die Schächte 2 und 3 befinden.

Nach Beendigung des Betriebs auf den Teilflächen 1 (A, B, C) wird ein Teil der Hauptabbaustrecken 4 und der Hauptwetterstrecken 5, die dem Betrieb auf den erwähnten Teilflächen dienen, vom Wetterstrom durch Trennvorrichtungen 24 abgetrennt, deren Bauart der Vorrichtung 22 (F i g. 2) ähnlich ist

Der Abbau der Teilflächen 1 (F i g. i) der Lagerstätte H von ihren Grenzen zu den Schächten 2 und 3 hin gewährleistet einen Ausgleich der Temperatur in der. Hauptabbaustrecken 4 und den Hauptwetterstrecken 5, da ihr belüfteter Teil nur in nicht erwärmten Gebirge mit normaler Temperatur liegt. Das ermöglicht auch, beim Erwärmen der erdölführenden Schicht ihre Abkühlung durch Belüftung der Hauptstrecken auf ihrer gesamten Länge zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit der Erwärmung der gesamten erdölführenden Schicht durch Senkung des Verbrauchs des Wärmeträgers zu erhöhen.

Die Förderbohrungen 10 werden nicht mit einem Rohr ausgekleidet, wenn das Gebirge der erdölführenden Schicht bei Erwärmung fest und beständig bleibt. Falls das Gebirge der Schicht instabil ist, können die Bohrungen mit Filtern bekannter Bauart ausgerüstet werden. Das ermöglicht einen Kontakt des Wärmeträgers 7unmitlelb;ir mit der erdölführenden Schicht 9 und die höchstmögliche Ausnutzung der gesamten Oberfläche der Förderbohrung 10 für die Sammlung des Erdöls aus der Schicht, wodurch die Produktivität des Bohrlochs steigt und der Aufwand für die Ausrüstung von Förderbohrungen 10 fällt.

Nach der Zuleitung des Wärmeträgers Tin die Förderbohrungen 10 zur Erwärmung der erdölführenden Schicht 9 auf dem Anfangsabschnitt A (Fi g. 1) der Lagerstätte H kann der gleiche Wärmeträger in die Förderbohrungen der Teilfläche B geleitet werden entsprechend der technologischen Folge des Abbaus der Lagerstätte.

Nachdem die bergbaulichen Vorbereitungsarbeiten auf den ernten, z. B. drei Teilflächen A. B und Can der Grenze 23 der Lagerstätte H, die von Hauptabbaustrekken 4 und Hauptwetterstrecken 5 versorgt werden, abgeschlossen sind, wird Dampf in das System der Förderbohrungen 10 der benachbarten Teilfläche A auf oben beschriebene Weise geleitet. Das aus der Abbaustrecke 8 der Teilfläche A an die Oberfläche gepumpte und im Abscheider 21 (F i g. 2) vom Erdöl getrennte heiße Wasser leitet man in das System der Bohrlöcher der Teilfläche B (F i g. 1), wo die Einwirkung auf die erdölführende Schicht analog der vorher behandeiten Teiifiäehe A geschieht, jedoch bei niedrigeren Temperaturen. Anschließend leitet man das aus der Abbaustrecke 8 der Teilfläche B an die Oberfläche gepumpte und vom Erdöl getrennte Wasser, das noch eine Restwärme enthält, in das System der Bohrlöcher der Teilfläche C, um seine Erwärmung vorzubereiten. Das aus der Abbaustrecke der Teiifiäehe C rückgeförderte und vom Erdöl getrennte Wasser benutzt man als fließbares Medium Mzum Auspressen des Erdöls.

Nach der Beendigung des Wärmeaustausches auf der Teilfläche B infolge der Verringerung des Temperaturunterschieds zwischen dem Wärmeträger und der erdölführenden Schicht 9 (F i g. 2) wird die Teilfläche B wrier durch Dampf erwärmt und auf der Teiifiäehe C wird wie auf dem Abschnitt B vorgegangen. Im folgenden wiederholt sich der Prozeß analog zu der oben beschriebenen Folge. Wenn der Abbau der Lagerstätte gleichzeitig mit zwei und mehr Paaren Hauptabbaustrecken 4 und Hauptwetterstrecken 5 vorgenommen wird, wird der Abbau der Teilflächen synchron in einer Front entsprechend der Ausbreitung der erdölführenden Schicht 9 vorgenommen. Die vorherige Erwärmung einer Teilfläche erhöht die Effektivität des Wärmehaushalts, da die in die erdölführende Schicht geleitete Wärme maximal ausgenutzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Arbeitsverfahren zum Gewinnen von Erdöl unter Tage

1. durch Erwärmen der Lagerstätte bis zu einer Temperatur, bei der das Erdöl die für seine Förderung erforderliche Viskosität besitzt,

2. und durch anschließendes Einpressen eines fließfähigen Mediums in die Lagerstätte, um das Erdöl aus der erdölführenden Schicht herauszufordern,