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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Endausbeute einer unterirdischen Kohlenwasserstofflagerstätte, die von einer Sonde durchteuft ist, wobei zur Erzielung einer Verbrennung in der Kohlenwasserstofflagerstätte über die Sonde gasförmige Medien eingepresst werden.
Eine mögliche höhere Endausbeute an Erdöl wird im allgemeinen durch folgende Faktoren vereitelt : - Kapillarkräfte - Viskositätskräfte - Fehlen des erforderlichen Triebmechanismus (frühzeitiges Absterben des internen Gastrie- bes wegen exzessiver Produktion des Erdölbegleitgases, Fehlen eines Gaskappentriebes,
Fehlen eines Wassertriebes).
Es sind nun viele verschiedene Methoden bekannt, die Endausbeute einer Kohlenwasserstofflagerstätte zu erhöhen.
Durch Anwendung von thermischen Methoden werden vor allem die Viskositätskräfte vermindert und dadurch die Endausbeute erhöht.
Die thermischen Methoden unterteilen sich : - Dampfinjektion - Heisswasserinjektion - Untertageverbrennung (in situ combustion)
Bei der Dampfinjektion unterscheidet man zwischen der Dampfstimulation, dem Einpressen des Dampfes durch eine einzelne Sonde in eine unterirdische Kohlenwasserstofflagerstätte und der nachfolgenden Produktion von Kohlenwasserstoffen aus selbiger Sonde, sowie dem Dampffluten, bei welcher Methode in speziellen Injektionssonden kontinuierlich Dampf in eine Kohlenwasserstofflagerstätte eingepresst wird, um die Produktion der die Injektionssonde umgebenden Sonden zu erhöhen. Heisswasserinjektion oder Heisswasserfluten ist dem Dampffluten vergleichbar, nur ist das in die unterirdische Kohlenwasserstofflagerstätte eingepresste Medium Heisswasser.
Bei der Untertageverbrennung wird durch spezielle Injektionssonden Luft in eine Kohlenwasserstofflagerstätte eingepresst, u. zw. so lange, bis eine Entzündung des Erdöles erfolgt.
Der verwendete Brennstoff ist also ein Teil der sich in der Lagerstätte befindlichen Kohlenwasserstoffe. Hat sich das Erdöl entzündet, wird der Verbrennungsvorgang durch kontinuierliches Lufteinpressen aufrecht erhalten.
Die Erfindung ist nun den thermischen Methoden zuzuordnen, wobei die Viskositätskräfte verringert werden und der Triebmechanismus zum Teil wiederhergestellt wird.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine erhöhte Endausbeute aus einer unterirdischen Kohlenwasserstofflagerstätte mit Hilfe von leicht zu transportierender Übertageausrüstung zu erzielen.
Dabei sollen die Kosten gegenüber bisher angewendeten Methoden drastisch reduziert werden, u. zw. durch einfachere Ausrüstung, weniger Personal und geringere Kosten für die Stoffe, die in die Kohlenwasserstofflagerstätte eingebracht werden.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das in Sonden unterschiedlicher Komplettierungsart (Casingperporation, Open Hole) sowohl durch einen Steigrohrstrang als auch durch den Casing Anwendung finden kann. Es soll ferner möglich sein, durch eine Sonde für einen relativ kurzen Zeitraum - Stunden oder wenige Tage-Medien in eine unterirdische Kohlenwasserstofflagerstätte einzubringen, welche chemische Reaktionen in der Kohlenwasserstofflagerstätte auslösen, worauf aus selbiger Sonde wieder die Produktion an Kohlenwasserstoffen aufgenommen werden kann.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss durch folgende Schritte :
Verbinden der Öffnung im Sondenkopf mit einer Vorrichtung, um Brenn- und Oxydierstoffe kontinuierlich im gewünschten Verhältnis mischen zu können und eine entzündbare Gasmischung erzeugen zu können ;
Einpressen der entzündbaren Gasmischung durch die Sonde in die Kohlenwasserstofflagerstätte bis der für die Reaktion gewünschte Druck erreicht ist ;
Entzünden des Gasgemisches am Sondenkopf, wobei sich die entstehende Reaktionswelle in der Kohlenwasserstofflagerstätte verbreitet und der erreichbare Druck und die erreichbare Tem-
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peratur in erster Linie von der Zusammensetzung und dem Druck des eingepressten Gasgemisches und in zweiter Linie von der Temperatur der Kohlenwasserstofflagerstätte abhängen.
Die gasförmigen Medien, die kontinuierlich in der Mischeinrichtung vermischt werden, sind einerseits der gasförmige, reduzierende Stoff, im folgenden Brennstoff genannt (Äthan, Methan, Propan, Butan, Erdgas, Wasserstoff, Ammoniak usw. ), und anderseits der gasförmige Oxydierstoff (Sauerstoff, Luft, Lachgas, Stickstoffdioxyd, Stickstofftetroxyd usw. ), um eine brennbare gasförmige Mischung zu erzeugen.
Das Mischungsverhältnis der gasförmigen Mischung kann konstant gehalten oder in Stufen verändert werden.
Die brennbare, gasförmige Mischung wird kontinuierlich (für Stunden oder Tage) in die Sonde und in die unterirdische Kohlenwasserstofflagerstätte eingepresst, bis der für die Reaktion erwünschte Druck erreicht wird.
Die eingepresste gasförmige Mischung wird innerhalb oder ausserhalb der Sonde entzündet und die entstehende Welle breitet sich in die Kohlenwasserstofflagerstätte aus.
Die Verbrennungsreaktion der eingepressten, gasförmigen Mischung ruft einen erhöhten Druck und eine erhöhte Temperatur hervor, die vom Druck und Mischungsverhältnis der eingepressten, gasförmigen Mischung und der Temperatur in der Kohlenwasserstofflagerstätte abhängig sind.
Je nach dem Mischungsverhältnis der eingepressten, gasförmigen Medien, sind zwei verschiedene Verbrennungsreaktionen möglich :
Ein Detonationsprozess, der eine Detonationswelle hervorruft, die sich mit Überschallgeschwin- digkeit ausbreitet und zusätzlich zur erhöhten Temperatur und zum erhöhten Druck Risse in der Kohlenwasserstofflagerstätte hervorruft.
Ein Deflagrationsprozess, der eine Deflagrationswelle hervorruft, die sich mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von z. B. 1 m/s ausbreitet und Temperatur und Druck in der Kohlen- wasserstofflagerstätte erhöht.
Eine Kombination des Detonations- und Deflagrationsprozesses, wobei das Mischungsverhältnis der eingepressten Brennstoff-Oxydierstoffmischung so verändert wird, dass innerhalb der Sonde eine Deflagrationswelle ausgelöst wird und innerhalb der Kohlenwasserstofflagerstätte eine Detonationswelle.
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heissen, gasförmigen Mediums, durch Einpressen eines chemischen Stoffes (Hydrazin z. B.), der die Verbrennungsreaktion auslöst. Die Verbrennungsreaktion zwischen dem Brenn- und Oxydierstoff liefert die hohe Temperatur in der Kohlenwasserstofflagerstätte, die die Viskositätskräfte erniedrigt und eine thermische Expansion der flüssigen Kohlenwasserstoffe hervorruft, und durch die entstehenden Gase den Druck in der Kohlenwasserstofflagerstätte erhöht, wodurch der Triebmechanismus, der das Erdöl zur Sonde treibt, verbessert wird.
Das alles sind Faktoren, die die Endausbeute einer Kohlenwasserstofflagerstätte erhöhen.
Nach kurzer Zeit - wenigen Tagen - kann die Sonde wieder in Produktion genommen werden.
Die Erfindung unterscheidet sich von bekannten Verfahren, die eine Verbrennungstechnologie ausserhalb der Sonde benutzen, dadurch, dass keine Wärmeverluste entstehen, da die Wärme in der Lagerstätte erzeugt wird. Die Erfindung unterscheidet sich vom Gebrauch von flüssigen oder festen Explosivstoffen innerhalb der Sonde dadurch, dass der maximale Druck fixiert ist und sehr genau bestimmbar und viel niedriger als die exorbitant hohen Drücke, die bei konventionellen Explosivstoffen auftreten. Werden die geeigneten Brenn- und Oxydierstoffe gewählt, treten keinerlei Schadstoffe in die Umwelt aus.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Gemäss Fig. 1 ist eine unterirdische Kohlenwasserstofflagerstätte --16-- von einer Sonde durch-
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mantel durchdringender Öffnungen --24--, sogenannte Perforationen.
Das obere Ende des Sondencasings kann durch Ventile --26-- geschlossen werden. Diese Sonde ist in einer Weise konstruiert worden, wie sie für Erdöl- und Erdgassonden üblich ist.
Der Sondenkopf wird mit der Mischeinrichtung --32-- fest verbunden. Diese Mischeinrichtung --32-- ist über Hochdruckleitungen mit einem Brennstoff tank --27-- und einem Oxydierstofftank --31-- verbunden. Der Brennstoff tank --27-- und der Oxydierstofftank--31--sind mit einem Kompressor --28-- verbunden. Die Mischeinrichtung --32-- ist mit einer Zündeinrichtung --34-- verbunden. Ein Drucksensor --44-- und ein Temperatursensor --46-- sind am Sondenkopf angebracht, um Temperatur und Druck in der Sonde zu messen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Mischeinrichtung --32--. Ein Gehäuse --62-- hat eine obere Einlassöffnung --44--, um den gasförmigen Oxydierstoff aufnehmen zu können. Der Brennstoff dringt durch die Düse --40-- in die Mischkammer--46--, wo er mit dem Oxydierstoff vermischt wird. Unterhalb der Mischkammer --46-- ist die Zündkammer --48-- mit der Zündeinrichtung --34-- (in diesem Beispiel eine Zündkerze) das Gehäuse --62-- hat eine untere Austritts- öffnung --52--, die mit dem Sondenkopf verbunden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung der Endausbeute einer unterirdischen Kohlenwasserstofflagerstätte, die von einer Sonde durchteuft ist, wobei zur Erzielung einer Verbrennung in der Kohlenwasserstofflagerstätte über die Sonde gasförmige Medien eingepresst werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte :
Verbinden der Öffnung im Sondenkopf mit einer Vorrichtung, um Brenn- und Oxydierstoffe kontinuierlich im gewünschten Verhältnis mischen zu können und eine entzündbare Gasmi- schung erzeugen zu können ;
Einpressen der entzündbaren Gasmischung durch die Sonde in die Kohlenwasserstofflager- stätte bis der für die Reaktion gewünschte Druck erreicht ist ;
Entzünden des Gasgemisches am Sondenkopf, wobei sich die entstehende Reaktionswelle in der Kohlenwasserstofflagerstätte verbreitet und der erreichbare Druck und die erreichbare
Temperatur in erster Linie von der Zusammensetzung und dem Druck des eingepressten Gas- gemisches und in zweiter Linie von der Temperatur der Kohlenwasserstofflagerstätte abhän- gen.
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The invention relates to a method for increasing the final yield of an underground hydrocarbon deposit which is penetrated by a probe, gaseous media being injected via the probe to achieve combustion in the hydrocarbon deposit.
A possible higher final yield of petroleum is generally thwarted by the following factors: - capillary forces - viscosity forces - lack of the required drive mechanism (premature death of the internal gas drive due to excessive production of the associated petroleum gas, lack of a gas cap drive,
Lack of a water drive).
Many different methods are now known to increase the final yield of a hydrocarbon deposit.
The use of thermal methods primarily reduces the viscosity forces and thereby increases the final yield.
The thermal methods are divided into: - steam injection - hot water injection - underground combustion (in situ combustion)
With steam injection, a distinction is made between steam stimulation, the injection of steam by a single probe into an underground hydrocarbon deposit and the subsequent production of hydrocarbons from the same probe, and steam flooding, in which method steam is continuously injected into a hydrocarbon deposit using special injection probes to increase the production of the probes surrounding the injection probe. Hot water injection or hot water flooding is comparable to steam flooding, except that the medium that is pressed into the underground hydrocarbon deposit is hot water.
When burning underground, air is injected into a hydrocarbon deposit using special injection probes. between until the oil ignites.
The fuel used is therefore part of the hydrocarbons in the deposit. Once the petroleum has ignited, the combustion process is continued by injecting air continuously.
The invention can now be assigned to the thermal methods, the viscosity forces being reduced and the drive mechanism being partially restored.
It is an object of this invention to achieve an increased final yield from an underground hydrocarbon deposit using easily transportable surface equipment.
The costs should be drastically reduced compared to previously used methods, u. between simpler equipment, fewer personnel and lower costs for the substances that are brought into the hydrocarbon deposit.
Another object of this invention is to provide a method which can be used in probes of different types of completion (casing holding, open hole) both through a riser pipe string and through the casing. It should also be possible to use a probe for a relatively short period of time - hours or a few days - to introduce media into an underground hydrocarbon deposit which trigger chemical reactions in the hydrocarbon deposit, after which the production of hydrocarbons can be resumed from the same probe.
According to the invention, this is achieved by the following steps:
Connecting the opening in the probe head to a device in order to be able to continuously mix fuels and oxidants in the desired ratio and to be able to produce an ignitable gas mixture;
Injecting the flammable gas mixture through the probe into the hydrocarbon deposit until the pressure desired for the reaction is reached;
Ignition of the gas mixture at the probe head, the resulting reaction wave spreading in the hydrocarbon deposit and the achievable pressure and the achievable temperature
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temperature depend primarily on the composition and pressure of the injected gas mixture and secondly on the temperature of the hydrocarbon deposit.
The gaseous media that are continuously mixed in the mixing device are, on the one hand, the gaseous, reducing substance, hereinafter referred to as fuel (ethane, methane, propane, butane, natural gas, hydrogen, ammonia, etc.), and on the other hand, the gaseous oxidizing agent (oxygen, Air, nitrous oxide, nitrogen dioxide, nitrogen tetroxide etc.) to produce a combustible gaseous mixture.
The mixing ratio of the gaseous mixture can be kept constant or changed in stages.
The combustible, gaseous mixture is injected continuously (for hours or days) into the probe and into the underground hydrocarbon deposit until the pressure desired for the reaction is reached.
The injected gaseous mixture is ignited inside or outside the probe and the resulting wave spreads into the hydrocarbon deposit.
The combustion reaction of the injected gaseous mixture causes an increased pressure and an elevated temperature, which are dependent on the pressure and mixing ratio of the injected gaseous mixture and the temperature in the hydrocarbon deposit.
Depending on the mixing ratio of the injected gaseous media, two different combustion reactions are possible:
A detonation process that creates a detonation wave that propagates at supersonic speeds and, in addition to the elevated temperature and pressure, causes cracks in the hydrocarbon deposit.
A deflagration process that creates a deflagration wave that moves at a relatively slow speed of e.g. B. 1 m / s and increases temperature and pressure in the hydrocarbon deposit.
A combination of the detonation and deflagration process, whereby the mixing ratio of the injected fuel-oxidant mixture is changed so that a deflagration wave is triggered within the probe and a detonation wave within the hydrocarbon deposit.
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hot, gaseous medium, by injecting a chemical substance (e.g. hydrazine) that triggers the combustion reaction. The combustion reaction between the fuel and the oxidant provides the high temperature in the hydrocarbon deposit, which lowers the viscosity forces and causes thermal expansion of the liquid hydrocarbons, and by the resulting gases increases the pressure in the hydrocarbon deposit, thereby increasing the drive mechanism that probes the petroleum drives, is improved.
These are all factors that increase the final yield of a hydrocarbon deposit.
After a short time - a few days - the probe can be put back into production.
The invention differs from known methods which use a combustion technology outside the probe in that no heat losses occur since the heat is generated in the deposit. The invention differs from the use of liquid or solid explosives within the probe in that the maximum pressure is fixed and can be determined very precisely and is much lower than the exorbitantly high pressures which occur with conventional explosives. If the appropriate fuels and oxidants are selected, no pollutants will escape into the environment.
The invention is described below with reference to an embodiment shown in the drawings.
1, an underground hydrocarbon deposit --16-- is penetrated by a probe -
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through openings --24--, so-called perforations.
The upper end of the probe casing can be closed by valves --26--. This probe has been designed in a manner that is common for petroleum and natural gas probes.
The probe head is firmly connected to the mixing device --32--. This mixing device --32-- is connected to a fuel tank --27-- and an oxidant tank --31-- via high pressure lines. The fuel tank --27-- and the oxidant tank - 31 - are connected to a compressor --28--. The mixing device --32-- is connected to an ignition device --34--. A pressure sensor --44-- and a temperature sensor --46-- are attached to the probe head to measure temperature and pressure in the probe.
Fig. 2 shows a section through the mixing device --32--. A housing --62-- has an upper inlet opening --44-- to accommodate the gaseous oxidant. The fuel penetrates through the nozzle --40-- into the mixing chamber - 46--, where it is mixed with the oxidizing agent. Below the mixing chamber --46-- is the ignition chamber --48-- with the ignition device --34-- (in this example a spark plug) the housing --62-- has a lower outlet opening --52--, which is connected to the probe head.
PATENT CLAIMS:
1. A method for increasing the final yield of an underground hydrocarbon deposit which is penetrated by a probe, gaseous media being injected via the probe to achieve combustion in the hydrocarbon deposit, characterized by the following steps:
Connecting the opening in the probe head with a device in order to be able to continuously mix fuels and oxidants in the desired ratio and to be able to produce an ignitable gas mixture;
Pressing the flammable gas mixture through the probe into the hydrocarbon deposit until the pressure desired for the reaction is reached;
Ignition of the gas mixture at the probe head, the resulting reaction wave spreading in the hydrocarbon deposit and the achievable pressure and the achievable
Temperature depends primarily on the composition and pressure of the injected gas mixture and secondly on the temperature of the hydrocarbon deposit.
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