-
Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus ölführenden Gesteinsformationen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus ölhaltigen
Formationen, bei dem das Öl durch ein anderes Medium, vorzugsweise eine Flüssigkeit,
wie Wasser oder eine wäßrige Flüssigkeit, verdrängt wird.
-
Es sind Verfahren für die Gewinnung von Erdöl unter Verwendung eines
natürlichen oder künstlichen Wasserstromes bekannt. Bei diesen Verfahren wird Wasser
oder eine wäßrige Flüssigkeit unter Druck in die Formation eingepreßt, als Folge
davon wird das Öl verdrängt und hernach über eine oder mehrere Förderbohrungen gewonnen.
Es ist auch bekannt, eine Waschflüssigkeit als Verdrängungsmedium zu verwenden,
die das 0I vom Gestein abzulösen vermag (vgl. die niederländische Patentschrift
43 506).
-
Auf diese Weise kann jedoch nur ein Teil des in der Formation vorhandenen
Öles gewonnen werden. Die Erfindung liefert nun ein Verfahren, um es möglich zu
machen, einen größeren Teil des Öles zu verdrängen und anschließend zu gewinnen.
-
Nach der Erfindung werden äußere Kräfte, die einander entgegengesetzt
oder angenähert entgegengesetzt sind, abwechselnd während der Verdrängung auf das
zu verdrängende Öl zur Einwirkung gebracht, so daß der Druckgradient in dem Öl hierdurch
jedesmal umgekehrt wird und das Öl oder ein Teil davon sich derart hin und her bewegen
kann, daß, z. B, durch geeignete Wahl der Intensität oder der Dauer der Kräfte,
gemittelt über die Zeit, eine Fortbewegung des Öles in einer Richtung erzielt wird.
-
Modellversuche zeigten, daß es möglich ist, beim Verfahren nach der
Erfindung eine beträchtlich höhere Ölgewinnung unter günstigeren Bedingungen zu
erhalten, als es in der gleichen Zeit bei bekannten Verdrängungsverfahren möglich
war.
-
Es ist auch schon bekannt, beim Wasserfluten von ölführenden Gesteinen
als auch beim sogenannten »gas drive«-Verfahren den Druckgradienten des Verdrängungsmediums
zwischen Null und einem Höchstwert schwanken zu lassen oder bei wechselweiser Injektion,
d. h. bei einer konstant bleibenden, zentripedalen Komponente des Druckgradienten
eine andere, eine tangentiale Komponente periodisch umzukehren.
-
Bei allen diesen Verfahren bleibt aber immer eine Komponente, die
das Öl ständig in der gleichen Richtung treibt, während nach dem vorliegenden Verfahren
der gesamte Druckgradient in seiner Richtung umgekehrt wird, was sich als vorteilhafter
erwiesen hat.
-
Die günstigen Ergebnisse des vorliegenden Verfahrens und der Mechanismus,
auf den sich dieses Verfahren gründet, kann wie folgt erklärt werden: Die poröse
Gesteinsformation, die das Öl enthält, kann als ein System von verzweigten Kapillaren
mit verschiedenem Durchmesser angesehen werden. Beim Verdrängen des Öles, z. B.
mit Hilfe einer mit Öl nicht mischbaren Flüssigkeit, wie Wasser, dringt diese leichter
und schneller in die Kapillaren mit einem größeren Durchmesser als in die mit einem
kleineren Durchmesser ein. Im allgemeinen gibt es für einen Druck von außen, der
auf die Verdrängungsflüssigkeit ausgeübt werden muß, sogar einen Mindestwert, wenn
diese in eine Kapillare von einem gegebenen Durchmesser eindringen soll. Dieser
Druck ist um so höher, je enger die Kapillare ist. Bei den bekannten Verdrängungsverfahren
wird das Öl durch den fortgesetzt ausgeübten Druck praktisch nur aus den
weitesten Kapillaren verdrängt. In die engeren Kapillaren kann das Wasser überhaupt
nicht eindringen oder ist nicht imstande, so schnell einzudringen. Wenn die Grenzfläche
von Wasser und Öl
in einer weiten Kapillare auf die Verbindungsstelle mit
einer engen Kapillare trifft, am Ende der Kapillare, gemessen in der Richtung, in
der die Verdrängung stattfindet, so wird das Öl in der engen Kapillare abgeschlossen,
so daß es in der Formation zurückbleibt.
-
Nach der Erfindung ist es jedoch dennoch möglich, das in den engen
Kapillaren eingeschlossene Öl zu gewinnen. Wenn die Richtung der auf das Kapillarsy
stem ausgeübten äußeren Kräfte zeitweilig umgekehrt wird, so daß der Druckgradient
umgekehrt wird, wird die Grenzfläche zwischen Wasser und Öl
wieder
zurückgedrückt. Die so erzeugte Strömung ist jedoch keineswegs identisch mit der
Umkehrung der Vorwärtsbewegung, da die Kapillargegendrücke; vollkommen verschieden
sind von Gegendrücken, die bei der ersten Bewegung eine Rolle spielen.
-
Die Grenzfläche von Öl und Wasser bewegt sich in den engen Kapillaren,
im Vergleich zu -den weiteren Kapillaren, mit weit größerer Schwierigkeit als es
bereits der Fall ist bei der Vorwärtsbewegung, Es tritt daher oft überhaupt keine
Bewegung in der umgekehrten Richtung ein. Somit ist es möglich, daß nach einiger
Zeit die Grenzfläche in den weiteren Kapillaren zurückgedrückt wird bis hinter die
Stelle der Grenzfläche in den engen Kapillaren, schon bevor die Grenzfläche in den
weiten Kapillaren auf ihre anfängliche Stellung zu Beginn der Vorwärtsbewegung zurückgedrückt
wird.
-
Hernach können die äußeren Kräfte wieder in ihrer ursprünglichen Richtung
zur Wirkung gebracht werden. So kann das Vorlaufen der Grenzfläche in den weiteren
Kapillaren in der angegebenen Weise gleichmäßig gestaltet werden und ein gleichmäßiger
Fortschritt der Grenzfläche in allen Kapillaren gefördert werden.
-
Falls notwendig, kann das obige Verfahren ein oder mehrere Male wiederholt
werden, und infolgedessen erreichen die verschiedenen Grenzflächen die Verbindungsstelle
der Kapillaren mehr oder weniger gleichmäßig, so daß im Prinzip das Öl aus allen
Kapillaren verdrängt werden kann.
-
Die Intensität und die Dauer der anzuwendenden äußeren Kräfte muß
natürlich so gewählt werden, daß eine mittlere reine Transportbewegung des Öles,
berechnet über eine angemessene lange Zeitdauer, erzielt wird. Zum Beispiel kann
eine Dauer der umgekehrten Bewegung gewählt werden, die die Hälfte der Vorwärtsbewegung
ist, wobei man in beiden Fällen gleiche, aber entgegengesetzte äußere Kräfte annimmt.
Es können jedoch naturgemäß auch verschiedene Intensitäten der Kräfte in beiden
Fällen gewählt wer- , den, oder man kann eine geeignete Kombination von Intensität
und Dauer der äußeren Kräfte für die Vorwärts- und die Rückwärtsbewegung anwenden.
-
Beim vorliegenden Verfahren werden vorzugsweise Flüssigkeiten als
Verdrängungsmedium verwendet, gewöhnlich werden Wasser oder wäßrige Flüssigkeiten
hierzu benutzt. Gewisse Stoffe, wie oberflächenaktive Verbindungen, Salze usw.,
können dem Wasser zugefügt werden. Allgemein gesagt, können beliebige, als Verdrängungsmedien
bekannte Flüssigkeiten angewendet werden.
-
Gelegentlich wird Wasser nicht unmittelbar eingepreßt, sondern zunächst
eine mehr oder weniger mit Öl mischbare Flüssigkeit, ein Lösungsmittel für das Öl,
und nachfolgend die Flüssigkeit, die schließlich die Stelle des Öles in der Formation
einnehmen soll. Auch in diesem Fall kann das Verfahren nach der Erfindung angewendet
werden. Die vorliegende Erfindung kann sogar benutzt werden, wenn Lösungsmittel
eingepreßt wird. Manchmal können auch Gase als Verdrängungsmittel benutzt werden.
Falls notwendig, kann das Verdrängungsmedium bei hoher Temperatur eingeführt werden.
-
Das Verfahren wird im allgemeinen unter Verwendung von ein oder mehreren
Bohrungen für die Produktion von Öl und ein oder mehreren Bohrungen für die Einführung
des Mediums durchgeführt. Die gewünschte Bewegung des zu verdrängenden Öles kann
dann erreicht werden, indem man in der oder den Produktionsbohrungen einen Druck
wählt, der abwechselnd höher und niedriger ist als der Druck in der oder den Einführungsbohrungen.
Es können sowohl über- als auch unteratmosphärische Drücke angewendet werden. Der
mittlere Druck der Einführung und der Produktionsbohrung kann höher oder niedriger
sein als der atmosphärische Druck oder diesem entsprechen.
-
Ein überatmosphärischer Druck in der Einführungsbohrung kann z. B.
erzielt werden, indem man die Verdrängungsflüssigkeit oder das Verdrängungsgas hineindrückt.
Der überatmosphärische Druck in der Produktionsbohrung kann z. B. erzielt werden,
indem man Gas oder Öl, z. B. die gewonnene Flüssigkeit, auspreßt.
-
Wenn zwei oder mehrere Produktionsbohrungen zur Verfügung stehen,
kann das Verfahren in der Weise durchgeführt werden, daß eine Bohrung für die tatsächliche
Förderung reserviert wird, wobei man die andere verwendet, um den umgekehrten äußeren
Druck auf das Öl auszuüben. Die erste Bohrung ist dann geschlossen. In diesem Fall
hat der äußere Druck oft eine Richtung, die nicht genau der Verdrängungsrichtung
entgegengesetzt ist, sondern etwas davon abweicht.
-
Es ist möglich, das Verdrängungsverfahren in einer mehr oder weniger
senkrechten Richtung an Stelle in der üblichen horizontalen Richtung durchzuführen.
In diesem Fall kann die gleiche Bohrung als Einspritz-und Produktionsbohrung zur
gleichen Zeit verwendet werden, wobei die Einspritzung des Mediums und die Förderung
des verdrängten Öles in verschiedenen Höhen der ölführenden Formation stattfinden,
gewöhnlich am oberen und am unteren Ende oder umgekehrt.
-
Das Verfahren nach der Erfindung wird weitererläutert durch Beschreibung
eines Modellversuches, der in einem horizontalen 160 cm langen Rohr durchgeführt
wurde. Das Rohr ist mit Sand mit einer Permeabilität von 200 Darcy gefüllt. Dieser
Sand war getränkt mit einem Öl mit einer Viskosität von 300 Centipoises.
-
Jedes Rohrende stand in Verbindung mit einem Behälter. Ein Behälter
A war mit Wasser gefüllt, das mit Hilfe von Luft unter 2 at in das Röhr gedrückt
wurde. Als Folge hiervon wurde das Öl aus dem Sand verdrängt. Dieses Öl wurde in
dem anderen Behälter B gesammelt, der während des Hineindrückens von Wasser mit
der Atmosphäre in Verbindung stand.
-
Nachdem auf diese Weise eine Zeitlang Wasser hineingedrückt und Öl
gewonnen wurde, wurde der Behälter B unter den Druck von 2 at Luft gesetzt und der
Behälter A zur Atmosphäre geöffnet. In dieser Weise wurde ein Teil des bereits im
Behälter B gesammelten Öles in das Rohr zurückgedrückt, während wieder ein Teil
des Wassers aus dem Rohr in den Behälter A verdrängt wurde. Dieses Verfahren (entsprechend
der Erfindung) wurde mehrmals wiederholt. Der überatmosphärische Druck im Behälter
A wurde jeweils eine Minute beibehalten und der überatmosphärische Druck in B eine
halbe Minute.
-
Durch Wahl eines kleineren Intervalls, in dem Öl und hernach Öl und
Wasser verdrängt werden, an Stelle des Intervalls, in dem Öl und nachher Öl und
Wasser erzeugt werden, kann eine Nettoausbeute an Öl und nachher von Öl und Wasser
erzielt werden.
-
Beim Moment des Durchbrechens von Wasser in den Behälter B waren 190/0
des ursprünglich im Rohr vorhandenen Öles gewonnen, während bei einem entsprechenden
Versuch ohne zeitweilige Umkehr der Strömunzsrichtunz nur 10% des Öles verdrängt
werden
konnten. Bei einer kumulativen Gewinnung von Öl und Wasser
in einer Menge von 65 % des Porenvolumens des Sandes (Gesamtdauer 90 Minuten) wurde
eine Ausbeute von 25 % des Öles erzielt, wenn das obige Verfahren nach der Erfindung
angewandt wurde. Bei der bekannten direkten Verdrängung wurden nur 15% des Öles
gewonnen.
-
Um einen Anhalt für eine geeignete Dauer der Ausübung der äußeren
Drücke zu geben, kann ferner angegeben werden, daß ein Intervall von einer Minute
in dem Modellversuch angenähert einer Periode von einigen Wochen bis zu einigen
Monaten der praktischen Arbeitsweise des Verfahrens entspricht. Bei der Durchführung
kann das Verfahren oft mit Erfolg in linsenartigen Ölfeldern angewendet werden.
Diese Felder haben gewöhnlich eine feinere Struktur als die umgebenden Schichten.
Eine erhöhte Ölgewinnung kann erreicht werden, wenn man gemäß der Erfindung das
anstehende Flankenwasser in Intervallen steigen läßt und wieder zurückdrückt. So
wird die Bewegung von Öl in der Richtung der Verdrängung in diesem Falle ganz oder
teilweise durch einen natürlichen Wasserstrom bewirkt.