DE1257076B - Verfahren und Vorrichtung zur Intensivierung der Ausbeute beim Wasserfluten einer Erdoellagerstaette - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Intensivierung der Ausbeute beim Wasserfluten einer Erdoellagerstaette

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DE1257076B
DE1257076B DEG48185A DEG0048185A DE1257076B DE 1257076 B DE1257076 B DE 1257076B DE G48185 A DEG48185 A DE G48185A DE G0048185 A DEG0048185 A DE G0048185A DE 1257076 B DE1257076 B DE 1257076B
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Iwanoff Georgieff
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IWANOFF GEORGIEFF
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/20Displacing by water

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  • Physical Water Treatments (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Intensivierung der Ausbeute beim Wasserfluten einer Erdöllagerstätte Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Intensivierung der Ausbeute beim Wasserfluten einer Erdöllagerstätte.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, durch Einbringung elektrischer Hochfrequenzerzeuger in ein Bohrloch eine Erwärmung von ölhaltigen Schichten und eine dadurch bedingte Viskositätsänderung des darin enthaltenen Erdöls vorzunehmen, um dadurch dieses Erdöl leichter fördern zu können. Es ist auch bereits bekannt, die Wände von Bohrlöchern mittels flüssigkeitsbetriebener oder druckluftbetriebener Vibrationskörper zu säubern. Dabei haben die Vibrationskörper jedoch nur eine sehr begrenzte Wirkung auf ihre engere Umgebung. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Ultraschall für die Trennung von Petroleum von Sandkörnern bei der Ausbeute von ölsandlagern zu verwenden. Dieses Verfahren setzt jedoch einen gleichzeitigen mechanischen Abbau des Ölsandlagers voraus und läßt sich nicht auf das Wasserfluten zur Ausbeutung unterirdischer Erdöllagerstätten anwenden. Außerdem wird auch bei diesem bekannten Verfahren der Ultraschall mittels mechanischer Unwuchten erzeugt, deren Frequenzbereich naturgemäß nach oben begrenzt ist. Die Trennwirkung der Ultraschallwellen hängt aber entscheidend von ihrer Frequenz ab und wird mit zunehmender Frequenz besser.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen unter Vermeidung der Nachteile der vorstehend genannten bekannten Verfahren und Vorrichtungen mit relativ geringem technologischem Aufwand eine Erhöhung der Ausbeute beim Wasserfluten einer nicht im Tagebau abbaubaren Erdöllagerstätte erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Hilfe der Energie des Flutwassers im Bereich der Eintrittsstelle der Flüssigkeit in die Lagerstätte Ultraschallimpulse erzeugt und über die Flüssigkeit in die Lagerstätte hineingeleitet werden.
  • Mit Hilfe dieser in die Lagerstätte hineingeleiteten Ultraschallimpulse wird das an den Gesteinsschichten haftende Erdöl gelöst und mit dem Flutwasser ausgeschwemmt. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich eine beachtliche Erhöhung der Erdölausbeute der gefluteten Erdöllager erzielen, wobei Versuche Ausbeuten von über 95 0!o des in Lagerstätten enthaltenen Erdöls ergeben haben. Die an der Oberfläche der Gesteinsschichten adsorbierten Erdölschichten werden durch die Ultraschallwellen abgerissen. Ihre molekularen Oberflächenkräfte sind etwa einem Druck von 3,5 bis 5 - 103 ata äquivalent. Die erfindungsgemäß erzeugten Ultraschallimpulse erreichen dagegen Druckwerte von 8 bis 9,5 - 103 ata. Außerdem wird eine örtliche und kurzzeitige Veränderung der Ladung der Oberflächenschichten der Erdölträger erreicht, was bis zu einer Neutralisierung der modukularen Oberflächenkräfte führen kann, wodurch ebenfalls ein Lösen der auf ihnen festgehaltenen Erdölschichten erreicht wird. Die Ionisationsspannungen in der Größe von einigen hundert Volt pro Zentimeter verstärken die elektrischen Dipole an der Oberfläche der Erdölträger beachtlich.
  • Durch die Ultraschallimpulse erfolgt eine mechanische Zerstörung der einheitlichen Struktur der räumlichen Gitter höherer Beweglichkeit, welche ein zusammenhängendes Erdölhäutchen auf den Gesteinsschichten bilden. Das abgetrennte Erdöl wird in Form von Tröpfchen abgeführt. Die mechanische Zerstörung der Erdölhäutchen wird durch die Wirkung pulsierender Bläschen von im Erdöl eingeschlossenen Gasen unterstützt, deren Resonanzfrequenz zum großen Teil in dem verwendeten Frequenzbereich der Ultraschallimpulse liegt. Die gebildeten kleinvolumigen Erdöltröpfchen bewegen sich leicht in den Kanälen der Lagerstätten, in welche sie durch das Flutwasser eingeschleust werden und wo keine erneute Ablagerung an den begrenzenden Gesteinsschichten befürchtet werden muß. Durch die mit dem Flutwasser in die Erdöllagerstätte eingeleiteten Ultraschallimpulse wird die Entwicklung von unerwünschten Übergangszonen in der Lagerstätte, die sich negativ auf die Phasendurchlässigkeit auswirken können, vermieden. Durch eine intensive Ultraschalleinwirkung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann sogar eine Zerstörung der großen Ketten der Kohlenwasserstoffmoleküle des Erdöls in veit`:ehend homologe Komponenten erzielt werden, da die großen Ketten eine relativ große Trägheit besitzen und von den Ultraschallwellen nicht einfach in Schwingung versetzt werden.
  • Durch die Ultraschallimpulse wird auch eine verarößerte Reibung zwischen den Molekülen erzielt, wodurch Krackwirkungen erzielt werden, die unter anderem eine Verkleinerung des spezifischen Gewichts und der Viskosität des Erdöls bewirken und damit das Ausfluten des Erdöls begünstigen. Durch da, Ultraschallkracken treten ungesättigte Valenzen auf, die weitere chemische und das Ablösen des Erdöls begünstigende Reaktionen hervorrufen, be-Qünstiot durch die auftretende teilweise Dissozation des Wassers. Durch all diese Nebenwirkungen wird beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein erstaunlich hoher Wirkungsgrad der Erdölausbeute erzielt. Zu diesen zusätzlichen Wirkungen gehört auch eine die Erdölbindung am Trägergestein zerstörende Hydrogenisierung durch H- Radikale der Qekrackten Erdölkomponenten und die Bildung oberflächenaktiver Stoffe durch OH' Radikale. Außerdem tritt eine thermische Wirkung auf, die sich in der Grenzfläche zwischen den Erdölbelägen und dem Trägermaterial lokalisiert. Es handelt sich um elektrokinetische Erscheinungen, die von der Wechselwirkung der Ionenschichten an der Grenze zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen ausgehen. Die Ultraschallimpulse wirken auch auf die Mikrofauna im Wasser ein, die häufig eine Verstopfung freier Kanäle in den Erdöllagerstätten zur Folge hat und dadurch die Durchlässigkeit dieser Schichten vermindert.
  • Erfindungsgemäß werden die Ultraschallschwingungen im Bohrloch mittels Schwingkörpern erzeugt, die von der Druckflüssigkeit durchströmt und!oder angeströmt werden. Dabei kann die Entstehung der Ultraschallwellen durch eine Wirbelbildung in der die Schwingkörper durchströmenden Druckflüssigkeit unterstützt werden. Die erzeugten Ultraschallimpulse treten in die Erdöllagerstätte ein, deren kleine Hohlräume und Poren durch das Flutwasser voll gesättigt sind, wodurch die Ultraschallimpulse in ihrer vollen Stärke wirksam werden.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus einem am Ende der Steigleitung angebrachten Ultraschallerzeuger, der aus mindestens einem von der Druckflüssigkeit durchströmten Körper besteht, der eine vorzugsweise düsenförmige Flüssigkeitsaustrittsöffnung und eine der öffnung in einem bestimmten Abstand gegenüberliegende Prallfläche aufweist. Diese Vorrichtung weist also nicht wie bekannte Vorrichtungen eine mechanisch betriebene Unwucht auf und erfordert keinen gesonderten Antrieb. Sie arbeitet mit dem in das Bohrloch eingeführten Druckwasser und erzeugt dabei Ultraschallfrequenzen, die wesentlich höher liegen und entsprechend wirksamer sind als Ultraschallschwingungen, die mittels mechanischer Unwuchten erzeugt werden. Das Druckwasser liefert also die Energie für die Ultraschallimpulse und bildet gleichzeitig den Träger für diese Impulse.
  • Die Prallfläche des Ultraschallerzeugers kann durch ein Zylindersegment gebildet sein, oder die Prallplatte kann mit einem Zylindersegment verbunden sein. Der Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der gegenüberliegenden Prallfläche ist vorzugsweise einstellbar. Zur Erzielung einer die Ultraschallimpulsbildung begünstigenden rotierenden Bewegung der Druckflüssigkeit können in der Steigleitung Leitflächen oder eine Turbineneinrichtung vorgesehen werden. Außerdem ist im Innern des Schwingkörpers vor der Flüssigkeitsaustrittsöffnung mindestens eine Wirbelrippe angeordnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung endet die Steigleitung in mehreren, parallel zueinander geschalteten Schwingungskörpern oder Schwingungskammern, zwischen denen Trennwände angeordnet sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mehr oder weniger schematisch und teilweise im Schnitt dargestellt.
  • Die Vorrichtung ist ihrer Wirkung nach ein hydrodynamischer Umformer, genauer genommen ein wirbelhydrodynamischer Umformer. Am Ende des in ein bis in eine ölhaltige Gesteinsschicht, beispielsweise Ölsandsteinschicht 1, vorgetriebenen Bohrloch 2 eingesetzten Druckwasserrohres 3 sind mehrere Schwingkörper 4, von denen in der Zeichnung nur vier dargestellt sind, hintereinander angeordnet, aber parallel zueinander an die Druckwasserleitung 3 angeschlossen. Die einzelnen Schwingungserzeuger 4 sind durch Trennwände 5 voneinander getrennt und beeinflussen sich nicht, da Interferenzen zwischen den einzelnen Schwingungskörpern durch die Zwischenwände 5 verhindert werden. Wie aus dem obersten und teilweise im Schnitt dargestellten Schwingungserzeuger 4 ersichtlich ist, weist jeder Schwingungserzeuger eine Druckwasserausströmdüse 6 auf, der eine Prallfläche 7 gegenüberliegt. Innerhalb des Schwingungskörpers 4 sind Wirbelrippen 8 vorgesehen.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen der Ausströmdüse 6 und der gegenüberliegenden Prallfläche 7, der sich durch Versuche bestimmen läßt, fest eingestellt. Dieser Abstand hat entscheidenden Einfluß auf die Breite des erzeugten Ultraschallspektrums, das außerdem von der Druckstärke und von der Geschwindigkeit des Druckwassers abhängig ist. Die Prallplatte oder Prallplatten 7 sind zweckmäßig mit einer Grundplatte 9 des Schwingungskörpers 4 fest verbunden. An die Prallplatte 7 und den Grundkörper 9 ist außerdem ein Zylindersegment 10 angeschweißt.
  • Die Ultraschallimpulse werden im Wasser beim Austreten aus der Düse 6 und beim Auftreffen auf die Prallfläche 3 erzeugt. Der Wasserstrahl wird vorzugsweise tangential geführt. Die Zahl der verwendeten Druckerzeuger richtet sich nach der Mächtigkeit der Erdöllagerstätte und deren Beschaffenheit sowie nach der vorhandenen Menge an Druckwasser.
  • In der Zeichnung ist auch die oberhalb der Erdöllagerschicht 1 gelegene Gesteinsschicht 11 dargestellt, die einen reflektierenden Horizont für die Ultraschallwellen bildet. Das Mantelrohr 12 für das Bohrloch und die Zementmantelschicht 13 des Bohrloches enden oberhalb der Druckerzeuger. Die Druckerzeuger befinden sich also in einem unbewehrten Endteil des Bohrloches2. Die Länge des unbewehrten Teiles des Bohrloches kann in einem gewissen Verhältnis zur Länge des mit den Schwingungskörpern 4 besetzten Teiles des Druckwasserrohres 3 gesetzt werden. Die hydrodynamischen Umformer, also die Schwingungskörper 4, können unterschiedlichen Aufbau haben. Dies gilt insbesondere für die Form der Reflexionsflächen und die Druckwasseraustrittsdüsen.
  • Im Vergleich mit dem äußerst hohen Wirkungsgrad ist die für die Ultraschallerzeugung benötigte Energie, die durch das Druckwasser geliefert wird, relativ klein. Es ist bislang keine andere Vorrichtung und kein Verfahren bekannt, bei welchem eine auch nur annähernd gute Wirkung bei gleichem Energieaufwand erzielt werden könnte. Die Wirksamkeit der Vorrichtung wurde in gründlichen Vorversuchen bei unterschiedlichen Druckwerten, Temperaturen und Gaskonzentrationen und in der Anwendung auf unterschiedliche natürliche und künstliche Erdölträger mit unterschiedlicher Porosität, Durchlässigkeit, Wasser-und Erdölsättigung erprobt. In allen Versuchsfällen verblieb bei einem Wasserfluten ohne Ultraschallaktivierung ein Erdölrückstand, der bei Ultraschallaktivierung um 43 bis 97,60.%o verkleinert werden konnte. Bei extrem günstigen Bedingungen, z. B. bei Öllagerstätten mit einer Durchlässigkeit von über 1600 Millidarßi, die mit einem leichten Erdöl mit einem spezifischen Gewicht von 0,833 gesättigt waren, konnte nach Anwendung des Verfahrens praktisch überhaupt kein Restöl mehr festgestellt werden, auch nicht nach einer Extraktion mit Aceton von der vierfachen Menge des Porenvolumens. Die Versuche haben bewiesen, daß der Gegenstand der Erfindung bei geringem Aufwand und mit breiter Kombinationsmöglichkeit bei den meisten Erdöllagerstätten mit Erfolg angewandt werden kann.

Claims (9)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Intensivierung der Ausbeute beim Wasserfluten einer Erdöllagerstätte, d adurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Energie des Flutwassers im Bereich der Eintrittsstelle der Flüssigkeit in die Lagerstätte Ultraschallimpulse erzeugt und über die Flüssigkeit in die Lagerstätte hineingeleitet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingungen im Bohrloch mittels Schwingkörpern (1) erzeugt werden, die von der Druckflüssigkeit durchströmt und/oder angeströmt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstehung der Ultraschallwellen durch eine Wirbelbildung in der die Schwingkörper (1) durchströmenden Druckflüssigkeit unterstützt wird.
  4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen am Ende der Steigleitung (8) angebrachten Ultraschallerzeuger, der aus mindestens einem von der Druckflüssigkeit durchströmten Körper (1) besteht, der eine vorzugsweise düsenförmige Flüssigkeitsaustrittsöffnung (2) und eine der Öffnung in einem bestimmten Abstand gegenüberliegende Prallfläche (3) aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (3) durch ein Zylindersegment gebildet oder die Prallplatte mit einem Zylindersegment (6) verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Austrittsöffnung (2) und gegenüberliegender Prallfläche (3) einstellbar ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steigleitung (
  8. 8) Leitflächen oder eine Turbineneinrichtung zwecks Erzielung einer rotierenden Bewegung der Druckflüssigkeit vorgesehen sind. B. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Schwingungskörpers (1) vor der Flüssigkeitsaustrittsöffnung (2) mindestens eine Wirbelrippe (4) angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigleitung (8) in mehreren, parallel zueinander angeschlossenen Schwingungskörpern (1) oder Schwingungskammern endet, zwischen denen Trennwände (5) angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1. 288 621; USA.-Patentschriften Nr. 3 123 546, 3 209 833.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1288621A (fr) * 1961-05-06 1962-03-24 Raytheon Co Installation à haute fréquence pour puits de pétrole
US3123546A (en) * 1963-08-01 1964-03-03 Acoustic method for extracting hydrocarbon
US3209833A (en) * 1961-06-19 1965-10-05 Dyna Frac Inc Method and apparatus for treating wells

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