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Verfahren zur Ausbeutung von unterirdischen, sedimentären, fossilen Brennstoff enthaltenden Ablagerungen oder Schichten
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In demAusfuhrungsbeispiel wird die Erfindung als ein Verfahren beschrieben, das bei der Ausbeutung einer unterirdischen Teersandablagerung die Verstopfung durch Teer oder andere Pyrolyseprodukte in den Auslässen oder Abzugsleitungen für die gasförmigen oder flüssigen Pyrolyseprodukte verhindern soll. Das Verfahren besteht in dem Einpressen, in erster Linie dem Einpumpen, einer bestimmten Menge einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit Lösungsvermögen gegenüber den die Verstopfung bewirkenden Substanzen, u. zw. bevor mit der Erhitzung der Ablagerung auf die Pyrolysetemperatur begonnen wird.
Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise ein verhältnismässig leichtes Öl, beispielsweise ein Öl, das in demselben Betrieb von einem andern Teil des auszubeutenden Vorkommens, der bereits auf Pyrolysetemperatur gebracht ist, gewonnen wurde. Die hauptsächliche Wirkung der eingepressten Flüssigkeit besteht in der Verdrängung des Wassers, das sonst frei in das Bohrloch hineinströmt und den ringförmigen Raum zwischen der Bohrlochwand und dem Mantel des in das Bohrloch hinabgelassenen Heizelementes ausfüllen kann. Weiteres Wasser, auf das die eingepresste Flüssigkeit wirken kann, befindet sich in den Poren des Teersandes rund um das Bohrloch. Das Einführen der Flüssigkeit unterdrückt die Bildung von Wasserdampf.
Ausserdem wird ein Teil der von dem Heizelement abgegebenen Wärme eingespart, weil für die Verdampfung einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit von der Art eines leichten Öls weniger Wärme benötigt wird als für mit Verdampfung von Wasser ; diese eingesparte Wärme lässt sich mit Vorteil für die Pyrolyse des Teersandes ausnutzen.
Neben dieser Hauptwirkung kann die Flüssigkeit von der Art eines leichten Öls auch in begrenztem Ausmass als lösendes und die Viskosität herabsetzendes Mittel für den Teer wirken und auch in derselben Weise wie die kondensierten gasförmigen, durch die Pyrolyse und Destillation des Teersandes erzeugten Produkte in einer späteren Stufe der Aufheizung fur die Verbesserung der Pyrolysewirkung wirksam werden.
Die verschiedenen Einwirkungen, die sich durch die eingepresste Flüssigkeit erzielen lassen, können somit ihrer Bedeutung nach folgendermassen geordnet werden : a) Das Öl verdrängt Wasser und vermindert die Bildung von Wasserdampf, wodurch auch Wärme eingespart wird. b) Die Dämpfe dieses Öls, die sich bei der nachfolgenden Aufheizung bilden, lösen Teerteilchen, die sich in Auslässen und Abzugsleitungen niedergeschlagen haben. c) Das Öl löst Teer in angrenzenden Teilen der Teersandablagerung und schafft eine Lösung von niedriger Viskosität, die den Wärmeübergang von dem Heizelement zu der Ablagerung durch Konvektion verbessert.
Die Wirkung der eingepressten Kohlenwasserstoffflüssigkeit dürfte wenigstens teilweise auch auf einer Veränderung der Oberflächenspannung in dem System flüssiger Teer-flüssiges Wasser-Dampf beruhen.
Hiedurch wird die Stabilität der Dispersion des Teers im Dampf verändert. Es liess sich überdies beobachten, dass die Wirkung der Flüssigkeitseinpressung durch den Zusatz sehr kleiner Mengen (einiger Teile auf eine Million) eines im Handel erhältlichen, die Dampfbildung verhindernden bzw. erschwerenden Mittels, z. B. einer Silikonverbindung, zu der Flüssigkeit vor ihrer Einpressung erheblich verbessert wird.
Obgleich sich das Verfahren nach der Erfindung für die Behandlung jedes unterirdischen, fossilen Brennstoff enthaltenden, sedimentären Vorkommens anwenden lässt, bei welchem während der Wärmebehandlung eine Zersetzung von Substanzen wie Teer usw. mit nachfolgender Verstopfung eintreten kann, ist es besonders vorteilhaft in Zusammenhang mit der Pyrolyse in situ von Teersandvorkommen und Ölschiefern. Vornehmlich bei der Behandlung von Teersand an seiner natürlichen unterirdischen Lagerstätte machen sich die Nachteile, die durch das Verfahren nach der Erfindung beseitigt werden, besonders stark bemerkbar.
Wie gesagt, wird das Leichtöl oder die ihm entsprechende Kohlenwasserstoffflüssigkeit vorzugsweise vor dem Beginn der Aufheizung der Ablagerung eingepresst ; die Einpressung kann aber auch gleichzeitig mit dem Beginn der Aufheizung oder kurz danach erfolgen, jedenfalls aber bevor die Pyrolysetemperatur erreicht wird.
Als Einpressflüssigkeit kann grundsätzlich jede Flüssigkeit benutzt werden, die wenigstens teilweise bei denAufheiztemperaturen vor dem Erreichen der Pyrolysetemperatur verdampft und lösend auf die vornehmlich während der Aufheizung bis zur anschliessenden Pyrolyse sich in der Ablagerung bildenden bzw. freiwerdenden Stoffe, wie Teer, wirkt. Alle praktisch in Betracht kommenden Flüssigkeiten sind Kohlenwasserstoffe, u. zw. in erster Linie verhältnismässig leichtflüchtige Erdöldestillate, Leichtöle, andere Kohlenwasserstoffdestillate und ähnliche Stoffe.
In der Regel werden Öle und andere Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt zwischen 66 und 3160C und einem spezifischen Gewicht zwischen 0, 7 und 0, 97 benutzt. Das Öl kann entweder der Gruppe der paraffinbasigen, die zur Hauptsache Paraffinkohlenwasserstoffe enthalten, der Gruppe der naphthenbasigen, die zur Hauptsache Naphthenkohlenwasserstoffe enthalten, oder auch der Gruppe der asphaltbasigen Berg- öle entstammen. Es kann Rohpetroleum sein oder auch ein Öl, das durch die Pyrolyse derselben Ablage-
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rung in einem Teil davon, der bereits auf die Pyrolysetemperatur erhitzt worden ist, gewonnen wurde, oder auch ein anderes, durch Destillation und bzw. oder Raffinierung erhaltenes Erzeugnis oder eine Fraktion von einer der vorstehend erwähnten Rohölgruppen.
Die Wärmezufuhr je Stunde ist durchschnittlich dieselbe während der Verdampfung des eingepressten Öls wie später bei der Pyrolyse. Die Temperaturen in den angrenzenden Teilen der Ablagerung steigen allmählich von dem Augenblick des Beginns der Erhitzung bis zu deren Beendigung. Da das Öl vor dem Beginn der Erhitzung eingepresst wird oder wenigstens kurz danach, sind die Temperaturen ziemlich niedrig, solange Öl im Bohrloch und der sie umgebenden Ablagerung vorhanden ist. Praktisch nirgends in der Ablagerung steigt die Temperatur über 300 C, solange eingepresstes Öl noch in dem Bohrloch und bzw. oder der umgebenden Ablagerung vorhanden ist.
Zur Erzeugung des für die Einpressung des Öls bzw. der Kohlenwasserstoffflüssigkeit erforderlichen Drucks kann jede hiefür geeignete Vorrichtung benutzt werden, wie z. B. eine Pumpe, ein offener Tank mit einem Flüssigkeitsspiegel, der hoch genug zur Erzeugung eines statischen Drucks liegt, oder ein geschlossener Tank, der an eine Pressluftleitung angeschlossen ist.
Die in der Zeichnung schematisch in vertikalem Schnitt dargestellte Vorrichtung befindet sich in einer Teersandablagerung l, die von andern, generell mit 2 bezeichneten geologischen Schichten überdeckt ist. Der rohrförmige Mantel 3 eines Heizelementes 4 der in der österr. Patentschrift Nr. 199146 beschriebenen Bauart ist in ein von der Bodenoberfläche durch die Ablagerung 1 hindurch bis zu einer unter dieser vorhandenen geologischen Schicht niedergebrachtes Bohrloch 5 eingesetzt. Ein Gasauslassrohr 6 ist um die Heizvorrichtung 4 herum angeordnet und wird in geeigneter Höhenlage in dem Bohrloch durch einepackung 7 gehalten, die mit Zement 8 belastet ist. Oberhalb der Bodenoberfläche ist das Gasauslassrohr waagrecht abgebogen und mit einem Ventil 9 versehen.
Der ringförmige Raum 10 zwischen dem Mantel 3 und der Bohrlochwand 5 ist bis zu dem Spiegel 11 mit Wasser gefüllt.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird eine'Ölleitung von einem Tank oder einer Pumpe (beide nicht dargestellt) an den Gasauslass 6 angeschlossen. Nach Einpressen der gewünschten Menge von Öl wird das Ventil der Ölleitung geschlossen. Durch das allmähliche Verdrängen des Wassers durch das Öl sinkt der Druck in dem Teil der Ölleitung zwischen dem geschlossenen Ventil und dem Gasauslassrohr in letzterem und in dem ringförmigen Raum zwischen dem Mantel 3 und der Bohrlochwand 5, soweit aus ihm das Wasser verdrängt ist, auf Atmosphärendruck. Dann wird die Verbindung zwischen der Ölleitung und dem Gasauslassrohr unterbrochen und letzteres an eine (nicht dargestellte) Gasleitung angeschlossen. Diese Gasleitung führt in der Regel zu einer (gleichfalls nicht gezeigten) Kondensationsanlage.
Danach wird mit dem Aufheizen der Ablagerung mit Hilfe des Heizelementes 4 begonnen.
Bei einer praktischen Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung war die Dicke der Teersandablagerung 15, 25 m und ihr Teergehalt 8 lo. Der Durchmesser eines niedergebrachten Bohrloches war 12, 7 cm und die erreichte Tiefe, bei der die nächste geologische Schicht unter der Teersandablagerung erreicht wurde, 21, 35 m, gerechnet von der Erdoberfläche. Der Aussendurchmesser des Mantels des in das Bohrloch eingesetzten Heizelementes war 7, 3 cm.
Um den ringförmigen Raum zwischen Mantel und Bohrlochwand bis zu einem Spiegel von 6, 1 m unterhalb der Erdoberfläche mit Öl zu füllen, wurden 90, 72 l eines Öls mit einem spezifischen Gewicht von 0, 887, das aus einem andern Teil derselben Ablagerung durch Pyrolyse gewonnen war, mittels Pressluft unter einem Druck von 1, 4 bis 3, 5 atm. in das Bohrloch eingepresst. Mit Rücksicht auf die Lösungs- und Verdrängungswirkung wurden weitere 18, 9-37, 8 1 fol eingepresst, wodurch das Gesamtvolumen des eingepressten Öls auf zwischen 109, 62 und 128, 521 stieg. Unmittelbar an die Einpressung des Öls wurde mit der Aufheizung begonnen.
Bei einer Wärmezufuhr von 7560 kcal/h wäre das eingepresste Öl nach wenigen Stunden verdampft, wenn die zugeführte Wärme ausschliesslich für diesen Zweck verfügbar gewesen wäre. Wegen der unvermeidlichen Wärmeabgabe an den umgebenden Teersand und das Eindringen von Öl in die Ablagerung beansprucht die völlige Verdampfung des Öls aber mehrere Tage, wie 5 - 20 Tage. Während dieser ganzen Zeit sind den aus dem Teersand vor einsetzender Pyrolyse entweichenden Produkten genügend Öldämpfe beigemischt, um eine Verstopfung des Gasauslasses und der an diesen angeschlossenen Leitungen zu verhindern. Erforderlichenfalls kann eine weitere Einpressung von flüssigem Öl oder einer andern Kohlenwasserstoffflüssigkeit nach einigen, z. B. nach 10.
Tagen nach dem Beginn des Aufheizens vorgenommen werden.
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