DE3037807C2

DE3037807C2 - Verfahren zur Erweiterung eines Gebirgshohlraumes

Info

Publication number: DE3037807C2
Application number: DE3037807A
Authority: DE
Inventors: Peter-Wilhelm Dipl.-Ing. 3006 Burgwedel John
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-10-07
Filing date: 1980-10-07
Publication date: 1982-07-29
Also published as: GB2097041B; CA1176973A; GB2097041A; US4408663A; DE3037807A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweiterung eines Gebirgshohlraumes, bei dem ein aluminothermisches Gemisch aus Aluminium und Eisenoxid in den Hohlraum eingebracht und gezündet wird.

Es ist bekannt, Gebirgsrisse künstlich durch Einpumpen von Flüssigkeit unter hohem Druck zu erzeugen, um dadurch gas- oder ölführende Gebirgsbereiche aufzuschließen. Um das Zusammenfallen der Gebirgsrisse nach ihrer Bildung zu verhindern, ist es bekannt, Stützmittel einzupumpen, die nach Druckentlastung der Rißbildungsflüssigkeit den Riß wenigstens teilweise so offenhalten, daß Gas oder eine Flüssigkeit wie beispielsweise öl durch den Riß zu einem Bohrloch strömen kann. Die Strömungswiderstände sind jedoch insbesondere bei längeren Rissen beträchtlich, so daß Risse nur bis zu einer bestimmten Länge sinnvoll sind. Will man eine gleichmäßige Aufschließung des Gebirges erreichen, so müssen Bohrlöcher entsprechend dicht benachbart zueinander angeordnet werden, wodurch sich die Aufschließung beträchtlich verteuert

Die beschriebenen Nachteile treten besonders dann in Erscheinung, wenn eine in situ-Vergasung von Kohle 5 oder Öl durchgeführt werden soll, wenn sich der Abbau der Kohle nicht lohnt bzw. das öl wegen zu hoher Viskosität nicht gefördert werden kann. Bei einer derartigen in situ-Vergasung ist Voraussetzung die Zuführung von Sauerstoff zu der Brennzone durch einen

ίο erzeugten Gebirgsriß und die gleichzeitige Abführung des durch die teilweise Verbrennung erzeugten Gases ebenfalls durch den Gebirgsriß. Aufgrund dieser Bedingungen wurde bereits versucht, zwei Bohrlöcher durch einen Gebirgsriß miteinander zu verbinden, so

is daß die Zuführung von Sauerstoff durch das eine Bohrloch und die Ableitung durch das andere Bohrloch erfolgen kann. Selbst wenn der Abstand der Bohrlöcher gering ist, z. B. 50 m, ist es doch nur schwer möglich, diese Verbindung zwischen zwei Bohrungen gezielt herzustellen. Die Anwendung von Wärme, Dampf, Injektion von Heißwasser oder chemischen Mitteln, in situ-Verbrennung oder -vergasung zur Erhöhung der Kohlenwasserstoffausbeute erfordert jedoch besonders in Formationen oder Kohleflözen mit geringer Permeabilität eine vorherige Erschließung, wie sie mit einfachen oder auch weiterentwickelten Fracverfahren erreicht wird (US-PS 39 33 205). Weiterhin sind Versuche unternommen worden, unterirdische Formationen durch Sprengstoffe aufzuschließen.

Durch die DE-AS 19 62 260 ist ein Verfahren zum Aufbrechen einer durch eine Produktionssonde erschlossenen Erdgas- oder Erdöllagerstätte bekannt, bei dem in die Lagerstätte eine Aufschlämmung von Sprengstoff hoher Sprengkraft eingebracht und zur Detonation gebracht wird. Der Sprengstoff befindet sich dabei lediglich in dem Bohrloch, so daß nur der unmittelbar an das Bohrloch angrenzende Bereich der Lagerstätte aufgeschlossen wird. Zur Erweiterung eines Gebirgsrisses würde sich ein derartiges Verfahren nicht eignen, weil die in einen Gebirgsriß einbringbaren Sprengstoffmengen zu gering und darüber hinaus das umgebende Gebirge zu träge ist, um eine bleibende Erweiterung eines Gebirgsrisses zu erzielen. Selbst wenn eine Erweiterung erzielt werden würde, wäre sie nur kurzzeitig, weil durch den Gebirgsdruck sich der Riß sofort wieder schließen würde.

Durch die DE-PS 5 12 955 ist ein Sprengverfahren bekannt, bei dem ein aluminothermisches Gemisch in einer wasserdichten Hülse in ein Bohrloch gebracht wird, wobei neben die Hülse Wasser gebracht wird. Nach Zünden des aluminothermischen Gemisches soll dieses hohe Wärmemengen entbinden und dadurch das daneben angeordnete Wasser verdampfen und überhitzen. Der entstehende Dampfdruck dient zur Zersprengung der Bohrlochwandungen. Dieses bekannte Sprengverfahren ist zur Erweiterung von Gebirgshohlräumen, wie beispielsweise Gebirgsrissen, nicht geeignet, weil es dort nicht auf ein Zersprengen von Wandungen ankommt, sondern auf ein Auseinanderbewegen. Außerdem ist das bekannte Sprengverfahren auf geringe Tiefen beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erweiterung eines Gebirgsrisses anzugeben, das eine wirksame, bleibende und wirtschaftliche Erweiterung auch verhältnismäßig langer Gebirgsrisse ermöglicht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Erweiterung eines Gebirgsrisses

das Gemisch aus Eisen und Aluminiumoxid in verpumpbarer Korngröße in den Gebirgsriß eingelagert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch das aluminothermische Gemisch kurzzeitig eine außerordentlich große Hitze von z. B. 3000⁰C erzeugt, die aufgrund von Wärmespannungen zu einem Aufbrechen der an den Riß angrenzenden Gebirgsteile führt, was die Gesamtdurchlässigkeit erhöht Zusätzlich erfolgt eine Schlackebildung, die nach Beendigung des Brennvorganges ein Zusammenfallen des Risses verhindert Bei der Verbrennung entsteht ein Gasdruck, insbesondere auch dann, wenn gleichzeitig im Bereich des Risses befindliche Kohle oder befindliches öl vergast wird. Dieser Gasdruck bewirkt eine Bildung von Kanälen bis hin zum Ausgangsbohrloch, die wegen der Druckbeständigkeit der entstehenden Schlacke bleibender Natur sind. Außerdem bewirkt der Gasdruck ein Austreiben der zur ursprünglichen Bildung des Risses und zum Einschlämmen des aluminothermischen Gemisches verwendeten Flüssigkeit. Dies ist von besonderem Vorteil, weil häufig der natürliche Gasdruck im Gebirge nicht ausreicht, um die Flüssigkeiten aus dem Gebirgsriß auszutreiben, dieser also vor allem in den Bereichen, in denen er sehr eng ist, wirkungslos bleibt. Die Vergasung bedeutet auch eine Volumenminderung, die zusätzlich zur Erweiterung des Gebirgsrisses beiträgt.

Um eine möglichst umfangreiche Schlackenbildung und damit eine Abstützung des erweiterten Gebirgsrisses zu erzielen, ist es zweckmäßig, zusammen mit dem aluminothermischen Gemisch schlackebildende Stoffe einzulagern und/oder ein aluminothermisches Gemisch mit schlackebildenden und vorzugsweise auch sauerstoffabgebenden Bestandteilen einzubringen.

Das aluminothermische Gemisch kann mit einer Flüssigkeit verpumpt und eingeschlämmt werden. Die Flüssigkeit kann dabei auch unter hohem Druck stehen und so als Mittel zur Erzeugung und/oder Erweiterung eines Gebirgsrisses dienen.

Eine Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß zusammen mit dem aluminothermischen Gemisch Detonationskörper im Abstand zueinander eingelagert werden. Die Einbringung von Detonationskörpern ist an sich bereits durch die DE-PS 27 02 622 bekannt. Sie ist auch bei der vorliegenden Erfindung möglich, um durch die einzelnen Detonationen, wenn die Brennfront jeweils einen Detonationskörper erreicht, den Ort der Brennfront und insbesondere den Verlauf des Gebirgsrisses durch seismische Messungen zu bestimmen.

Das Einlagern und Abbrennen von aluminothermischem Gemisch kann ein- oder mehrmals wiederholt werden, um. so den Strömungsquerschnitt weiter zu vergrößern und durch Bildung von Schlacke abzustützen. Auch ist es möglich, jeweils nach dem Abbrennen eingebrachten aluminothermischen Gemisches erneut Flüssigkeit unter Druck einzupumpen, um dadurch eine Erweiterung des Risses vorzugsweise zur Verbesserung der erneuten Ablagerung von aluminothermischem Gemisch zu bewirken. Gleichzeitig kann aber auch eine Verlängerung des Risses erreicht werden, die beträchtlich sein kann, wenn das angegebene Verfahren mehrmals angewendet wird. Derartige lange Risse sind trotz ihrer großen Länge über ihre gesamte Ausdehnung wegen der erfindungsgemäßen Erweiterung ausnutzbar, und zu ihrer Erzeugung ist nur ein Bohrloch erforderlich. Soll eine in situ-Vergasung erfolgen, so braucht lediglich am Ende des erfindungsgemäß erweiterten langen Gebirgsrisses ein Bohrloch vorgesehen zu werden, das bei Verwendung der erfindungsgemäßen Detonationskörper und der dadurch möglichen seismischen Ortung so plaziert υ. erden kann, daß es mit dem Ende des Risses in Verbindung steht Zur Bildung von Gebirgsrissen z. B. in Kohleflözen sind also nicht von vornherein zwei Bohrlöcher in geringem Abstand erforderlich, sondern zunächst nur eines, und das andere kann nach Bildung und Erweiterung des Gebirgsrisses gezielt am Ende des Gebirgsrisses angeordnet werden.

ίο Die Kosten einer in situ-Vergasung lassen sich daher durch die Erfindung beträchtlich verringern, und die Wirksamkeit läßt sich erhöhen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß nach Abbrennen des aluminothermischen Gemisches Mittel eingebracht werden, die zeitlich begrenzt oder unbegrenzt einen Teil des Risses blockieren und daß dann durch Einpumpen von Flüssigkeit von dem ursprünglichen Riß ausgehend weitere Risse erzeugt werden, in die das Gemisch eingelagert wird. Durch diese Weiterbildung läßt sich zusätzlich zu einer Erweiterung des Risses eine seitliche Verzweigung oder Ablenkung des Risses erreichen, so daß durch gezielten Verlauf oder Verästelung des Risses das Gebirge weiter aufgeschlossen wird. Dabei kann vorteilhafterweise in die Abzweigungen oder Verästelungen, und vorzugsweise nur in diese, aluminothermisches Gemisch eingelagert werden, das nachfolgend gezündet wird.

Beispiel

Es wird ein Bohrloch bis in ein tiefliegendes und nicht abbauwürdiges Kohleflöz niedergebracht. Danach wird unter hohem Druck eine Flüssigkeit eingepumpt und so ausgehend von dem Bohrloch in dem Kohleflöz ein Riß erzeugt. Nach Bildung des Risses wird der Flüssigkeit Pulver von aluminothermischem Gemisch in verpumpbarer Korngröße zugegeben oder mittels einer Trägerflüssigkeit eingepumpt, die auf dem Transportwege eine Entmischung der Komponenten des aluminothermisehen Gemisches verhindert. Außerdem werden in zeitlichen Abständen kleine Detonationskörper, z. B. entsprechend der DE-PS 27 02 622, zugegeben. Das Verpumpen erfolgt so lange, bis eine ausreichend starke Packung von aluminothermischem Gemisch in dem Riß vorhanden ist. Diese Packung wird gezündet, so daß eine exotherme Reaktion abläuft im wesentlichen nach der Reaktionsgleichung

2 Al + Fe₂O₃ -» 2 Fe + Al₂O₃ + 764 k

Dabei treten Temperaturen bis zu 3000° C auf, die sich auf die angrenzende Rißwand auswirken. Dadurch erfolgt eine thermische Vergrößerung und außerdem die Bildung von Schla.ckeprodukten, die den Riß offenhalten.

Wenn die Brennzone weiterwandert, erreicht sie nacheinander die einzelnen miteingepumpten Detonationskörper, die so detonieren, wobei der Ort der Detonationen durch seismische Messungen bestimmt wird. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Brennzone sowie der genaue Verlauf des Risses und insbesondere sein Ende werden dadurch bestimmt. Nachdem die Brennzone das Ende des Risses erreicht hat, wird am Ende des Risses ein Bohrloch niedergebracht. Dann wird durch Zuführung von Sauerstoff, z. B. durch Einpumpen von Luft in eines der beiden Bohrlöcher, der in situ-Vergasungsvorgang in Gang gesetzt und das entsprechende Gasprodukt aus dem anderen Bohrloch entnommen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erweiterung eines Gebirgshohlraumes, bei dem ein aluminothermisches Gemisch aus Aluminium und Eisenoxid in den Hohlraum eingebracht und gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, da"? zur Erweiterung eines Gebirgsrisses das Gemisch aus Aluminium und Eisenoxid in verpumpbarer Korngröße in den Gebirgsriß eingelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem aluminothermischen Gemisch schlackebildende Stoffe eingelagert und/oder ein aluminothermisches Gemisch aus Aluminium und Eisenoxid mit schlackebildenden und vorzugsweise auch sauerstoffabgebenden Bestandteilen eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Aluminium und Eisenoxid einer Flüssigkeit zugegeben und mit dieser verpumpt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit unter hohem Druck eingepumpt und so der Gebirgsriß erweitert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem aluminothermischen Gemisch Detonationskörper im Abstand zueinander eingelagert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlagern und Abbrennen des aluminothermischen Gemisches ein- oder mehrmals wiederholt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einlagern und Abbrennen des aluminothermischen Gemisches zur Erweiterung und/oder Verlängerung eines Gebirgsrisses erneut Flüssigkeit unter Druck eingepumpt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abbrennen des aluminothermischen Gemisches Mittel eingebracht werden, die zeitlich begrenzt oder unbegrenzt einen Teil des Risses blockieren und daß dann durch Einpumpen von Flüssigkeit von dem ursprünglichen Riß ausgehend weitere Risse erzeugt werden, in die das Gemisch eingelagert wird.