DE1020290B - Verfahren zur Gewinnung von Schweroel - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Schwerölen oder Bitumina, die bei natürlicher Lagerstättentemperatur zufolge ihrer hohen Viskosität nicht pumpbar sind.

Im allgemeinen kann Wärme in bituminösem Sand nicht ohne weiteres erzeugt oder zur Ausbreitung gebracht werden, es sei denn durch die Strömung erwärmter Flüssigkeiten oder Gase. Wenn das Bitumen jedoch, um diesem die erforderliche Fließbarkeit zu geben, erwärmt wird, hat das nachfolgende Wegfließen von der Wärmequelle zur Folge, daß das Bitumen wieder eine hohe Zähflüssigkeit erlangt und praktisch nicht mehr zum Fließen gebracht werden kann und daß das ursprünglich erreichte Fließen wieder völlig zum Stillstand kommt.

Es ist bereits bekannt, die Bohrlochwandung im Bereich des Ölträgers durch Dampf zu erwärmen, wodurch der Ölträger in der Nähe des Bohrlochs aufgeheizt wird. Durch diese Maßnahme wird jedoch der Ölträger nur in verhältnismäßig geringer Entfernung vom Bohrloch beeinflußt, so daß die Ausbeute an Öl, das der Bohrlochsohle aus dem erwärmten Umkreis zufließt, auch nur gering ist.

Nach der Erfindung wird die Bohrlochwandung im Bereich des Ölträgers auch durch in das Bohrloch eingeleiteten Dampf erwärmt, es wird jedoch außerdem durch im oberen Bereich des Ölträgers befindliche Perforationslöcher der Bohrlochverrohrung hindurch Dampf radial in den Ölträger selbst eingeblasen, so daß dadurch ein breiter Raum in der Umgebung des Bohrlochs aufgeheizt werden kann und so eine gesteigerte Ausbeute an Öl möglich ist.

Dabei ist die Stelle der Wärmezufuhr und der Weg der Flüssigkeit zu der Stelle, an der sie gewonnen wird, so angeordnet, daß von der Wirkung der Schwerkraft Gebrauch gemacht wird und das verflüssigte Material und der wärmezuführende Dampf in Wärmekontakt von dem Zeitpunkt an gehalten werden, an dem das Material zum ersten Mal mit dem Dampf in Berührung kommt, um die Zähflüssigkeit des Materials zu verringern und/ oder dieses zu schmelzen bzw. bis zu dem Zeitpunkt geschmolzen zu halten, in dem es die Tagesoberfläche erreicht.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform und eines Versuchsmodells gemäß der Erfindung und der mit letzterem erzielten Ergebnisse in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil einer Schichtenfolge mit einer Schicht aus bituminösem Sand, welcher in überwiegend schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in Betrieb in der bituminösen Sandschicht zeigt;

Fig. 2 einen Schnitt eines Versuchsmodells für die Verfahren zur Gewinnung von Schweröl

Anmelder:

Pan American Petroleum Corporation,
Tulsa, OkIa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Oktober 1953

Richard A. Morse und Michael J. Rzasa,

Tulsa, OkIa. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Erprobung und Untersuchung der Wirkungsweise des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der mit dem Versuchsmodell nach Fig. 2 erzielten Ergebnisse.

In der in Fig. 1 gegebenen Darstellung bezeichnet 10 eine Sandschicht, die festes oder halbfestes Öl oder Bitumen enthält und zwischen einer unteren Schicht 11 und einer oder mehreren darüberliegenden Schichten 12 liegt, die ein Deckgebirge bilden, das sich bis zur Tagesoberfläche 13 erstreckt. Für die Durchführung der Erfindung wird zuerst ein Bohrloch 15 von großem Durchmesser durch das Deckgebirge 12 bis zur Oberfläche der Sandschicht 10 gebohrt und eine obere Verrohrung 16 in das Bohrloch 15, wie bei 17 gezeigt, einzementiert.

Hierauf wird ein Bohrloch 19 von gegenüber dem Bohrloch 15 etwas verringertem Durchmesser bis nahezu durch die ganze Tiefe der Sandschicht 10, d. h. bis etwa zu einem in der Zeichnung mit 20 bezeichneten Niveau gebohrt und eine Verrohrung 21 eingebracht und mittels einer Zementsäule 22 einzementiert, die sich von dem Niveau 20 bis zu einem Niveau 23 unmittelbar oberhalb des unteren Endes der Verrohrung 16 erstreckt. Hierdurch wird der Luftraum zwischen den beiden Rohrsträngen gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet, so daß dieser Raum als Wärmeisolierung wirkt. Hierauf wird das Bohrloch durch Nachbohren mindestens bis zur Unterseite der Schicht 10 vertieft und erweitert und vorzugsweise auch um eine kurze Strecke in die nächstuntere Schicht 11. Vor dem Einbau der

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weiteren Gewinnungsausrüstung werden die Verrohrung21 sich ein wichtiges Merkmal der Erfindung, welches darin und die Zementsäule 22 etwa in der Höhenlage 24 besteht, daß von dem Zeitpunkt an, in dsm der Kohlenvorzugsweise unmittelbar unter der Oberseite der wasserstoff zu schmelzen beginnt, bis zu dam Zeitpunkt, Schicht 10 zuerst perforiert und dann ein Pump- oder in dem er aus dem oberen Ende des Rohrs 25 über die Steigrohr 25, das an seinem unteren Ende mit einem 5 Rohrleitung 37 austritt, die Flüssigkeiten Wärmekontakt Sieb 26 versehen ist, bis auf die Bohrlochsohle eingelassen. entweder mit dem Dampf in der trockenen Zone 42 oder Hierauf wird durch Einbringen körnigen Materials von mit dem einen Mantel für das Rohr 25 bildenden Ringgeeigneter Korngröße durch den Ringraum 28 von der raum 28 hat. Auf diese Weise wird eine Abkühlung und Tagesoberfläche 13 aus eine Kiespackung 27 um das damit eine Erstarrung des Kohlenwasserstoffs wirksam Sieb 26 herum in an sich bekannter Weise gebildet. io verhindert.

Vorzugsweise wird, was jedoch nicht in jedem Bohrloch Ein weiteres wesentliches Merkmal, durch das sich das

unbedingt der Fall sein muß, in das Rohr 25 eine mit beschriebene Verfahren von denjenigen unterscheidet, bei einem Pumpgestänge 30 ausgerüstete Pumpe 29 ein- welchen heißes Wasser für die Wärmezufuhr verwendet gebracht. wird, besteht darin, daß der eingeblasene Dampf aus den

Die oberen Enden der Verrohrungen 16 und 21 und 15 Perforationen 24 zur Schmelzfläche 43 annähernd in des Rohrs 25 sind an der Tagesoberfläche 13 durch waagrechter Richtung strömt. Das heiße Wasser hat geeignete Abdichtungen 31, 32 und 33 abgeschlossen. dagegen das Bestreben, von der Einbringstelle unmittel-Vom oberen Ende der Verrohrung 21 ist ein Rohr 34 bar zur Austrittsstelle zu fließen, ohne daß dabei ein zu einem Dampfkessel oder Dampferzeuger 35 geführt, seitlicher Wärmeübergang von wesentlichem Ausmaß durch welchen Dampf über den Ringraum 28 nach ^nten 20 stattfindet, da das im bituminösen Sand befindliche zur Bohrlochsohle und durch die Perforationen 24 in Wasser und der Kohlenwasserstoff nahezu das gleiche die Schicht 10 auf beiden Wegen eingeblasen werden spezifische Gewicht haben. Bei dem Verfahren gemäß der kann. Vom oberen Ende des Rohrs 25 erstreckt sich eine Erfindung wird daher voller Nutzen aus dem Dichtedurch ein Ventil 38 regelbare Rohrleitung 37 zu den unterschied zwischen dem Dampf und den Flüssigkeiten nicht gezeigten Speicher-oder Verarbeitungseinrichtungen 25 gezogen.

für das Schweröl oder den Kohlenwasserstoff. Das Einblasen von Dampf und die Entnahme des

Im Betrieb wird, nachdem die bisher beschriebene geschmolzenen Kohlenwasserstoffs und des Kondens-Einrichtung eingebaut bzw. aufgebaut worden ist, Dampf wassers werden in der beschriebenen Weise so lange durch den Ringraum 28 und durch die Perforationen 24 fortgesetzt, wobei sich die Schmelzzone vom Bohrloch 19 eingeblasen, so daß dieser mit dem Bitumen in der 30 immer weiter radial nach außen bewegt, entweder, bis Schicht 10 in Berührung kommt. In der Schicht 10 wird der Neigungswinkel der Schmelzzone 43 mit der Waagder Wärmeinhalt des Dampfes durch dessen Abkühlung rechten so klein wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit und Kondensation zur Erhöhung der Temperatur des zum Sieb 26 unwirtschaftlich wird oder bis der Wärme-Kohlenwasserstoffs und des diesen enthaltenden Sandes verlust zur Deckschicht 12 zu groß wird. Da die Deckausgenutzt, bis das Schmelzen des Kohlenwasserstoffs 35 schicht praktisch die einzige Stelle ist, an welcher Wärme eintritt. Hierauf bewegt sich der geschmolzene Kohlen- in wesentlichen Mengen aus dem System verlorengeht, wasserstoff und gegebenenfalls gleichzeitig frei werdendes abgesehen von der Wärmemenge, welche durch die im Wasser zusammen mit dem sich aus dem eingeblasenen Rohr 25 nach oben geförderten Flüssigkeiten aus dem Dampf bildenden Kondenswasser unter der Wirkung der System austritt, ist, wenn die Deckschicht 12 ausSchwerkraft nach unten und fließt durch die Kies- 40 reichend undurchlässig ist und eine niedrige Wärmepackung 27 und durch das Sieb 26 und kann dann aus leitfähigkeit hat, ein sehr hoher thermischer Wirkungsgrad dem Bohrloch durch die Pumpe 29 abgesaugt werden. erzielbar.

Bei Beginn der Inbetriebnahme läßt man vorzugsweise Wenn gewünscht, kann in manchen Fällen die Pumpe 29

etwas Dampf durch den Ringraum 28 bis hinunter zum weggelassen werden, wenn der Dampf mit einer solchen Sieb 26 strömen, um die Einrichtung an der Sohle des 45 Geschwindigkeit eingeblasen wird, daß der Druck in der Bohrlochs aufzuwärmen und zu gewährleisten, daß der Zone 42 über dem Druck gehalten wird, der durch die im unmittelbar an der Außenseite der Verrohrung 21 und Rohr 25 befindlichen Flüssigkeiten auf die Bohrlochsohle der Zementsäule 22 befindliche flüssige Kohlenwasser- wirkt. Die Fördergeschwindigkeit der Flüssigkeiten wird stoff nicht wieder erstarrt und damit seine Fließbewegung dann durch Einstellung des Ventils 38 an der Tagesnach unten zum Sieb 26 zum Stillstand kommt. Die 50 oberfläche 13 so eingeregelt, daß der gewünschte Rückständige Anwesenheit von Dampf im Ringraum 28 druck auf die Sandschicht 10 zusätzlich zum statischen gewährleistet ferner, daß innerhalb des Rohrs 25 befind- Bodendruck im Bohrloch aufrechterhalten bleibt. Auf liehe Flüssigkeiten so lange warmgehalten werden, bis sie diese Weise können Temperaturen erzielt werden, die £ur Tagesoberfläche 13 gefördert worden sind. wesentlich über dem Niveau von 10O⁰C (212° F) liegen,

Durch weiteres Einblasen von Dampf und das Abwärts- 55 welches bei unter atmosphärischem Druck stehendem dießen des verflüssigten Kohlenwasserstoffs sowie des Dampf erreichbar ist, so daß eine weitere Verminderung kondensierten und freiwerdenden Wassers und das der Zähflüssigkeit und eine Erhöhung der Fließbarkeit anschließende Auspumpen wird eine neue Fläche in der des Kohlenwasserstoffs erreicht werden kann. Vorzugs-Schicht 10 aufgeheizt, an welcher der eingeblasene weise wird in den Fällen, in denen die Dicke der Deck-Dampf kondensieren und seinen Wärmeinhalt für das 60 schicht groß genug und der Wärmeverlust nicht zu hoch Schmelzen des Kohlenwasserstoffs abgeben kann. ist, der Dampfdruck in der Schicht 10 auf 4,57 atü

Dieser Zustand ist in Fig. 1 gezeigt, bei welchem der (65 p. s. i. abs.) und höher, entsprechend Betriebs-Dampf sich im wesentlichen aus den Perforationen 24, temperaturen von etwa 15O⁰C (300⁰F) und höher wie durch Pfeile angedeutet, radial nach außen durch gehalten.

den heißen und im wesentlichen trockenen Sand 42, aus 65 Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß sich die dem praktisch alles flüssige Material durch Gefällefluß Perforationen 24 an oder in der Nähe der Oberfläche der entfernt worden ist, zur Schmelzfläche oder -zone 43 Schicht 10 befinden, da, wenn sie weiter unten liegen, bewegt, aus welcher das Wasser und der geschmolzene dies nur zur Folge hat, daß die geschmolzenen Kohlen-Kohlenwasserstoff sich langsam nach unten und innen Wasserstoffe aus denjenigen Teilen der Schicht 10 oberzum Sieb 26 bewegen. Aus dem Vorangehenden ergibt 70 halb der Dampfeinlaßöffnungen auf ihrem Weg zum

Sieb 26 durch die trockene Zone 42 hindurchtreten. Es ist jedoch wünschenswert, daß sich die Perforationen 24 in einem wesentlichen Abstand oberhalb des Siebs 26 befinden und vorzugsweise in der Nähe des oberen Endes der Schicht 10, wenn diese homogen ist und ein Mindestmaß an Einlagerungen von Material geringer Durchlässigkeit hat. Die letzterwähnte Anordnung der Dampfeintrittsöffnungen ergibt eine geringere Überschneidung zwischen dem sich waagrecht bewegenden Dampf und den nach unten fließenden Flüssigkeiten und begünstigt die gewünschte waagrechte Wärmeübertragung durch Dampfströmung. Ferner wird hierdurch eine größtmögliche Ausweitung der Schmelzfront 43 in waagrechter Richtung gefördert, da gerade im oberen Teil der Schicht 10, in welchem die senkrechte Flüssigkeitsströmung am geringsten ist, die größte Durchlässigkeit für die Dampfströmung vorhanden ist.

Das beschriebene Verfahren zur Schwerölgewinnung ist durch ein Gerät der in Fig. 2 dargestellten Art erprobt worden. In die Mitte eines zylindrischen Gefäßes 50 ao wurde ein mit Sand von der Korngröße 30 mesh gefülltes becherförmiges Sieb 51 um ein senkrechtes perforiertes Rohr 52 eingesetzt. Um den oberen unperforierten Teil des Rohrs 52 war eine perforierte Dampfkammer 53 ange ordnet mit einer Dampfeinlaßleitung 54, die mit einem nicht gezeigten Dampferzeuger in Verbindung stan d. Vom Sieb 51 erstreckte sich ein Heberrohr 55 für die Entnahme der erzeugten Flüssigkeiten durch das Ro hr 52 nach oben und außerhalb des Gefäßes 50 nach unt en in ein Auf fang- und Meßgefäß 56 außerhalb des Gefäßes 50 und in tieferer Lage als dieses.

Das Gefäß 50 wurde mit Flußsand 57 gefüllt, der mit Paraffinwachs getränkt war, dessen Schmelzpunkt bei etwa 53,3°C (128° F) lag und durch Stehenlassen im Gefäß 50 zur Erstarrung gebracht wurde. Das Gefäß 50 war oben abgeschlossen und durch eine Schicht 58 aus Gummizement und durch einen Deckel 59 abgedichtet. Das Gefäß 50 war ebenso wie der Deckel 59 allseitig von einer Schicht 60 aus wärmeisolierendem Material umgeben.

Der Dampf wurde gleichzeitig durch das Zuführungsrohr 54 in die Kammer 53 und in das Rohr 52 eingeblasen. Nachdem das Wachs in der Nähe des Rohrs 52 geschmolzen war, was sich durch eine Förderung durch das Rohr 55 bemerkbar machte, wurde die Zuführung von Dampf dem Sand 57 durch das Rohr 54 und die perforierte Kammer 53 fortgesetzt. Das Wachs und das Wasser schieden sich in zwei Schichten im Auffanggefäß 56 zur Messung aus.

Die Ergebnisse dieses Versuches sind mit Durchschnittswerten, wobei die meisten Abweichungen nur geringfügig waren, in Fig. 3 graphisch dargestellt. Die Fördergeschwindigkeit des Wassers blieb während der Versuchsdauer nahezu konstant, wie die Kurve 62 zeigt. Die Fördergeschwindigkeit an Wachs verlief, wie durch die Kurve 63 dargestellt, zuerst etwas langsamer und dann rascher bis zu einem hochliegenden Maximum, worauf sie rasch nahezu bis auf Null abfiel. Hieraus ergibt sich, daß dieses Abfallen dadurch bedingt war, daß im wesentlichen das gesamte vorhandene Wachs gefördert wurde und nicht dadurch, daß sich der Sand 57 verstopfte oder ein anderes Versagen im Gewinnungsprozeß eintrat.

Die graphische Darstellung der Fig. 4 zeigt die Ergebnisse nach Fig. 3 in kumulativer Form, bezogen auf die Zeit, wobei die Kurve für Wachs mit 64 und die für Wasser mit 65 bezeichnet ist. Es dürfte von besonderer Bedeutung sein, daß das endgültige Verhältnis von Wasser zu Wachs nur etwa 0,5 betrug, woraus sich ergibt, daß das beschriebene Verfahren der Zufuhr von Wärme und deren Ausnutzung durch Kondensation sehr wirksam ist. Obwohl natürlich das Verhältnis von Wasser zu Kohlenwasserstoff im praktischen Anwendungsfall bei Gewinnung aus einer Bodenschicht höher als 0,5 sein kann, kann angenommen werden, daß selbst bei den größeren Wärmeverlusten bei höheren Dampfdrücken und Temperaturen dieses Verhältnis immer noch wesentlich geringer sein wird als 2,0 im Vergleich zu einem Verhältnis von Wasser zu Teer von 10: 1 bei einem Gewinnungsverfahren mit heißem Wasser. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung können daher Kohlenwasserstoffe mit einem Mindestmaß an Wasserzumischung gewonnen werden, wodurch sich auch die weitere Verarbeitung und das Trennen von Wasser und Kohlenwasserstoff in hohem Maße vereinfacht.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Abänderungen erfahren.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Schweröl, das bei natürlicher Lagerstättentemperatur zufolge seiner hohen Viskosität nicht pumpbar ist, durch Erwärmen der Bohrlochwandung im Bereich des Ölträgers mittels in das Bohrloch eingeführten Dampfes, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Erwärmen der Bohrlochwandung auch durch im oberen Bereich des Ölträgers befindliche Perforationslöcher der Bohrlochverrohrung hindurch Dampf radial in den Ölträger eingeblasen wird, wobei das durch Gefällefluß der Bohrlochsohle zuströmende Öl abgefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf mit einem Druck eingeblasen wird, der ausreicht, im Ölträger einen Dampfdruck aufrechtzuerhalten, der höher ist als der hydrostatische Druck im Steigrohr oder gegebenenfalls im Pumprohr an der Bohrlochsohle.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf im Ringraum zwischen der Verrohrung und dem Steig- bzw. Pumprohr in das Bohrloch eingeführt wird, so daß dieses Rohr über seine ganze Länge in Wärmekontakt mit dem Dampf gehalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschriften Nr. 43 553, 164 910; USA.-Patentschrift Nr. 2 593 497.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©709 808/74 11.57