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Verfahren zum Gewinnen von Rohöl aus unterirdischen Lagerstätten mit Hilfe von in diese eingepresstem Kohlendioxyds
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von Rohöl aus unterirdischen Lager- stätten mit Hilfe von in diese eingepresstem Kohlendioxyd. Dieses bekannte und in zahlreichen Varianten auch angewendete Verfahren ist wegen mangelnder Wirtschaftlichkeit meist bald wieder eingestellt worden. Ziel der Erfindung ist eine Verbesserung, die eine gute Wirtschaftlichkeit garantiert. Der erwähnte Nachteil haftet dem Verfahren nämlich keineswegs grundsätzlich an, sondern resultiert aus einer ungenügenden Berücksichtigung von notwendig einzuhaltenden Bedingungen.
Erfindungsgemäss wird in die Lagerstätte ein komprimierter, wenigstens 85 Vol.-%, vorzugsweise mehr als 95 Vol.-%CO ent- haltender Gasstrom eingepresst ; weiters wird der Gesamtdruck des strömenden Gases unterhalb des auf der Lagerstätte lastenden Gebirgsdruckes und der Partialdruck des Kohlendioxyds kleiner als etwa 126 kp/cm, vorzugsweise zwischen 14 und 70 kp/em gehalten, das Rohöl mit einem Gehalt von mindestens etwa 0, 0075 m 3/1, vorzugsweise mehr als 0,015 m 3/1, gelöstem C02 entnommen und an- schliessend zur Gewinnung des Rohöls das CO 2 von der entnommenen Lösung abgetrennt und gegebenenfalls an derselben oder einer andern Lagerstätte wiederverwendet.
Der Gesamtdruck des eingepressten Gases muss kleiner sein als der auf der Lagerstätte lastende Gebirgsdruck, um das Auftreten von Rissen auszuschliessen, aus denen Gas und Rohöl ungenutzt entweichen könnte. Kohlendioxyd ist in Rohöl stark löslich und hat die technisch wertvolle Eigenschaft, die Viskosität des Rohöls herabzusetzen. Ein Rohöl mit einem spez. Gewicht von 0,9725 hat bei 56, 70C eine Viskosität von 250 cP. Sind in einem Liter solchen Rohöls 0,0075 m Kohlendioxyd gelöst, so beträgt die Viskosität dieser Lösung bei der gleichen Temperatur 100 cP, also weniger als die Hälfte, und bei einem Kohlendioxydgehalt von 0,015 bzw.
0,056 m/1 nur 62 bzw. 22 cP. Es versteht sich, dass eine herabgesetzte Viskosität vorteilhaft ist, weil das zu gewinnende Rohöl nicht nur in der Lagerstätte besser zufliesst, sondern wegen der geringeren Reibung auch leichter gefördert werden kann. Die Abnahme der Viskosität mit zunehmender CO-Kon- zentration ist insbesondere im Bereich3geringer CO2-Konzentrationen bedeutend, so dass sie sich schon bei einer Konzentration von 0,0075 m/1 CO2 stark auswirkt und über einer Mindestkonzentration von 0,015 m 11 C02 voll zur Geltung kommt. Die CO2-Konzentration ist von dem Partialdruck des Kohlendioxyds in dem in die Lagerstätte eingepressten Gasstrom abhängig.
Dieser Partialdruck darf jedoch einen Wert von etwa 120 kp/cm2 2 nicht überschreiten.
Rohöle enthalten nämlich allgemein einige Kohlenwasserstoffe von sehr hohem Molekulargewicht, die meistens als Asphaltene bezeichnet werden. Wenn der Partialdruck des mit dem Rohöl in Kontakt stehenden Kohlendioxyds etwa 126 kg/cm 2 übersteigt, kann, wie gefunden wurde, in dem Rohöl eine Phasentrennung auftreten, wobei eine wie angenommen wird, aus Asphaltenen bestehende Fraktion desselben, ausfällt. Ein solcher Niederschlag in den Poren einer unterirdischen Lagerstätte wirkt sich sehr nachteilig, wenn nach katastrophal aus, da er den Rohölzustrom durch die Formation ernstlich behindert und sogar zum Erliegen bringt. Es ist daher vorteilhaft, das Einpressen des gasförmigen Kohlendioxyds so zu steuern, dass dessen Partialdruck in den Bereich von etwa 14 bis 70 kp/cm2 fällt.
Die Anwendung solcher Partialdrücke führt zu durchaus befriedigenden Ergebnissen, da, wie bereits erwähnt, die
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Rohöls wird das C02 aus der geförderten Lösung abgetrennt und kann an derselben oder einer andern
Lagerstätte wieder verwendet werden.
Es ist klar, dass das gasförmige Kohlendioxyd, das in eine unterirdische Lagerstätte eingepresst wird, ausreichend Zeit haben muss, um sich in dem Rohöl in der erforderlichen Menge zu lösen. Es empfiehlt sich daher, das Verfahren so zu steuern, dass mittels des in die Lagerstätte eingepressten und in dem Rohöl gelösten Kohlendioxyds die Viskosität der entnommenen Lösung auf weniger als die Hälfte der Viskosität des aus dieser Lösung durch Abtrennen des Kohlendioxyds gewonnenen Rohöls herabgesetzt wird.
Wie bekannt, ist in den meisten unterirdischen Lagerstätten, die Rohöl enthalten, auch Wasser vorhanden. In diesem Lagerstättenwasser geht ein Teil des verdichteten Kohlendioxyds in Lösung. Das dabei entstehende, leicht saure Wasser kann mithelfen, die Poren der Lagerstätte zu öffnen und erleichtert daher den Fluss der kohlendioxydhaltigen Rohöllösung.
Bei hochviskosen Rohölen, einschliesslich solcher, die bei den in den Lagerstätten herrschenden Temperaturen halbfest oder fest sind, kann die Viskositätsherabsetzung, die mittels des Kohlendioxyds bewirkt wird, durch Anheben der Temperatur vergrössert werden. Eine erhöhte Temperatur erleichtert auch die Durchdringung der Formation mit Kohlendioxydgas und fördert dessen Diffusion in dem Rohöl.
Es kann sich daher empfehlen, den in die Lagerstätte eingepressten Gasstrom zu erwärmen, die Temperatur der entnommenen Lösung jedoch auf höchstens 204 C zu steigern, um ein eventuelles Cracken und eine Verkohlung des Rohöls in der Formation zu vermeiden. Ob es zweckmässig ist, das komprimierte Kohlendioxydgas vorzuwärmen, hängt von verschiedenen wirtschaftlichen Faktoren ab, die mit dem jeweiligen Rohölgewinnungsvorgang variieren. Im allgemeinen ist eine Vorerwärmung eher bei schweren Rohölen gerechtfertigt, die ein spez. Gewicht unter etwa 0,9042 (etwa 250C) haben und insbesondere bei sehr schweren Rohölen mit einem spez. Gewicht von unter etwa 0,9659.
Es ist bekannt, zur Verbesserung der Sekundärgewinnung von Rohöl in die Lagerstätten Dampf einzupressen. Dieses Verfahren ist teuer und hat verschiedene weitere Nachteile, z. B. kondensiert unvermeidbar eine bestimmte Menge Wasser, die die Bildung von unangenehmen Öl-Wasser-Emulsionen in der Lagerstätte zur Folge hat. Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn im Einklang mit der Erfindung der komprimierte Gasstrom zu seiner Erwärmung durch heisses Wasser geleitet wird.
Bei dieser Verfahrensvariante wird das verdichtete Kohlendioxyd mit Wasserdampf bei der gewählten erhöhten Temperatur gesättigt, die üblicherweise im Bereich von etwa 149 bis 2040C liegt. Ein wichtiger Vorteil liegt in der Verwendbarkeit harten Wassers oder Brackwassers, wohingegen ein Dampfkessel gut gereinigtes Wasser erfordert. Das Auftreten von Feststoffen, die sich in dem von dem Kohlendioxyd durchströmten Wasser gebildet haben, kann leicht an Wasserproben kontrolliert werden, die aus dem Kessel, in dem das Kohlendioxyd mit Dampf gesättigt wird, entnommen werden, und erst wenn die Feststoffkonzentration eine vorbestimmte Höchstgrenze erreicht hat, muss das Wasser abgezogen und durch neues ersetzt werden.
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abgetrennt zu werden brauchen, da ihre Rückführung in die Lagerstätte bedeutungslos ist.
Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich steigern, wenn Kohlenwasserstoffe aus einem Teil des aus der Lagerstätte entnommenen Rohöls zu Wasserstoff umgewandelt werden und das bei dieser Umwandlung als Nebenprodukt anfallende CO2-haltige Gas in die Lagerstätte eingepresst und nicht, wie üblich, in die Atmosphäre abgelassen wird. Die Produktion von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen wird laufend in industriellem Massstab für die Ammoniaksynthese oder die Hydrierung von Erdöl oder Kohle durchgeführt, so dass auch grosse Mengen an praktisch reinem Kohlendioxyd verfügbar sind, die in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren nicht wertlos, sondern verwertbar sind.
Vorzugsweise wird der erzeugte Wasserstoff jedoch zum Raffinieren eines andern, von Cl 2 befreiten Anteiles des aus der Lagerstätte stammenden Rohöls ausgenutzt.
In gleicher Weise kann der erzeugte Wasserstoff vorteilhafterweise für die Hydrierung des gewonnenen Rohöls oder einer destillierten Fraktion desselben verwendet werden, um eine Desulfurierung und/oder Hydrocrackung zu wertvolleren Kohlenwasserstoffen mit tieferem Siedepunkt zu bewirken.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung und dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematisierter Darstellung eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgeässen Verfahrens.
Bei s pie 1 1 : Praktisch reines, auf den erforderlichen Einpressdruck verdichtetes Kohlendioxyd, das aus einer Vorratsquelle-10-kommt, wird durch eine Leitung-11--zu einer Fördersonde-12-- geleitet, die sich in die rohölhaltige unterirdische Lagerstätte --13-- erstreckt. Bei diesem Beispiel wird das gasförmige Kohlendioxyd mit einem Druck von etwa 85 kp/cm2 eingepresst, der sicher unter unter dem Deckgebirgedruck der Lagerstätte liegt. Die Formationstemperatur beträgt etwa 26, 70C. Das Kohlendioxyd löst sich in dem Rohöl in der Lagerstätte und in dem Lagerstättenwasser, füllt die Hohlräume der Lagerstätte --13-- und hilft, die kohlendioxydhaltige Rohöllösung zu einer Fördersonde --14- zu treiben, die sich ebenfalls in die Lagerstätte --13-- erstrecht.
Selbst wenn das Rohöl ein spez. Gewicht von etwa 0, 9340 aufweist, fliesst die Lösung leicht zu der Fördersonde-14--, aus der sie über eine Leitung --15-- abgezogen und in einen Gasabscheider --16-- geleitet wird, in dem das
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eine Leitung --19--. Das aus der Lösung ausgetretene Kohlendioxyd wird verdichtet über eine Leitung - zurückgeleitet und abermals in die Fördersonde --12-- eingepresst. Uberschüssiges Kohlendioxyd kann über eine Leitung --21-- zu einer andern Formation oder Lagerstätte geführt und dort zur Gewinnung von Rohöl ausgenutzt werden.
Beispiel 2 : Es wird nach dem intermittierenden Gasliftverfahren mit einer Fördersonde, nämlich der Fördersonde --12-- gearbeitet.
Gasförmiges Kohlendioxyd aus der Quelle --10-- wird mit einem Druck von 70 kp/cm2 über eine Leitung --22-- in einen Kessel --23-- geleitet, der über eine Leitung --24-- mit Wasser versorgt wird. In dem Kessel ist eine Heizschlange --25-- untergebracht, um das Wasser auf eine Temperatur von 176, 7 C zu erwärmen. Wasser und abgesetzte Feststoffe können aus dem Kessel --23-- über eine Lei- tung --26-- abgezogen werden. Das Kohlendioxyd strömt durch das heisse Wasser in dem Kessel --23-nach oben, aus dem es, mit Wasserdampf gesättigt (etwa 0,056 m3 Kohlendioxyd pro 0,028 m3 Dampf), austritt und über eine Leitung --27-- in die Leitung --11-- und aus dieser in die Fördersonde --12-- gelangt.
Das Einpressen von Kohlendioxyd und Wasserdampf durch die Sonde --12-- wird fortgesetzt, bis der Druck unten in der Sonde sich stabil auf etwa 63 kp/cm einstellt. Die Einpressphase des Zyklus wird dann abgebrochen und die Förderphase zur Entnahme kohlendioxydhaltiger Rohöllösung beginnt. Während der Förderphase strömt die Lösung aus der Sonde über die Leitungen --11 bzw. 28-in den Gasabscheider --16--. Die abgezogene Lösung enthält etwa 0,03 m3 Kohlendioxyd/l gewonnenen Rohöls, das ein spez. Gewicht von 0, 9930 aufweist.
Wenn der Druck in der Fördersonde --12-- auf 28 kp/cm2 abgefallen ist, wird die Förderphase abgebrochen und mit einer Einpressphase ein neuer Zyklus begonnen.
Beispiel 3 : Hiebei wird in derselben Weise verfahren, wie bei dem Beispiel 1, wobei das in die Fördersonde-12-- eingepresste, praktisch reine Kohlendioxyd, über eine Leitung --31-- einer Umsetzungsanlage --30-- entnommen wird. Dieser Anlage wird Sauerstoff über eine Leitung --32-- und über eine Leitung --33-- Rohöl zum Umwandeln in Wasserstoff und C02 zugeführt. Der Wasserstoff
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verlässt die Anlage --30-- über eine Leitung --34-- und wird beispielsweise für die Ammoniaksynthese verwendet.
Bei dem in Rede stehenden Beispiel wird nur ein Teil des aus der Fördersonde --15-- stammenden und in dem Gasabscheider --16-- entgasten Rohöls über die Leitung --33-- der Umsetzungsanlage - zugeführt. Ein anderer Teil des Rohöls gelangt über eine von der Leitung --33-- ausgehende Zweigleitung --36-- in eine Hydrieranlage-37-, die über eine Leitung --38-- von der Umsetzungsanlage --30-- mit Wasserstoff versorgt wird, und aus der hydriertes Öl über eine Leitung --39-- abgegeben wird, wogegen Abgase durch eine Leitung --40-- abgeführt werden. Derartige Anlagen arbeiten am wirtschaftlichsten. Das Kohlendioxyd kann in die Fördersonde-12-oder über die Leitung --21-in eine andere Fördersonde eingepresst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Gewinnen von Rohöl aus unterirdischen Lagerstätten mit Hilfe von in diese ein-
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nommenen Lösung abgetrennt und gegebenenfalls an derselben oder einer andern Lagerstätte wiederverwendet wird.