DE1232535B

DE1232535B - Verfahren zur Erdoelgewinnung

Info

Publication number: DE1232535B
Application number: DES101795A
Authority: DE
Inventors: Philip Joseph Closmann
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1965-02-05
Filing date: 1966-02-03
Publication date: 1967-01-19
Also published as: US3349849A; NL6601369A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

E 21b

Deutsche Kl.: 5 a - 43/24

Nummer: 1 232 535

Aktenzeichen: S 101795 VI a/5 a

Anmeldetag: 3. Februar 1966

Auslegetag: 19. Januar 1967

Die Erfindung betrifft die Gewinnung von Erdöl aus unterirdischen Lagerstätten und insbesondere ein Verfahren zur Übertragung von Wärme in eine begrenzte Zone innerhalb einer ölführenden Lagerstätte mit anschließender Ölförderung aus derselben.

Wenngleich Rohöle verhältnismäßig viskose Materialien sind, so nimmt doch die Viskosität der meisten Rohöle mit zunehmender Temperatur des Rohöles ab. Wird daher einem selbst verhältnismäßig viskosen Rohöl genügend Wärmeenergie zugeführt, so wird dadurch oft ein derartiges teeriges bituminöses Material in eine bewegliche Flüssigkeit übergeführt, die zur Erleichterung ihrer Gewinnung innerhalb der Poren der Lagerstätte zum Fließen gebracht werden kann. Auch die vergleichsweise nicht viskosen Rohöle erlangen beim Erhitzen eine noch geringere Viskosität, und durch Erhitzen derartiger Rohöle kann oft die Gesamtgewinnung dieser Rohöle aus einer Lagerstättenformation erhöht werden.

Da Erdöle oft in Lagerstätten mit verhältnismäßig kleinen Poren, beispielsweise in »dichtem« Sandoder Kalkstein gefunden werden, der das Fließen innerhalb dieser Lagerstätten kritisch beschränkt, ist es oft wünschenswert oder sogar wesentlich, die Viskosität selbst der weniger viskosen Rohöle durch Erhitzen derselben zu vermindern, so daß diese Rohöle leichter durch die Poren des Reservoirs zu einem Sammelbereich fließen können, von welchem sie dann gewonnen werden. Die Kenntnis der Vorteile hinsichtlich der Förderung, die sich durch Zufuhr von Wärmeenergie zu ölführenden Lagerstätten erzielen lassen, hat zur Entwicklung von thermischen Gewinnungsmethoden, wie In-situ-Verbrennung und/oder Injektion von erhitzten Wärmeträgern, geführt; beide Methoden eignen sich zum Erhitzen der Rohöle in Lagerstätten zur Erleichterung des Fließens bei der Förderung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verwendung von Wärmeträgern bei der Gewinnung von Öl aus Lagerstätten und insbesondere auf die Gewinnung des Öls aus derselben Bohrung, durch welche die Injektion durchgeführt wurde. Die letztgenannte Art von Verfahren wird oft als ein »Rückfluß«-Gewinnungsverfahren bezeichnet. Derartige Rückflußverfahren unterscheiden sich von den sogenannten »Flutver fahren«, bei welchen Wärmeträger, welche im weiteren auch mit »Heizmedium« bezeichnet werden, durch eine Injektionsbohrung injiziert werden, um das Öl aus der Nähe der Injektionsbohrung und zwischen der Injektionsbohrung und der Förderbohrung wegzutreiben, und zwar zu einer Förderbohrung hin, die sich im Ab-Verfahren zur Erdölgewinnung

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N. V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und
Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Philip Joseph Ciosmann,
Houston, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. Februar 1965 (430 613)

stand von der Tnjektionsbohrung befindet. Die Eigenschaft des Wärmeträgers, die Rohöle in der Lagerstatte von der Bohrung, durch welche sie injiziert wird, wegzutreiben, führt zu Problemen bei der Anwendung der Rückflußgewinnungsverfahren, da dabei das Öl von dem Bereich weggetrieben wird, aus dem es gewonnen werden soll, nämlich von der Lagerstätte in der nächsten Umgebung der Bohrung. Beim erfindungsgemäßen thermischen Rückflußverfahren wird durch eine Bohrung ein zum Erhitzen der Formation geeignetes Medium unter Bedingungen injiziert, unter welchen ein Großteil des Mediums das Öl in dem in der Umgebung des Bohrloches liegenden Teil der Lagerstätte umgeht, aber dennoch ein Wärmereservoir bildet, um das Öl in dem das Bohrloch umgebenden Teil der Lagerstätte zu erwärmen, ohne daß daher ein Großteil dieses Öls nach vom Bohrloch weiter entfernten Stellen abgedrängt wird. Das auf diese Weise erhitzte Öl wird dann gefördert, indem man den Druck in der Bohrung unter den Lagerstättendruck vermindert und die fließfähigen Medien von der Formation in die Bohrung fließen läßt. Mit dieser Methode können viele Probleme, die bei den bekannten Rückflußverfahren auftreten, vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen bei jeder ölführenden permeablen Lagerstätte anwendbar; d. h. bei allen ölhaltigen Lagerstätten, die bei ihrer natürlichen Temperatur mindestens gaspermeabel sind. Das Verfahren kann bei Lagerstätten

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angewendet werden, die ein viskoses und/oder ein schalten und nur aus den Schichten oberhalb und

leichtes (niedrigviskoses) Rohöl enthalten. Das er- unterhalb derselben zu fördern.

findungsgema'ße Verfahren ist auch auf Lagerstätten Wenn auch die Injektion von zum Erhitzen der

anwendbar, die nicht mehr infolge von natürlicher Lagerstätte geeigneten Medien, z. B. von heißen

Expansion (Ausdehnung) fließfähig sind, was bei- 5 Flüssigkeiten (beispielsweise Wasser), Heißgas (z. B.

spielsweise durch einen Druckverlust verursacht wer- Wasserdampf), Luft oder Gemischen derselben an

den kann, der zufolge eines Abfließens eines Teiles sich nicht neu ist, so ist sie dennoch kein allgemein

des Öls oder Gases aus der Lagerstätte oder zufolge anwendbares Mittel zur Verbesserung der Ölgewin-

eines Verlustes durch Abfließen unter dem Einfluß nung und hat sogar bei älteren Rückflußgewinnungs-

der Schwerkraft auftreten kann. Die Gewinnung aus io verfahren oft zu einer verminderten statt zu einer

einer derartigen Lagerstätte wird oft als »Sekundär- erhöhten Fördergeschwindigkeit der injizierten Boh-

gewinnung« bezeichnet. Die vorliegende Erfindung rung geführt. Verluste in der Förderung bei älteren,

ist bei solchen Sekundärgewinnungsverfahren in wei- unter Verwendung von nicht selektiv injizierten

tem Umfang anwendbar. Heizmedien durchgeführten Rückflußverfahren oder

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere 15 aber bei Rückflußverfahren, bei welchen nur in den

ein Verfahren zur bestmöglichen Ölgewinnung aus oberen oder unteren Teil der Lagerstätte injiziert

einer permeablen, unterirdischen, ölführenden Lager- wurde, sind teilweise eine Folge von Verstopfungen,

Stätte, in welche mindestens eine Bohrung eindringt. einem Abschmelzen leichterer Kohlenwasserstoffe

Dieses Verfahren umfaßt die Injektion eines zum und/oder einem Abdrängen von gewinnbarem Rohöl

Erhitzen der Lagerstätte geeigneten fließfähigen 20 zu Bereichen der Lagerstätte, die vom Bohrloch

Wärmeträgers in die Lagerstätte durch die Bohrung; weiter entfernt sind.

im Anschluß an die Injektion wird das Öl aus der Erfindungsgemäß wird ein fließfähiger Wärme-Lagerstätte durch dieselbe Bohrung gefördert, indem träger in die Lagerstätte längs einer im allgemeinen man den Druck in der Bohrung auf einen Wert unter in der Mitte gelegenen Zone und innerhalb nur des demjenigen des Porendruckes vermindert. Erfin- 25 mittleren Abschnittes der Lagerstätten, aus welcher dungsgemäß wird der Wärmeträger in die mittleren Öl gefördert wird, eingetrieben, vorzugsweise in „eine Schichten der Lagerstätte injiziert. Zone mit einer Dicke von einem Viertel bis eine_m_

Vorzugsweise wird der Wärmeträger nur in die Drittel der Lagerstattenhohe^, wobei die Menge des

mittleren Schichten der Formation im mittleren 'thermisch beweglich gemachten Öls etwa zweimal so

Drittel der Lagerstätte injiziert. 30 groß ist wie diejenige ÖImcnge, die nach bekannten

Während der Ölförderung können im wesentlichen Verfahren durch Injektion eines Heizmediums besämtliche Schichten der Lagerstätte einem Druck weglich gemacht wird. Dies wird erreicht, ohne daß unterhalb des Porendruckes der Lagerstätte längs viel Öl vom Bohrloch weggedrängt wird. Nur dasder gesamten Querung der Bohrung durch die Lager- jenige Öl, das sich zwischen den Grenzen der vom statte ausgesetzt sein. Nachdem ein zum Erhitzen der 35 injizierten Heizmedium durchspülten Zone befindet, Lagerstätte geeigneter Wärmeträger in den mittleren wird während des Injektionsvorganges nach außen Teil der Lagerstätte injiziert worden ist, kann mit in die Lagerstätten abgedrängt. Außerdem ist es dem Einfließenlassen von fließfähigem Medium in beim anschließenden Rückfluß bevorzugt, um das die Bohrung entweder durch Perforieren der Ver- erwärmte Öl in der Umgebung der bespülten Zone rohrung über ihre die Lagerstätte durchquerende 40 (in den Schichten oberhalb und unterhalb der beLänge und Verwendung einer Packergarnitur spülten Zone) wirksam zu gewinnen, diese nicht von (straddle packer), um die Injektion der Flüssigkeit der Injektion erreichten Teile der Lagerstätte, die auf den mittleren Teil der Lagerstätte zu begrenzen, sich in der Nahe des Bohrloches befinden, in kombegonnen werden oder aber in der Weise, daß man munizierende Flüssigkeitsverbindung mit dem Inneanfänglich nur den mittleren Teil perforiert und nach 45 ren des Verrohrungsstranges zu bringen, so daß das der Injektion des Heizmediums die gesamte Länge, erwärmte Öl in diesen Schichten in den Verrohnmgsdie von dem Verroh rungs strang (casing string) in der strang fließen kann.
Lagerstätte durchquert wird, perforiert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Heizmedium,

liegt darin, daß das zum Erhitzen der Lagerstätte 50 wie Wasserdampf, verwendet und nur in eine im

geeignete Medium der Lagerstätte so zugeführt wird, allgemeinen zentral liegende, dünne Zone oder

daß das erhitzte Öl auf die wirksamste Weise ge- Schicht injiziert, vorzugsweise in eine Zone, die für

wonncn und aus dem Medium der größte Vorteil die jeweilige behandelte Lagerstättenformation am

für die Erleichterung der Ölgewinnung herausgeholt besten geeignet ist. Dies wird gewöhnlich weitgehend

werden kann. Dies wird bewirkt, indem dieses 55 von der Dicke der Lagerstätten höhe abhängig sein.

Medium in eine isolierte Zone innerhalb des mittleren Bei dicken Lagerstätten werden mehrere solcher

Teils der Lagerstätte getrieben wird, so daß diese Zonen oder Schichten angewendet.

Zone von den ölfördcrnden Teilen des Lagerstätten- Die besten Ergebnisse erzielt man mit dem erfin-

bereiches oberhalb und unterhalb der injizierten dungsgemäßen Verfahren bei Lagerstätten, in wel-

Zone begrenzt wird. Anschließend wird vorzugsweise fio chen die Permeabilität in Vertikalrichtung geringer

das Zurückfließen der fließfähigen Medien aus dem ist als die Permeabilität in Horizontalrichtung.

gesamten, von der Verrohrung durchquerten Lager- Die F i g. 1 stellt eine vertikale Querschnittsansicht

Stättenbereich in die Bohrung eingeleitet, insbeson- eines Bereiches von Erdschichten dar, die auch eine

dere von den Zonen, die sowohl oberhalb als auch permeable, ölführende Lagerstätte umfassen, die von

unterhalb der injizierten Zone liegen, einschließlich 65 einem Bohrloch durchquert wird. Diese Fig. 1 ver-

der Zone, durch welche das Medium injiziert worden anschaulicht die Bedingungen in der Lagerstätte

war. In manchen Fällen kann es erwünscht sein, während der Injektionsstufe des erfindungsgemäßen

während des Rückflusses die injizierte Zone auszu- Verfahrens.

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Die F i g. 2 zeigt eine ähnliche Querschnittsansicht jegliche durch die Injektion verursachte Olverdrän-

des unteren Abschnitts des in Fig. 1 dargestellten gung im wesentlichen auf den mittleren Abschnitt

Bohrlochs, wobei die in der Lagerstätte während der der Lagerstätte beschränkt. So bleiben also etwaige

Gewinnungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens schädliche Wirkungen, die sich aus dem Kontakt des

vorliegenden Bedingungen veranschaulicht sind. 5 Lagerstättensystems mit dem Wasserdampf oder

Die F i g. 1 und 2 zeigen ähnliche Querschnitte seinem Kondensat ergeben könnten, auf diesen mittderselben Lagerstätte. Fig. 1 zeigt die Bedingungen leren Teil beschränkt, so daß andere Teile der während der Tnjektionsphase, Fig. 2 die Bedingun- Lagerstätte in der Umgebung des Bohrloches unbegen während der Förderphase, wobei der unter- einflußt bleiben. Da die anderen Teile der Lagerstätte irdische Teil des Bohrloches eine permeable, ίο 11 vor einem Kontakt mit dem durch den Rohrölführende Lagerstättenschicht 11 durchquert, welche strang 22 eingeleiteten Wasserdampf und/oder dessen zwischen einer oberen, impermeablen Schicht 12 und Kondensat isoliert sind, besteht die Tendenz des einer unteren, impermeablen Schicht 13 eingebettet mehr oder weniger radial nach außen in die Lagerliegt. In beiden Figuren ist das Bohrloch mit einer statte gerichteten Fortschreitens des Wasserdampfs Verrohrung 14 dargestellt, die im Bohrloch mit einem 15 als eine Schicht, anstatt in alle dem Bohrloch unmit-Dichtungsmittel 15, z. B. Zement, abgedichtet ist, um telbar benachbarten Teile der Lagerstätte einzudas Bohrloch von einer kommunizierenden Flussig- diffundieren, weil der durch die Zone 18 verlaufende keitsverbindung mit der permeablen, ölführenden Kanal durchlässiger ist. Der Eintritt von OI während Lagerstätte abzudichten. der Injektion in das Bohrloch über die oberhalb und

Fig. 1 zeigt unter Bezugnahme auf die Injektions- 20 unterhalb der Abdichtpackungen vorgesehenen Perphase des Verfahrens zur bestmöglichen Ölgewinnung forationen 20 wird durch Verschlüsse am Bohrkopf aus der Lagerstätte, die hier beispielsweise eine (nicht dargestellt) verhindert bzw. durch Verschließen solche darstellt, bei welcher die Wirkung der Schwer- des Ringraumes zwischen dem Rohrstrang 22 und kraftsegregation unbedeutend ist, daß die Verrohrung der Verrohrung 14 und dem Zement am Boden der 14 und das Dichtungsmittel 15 über die gesamte 25 Bohrung sowie dem unteren Packer 24 der Packer-Höhe der permeablen Lagerstätte 11 perforiert sind, anordnung. Beim Kondensieren des Wasserdampfes aus welcher das Öl zu fördern ist, was durch die in der Zone 18 wird seine Kondensationswärme Öffnungen 16 und 20 angedeutet ist. Ein Rohrstrang durch Konduktion an das Ol längs der oberen und 22 erstreckt sich von einer Stelle an der Oberfläche der unteren Grenze der Zone 18 übertragen; zusätzin das Bohrloch, wobei das untere Ende dieses 30 liehe Wärme im Wasserdampf wird auch in das Rohrstranges mit Ausnahme der Offnungen 23, die Lagerstättensystem übertragen.

zwischen einem Paar von Packern 24 mit fernsteuer- Nachdem die Injektion des Dampfes oder des sonbaren Abdichtungsmitteln 25 angeordnet sind, ge- stigen erhitzen Mediums in die isolierte Zone 18 der schlossen ist. Eine solche Vorrichtung kann eine Lagerstätte 11 beendet ist, wird im allgemeinen der übliche Packeranordnung umfassen. Die Anordnung 35 Rohrstrang 22 verschlossen, um das erhitzte Medium wird, mit den offenen Stopfen eingeführt, einge- während einer »Durchtränkungs«-Zeit(»soak«-period) richtet, um die Öffnungen 16 im mittleren Teil der in der Lagerstätte zurückzuhalten. Wie an sich beWandung 14 abzuschließen und dann betätigt, um kannt ist, kann die Dauer sowohl des Injektionsdie Verschlußpackungen zu schließen und diesen abschnittes als auch des Durchtränkungsabschnittes ausgewählten Teil der Verrohrung 14 zu isolieren. 40 innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Zweck des Auf diese Weise besteht die einzige Verbindung, für Durchtränkungsabschnittes ist es, den Hauptteil der das fließfähige Medium zwischen dem Inneren des im Heizmedium vorhandenen Wärmeenergie, die Rohrstranges 22 und der Lagerstätte 11 über die mehr oder weniger auf die Zone 18 beschränkt ist, Öffnungen 16. auf das Öl und die übrigen Komponenten des Lager-

Nachdem die Fließverbindung des Rohrstranges 22 45 Stättensystems sowohl oberhalb als auch unterhalb

mit der Lagerstätte an einer ausgesuchten Stelle im der Zone 18 zu übertragen. Die Wärmeenergie des

mittleren Abschnitt der Lagerstätte hergestellt wurde, Heizmediums erhitzt die Formation und das Öl und

wird, wie durch die Pfeile 17 angegeben, Wasser- führt zu einer wesentlichen Verminderung der Visko-

dampf durch das Rohr 22 in die Formation injiziert. sität des Öls und erhöht auch im allgemeinen die Ge-

Da der Dampf nur in den mittleren Abschnitt der 50 schwindigkeit und Menge der Ölförderung, da sich

Lagerstätte injiziert wird, zeigt er die Tendenz, sich das Öl dann leichter durch die Poren der Lagerstätte

radial nach außen von der Verrohrung 14 weg in die bewegen kann.

Lagerstätte 11 zu bewegen, wie durch die Zone 18 Nachdem die Durchtränkungszeit abgelaufen ist

angedeutet ist. Die Zone 18 ist eine dünne, im all- und zumindest ein Teil der Wärmeenergie in die

gemeinen in der Mitte liegende Schicht mit einer 55 nicht von der Injektion erreichten Formationsab-

oberen und einer unteren Grenze, die noch ziemlich schnitte übertragen worden ist, wie durch die Tempe-

weit von den undurchlässigen Grenzschichten 12 raturgradientenlinien 19 in F i g. 2 angegeben ist,

und 13 der Lagerstätte 11 entfernt ist, aus welcher wird die Bohrung zur Ölförderung vorbereitet. Dies

das Öl gefördert werden soll. Die (vertikale) Dicke wird im allgemeinen durch Herstellung einer Fließ-

der Zone 18 kann in gewissem Maße durch den 60 verbindung zwischen einem Punkt an der Erdober-

Abstand zwischen den einzelnen Perforationen ein- fläche und einer Vielzahl von Perforationen 16 und

gestellt werden, die zur Injektion verwendet werden, 20 längs der gesamten Verrohrung 14 durch die La-

wobei in einer einzigen Ebene liegende Perforationen gerstätte 11 bewirkt. Diese Perforationen schaffen

die dünnste Zone oder Schicht ergeben. eine große Zahl von Durchgängen, durch welche das

Da der Wasserdampf nur in die isolierte Zone 18 65 erhitzte Öl in der Lagerstätte 11 in die Verrohrung

im mittleren Teil der Lagerstätte 11 injiziert wird, 14 abfließen kann, insbesondere aus den nicht von

besteht in diesem Teil der Lagerstätte die Tendenz der Injektion betroffenen Schichten oberhalb und

zur Kondensation von Wasserdampf. Außerdem wird unterhalb der Zone 18.

Da das Heizmedium während der Injektionsperiode nur in die Zone 18 injiziert worden ist, waren etwaige schädigende Auswirkungen zufolge der Injektion auf die Zone 18 beschränkt; das Öl in den anderen Teilen der Lagerstätte 11 oberhalb und unterhalb der Zone 18 kann völlig frei durch die Perforationen 20 fließen, da es mit dem injizierten Heizmedium zwar nicht in Berührung gekommen war, jedoch wesentlich aufgewärmt wurde. Obwohl die Schichten der Lagerstätte 11 oberhalb und unterhalb der Zone 18 physikalisch mit dem Heizmedium nicht in Berührung gekommen waren, so wurde dennoch durch Konduktion von Zone 18 die Wärmeenergie vom Heizmedium auf diese Teile der Lagerstätte übertragen, wodurch das Öl aufgewärmt, seine Viskosität vermindert und seine Beweglichkeit erhöht wurde.

Es ist im allgemeinen erwünscht, die Verrohrung 14 mit einem inneren Rohrstrang 21 und mit einer Pumpanlage (nicht dargestellt) zu versehen, um das durch die Verrohrung 14 einfließende Öl zu gewinnen. Der Rohrstrang 21 kann, je nach dem Porendruck innerhalb der Lagerstätte, erforderlich sein oder auch nicht benötigt werden. Es kann auch erwünscht sein, den Druck innerhalb der Verrohrung 14 in dem die Lagerstätte querenden Stück im wesentlichen auf einen Wert unterhalb der in der Lagerstätte herrschenden Porendrücke zu vermindern, um daß Einfließen des Öls in die Verrohrung 14 zu begünstigen. Diese Druckverminde- rung kann mit den üblicherweise verfügbaren Anlagen erfolgen.

Dieses Verfahren zur bestmöglichen ölgewinnung aus permeablen, unterirdischen, ölführenden Lagerstätten erfordert insbesondere, daß das Bohrloch bis in die Lagerstätte hineinreicht und vorzugsweise die Lagerstätte in einer im allgemeinen vertikalen Richtung vollständig durchquert. Da es erfindungsgemäß erforderlich ist, das Heizmedium nur in einen isolierten Mittelabschnitt der Lagerstätte zu injizieren, ist es im allgemeinen notwendig, das Bohrloch mindestens über die Länge der Durchquerung der Lagerstätte mit einer Wandung zu umgeben und diese Wandung in der Lagerstätte mit einer Dichtung 15, z. B. mit Zement, abzudichten.

Es ist möglich, in einigen Fällen Packeranordnungen in offenen Löchern (open-hole stradle pakkers) anzuordnen; wenn jedoch ein Heizmedium zwischen ein Paar derartiger Packer injiziert wird, wird es seinen Weg um die Dichtungen suchen, die ja wegen ihrer Tendenz, die Lagerstättenformation zu brechen, nur so eingestellt werden können, daß sie einen begrenzten Druck ausüben. In den meisten Fällen wird man daher das Bohrloch verrohren und diese Wandung in der oben angegebenen Weise in der Formation abdichten.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wichtig, daß die Anordnung der Leitungen zur Herstellung einer Fließverbindung durch die Perforationen 16 der Verrohrung 14 und das Dichtungsmittel 15 nur im mittleren Teil der Lagerstätte 11 vorgesehen wird, um dort eine Fließverbindung zwischen der Quelle des zu injizierenden Mediums und nur dem mittleren Teil der Lagerstättte 11 während der Injektion des Heizmediums herzustellen. Damit wird bezweckt, daß die Perforation im Mittelteil die Funktion einer Vielzahl von in mittleren Abschnitt der Lagerstätte liegenden Perforationen ausübt, d. h. im mittleren Drittel der Lagerstätte und vorzugsweise unterhalb der Mitte der Lagerstätte. Tatsächlich hängt die Anzahl der Perforationen, die zur Injektion des Heizmediums erforderlich sind, weitgehend von der Dicke der Lagerstätte ab, und Perforationen können auf zahlreichen Höhenniveaus innerhalb des mittleren Drittels der Lagerstättenformation angebracht werden. Bei gering mächtigen Lagerstätten kann es zweckmäßig sein, nur auf einer einzigen Teufe Perforationen anzubringen, beispielsweise wenig unter der Mitte der Lagerstätte, um die Injektion des Heizmediums zu bewirken, da die Wärmeübertragung in gering mächtigen Lagerstätten von einer einzigen Niveauhöhe aus leichter erfolgen kann als bei mächtigen Lagerstätten.

Im allgemeinen werden die Perforationen so angeordnet, daß das Heizmedium selektiv in eine oder mehrere in der Mitte gelegene, gesonderte und verhältnismäßig dünne Zonen innerhalb der Lagerstätte injiziert werden kann. Die Dicke eines perforierten Abschnittes in Verrohrung und Dichtungsmittel, durch welche das Heizmedium auf diese Weise injiziert wird, kann zwischen der Dicke von Perforationen in einer einzigen Ebene bis zu etwa einem Dritte] der Dicke der gesamten Lagerstätte variieren. Innerhalb der Grenzen dieser in der Mitte gelegenen Zonen kann die Perforationsdichte beliebig variiert werden. Wird jedoch die Verrohrung über die gesamte Länge der Lagerstätte bereits vor der Injektion des Heizmediums perforiert, so sollen die Perforationen oberhalb und unterhalb der Höhe, auf welcher die Injektion erfolgen soll, in Abständen voneinander angeordnet werden, um das Verschließen von Dichtungen, die den ausgewählten Abschnitt isolieren, zu erleichtern. Bei einer mächtigen (z. B. 200 m dicken) Lagerstätte kann es zweckmäßig sein, ein Heizmedium in eine größere Anzahl von derartigen in der Mitte gelegenen Zonen zu injizieren. Bei einer solchen mächtigen Lagerstätte kann es erwünscht sein, das Heizmedium in zwei oder drei Zonen zu injizieren, die ein Zehntel bzw. ein Achtel der Dicke der gesamten Lagerstätte haben und ein Sechstel bzw. ein Fünftel der Dicke der gesamten Lagerstätte voneinander entfernt sind. Daher sind also Zonen, die eine Dicke von 20 bis 25 m haben, 33 bis 40 m voneinander entfernt.

Ein Zweck des Injizierens durch Perforationen im Verrohrungsstrang, die nur im mittleren Drittel der Lagerstätte liegen, besteht darin, die wirksamste Wärmeverteilung in der Lagerstätte zu erzielen. Das in den Mittelteil der Lagerstätte injizierte Heizmedium erwärmt die Schichten der Lagerstätte sowohl oberhalb als auch unterhalb der Zone, in die die Injektion erfolgt, wodurch sowohl oberhalb als auch unterhalb dieser Injektionszone eine hohe Ölbeweglichkeit erzielt wird. Um jedoch aus dieser Wärmeverteilung Nutzen zu ziehen, muß man das Öl aus den nicht von der Injektion erreichten Teilen der Lagerstätte in die Verrohrung zurückfließen lassen, ohne daß es während des Rückflußzyklus des Verfahrens durch die Injektionszone zu fließen hätte. Da ein Großteil der vom Medium abgegebenen Wärmeenergie durch Konduktion an Teile der Lagerstättenschichten sowohl oberhalb als auch unterhalb der Injektionszone übertragen wird, wobei der Wärmefiuß von der Injektionszone sowohl nach oben als auch nach unten ähnlich verläuft, läßt sich durch diese Auswahl des zentralen (mittleren) Abschnittes

der Lagerstätte als Injektionszone eine wesentliche Wirkungssteigerung erzielen.

Im allgemeinen wird das spezielle Heizmedium, das im erhitzten Zustand in den mittleren Abschnitt der Lagerstättenformation injiziert werden soll, um Wärmeenergie zuzuführen, auf Grund der Lagerstättenart, der wirtschaftlichen Erwägungen hinsichtlich der Verwendung eines besonderen Mediums und ähnlicher Faktoren ausgewählt, in den meisten Fällen kann dies jedoch irgendein gasförmiges Medium sein, das gute Wärmeübertragungskapazität hat. Beispiele für solche gasförmigen Medien sind Wasserdampf, Methan, Äthan, Propan und Stickstoff. In den meisten Fällen wird jedoch erfindungsgemäß Wasserdampf oder aber Methan oder Äthan verwendet, wobei die letztgenannten beiden Stoffe sehr gute Wärmeübertragungskapazitäten haben. Jedes dieser erhitzten gasförmigen Medien hat beim Injizieren in den mittleren Abschnitt der Lagerstätte eine hohe Beweglichkeit in bezug auf das Öl in der Lager- ao Stätte und neigt dazu, sich in der Lagerstätte nach einem radialen, ebenen Fließschema radial nach außen zu bewegen. Etwaige schädliche Wirkungen auf die Lagerstätte, die sich durch die Injektion des heißen Mediums ergeben könnten, sind auf den mittleren, sich radial erstreckenden Abschnitt der Lagerstätte beschränkt und haben wenig oder gar keine Wirkung auf Teile der Lagerstätte oberhalb und unterhalb der Bereiche, in welche die Injektion erfolgt, obwohl diese Bereiche durch Konduktion von den Medien in den Injektionszonen erwärmt werden.

Das Heizmedium wird unter einem Druck injiziert, der größer ist als der Druck der Flüssigkeiten und Gase in der Lagerstätte, so daß das Heizmedium aus der Verrohrung in die Lagerstätte fließt. Höhere Drücke als die sogenannten Uberlastungsdrücke (over-burden pressures) können jedoch zu einer gefährlichen Situation führen, da bei einigen Formationen höhere Drücke als die Überlastungsdrücke Ausbrüche (blow-outs) verursachen können, insbesondere in seichten Lagerstätten bei Tiefen von weniger als 150 m. Bei anderen Lagerstätten, insbesondere in verhältnismäßig tiefen und verhältnismäßig niedrig permeablen Lagerstätten oder in Lagerstätten, deren Lage infolge der herrschenden tektonischen Verhältnisse zur Bildung von horizontalen Brüchen führen kann, kann es vorteilhaft sein, die in der Mitte gelegene Schicht, in welche das erhitzte Medium injiziert werden soll, aufzubrechen. Das Aufbrechen und Offenhalten der Bruchspalten kann nach den üblichen Verfahren durchgeführt werden. In einem solchen Fall kann es erwünscht sein, als zu injizierendes Heizmedium Wasserdampf zu verwenden und den Bruch durch Injizieren des Dampfes bei einem höheren Druck als dem Brechdruck der Lagerstätte zu bewirken.

Durch Anwendung dieses Verfahrens zur bestmöglichen Ölgewinnung aus permeablen, unterirdischen, ölführenden Schichten können wesentliche Vorteile erzielt werden, die nach den bekannten Verfahren nicht möglich sind. So wird mit großer Wahrscheinlichkeit bei Lagerstätten mit einem Gehalt an leichten Ölen durch die Injektion eines Heizmediums über die gesamte Höhe der Lagerstätte ein wesentlicher Teil der leichten Öle in der Umgebung des Bohrloches vom Bohrloch weit weggetrieben, so daß in der Umgebung des Bohrloches wenig oder gar kein Öl übrigbleibt, das während der Förderstufe rückfließen könnte. In solchen Fällen kann die Injektion eines erhitzten Mediums nach gebräuchlichen Verfahren tatsächlich die Förderung eher vermindern als erhöhen. Ähnlich kann bei Lagerstätten mit einem Gehalt an hoch viskosen ölen die Injektion über die gesamte Höhe der Lagerstätte zu einem Abdampfen (flashoff) der leichteren Kohlenwasserstoffe führen, wobei die schwereren Rückstände in den Zwischenhohlräumen in der Nähe des Bohrloches zurückbleiben und das Fließen des Öls während der Rückflußphase einschränken. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden viele dieser Probleme vermieden oder doch zumindest so weitgehend verringert, daß die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine erhöhte Ölförderung aus Erdöllagerstätten gewährleistet.

Beispiel

In einer ölführenden Lagerstätte, die ein viskoses Rohöl enthielt, eine Mächtigkeit von 53 m hatte und zwischen einem Paar von undurchlässigen, im Abstand voneinander liegenden Schichten gelegen war, wurde ein verrohrtes Bohrloch über die gesamte Lagerstätte perforiert und über diese gesamte Lagerstättenhöhe Wasserdampf injiziert; das Fließen des Dampfes fand vorzugsweise längs einer im oberen Bereich der Lagerstätte gelegenen Schicht statt, die nach oben hin von der oberen, undurchlässigen Schicht begrenzt war.

Wasserdampf wurde 37 Tage lang injiziert. Die geschätzten Gesamtwerte für die Förderung sind in der nachstehenden Tabelle unter »nicht isolierte Wasserdampfzone« angegeben.

Zum Vergleich wurde in derselben Lagerstättenformation ein Wasserdampf-RückflußfÖrderungsvcrfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt, das in jeder Hinsicht dem vorstehenden Verfahren entsprach, mit der Ausnahme, daß der Dampf selektiv nur in eine 3 m dicke Schicht injiziert wurde, die nahe der Mitte der Lagerstätte gelegen war. Der Dampf wurde während 37 Tagen in einer Menge injiziert, die derjenigen gleichwertig ist, die, wie vorstehend beschrieben, über die gesamte Lagerstätte injiziert worden war. Im Anschluß daran wurden über die gesamte Lagerstättenhöhe fließfähige Medien aus der Lagerstätte gefördert, wobei die Gesamtwerte der geförderten Mengen in der nachstehenden Tabelle unter »in der Mitte isolierte Wasserdampfzone« angegeben sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ergab dabei eine Erhöhung in der Ölförderung um etwa 5400 t innerhalb von 400 Tagen Förderzeit. Dies stellt eine Erhöhung um etwa 35,5 °/o der Gesamtmenge an gefördertem Öl dar.

Förderungszeit
Tage

100
200
400

Nicht isolierte

Wasserdampf zone

Gesamtmenge

der Ölförderung

— t

4 030

6150

10 200

In der Mitte isolierte

Wasserdampfzone

Gesamtmenge

der Ölförderung

~ t

6 450 9 300 15 600

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erdölgewinnung aus einei Lagerstätte, bei welchem ein zum Erwärmen der

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Lagerstätte geeigneter Wärmeträger durch eine Bohrung in die Lagerstätte injiziert und im Anschluß daran Öl aus derselben Bohrung durch Verminderung des Druckes in der Bohrung auf einen Wert unterhalb des Lagerstättendruckes gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeträger selektiv in die mittleren Schichten der Lagerstätte injiziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmeträger Wasserdampf verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeträger nur im mittleren Drittel der Lagerstätte injiziert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verrohrung oberhalb und unterhalb der Injektionsschichten erst nach der Injektion des Wärmeträgers perforiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Perforationen oberhalb und unterhalb der in der Mitte gelegenen Injektionsschicht der Lagerstätte vor der Injektion ausbildet, jedoch so lange geschlossen hält, bis die Injektion des Wärmeträgers beendet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften;
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 020 290.
163 751.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen