-
Die Erfindung betrifft das Extrahieren eines Gases, insbesondere Methan, aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen.
-
Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Bei Erdgas handelt es sich um ein Gasgemisch, dessen chemische Zusammensetzung je nach Fundstätte beträchtlich schwankt. Ein wesentlicher Bestandteil von Erdgasen ist hochentzündliches Methan. Die chemische Formel für Methan ist CH4. Häufig enthält Erdgas darüber hinaus auch Anteile an Propan, Butan und Ethen. Meist enthält ein gefördertes Erdgas auch einen Wasserdampfanteil, sowie einen sauren Anteil wie Kohlendioxid oder Schwefelwasserstoff.
-
Methan entsteht ursprünglich im tieferen Untergrund unterhalb der Oberfläche der Erde bei hohen Temperaturen und Drücken. Methan, das am Tiefsee-Meeresgrund austritt kann sich durch hohen Wasserdruck und/oder durch tiefe Umgebungstemperaturen zu festem Methan-Hydrat ausbilden. Methan-Hydrat besteht dabei aus Methan, das in erstarrtem Wasser eingelagert ist, wobei die Wassermoleküle das Methan vollständig umschließen. Weitere Methan-Hydrat-Vorkommen finden sich in den Permafrostböden der Polargebiete oder im Eisschild Grönlands und in der Antarktis. Methan-Hydrat kommt dabei in unterschiedlichen Strukturtypen vor.
-
Der Begriff Hydrat bezeichnet ursprünglich kristallwasserhaltige Substanzen, wobei Kristallwasser oder auch Hydratwasser eine Bezeichnung für Wasser ist, das in kristallinen Festkörpern gebunden vorkommt. Methan-Hydrat bzw. Gas-Hydrat ist in diesem Sinne zwar kein Hydrat nach vorstehender Definition, jedoch Einschlussverbindungen bzw. Clathrate, bei denen ein Gastmolekül – z. B. Methan – in ein Gitter oder Käfig aus einem Wirtsmolekül – hier Wasser – eingelagert ist. Die Einlagerung der Gase erfolgt in den Struktur-Hohlräumen von kristallinem Wasser. Die eingeschlossenen Atome oder Moleküle sind wie in einem Käfig in der Struktur gefangen. Beim Schmelzen des Wassers werden die Gase dann wieder freigesetzt.
-
Gas-Hydrate können zukünftig einen bedeutenden Beitrag als Erdgasquelle spielen. Zur Gewinnung von Erdgas ist die Zielrichtung die Gas-Hydrate zunächst im geologischen Untergrund zu zersetzen. Dabei wird das in den Wasserkäfigen der Gas-Hydrate fixierte Methan als Gas freigesetzt, das dann über Bohrungen gefördert werden kann.
-
Zur Gewinnung von Methan aus Methan-Hydraten, sind dabei verschiedene Vorgehensweisen diskutiert worden, wobei alle Verfahren den Zweck anstreben, dass das Methan-Hydrat bereits im Methan-Hydrat-Vorkommen in einen gasförmigen Zustand überführt wird:
- 1. Temperaturerhöhung mittels Einspeisen von heißem Wasser oder Dampf. Dieser Ansatz wird beispielsweise in der PatentVeröffentlichung US 2008/0268300 A1 diskutiert.
- 2. Druckabsenken. Diese Vorgehensweise wird zum Beispiel im Patent US 7,530,392 B2 vorgeschlagen, sowie auch in der Patent-Veröffentlichung WO 2009/155270 A2 .
- 3. Einspritzen eines Inhibitors, eines Ersatzstoffes, von Kohlenstoffdioxidgas oder des Gefrierschutzmittels Methanol in die Lagerstätte. Diesbezügliche Verfahren sind unter anderem in den Veröffentlichungen DE 10 2009 007 453 A1 , US 7,222,673 B2 oder US 2010/0163246 A1 weiter erläutert.
-
Dabei erweisen sich viele der vorgeschlagenen Verfahren als verfahrenstechnisch aufwendig. Die Förderung der Gas-Hydrate ist mit einem Handhaben von Stoffströmen verschiedener Art verbunden, was in extrem kalten Regionen oder in sehr großen Tiefen mit großen technischen Schwierigkeiten verbunden sein kann. Häufig ist außerdem ein Stoff-Zustrom in die Lagerstätte nötig.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung ein System und ein Verfahren anzugeben, bei dem eine Erdgas-Förderung aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen mit weniger Aufwand möglich wird.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß umfasst ein System zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen mindestens eine ins Gas-Hydrat-Vorkommen zumindest teilweise eingebrachte elektrischer Leiter, sowie ein Produktionsrohr zum Abführen eines freigesetzten Gases aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen. Der elektrische Leiter ist dabei derart ausgebildet, dass mittels des elektrischen Leiters das Gas-Hydrat-Vorkommen erwärmbar ist, so dass ein Gas aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen durch das Erwärmen von Gas-Hydraten des Gas-Hydrat-Vorkommens freigesetzt wird. Dies freigesetzte Gas kann daraufhin über das Produktionsrohr bzw. Förderrohr aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen abgeführt werden.
-
Als Gas wird hierbei insbesondere ein Erdgas verstanden, vorzugsweise Methan, sowie Propan, Butan und/oder Ethen. Unter Gas-Hydrat-Vorkommen wird hierbei vorzugsweise eine natürliche geologische Ansammlung von Gas-Hydrat, insbesondere unterirdisch verstanden. Insbesondere sind hierbei Lagerstätten in arktischen Permafrost-Regionen zu betrachten. Weiterhin ist das erfindungsgemäße System auch für am oder im Tiefsee-Meeresgrund liegende Vorkommen einsetzbar.
-
Die Gas-Hydrat-Lagerstätte bzw. -Reservoir ist üblicherweise ein unterirdisches Vorkommen, bei dem Gas-Hydrate in Sedimenten eingelagert sind, welche insbesondere unter einer Schicht aus mehr oder minder permeablen Feststoff liegen (Sedimente, Eis, ...).
-
Das erfindungsgemäße System ist dabei insofern vorteilhaft, als dass über den elektrischen Leiter elektrischer Strom ins Reservoir eindringt, der dann dissipiert bzw. direkt in dem elektrischen Leiter dissipert und letztlich als Wärme an die Umgebung des elektrischen Leiters abgegeben werden kann, so dass dadurch das Gas-Hydrat-Vorkommen erwärmen kann. Als Folge davon kann in einer erwärmten Region das Gas-Hydrat geschmolzen werden, so dass der Wasseranteil flüssig oder gasförmig wird und das eingeschlossene Gas aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen freigesetzt wird. Das freigesetzte Gas ist dabei das zu fördernde Erdgas, also insbesondere Methan, eventuell zusammen mit gasförmigem oder flüssigem Wasser und weiteren Bestandteilen. Gefördert wird somit insbesondere ein gesättigtes Gas bzw. ein Mehrphasengemisch.
-
Die Stabilität von Gas-Hydraten hängt insbesondere von vorliegenden Drücken, Temperaturen und Molekülkonzentrationen ab. Insbesondere bei Methan wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen ausgenutzt, dass das Methan-Hydrat nur in einem engen Temperaturbereich stabil vorliegt, welcher für ein existierendes Methan-Hydrat-Vorkommen zwangsläufig gegeben ist, und dass neben der Phasenumwandlung durch eine relativ geringe Erhöhung der Temperatur – evtl. nur um 5°C oder 10°C oder 20°C – bereits ein Freisetzen des Methans ermöglicht wird. Eine derartig geringe Temperaturerhöhung lässt sich dabei auf einfache Weise durch den elektrischen Leiter ermöglichen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen kann ein erster des mindestens einen elektrischen Leiters derart ausgebildet sein, dass dieser erste elektrische Leiter unter Anregung – d. h. Bestromung – eine induktive Erwärmung bewirkt. Der elektrische Leiter ist insbesondere als Leiterschleife bzw. als weitgehend parallel verlaufendes Leiterpaar innerhalb des Gas-Hydrat-Vorkommens ausgebildet. Dabei wird vorzugsweise die natürliche Leitfähigkeit des Sediments genutzt, in dem die Gas-Hydrate enthalten sind.
-
Das leitfähige Sediment bildet dabei eine Last, in der Wirbelströme erzeugt werden, welche durch ein elektromagnetisches Wechselfeld, vorzugsweise im Bereich 500 Hz bis 300 kHz, erzeugt wird.
-
Der elektrische Leiter kann derart ausgebildet sein, dass in einem Abschnitt des elektrischen Leiters einer Induktivität des Leiters eine in Serie angeordnete Kapazität folgt. Dies soll vorzugsweise über die ganze Länge des Leiters wiederholt werden, so dass die Leitungsinduktivität abschnittsweise durch Serienkapazitäten kompensiert werden kann, wodurch eine unerwünschte Blindleistung vermieden werden kann. Eine Kompensation der Längsinduktivität kann mittels vorwiegend konzentrierter Querkapazitäten im Leiter erfolgen. Dies erfüllt im Wesentlichen die Funktion eines Schwingkreises. Anstelle mehr oder weniger kurzer Kondensatoren als konzentrierte Elemente im Leiter, kann auch der Kapazitätsbelag den eine Zweidrahtleitung wie z. B. eine Koaxialleitung oder Mehrdrahtleitungen ohnehin über ihre gesamt Länge bereitstellen zur Kompensation der Längsinduktivitäten verwendet werden. Dazu kann in gleichen Abständen abwechselnd der Innen- und Außenleiter unterbrochen werden und so der Stromfluss über die verteilten Querkapazitäten erzwungen werden.
-
Wie beschrieben, kann das Wechselfeld von einem durch den elektrischen Leiter bereitgestellten Schwingkreis erzeugt werden, der als kompensiertes Serienelement ausgeführt ist und von einem an der Erdoberfläche befindlichen Wechselstromgenerator im genannten Frequenzbereich gespeist werden kann. Die Leistung, welche eingebracht wird, beträgt vorzugsweise einige 10 kW bis 5 MW je Schwingkreis.
-
Die induktive Erwärmung ergibt sich in dieser Ausgestaltung insbesondere durch Wirbelströme im Gas-Hydrat-Vorkommen.
-
Alternativ oder auch zusätzlich zum induktiven Leiter, kann ein zweiter des mindestens einen elektrischen Leiters derart ausgebildet sein, dass dieser zweite elektrische Leiter unter Anregung als resistiver Heizleiter wirkt. Es erfolgt also weitestgehend eine Erwärmung des elektrischen Leiters an sich. Vorzugsweise kann dabei der zweite elektrische Leiter in einem Abschnitt als Heizpatrone ausgebildet sein.
-
Eine Kombination aus induktivem Heizen über den ersten elektrischen Leiter und aus resistivem Heizen über den zweiten elektrischen Leiter ist dabei beispielsweise vorteilhaft, wenn das resistive Heizen zur Initiierung der physikalischen Prozesse genutzt wird. Außerdem kann somit durch das resistive Heizen der Raum um das Bohrloch – d. h. dem Produktionsrohr – bezüglich der Durchlässigkeit für entfernter vom Bohrloch befindliche Räume der Lagerstätte erweitert werden, wobei und das induktive Erwärmen weiter entfernt befindliche Räume der Lagerstätte erfasst werden und Gase problemlos abgeleitet werden können.
-
Eine weitere Ausgestaltung des Systems zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen kann dabei vorzugsweise derart umgesetzt werden, dass ein dritter und ein vierter des mindestens einen elektrischen Leiters jeweils als Elektrode ausgebildet sind. Der zwischen den Elektroden liegende Bereich des Gas-Hydrat-Vorkommens kann dabei selbst als Resistor dienen.
-
Die Ausrichtung des elektrischen Leiters und/oder des Produktionsrohr ist vorzugsweise gemäß der geologischen Gegebenheiten zu gestalten. Insbesondere können der elektrische Leiter und/oder das Produktionsrohr zumindest in einem Abschnitt horizontal und/oder vertikal entlang einer Erstreckung des Gas-Hydrat-Vorkommens angeordnet sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen, kann der elektrische Leiter – vorzugsweise in der Ausgestaltung als resistiver Heizer – zumindest in einem Abschnitt innerhalb des Produktionsrohrs geführt wird. Insbesondere kann der elektrische Leiter einen Heizleiter und/oder eine Heizpatrone innerhalb des Förderbohrlochs führen.
-
Obwohl vorstehend weitgehend von einem elektrischen Leiter und einem Produktionsrohr gesprochen wird, ist erfindungsgemäß ebenfalls eine Mehrzahl von elektrischen Leitern und/oder von Produktionsrohren zu verstehen. Beispielsweise können mehrere Heizpatronen verteilt in der Lagerstätte angeordnet werden. Weiterhin können mehrere induktive Leiterschleifen vorgesehen sein.
-
Neben den bereits erwähnten Komponenten, die weitgehend unterirdisch angeordnet sind, sind zur Förderung des Erdgases weitere vorzugsweise oberirdisch angeordnete Komponenten sinnvoll. Zur Bestromung des elektrischen Leiters kann vorzugsweise eine Stromversorgung, insbesondere ein Generator, vorgesehen sein. Weiterhin können ein oder mehrere Förderrohre zum Transport des gewonnenen Gases, sowie Sammeltanks und eine Pipelinestation an der Oberfläche angeordnet werden.
-
Weiterhin kann eine Vorrichtung, insbesondere ein Kompressor oder eine Pumpe, zum Absaugen des freigesetzten Gases über das Produktionsrohr und/oder zum Absenken des Drucks im Gas-Hydrat-Vorkommen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Kompressor oberirdische angeordnet und als Schrauben- oder Kolbenmaschine ausgebildet. Dieser dient einerseits zur Druckminderung in der Lagerstätte und/oder andererseits zur Förderung eines Mehrphasengemisches bestehend aus Gas und/oder gesättigtem Gas und/oder flüssigen Bestandteilen wie Wasser.
-
Zum Ansteuern bzw. Anregen des induktiv betriebenen elektrischen Leiters kann weiter ein oder mehrere Frequenzumrichter vorgesehen sein. Der Frequenzumrichter wandelt insbesondere eine feste Netzfrequenz z. B. 50 Hz oder 60 Hz – beispielsweise als Zwischenkreisumrichter ausgeprägt – in eine variable Hochfrequenz am Umrichterausgang und speist damit die Last, d. h. den elektrischen Leiter.
-
Vorzugsweise kann die Stromversorgungseinheit derart ausgebildet sein, dass der elektrische Leiter mit Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 500 Hz und 300 kHz bestrombar ist. Bei geeigneter Bestromung kann sich dadurch innerhalb des Gas-Hydrat-Vorkommens ein elektromagnetisches Wechselfeld ausbilden.
-
Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen System keine weiteren Gase oder Flüssigkeiten in Gas-Hydrat-Vorkommen injiziert, die gemäß dem Stand der Technik direkt oder implizit eine Temperaturerhöhung der Gas-Hydrate bewirken. Eine Zuführung von Stoffen ins Reservoir ist somit nicht vorgesehen bzw. es kann auf eine Zuführung derartiger Stoffe verzichtet werden. In anderen Worten bedeutet dies, dass das erfindungsgemäße System vorzugsweise frei von einer Fluid-Zuleitung ins Gas-Hydrat-Vorkommen sein kann. Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind dabei insbesondere vorteilhaft, als dass aufgrund nicht vorhandener Stoff-Zuströme weniger verfahrenstechnische Ausrüstung wie Boiler oder Kompressoren, etc., benötigt wird.
-
Analog, kann auch eine zusätzliche Fluid-Ableitung – neben dem geförderten gewünschten Produktstrom –, wie sie teilweise im Stand der Technik zu finden ist um eine Druckverringerung im Gas-Hydrat-Vorkommen zu erzeugen, verzichtet werden.
-
Natürlich können Fluid-Zuleitungen und/oder -Ableitungen auch zu Verbesserung der Förderquote zusätzlich zum erfindungsgemäßen System eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine zusätzliche Fluid-Zuleitung ins Gas-Hydrat-Vorkommen – z. B. von CO2 – zur Verdrängung des freigesetzten Gases sinnvoll sein. Weitere Vorteile können eine Stabilisierung der Lagerstätte sein, z. B. wenn sich das zugeführte Fluid durch Phasenumwandlung in einen Feststoff wandelt, welcher das geförderte Gas volumenmäßig innerhalb des Gas-Hydrat-Vorkommens ersetzen kann. Eine derartige zusätzliche Fluid-Zuleitung kann als weitere separate Leitung ausgebildet sein oder integral mit dem elektrischen Leiter bzw. mit dem Produktionsrohr – z. B. koaxial – verbunden sein.
-
In Erweiterung zu den vorstehend genannten Ausführungsformen, sind Kombinationen mit weiteren Stimulationsmethoden denkbar. Zum Beispiel kann ein Absaugen der geförderten Gase in der Gas Phase – d. h. gesättigt mit dem aufgeschmolzenen Wasser – durch an der Oberfläche befindliche Kompressoren bewirkt werden.
-
Zur Stromerzeugung für die Pumpvorrichtung, der weiteren oberirdischen Komponenten oder für die Bestromung des elektrischen Leiters, kann elektrischer Strom optional durch die Verbrennung eines Teils des geförderten Gas-Hydrates vor Ort gewonnen werden.
-
Weiterhin ist für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, dass der Transport des gewonnen Gases bei den vorliegenden tiefen Umgebungstemperaturen durch das Förderloch weitgehend unkritisch ist, da der erhöhte Druck bei der Erwärmung der Gas-Hydrate durch Volumenzunahme erzeugt wird.
-
Die vorstehend genannten Ausführungsformen betreffen ein System zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen. Analog gilt das Genannte auch für ein Produktionsverfahren zum Extrahieren des Gases aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen. Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte: Ein mindestens einer ins Gas-Hydrat-Vorkommen zumindest teilweise eingebrachter elektrischer Leiter wird derart angesteuert, dass mittels des elektrischen Leiters das Gas-Hydrat-Vorkommen erwärmt wird, so dass ein Gas aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen durch das Erwärmen von Gas-Hydraten des Gas-Hydrat-Vorkommens freigesetzt wird. Weiterhin wird das freigesetzte Gas aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen über ein Produktionsrohr abgeführt.
-
Die vorliegende Erfindung und deren Weiterbildungen werden nachfolgend im Rahmen eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren näher erläutert.
-
Dabei zeigen in schematischer Darstellung
-
1 ein Phasendiagram von Methan Am Tiefseegrund bzw. im Untergrund;
-
2 ein erster schematischer Aufbau des Systems zum Extrahieren von Gas-Hydraten;
-
3 ein zweiter schematischer Aufbau des Systems zum Extrahieren von Gas-Hydraten;
-
4 ein dritter schematischer Aufbau des Systems zum Extrahieren von Gas-Hydraten.
-
Dabei sind sich in den unterschiedlichen Figuren entsprechende Komponenten jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Im Folgenden wird Methan als das erfindungsgemäße Gas bzw. Erdgas betrachtet. Bei dem betrachteten Gas-Hydrat handelt es sich folglich um Methan-Hydrat. Die Erfindung bezieht sich natürlich auf alle möglichen Gas-Hydrate und ist nicht auf Methan-Hydrat beschränkt.
-
1 zeigt ein Phasendiagram von Methan im Untergrund. Die horizontale Achse gibt dabei eine Umgebungstemperatur an, die vertikale Achse Drücke, wobei die Drücke beispielhaft in „atm” angegeben sind. „Atm” entspricht dem Einheitszeichen für physikalische Atmosphäre, wobei 1 atm dem Wert von 101,325 kPa entspricht (Pa: Pascal). Die Phasengrenze 200 zwischen der Form als Hydrat und der gasförmigen Ausbildung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und ist abhängig vom Strukturtyp des Gas-Methanhydrats, von weiteren vorliegenden chemischen Elementen, z. B. Salzen, etc.
-
Die Phasengrenze 200 beschreibt die Grenzbedingungen abhängig von vorliegenden Drücken und Temperaturen, zu denen ein Übergang zwischen Gasform und Hydratform des Methans stattfindet.
-
Bei niedrigeren Drück – also oberhalb der Phasengrenze 200 – und/oder bei höheren Temperaturen – also rechts der Phasengrenze 200 – befindet sich das Methan in der Gasphase.
-
Weiterhin ist im Diagramm eine Phasengrenze 201 angegeben, die den Übergang von Wasser zwischen flüssigem Zustand und kristallinen Zustand, d. h. in Form von Eis, angibt. Dieser Übergang ist im Wesentlichen durch die vorliegende Temperatur bedingt.
-
Diese beiden Phasengrenzen 200 und 201 Teilen Temperatur-Druck-Wertepaare in vier Sektoren. Im ersten Sektor 210 bei lediglich geringen Drücken und niedrigen Temperaturen ist Methan in der Gasphase und das Wasser ist als Eis ausgebildet. Im zweiten Sektor 211, bei zusätzlich höheren Temperaturen, befindet sich das Methan selbst bei ansteigenden Drücken weiterhin in der Gasphase. Das Wasser ist flüssig.
-
In einem dritten Sektor 212 bei Temperaturen unter 0°C bei niedrigen Drücken – beispielweise Drücke größer 30 atm – ist Methan and Wasser als kristallines Methan-Hydrat ausgebildet. Weiterhin können weitere Wasser-Moleküle in Form von Eis ohne Methan-Einlagerungen vorhanden sein. Sofern sich die Temperatur- und/oder Druckbedingungen nicht ändern, ist das Methan-Hydrat in diesem Sektor 212 stabil.
-
In einem vierten Sektor 213 bei Temperaturen über 0°C bei hohen Drücken – beispielweise bei einer Temperatur von 10°C und Drücken größer 60 atm – ist Methan and Wasser weiterhin als kristallines Methan-Hydrat ausgebildet. Zusätzliche weitere Wasser-Moleküle liegen in flüssiger Form vor. Sofern sich die Temperatur- und/oder Druckbedingungen nicht ändern, ist das Methan-Hydrat auch in diesem Sektor 213 stabil.
-
Von besonderem Interesse für den Abbau von Methan-Hydrat sind natürliche Fundstellen, die Bedingungen des dritten Sektors 212 erfüllen, da diese zwar in kalter Umgebung vorliegen, jedoch bereits in vergleichsweise geringer Bohrtiefe vorliegen können. Beispielsweise handelt es sich um Permafrostböden in Tiefen zwischen 200 m und 1000 m.
-
Wie bereits genannt, sind die Methan-Hydrate nur bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen stabil. In Permafrostböden können sich dauerhaft die gewünschten Bedingungen einstellen, so dass sich dort im Untergrund Ansammlungen von Methan-Hydraten in Bändern ausbilden können.
-
Im Folgenden wird nun die Förderung von Methan aus derartigen in Permafrostböden vorliegenden Methan-Hydrat-Lagerstätten betrachtet, wobei die diskutierten Verfahren neben Permafrostböden auch in anderen Umgebungen einsetzbar sein können.
-
Gemäß 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines Systems 100 zum Extrahieren von Methan 3 als Gas aus einer Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 als Gas-Hydrat-Vorkommen erläutert. Es ist ein unterirdischer Bereich 70 dargestellt, in dem zumindest eine Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 angedeutet ist. In dieser Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 ist Methan-Hydrat 4 als Gas-Hydrat eingelagert, d. h. das Methan ist in Wassermolekülen eingelagert. Dies ist in 2 schematisch durch ein gitterförmiges Element mit Bezugszeichen 4 angedeutet, in dem ein weiteres Molekül – nämlich Methan – eingeschlossen ist.
-
In die Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 reicht ein Gas-Förderrohr 20 als Produktionsrohr, um gefordertes Methan an die Oberfläche zu transportieren.
-
Das System 100 erlaubt es, Methan-Hydrate 4 aus der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 aufzuspalten, indem die kristalline Struktur des Wassers aufgebrochen wird und das darin gefangene Methan 3 freiwerden kann. Dies erfolgt dadurch, dass ein elektrischer Leiter 2A ins Erdreich eingebracht wird, wobei zumindest ein Teil davon innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 zu liegen kommt. Vorliegend wird der elektrische Leiter 2A als weitgehend geschlossene Leiterschleife in das Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 eingebracht. Der elektrische Leiter 2A ist dazu vorgesehen, eine Erwärmung innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 zu ermöglichen, so dass Methan 3 durch das Erwärmen innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 freigesetzt wird. Weiterhin ist in 1 ein Generator 10 als Stromversorgungseinheit vorgesehen und insbesondere an der Oberfläche angeordnet, über den der elektrische Leiter 2A mit Strom versorgt wird, so dass der elektrische Leiter 2A innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 Energie abgeben kann, so dass eine Erwärmung der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 bewirkt wird.
-
Der elektrische Leiter 2A ist gemäß 1 insbesondere als induktiver Leiter in Form einer Leiterschleife ausgeprägt, wobei Abschnitten der Leiterschleife parallel zueinander verlaufen. Der Generator 10 generiert einen Wechselstrom, so dass über den induktiven Leiter Wirbelströme im Sediment der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 erzeugt werden. Die Wirbelströme bewirken eine Erwärmung der Lagerstätte auch in Regionen, die nicht unmittelbar mit dem elektrischen Leiter 2A in Berührung kommen. Als Folge lösen sich Moleküle von Methan 3 unter Druckentwicklung, die daraufhin insbesondere aufgrund von Druckunterschieden zum Gas-Förderrohr 20 – evtl. zusammen mit weiteren gasförmigen, flüssigen oder festen Partikeln – transportiert werden. Über das Gas-Förderrohr 20 kann daraufhin das freigesetzte Methan 3 an die Oberfläche gefördert werden.
-
Die Ausgestaltung gemäß 2 ist dabei insbesondere vorteilhaft, dass Stoff-Zuströme ins Reservoir nicht benötigt werden. Schon deshalb wird weniger verfahrenstechnische Ausrüstung benötigt.
-
Oberirdische Komponenten sind in 2 nicht weiter dargestellt, wobei einzelne nun an Hand von 3 erläutert werden. 3 ist weitgehend unverändert zu 2, jedoch ist zusätzlich ein Förderkopf 21 (auch als Well Head bezeichnet) und ein Kompressor 30 – ein so genannter Well-Head-Kompressor – dargestellt, wobei das zu fördernde Methan 3 enthaltende Gemisch mittels des Kompressors 30 über das Gas-Förderrohr 20 und dem Förderkopf 21 in Richtung Oberfläche gesaugt wird. Der Kompressor 30 kann daraufhin ein gefördertes Gas-Wasser-Kondensatgemisch 40 an weitere nicht dargestellte Komponenten zur Weiterverarbeitung, zur Lagerung und/oder zum Transport weiterleiten, beispielsweise Sammeltanks und/oder eine Pipelinestation.
-
Mittels 4 wird nun eine Erweiterung des bisherigen Systems 100 erläutert, bei dem zusätzlich zum induktiven Leiter 2A ein resistiver Heizleiter 2B als weiterer elektrischer Leiter vorgesehen ist. Zusätzlich zu den bisher erläutertem Aufbau, der unverändert weiter besteht, wird nun zusätzlich ein resistiver Heizleiter 2B in die Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 eingebracht, der bei entsprechender Bestromung Wärme an sein Umfeld abgeben kann. Während der elektrische Leiter 2A als induktiver Leiter großflächig einen Bereich der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 in Form einer Leiterschleife durchdringt, ist der resistiver Heizleiter 2B in vorliegender Darstellung ein direkt vertikal verlegter Leiter, die in der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 endet. Der resistive Heizleiter 2B liefert eine weitgehend punktuell vorliegende Wärmequelle, beispielsweise indem das Ende als Heizpatrone 50 ausgebildet ist.
-
Auch für den resistiven Heizleiter 2B ist eine Bereitstellung von Strom nötig. Dies kann beispielsweise mittels der Stromzufuhr 51 erfolgen, die beispielsweise vom Generator 10 den benötigten Strom an den resistiven Heizleiter 2B weiterleitet.
-
Vorzugsweise wird der resistive Heizleiter 2B in der Nähe des Gas-Förderrohrs 20 geführt. Die Heizpatrone 50 befindet sich in der Nähe des Endes des Gas-Förderrohrs 20 in der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1. Dies hat den Vorteil, dass zumindest bei Inbetriebnahme des Systems 100 das Förderrohr und/oder der Zulaufbereich des Gas-Förderrohrs 20 von Eis und Methan-Hydrat befreit werden kann, so dass ein Abtransport des auch durch den induktiven Leiter 2A freigesetzten Methans 3 garantiert wird.
-
Resistive Beheizung kann auch allein eingesetzt werden, ohne Vorhandensein eines induktiven Leiters. Jedoch erweist sich die Kombination von resistiven und induktiven Heizen, wie in 4 dargestellt, insbesondere als vorteilhaft, als dass das resistive Heizen zur Initiierung des Systems genutzt werden kann, um zum Beispiel den Raum um das Bohrloch bzgl. der Durchlässigkeit für vom Bohrloch entfernter befindliche Räume der Lagerstätte zu erweitern. Das Methan in durch induktives Erwärmen erfassten entfernter befindlichen Räumen der Lagerstätte kann dann ohne Behinderungen zum Gas-Förderrohr gelangen. Weiterhin kann der elektrische Leiter als resistiver Heizleiter dazu verwendet werden – insbesondere wenn sich der Heizleiter entlang des Produktionsrohrs erstreckt –, eine eventuelle Vereisung am Produktionsrohr, z. B. nach einem Produktionsstopp, rückgängig zu machen.
-
Wie bereits erwähnt, betreffen die erwähnten Ausgestaltungen Lagerstätten in arktischen Permafrost-Regionen. Es spricht jedoch technologisch nichts dagegen, das vorgestellte System auch für die Förderung aus Tiefsee-Sedimenten oder aus Regionen vorzusehen, in denen Methan-Hydrat weniger stabil anzutreffen ist.
-
Das vorgestellte Verfahren zum Erhitzen mittels elektrischer Kabel oder Leiter kann weiterhin durch bekannte Verfahren unterstützt werden, durch die zusätzlich eine Erhitzung der Region durch Zufuhr eines Gases oder einer Flüssigkeit erfolgt oder durch die eine Druckverringerung ermöglicht wird. Zusätzlich mag es sinnvoll sein, einen Ersatzstoff für die geförderten Materialien in die Lagerstätte zu leiten. Dieser Ersatzstoff kann auch zur Verdrängung des Methans verwendet werden.
-
Die vorgestellten Ausgestaltungen beschränken sich beispielhaft auf ein Förderrohr und ein oder zwei elektrische Leiter. Für größere Lagerstätte ist jedoch sicherlich eine Implementierung mit weiteren elektrischen Leitern und/oder weiteren Förderrohren sinnvoll. Mehrere induktive Leiterschleifen können beispielsweise nebeneinander angeordnet werden. Mehrere resistive Heizleiter können verteilt – beispielsweise in regelmäßigen Abständen – in die Lagerstätte eingebracht werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2008/0268300 A1 [0006]
- US 7530392 B2 [0006]
- WO 2009/155270 A2 [0006]
- DE 102009007453 A1 [0006]
- US 7222673 B2 [0006]
- US 2010/0163246 A1 [0006]
