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Verfahren zum Aufspüren von unterirdischen Erdöllagern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum geochemischen Aufspüren von unterirdischen Erdöllagern.
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Bei der Ortsbestimmung von unterirdischen Erdöllagern wurde bereits
von geochemischen Verfahren Gebrauch gemacht. Man nimmt an, daß Kohlenwasserstoffe
aus unterirdischen Lagern nach oben wandern und die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen
oder deren organischen Derivaten an der Erdoberfläche oder in Erdschichten nahe
der Erdoberfläche auf unterirdische Erdöllager hinweisen. Es können jedoch in der
Erde auch Kohlenwasserstoffe als Folge von anderen Bedingungen vorhanden sein, z.
B. können Methan als Folge pflanzlicher Zersetzung und schwerere Kohlenwasserstoffe
als Folge einer Bakterieneinwirkung vorkommen. Soll nun ein geochemisches Schürfverfahren
einen sicheren Hinweis auf unterirdische Erdöllager geben, so muß man in der Lage
sein, mit Sicherheit zu entscheiden, ob die in Erdproben gefundenen Kohlenwasserstoffe
oder deren organische Derivate ihren Ursprung in einem unterirdischen Erdöllager
haben. Die Menge der Kohlenwasserstoffe oder derer organischen Derivate, die in
einer Erdprobe vorhanden sind, selbst wenn sie an Orten entnommen sind, die direkt
über einem unterirdischen Erdöllager liegen, ist nun so klein, daß es schwierig
ist, einfache Kohlenwasserstoffe oder gar komplexere Kohlenwasserstoffe und deren
Derivate zu identifizieren. Aber von noch größerer Schwierigkeit ist die Tatsache,
daß es bisher nicht möglich war, festzustellen, ob etwa gefundene Kohlenwasserstoffe
oder deren Derivate in Erdproben tatsächlich aus unterirdischen Erdöllagern stammen.
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Man hat bereits vorgeschlagen, Erdproben auf ihren Gehalt an Paraffinkohlenwasserstoffen
hin zu untersuchen, indem man die Proben extrahierte und im Extrakt durch Infrarotspektroskopie
bei einem Wellenlängenbereich von 2,8 bis 4 Mikron den Gehalt an Paraffinkohlenwasserstoffen
bestimmte.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem die Erdproben durch Extraktion
mit einem Kohlenwasserstofflösungsmittel von etwa vorhandenen Kohlenwasserstoffen
befreit werden und die so gewonnene Extraktlösung vom Lösungsmittel und niedrigsiedenden
Erdölbestandteilen durch eine Belüftung bei etwa 4(JO C befreit und bis auf ein
konstantes Gewicht getrocknet wird.
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Diese Untersuchungsmethode läßt wohl die Menge der in der Bodenprobe
enthaltenen Paraffinkohlenwasserstoffe feststellen, gibt aber keine Aussage darüber,
woher diese Kohlenwasserstoffe stammen.
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Das vorliegende Verfahren gibt nun die Möglichkeit, durch eine abgeänderte
Infrarotuntersuchung der Bodenproben nicht nur die Menge der darin vorhandenen Kohlenwasserstoffe
zu bestimmen, sondern auch eine Entscheidung zu treffen, ob es sich um aus einem
Erdöllager kommende Kohlenwasserstoffe handelt oder nicht.
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Die der Schürfzone entnommenen Proben werden in bekannter Weise mit
einem Lösungsmittel ausgezogen, um aus ihnen Extrakte zu erhalten, die etwa in der
Erdprobe vorkommende Kohlenwasserstoffe oder deren Derivate enthalten und einer
Strahlungsuntersuchung unterworfen. Erfindungsgemäß leitet man dazu eine Infrarot
strahlung mit einem Wellenlängenbereich zwischen etwas oberhalb und etwas unterhalb
von 12,35 l 0,10 Mikron und einem zweiten Wellenlängenbereich zwischen etwas oberhalb
und etwas unterhalb von 13,40 + 0,10 Mikron durch den Extrakt und bestimmt das Ausmaß
der Absorption der Infrarotstrahlung bei den Wellenlängen 12,35 + 0,1 und 13,40
+ 0,1 Mikron im Vergleich zur Absorption der Infrarotstrahlung bei den Wellenlängen
etwas oberhalb und etwas unterhalb von 12,35 + 0,1 Mikron und etwas oberhalb und
etwas unterhalb von 13,40 + 0,1 Mikron.
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Erhält man Absorptionskurven, die in diesen beiden Bereichen Absorptionsmaxima
aufzeigen, so sind sicher Kohlenwasserstoffe oder deren Derivate, die aus Erdöl
stammen, vorhanden. Das Verfahren wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Infrarot-Absorptionskurve einer Lösung von belüftetem
Rohöl;
Fig. 2 ist eine Infrarot-Absorptionskurve einer Erdprobe,
die in einem Gebiet entnommen ist, das über einer Öleinsickerung gelegen ist; Fig.
3 ist eine Infrarot-Absorptionskurve eines Extraktes einer Erdprobe, die mit rohem
Erdöl verunreinigt ist; Fig. 4 ist eine Infrarot-Absorptionskurve eines Extraktes
einer Erdprobe, die einem Gebiet entnommen ist, das in keiner Beziehung zu einem
bekannten unterirdischen Erdölreservoir steht; Fig. 5 ist eine Infrarot-Absorptionskurve
eines Extraktes einer Erdprobe, die einem anderen Gebiet entnommen ist, das nicht
in Beziehung zu einem unterirdischen Erdölresenoir steht; Fig. 6 ist eine Karte,
die die Probenstellen zeigt, die entlang einer Linie über einem bekannten Ölfeld
aufgenommen sind.
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Es wurde durch eingehende Untersuchung gefunden, daß ein rohes Erdöl
Infrarotstrahlung mit Wellenlänge in den Bereichen von 12,35 + 0,10 und von 13,40
+ 0,10 Mikron immer in einem größeren Ausmaß absorbiert als eine Infrarotstrahlung
mit Wellenlängen, die etwas länger oder kürzer als 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10
Mikron sind. Anders ausgedrückt, wurde gefunden, daß Kurven des Durchganges gegen
Wellenlänge für eine Infrarotstrahlung durch rohes Erdöl immer Absorptionsbanden
bei 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron zeigen. Ferner wurde durch eingehende Untersuchung
gefunden, daß die Eigenschaft eines rohen Erdöls, Infrarotstrahlungen mit Wellenlängen
von 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron selektiv zu absorbieren, nicht zerstört
wird, weder nach der Entfernung des rohen Erdöls aus seinem unterirdischen Reservoir
noch nach Zurückhaltung des rohen Erdöls über extrem lange Zeiträume in anderen
Erdmassen, wenn es verschiedenen Bedingungen, wie Oxydation, Bakterieneinwirkung,
Belüftung oder anderen Bedingungen, in Abhängigkeit von der Lage und Umgebung der
Erdschichten unterworfen wird.
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Weiterhin wurde gefunden, daß Erdproben, die von Stellen in der Nähe
eines unterirdischen Erdöllagers entnommen werden, noch Bestandteile enthalten,
die eine Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron
selektiv absorbieren, während Erdproben, die von Stellen entnommen sind, an denen
keine Möglichkeiten einer Verwandtschaft zu unterirdischen Erdöllagern besteht,
keine Bestandteile enthalten, die imstande sind, eine Infrarotstrahlung mit diesen
Wellenlängen selektiv zu absorbieren. Somit identifiziert die Auffindung eines oder
mehrerer Bestandteile, die eine Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 12,35 + 0,10
und 13,40 + 0,10 Mikron selektiv absorbieren, als Erdölbestandteile.
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Nicht alle Bestandteile aus rohem Erdöl oder deren Derivaten absorbieren
eine Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron
selektiv. Zum Beispiel zeigen die paraffinischen Bestandteile von rohem Erdöl oder
deren organischen Derivaten diese Eigenschaften nicht. Jedoch enthält rohes Erdöl
immer ein oder mehrere Bestandteile, die diese Eigenschaften aufweisen, und Bestandteile
mit diesen Eigenschaften wandern durch den Boden aus einem unterirdischen Erdöllager.
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Bei der Durchführung der Erfindung werden in dem Schürfgebiet Erdproben
gesammelt. Vorzugs-
weise werden die Proben an Stellen entnommen, die in dem Gebiet
entsprechend einem bestimmten Plan oder Muster festgelegt sind. Zum Beispiel können
die Probenstellen voneinander durch gleichmäßige Zwischenräume getrennt sein. Jedoch
können auch beliebige Zwischenräume gewählt werden. Im allgemeinen durchgeführt,
entnimmt man die Erdproben den Oberflächenzonen oder den Zonen nahe der Oberfläche.
Vorzugsweise werden die Proben in einem Abstand von mindestens etwa 30 cm von der
Oberfläche entnommen, um so weit wie möglich eine Verunreinigung oder einen übermäßigen
Gehalt an organischen Bruchstücken anderen Ursprungs als Erdöl zu vermeiden. Wenn
die Aufspürung in Verbindung mit dem Bohren von Bohrlöchern durchgeführt wird, können
die Erdproben, die Bohrkern oder herausgeschnittene Teile enthalten, aus aufeinanderfolgenden
Tiefen in dem Bohrloch je nach Wunsch erhalten werden. Im allgemeinen kann das Probenehmen
entweder auf der Erdoberfläche oder aus aufeinanderfolgenden Tiefen in einem Bohrloch
nach einem beliebigen Plan oder beliebigen üblichen Verfahren vorgenommen werden.
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Nach der Entnahme werden die Erdproben getrocknet und zerkleinert,
und eine Teilprobe von etwa 150 g wird mit einem geeigneten Lösungsmittel ausgezogen.
Geeignete Lösungsmittel sind z. B.
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Kohlenstofitetrachlorid, Chloroform, Schwefelkohlenstoff, Aceton,
Methanol, Äthanol, Propanol, Diäthyläther oder Benzol. Gemische von Lösungsmitteln
können ebenfalls verwendet werden, z. B. ein äquimolares Gemisch eines Alkohols
mit Tetrachlorkohlenstoff oder ein Gemisch aus etwa 10 Volumina Benzol und 1 Volumen
Methanol. Die Extraktion der Bodenproben kann in bekannter Weise durchgeführt werden,
z. B. unter Verwendung eines Soxhlet-Extraktors oder eines Kugelmühlenextraktors.
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Die Extraktlösungen können - falls notwendig -filtriert werden und
ohne weitere Behandlung einer Infrarotanalyse unterworfen werden, wobei man die
durchgelassene Reststrahlung mißt, wobei angenommen wird, daß durch das verwendete
Lösungsmittel die Infrarotstrahlung im Bereich der gemessenen Wellenlängen nicht
absorbiert wird. Vorzugsweise werden jedoch die Extraktlösungen vorher belüftet,
zwecks etwa vorhandener flüchtiger Bestandteile aus den Erdproben. Die Belüftung
kann, falls erforderlich, durch Filtrieren oder Dekantieren vervollständigt werden,
ferner durch Erhitzen auf eine ausreichend hohe Temperatur, um das Lösungsmittel
und etwaige flüchtige Bestandteile aus der Erdprobe zu verdampfen unter gleichzeitigem
Hindurchleiten von Luft oder einem anderen Gas. Eine geeignete Temperatur für die
Belüftung ist etwa 400 C. Die Belüftung wird fortgesetzt, bis der Extrakt ein konstantes
Gewicht erhält. Der Extrakt ist dann von wachsartiger halbfester Beschaffenheit.
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Nach der Belüftung kann der Extrakt für sich oder nach Auflösung
in einem Lösungsmittel der Durchleitung einer Infrarotstrahlung unterworfen werden.
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Für die Messung der Infrarotstrahlung kann jedes Spektrofotometer
verwendet werden, mit dem die Intensität einer Infrarotstrahlung als Funktion von
der Wellenlänge gemessen werden kann.
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Zur Messung der Absorption der Infrarotstrahlung trägt man den Extrakt
auf eine Unterlage, z. B. eine Steinsalzplatte, auf, die für die Infrarotstrahlung
im verwendeten Wellenbereich transparent ist und bestrahlt.
Wird
jedoch eine Extraktlösung verwendet, so wird diese in einer Absorptionszelle des
Spektrofotometers bestrahlt. Ein geeignetes Lösungsmittel ist Schwefelkohlenstoff.
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Die verwendete Infrarotstrahlung muß einen Wellenbereich aufweisen,
der die Wellenlängen 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron umfaßt. Das Auftreten
von Absorptionsbanden bei diesen Wellenlängen ist ein Kennzeichen dafür, daß der
Extrakt der Erdprobe Kohlenwasserstoffe oder deren organische Derivate enthält,
die ihren Ursprung in rohem Erdöl haben. Um die Gegenwart dieser Banden zu erkennen,
muß man die Absorption der Infrarotstrahlen bei Wellenlängen etwas unterhalb und
etwas oberhalb von 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron messen. Im allgemeinen ist
es vorzuziehen, die Absorption der Infrarotstrahlen in einem Bereich zwischen 12
und 14 Mikron zu messen, um eine zusammenhängende Aufzeichnung des Spektrums zwischen
diesen Wellenlängen zu erhalten.
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Es ist nur notwendig, das Vorhandensein oder Fehlen der Absorptionsbanden
bei 12,35 + 0,10 und 13,40 1 0,10 Mikron zu bestimmen, um das Vorhandensein oder
Fehlen von Bestandteilen, die aus Erdöl stammen, im Extrakt festzustellen. Es ist
oft wünschenswert, wenn z. B. eine Reihe von Extrakten diese Absorptionsbanden zeigen,
die Menge der Erdölkohlenwasserstoffe oder deren organischen Derivate in den Erdproben
im Verhältnis zueinander zu bestimmen. Dies kann in üblicher Weise geschehen, wenn
die Absorptionsbanden hinreichend charakteristisch sind, aus der Kenntnis des Gewichtes
der Erdprobe, des davon bei der Absorptionsmessung der Infrarotstrahlung angewendeten
Extraktteiles, der Intensität der Infrarotstrahlung vor dem Hindurchleiten des Extraktes,
d. h. der einf allenden Strahlung und Reststrahlung nach der Absorption, durch Anwendung
des Beerschen Gesetzes nach dem die Konzentration des die Strahlung absorbierenden
Materials eine Funktion des co-Logarithmus der prozentualen Durchlässigkeit ist.
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Gelegentlich können Erdproben gefunden werden die Kohlenwasserstoffe
oder deren organische Derivate enthalten, die aus rohem Erdöl stammen, aber die
so viel organische Reste oder andere Stoffe enthalten, die den Kohlenwasserstoffen
oder deren Derivaten aus rohem Erdöl verwandt sind, so daß die Absorptionsbanden
der Infrarotstrahlung bei Wellenlängen von 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron
überdeckt werden. In diesen Fällen können die organischen Abfallstoffe oder anderen
Stoffe im befriedigenden Ausmaß von den Kohlenwasserstoffen oder deren organischen
Derivaten in dem Extrakt abgetrennt werden, indem man eine Absorptionsfraktionierung
vornimmt. Die Absorptionsfraktionierung ist eine wohlbekannte Arbeitsweise, und
jedes in der Technik für sich bekannte Verfahren kann angewendet werden.
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Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung: Beispiel 1 Eine
Probe rohes Erdöl wurde bei 400 C mit einem Luftstrom belüftet, bis sie konstantes
Gewicht angenommen hatte. 200 mg des Rückstandes der belüfteten Probe wurden in
1 ccm Schwefelkohlenstoff gelöst, und ein Teil der Lösung wurde in die Absorptionszelle
eines Infrarotspektrofotometers einge-
bracht. Es wurde eine Infrarotstrahlung mit
Wellenlängen von 12 bis 14 Mikron durch die Absorptionszelle geleitet, und es wurde
der Durchgang in diesen Wellenbereich gemessen. Fig. 1 zeigt durchgelassene Reststrahlung
in Abhängigkeit von der Wellenlänge im Wellenbereich von 12 bis 14 Mikron. In der
Figur sowie in allen anderen Figuren ist die Abszisse die Wellenlänge der Strahlung
in Mikron und die Ordinate die durchgelassene Reststrahlung, ausgedrückt in Prozent
der einfallenden Strahlung. Man erkennt starke Absorptionsbanden bei 12,30 und zwischen
13,40 und 13,50Mikron. Eine weitere starke Absorptionsbande liegt bei 13,9 Mikron,
aber diese ist nicht eindeutig und wird von zahlreichen organischen Stoffen einschließlich
organischer Zersetzungsprodukte in Erdproben gezeigt.
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Beispiel 2 Eine Bodenprobe wurde von einer Zone der Erdoberfläche
in einem Gebiet über einer Öleinsickerung entnommen und wie beschrieben behandelt.
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Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß zwei Absorptionsbanden auftreten,
eine zwischen 12,30 und 12,35 Mikron und eine andere zwischen 13,35 und 13,45 Mikron,
was die Gegenwart von Bestandteilen, die aus rohem Erdöl stammen, anzeigt. Die Absorptionsbande
bei 13,90 Mikron, die nach Fig. 1 auftritt, fehlt in der Fig. 2.
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Beispiel 3 Eine Erdprobe wurde der Oberfläche in einem Ge biet entnommen,
von dem bekannt war, daß es mit Unterbrechungen im Verlauf von 20 Jahren durch Leckage
von rohem Erdöl aus einer benachbarten Bohrung verunreinigt war. Die Probe wurde
in der beschriebenen Weise behandelt und ihre Absorption einer Infrarotstrahlung
gemessen. Es ist aus Fig.3 ersichtlich, daß der Extrakt zwei Absorptionsbanden zeigte,
eine zwischen 12,35 und 12,40 Mikron und die andere zwischen 13,35 und 13,45 Mikron,
womit die Anwesenheit von Bestandteilen, die aus rohem Erdöl stammen, in der Erdprobe
angezeigt wird. Der Extrakt zeigte, wie der Extrakt im Beispiel 1, die Absorptionsbande
bei 13,90 Mikron.
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Die nachstehenden Beispiele 4 und 5 zeigen die Tatsache, daß nicht
alle Erdproben als solche diese Absorptionsbanden aufweisen.
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Beispiel 4 Eine Erdprobe wurde aus einem Gebiet entnommen, das in
keiner Beziehung zu einem bekannten unterirdischen Erdölvorkommen stand. Die Probe
wurde extrahiert, und die Absorptionscharakteristika des Extraktes wurden in der
beschriebenen Weise bestimmt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die einzige Absorptionsbande
bei 13,9 Mikron vorhanden. Das Vorhandensein von Bestandteilen, die aus rohem Erdöl
stammen, ist somit in der Erdprobe nicht angezeigt.
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Beispiel 5 Eine Erdprobe wurde einem anderen Gebiet entnommen, das
zu keinem bekannten unterirdischen Erdölvorkommen in Beziehung steht. Die Erdprobe
wurde wie beschrieben behandelt, und es wurde die Absorptionscharakteristika des
Extraktes bestimmt.
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Fig. 5 zeigt, daß der Extrakt keine Absorptionsbanden
bei
den Wellenlängen 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10Mikron zeigt, aber eine Absorptionsbande
bei 13,90 Mikron aufwies. Auch hier wird wieder die Anwesenheit von irgendwelchen
Bestandteilen, die ihren Ursprung in rohem Erdöl haben, in der Erdprobe nicht angezeigt.
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Beispiel 6 Eine Reihe von Erdproben wurde der Erdoberfläche auf eine
Linie, die sich quer über ein bekanntes unterirdisches Erdölvorkommen erstreckt,
entnommen. Die Proben wurden wieder in der beschriebenen Weise behandelt.
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Fig. 6 zeigt eine Karte des Probengebietes und zeigt die Orte der
Probenstellen 10 bis 20 und die Lage des unterirdischen Erdölvorkommens 23. Die
Proben 10 bis 18 waren ungefähr je 1 Meile voneinander entfernt und lagen auf einer
Linie, die sich zwischen den Begrenzungen 21 und 22 der ölführenden Formation an
der Erdoberfläche erstreckt. Es waren ferner den Stellen 19 und 20 Proben entnommen
als Kontrolle der den Punkten 12 und 13 direkt über dem Erdölvorkommen entnommenen
Proben.
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Die folgende Tabelle gibt die Probenstellennummer und eine Bemerkung,
ob der Extrakt der Erdprobe, die aus der betreffenden Probenstelle entnommen wurde,
Absorptionsbanden auf der Infrarotdurchlassungskurve bei 12,35 + 0,10 und 13,40
+ 0,10 Mikron zeigte, wobei das Wort »positiv« andeutet, daß solche Banden auftreten
und das Wort »negativ«, daß solche Banden nicht auftreten.
| Auftreten |
| Probennummer von Absorptionsbanden |
| 10 negativ |
| 11 negativ |
| 12 positiv |
| 13 positiv |
| 14 positiv |
| 15 negativ |
| 16 negativ |
| 17 negativ |
| 18 negativ |
| 19 positiv |
| 20 positiv |
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Extrakte der Proben aus den Probenstellen
12, 13, 19 und 20, direkt oberhalb des unterirdischen Erdölvorkommens 23, Infrarotabsorptionsbanden
bei 12,35 f 0,10 und
13,40 + 0,10 Mikron zeigen, womit sie die Anwesenheit von Bestandteilen,
die aus rohem Erdöl stammen, in der Probe anzeigen. Extrakte der Proben aus den
Probenstellen 10, 11, 16, 17 und 18, die abseits von dem unterirdischen Erdölvorkommen
23 gelegen sind, zeigten keine Absorptionsbanden bei 12,35 + 0,10 und 13,40 1 0,10
Mikron, wodurch sie das Fehlen von Bestandteilen, die aus rohem Erdöl stammen, in
der Probe anzeigen. Der Extrakt der Probe von der Entnahmestelle 14 zeigt ebenfalls
Absorptionsbanden bei 12,35 + 0,10 und 13,40 + 0,10 Mikron, wodurch sich die Wanderung
von Bestandteilen des rohen Erdöls aus dem Vorkommen 23 nach oben und nach einer
Seite des Reservoirs hin einzeigen.
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PATENTAN5PRt)CHE: 1. Verfahren zum Aufspüren von unterirdischen Erdöllagerstätten,
bei dem Erdproben von der Erdoberfläche oder nahe der Erdoberfläche gesammelt werden
und aus ihnen ein Extrakt gewonnen wird, der etwaige Kohlenwasserstoffe und deren
organische Derivate enthält, und bei dem diese Proben einer Strahlungsuntersuchung
unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Infrarotstrahlung mit einem
Wellenlängenbereich zwischen etwas oberhalb und etwas unterhalb von 12,35 + 0,1
Mikron und einem zweiten Wellenlängenbereich zwischen etwas oberhalb und etwas unterhalb
von 13,40 + 0,1 Mikron durch den Extrakt leitet und das Ausmaß der Absorption der
Infrarotstrahlung bei den Wellenlängen 12,35 + 0,1 und 13,40 + 0,1 Mikron im Vergleich
zur Absorption der Infrarotstrahlung bei den Wellenlängen etwas oberhalb und etwas
unterhalb von 12,35 1 0,1 Mikron und etwas oberhalb und etwas unterhalb von 13,40
+ 0,1 Mikron bestimmt.