DE1758806C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer Insitu-Verbrennung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer Insitu-VerbrennungInfo
- Publication number
- DE1758806C3 DE1758806C3 DE19681758806 DE1758806A DE1758806C3 DE 1758806 C3 DE1758806 C3 DE 1758806C3 DE 19681758806 DE19681758806 DE 19681758806 DE 1758806 A DE1758806 A DE 1758806A DE 1758806 C3 DE1758806 C3 DE 1758806C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- injection
- piping
- pipe
- oxygen
- deposit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 23
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 title claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 38
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 38
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 35
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 12
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 5
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N Carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000002250 progressing Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- 239000011275 tar sand Substances 0.000 description 1
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lenkung einer Ir.situ-Verbrennung von
Bitumina in Lagerstätten, die Erdöl, Teersande oder Kohle enthalten.
Ein vorbekanntes Verfahren verknüpft die Insitu-Verbrennung
mit Wasserfluten. Dabei wird die Brennfront in einer Richtung durch die Lagerstätte geleitet, die
mehr oder weniger senkrecht steht zu der Fließrichtung, die sich aus dem Druckgefälle von den Flutbohrungen
zu den Förderbohrungen ergibt (DT-PS 12 42 5.35). Die
Brennfront wandert also in einer von der normalen Fließrichtung abweichenden Richtung durch die Lagerstätte
und wird in Form und Richtung gelenkt und beeinflußt durch Druckgefälle einerseits und nachdringendes
Flutwasser andererseits. Die Brennfront wird anfangs unter der Wirkung eines Druckgefälles
zwischen einer Injektionsbohrung für das Einbringen eines Oxidationsmittels und einer stark fördernden
Förderbohrung aufgebaut.
Ist der Brennweg zur Förderung genügend weit fortgeschritten und hat die Förderung auf ihrem Weg
nur noch einen geringen Fließwiderstand zu überwinden, so wird die stark fördernde Förderbohrung
ebenfalls zur Injektionsbohrung für das Oxidationsmittel, und es entsteht zwischen diesen beiden
Bohrungen ein durchgehender Brennkanal. Er verschiebt sich dann parallel zu den nächsten Förderbohrungsreihen
hin durch ein zweites überlagertes, ungefähr senkrecht zur ersten Richtung wirkendes
Druckgefälle. Dabei werden die Zuführungskanäle von den Injektionsbohrungen zur weiterwandernden Brennfront
entsprechend langer. Als »Zuführungskanäle« werden die Verbindungen von den Injektionsbohrungen
zur Brennfront bezeichnet, die nur mit Gasen und Dämpfen gefüllt sind. Das zusammen mit Verbrennungsgas,
bestehend aus Wasserdampf, Kohlendioxid und RcSisiickstoff, eingeleitete OxidatiOuSiniiiel, das sis
aktiviertes Verbrennungsgas bezeichnet wird, kühlt in den langer werdenden Zuführungskanälen allmählich
ab. Es ist auch der hinter der weiter wandernden
Brennfront zurückbleibende Lagerstättenabschniti,
durch den die Fließkanäle führen, weitgehend oder nur teilweise vom Brennstoff entleert, der mit dem
Oxidationsmittel als zweite Komponente zur Aufrechterhaltung einer Wärmeenergiequelle in diesem Abschnitt
erforderlich ist.
Die Abkühlung einerseits und die Verminderung oder der Ausfall der Wärmeenergiequelle andererseits
können zur Kondensation von Wasserdampf als Bestandteil des aktivierten Verbrennungsgases führen
und ein mit der Zeit stärker werdendes Auffüllen der Fließkanäle mit entstehendem Kondenswasser oder
durch Nachdringen des Flutwassers verursachen.
Weiterhin isi ein Verfahren zum Fördern von Bitumina aus Lagerstätten durch Insitu-Verbrennung in
einer quer zur Flieürichtung der Wasserflutung verlaufenden Behandlungszone, in die ein erwärmtes
Verbrennungsgas eingeführt wird, das unter normalen Lagerstättenbedingungen sich im Lagerstätteninhalt
einlöst oder kondensiert, bekannt, das sich dadurch auszeichnet, daß dem Verbrennungsgas ein hoch
angereicherter Sauerstoffträger zugegeben und untertage gezündet wird, wobei eine quer zur Flutrichtung
verlaufende Brennzone zwischen einer druckhöheren Behandlungsbohrung und einer drucktieferen Leitbohrung
aufgebaut wird (DT-AS 12 41776). Bei diesem Verfahren wird zusätzlich zu dem im Ölträger
zugeführten Sauerstoff noch Brennstoff über das Nebengestein bzw. über unmittelbar an das Nebengestein
angrenzende Bereiche des ölträgers zur Stützung der Verbrennungsfront bzw. zum Aufbau einer
zweiten Verbrennungsfront eingeleitet.
Weiterhin ist es durch die US-PS 33 43 846 bekannt, daß eine Verbrennungsfront im Liegendwasser einer
öllagerstätte besonders gut fortschreitet.
Nachteilig hei den vorgenannten Verfahren und auch bei den Verfahren gemäü der USA.-Patentschriften
3193 008, 3163215, 3072 !86 und 3055422, die
ebenfalls Insitu-Verbrennungs-Verfahren mit Sauerstoff und nachfolgender Wasserflutung betreffen, ist es, daß
während der Insitu-Verbrennungs-Verfahren die Brennkanäle nicht offengehalten werden und somit nur eine
unzureichende Förderung der untertägigen Bitumina erfolgen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lenkung einer Insitu-Verbrennung mit
angereichertem Sauerstoff und nachfolgender Wasserflutung in einer untertägigen Erdöl-, Teersand- oder
Kohlelagerstätte, die von mindestens einer Injektionsbohrung und einer Förderbohrung durchteuft ist, zu
schaffen, mit dem die Aufrechterhaltung der Zufließkanäle zur Brennfront ermöglicht wird.
Kn Lösung der gestellten Aufgabe ist ein Verfahren der Gattung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
geschaffen worden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in die Fließkanäle durch die Injektionsbohrung brennbare
Gase und Dämpfe im periodischen Wechsel mit dem angereicherten Sauerstoff eingebracht werden und in
diesen Kanälen eine zeitlich begrenzte Verbrennung zur Erzeugung von Wärmeenergie durchgeführt wird.
Auf diese Weise bleiben die Zufiießkanäle zur Brennfront frei von Kondenswasser, auch wenn die
Brennfront sich in einer größeren Entfernung von der Injektionsbohrung bereits befindet.
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine Vorrichtung geschaffen worden, die in einer Injektionsbohrung
angeordnet ist, eine im Bohrloch einzementierte Bohrung aufweist, die am unteren Ende mit einem
gelochten und mit Sand gefüllten Korb abgeschlossen ist, und ZeiKriervorrichtungen für in der Verrohrung
angeordnete Rohrtouren aufweist, die an Zuführungen für hoch angereicherten Sauerstoff und zusätzlichen
Brennstoff und/oder neutri.le Verbrennungsgase und Wasserdämpfe anschließbar sind, wobei in der Verrohrung
durch die Zentriervorrichtungen einzelne, miteinander verbundene, mit einem Schutzgas beschickbare
Kammern gebildet sind und oberhalb des Korbes ein Packer angeordnet ist, der mit einem elastischen, an
der Verrohrung anlegbaren Dichtungsring versehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die in der
Verrohrung angeordneten Rohrtouren konzentrisch zueinander verlegt sind, wobei die Zentriervorrichtungen
an der äußeren, als Steigrohr für den hoch angereicherten Sauerstoff ausgebildeten Rohrtour angebracht
sind. Die Injektionsbohrungen erhalten somit zum Einbringen der Medien zwei konzentrisch ineinander
angeordnete Steigrohre, die ihre Festpunkte zur Verrohrung am Kopf der Bohrung haben und deren
Längenänderung sich bei Änderung der Temperaturen nach unten zusammen in dem Fuß der Bohrung
ausgleichen kann. Mit den beiden Steigrohren, die in Injektionsbohrungen auch als Fallrohre bezeichnet
werden können, ist die Handhabung der getrennt zu leitenden Medien im Rahmen der Regeln der Technik
bei voller Sicherheit möglich.
Zur Erläuterung des Verfahrens und insbesondere der Vorrichtung sind die Zeichnungen beigefügt. Es zeigt
Fig. 1 den oberen, zum Teil übertage befindlichen Teil der Bohrung,
F i g. 2 den unteren Abschnitt der Bohrung und
Fig. 3 eine schematisierte Gesamtansicht einer lnjektions- und einer Förderbohrung.
Die Injektionsbohrungen erhalten zum Einbringen der Medien zwei konzentrisch ineinander angeordnete
Steigrohre, die ihre Festpunkte zur Verrohrung am Kopf der Bohrung haben, und deren Längenänderung
sich bei Änderung der Temperaturen nach unten zusammen in den Fuß der Bohrung ausgleichen kann.
Mit den beiden Steigerohren, die in Injektionsbohrungen auch als Fallrohre bezeichnet werden
können, ist die Handhabung der getrennt zu leitenden Medien im Rahmen der Regeln der Technik bei voller
Sicherheit möglich.
Zur Vermeidung einer verstärkten mechanischen Belastung aus der Wärmeenergie für die äußere
Verrohrung der Injektionsbohrungen durch zu lange wirkende oder örtlich zu hohe Temperaturen innerhalb
der Einrichtungen der Injektiousbohrungen ist es erforderlich, einen Kontakt zwischen den brennbaren
Gasen und Dämpfen und den Komponenten des Sauerstoffes oder dem unvermischten Sauerstoff mit
seinem Reststickstoff innerhalb der Injektionsbohrung und deren unmittelbaren Umgebung in der Lagerstätte
zu vermeiden. Die Komponenten des aktivierten Verbrennungsgases können größere oder kleinere
Mengen an Wasserdampf enthalten. Zu Beginn der Injektionszeit kann der Wasserdampfanteil groß sein,
späterhin wird er verkleinert werden müssen, damit die Anwärmung der Verrohrung mit dem anzementierten
bzw. angepreßten Gebirge zu keiner zu hohen Temperatur führt. Es ist dieses auch der Grund, um im
späteren Ablauf des Verfahrens statt die Wärme aus dem Wasserdampf vollständig am Kopf der Bohrung
zuzugeben, diese Wärme immer stärker durch Wärmeenergie aus den brennbaren Gasen zu ersetzten und
dieselbe erst in der Lagerstätte wirksam werden zu
lassen. Die Vermischung der beiden Komponenten und damit der Aufbau und die Erhaltung einer Wärmeenergiequelle
durch Brennen sollen erst im leergebrannten Lagerstältengestein der Fließkanäle in
geeigneter Entfernung von der Bohrung eintreten. Die Einleitung von hoch angereichertem Sauerstoff und von
Brennstoff muß also nacheinander in getrennten Rohren im periodischen Wechsel durchgeführt werden,
wobei als Trennphase heiße, bzw. warme Verbrennungsgase, bestehend aus Wasserdampf, Kohlendioxyd
und Reststiekstoff, zwischenzeitlich durch die Bohrungen eingebracht werden. Die Bohrungseinrichtungen
und die nächstgelegenen Teile der Zufließkanäle werden so von brennbaren Gasen frei gespült, so daß
Erhitzungen oder gar Explosionen in den lnjektionsboh- ι j
rungen bzw. in deren Umgebung mit Hohlräumen nicht eintreten können.
Zur weiteren Sicherung ist eine zweckentsprechende Ausgestaltung der Bohrlocheinrichtung in den Injektionsbohrungen
vorgesehen. In der F i g. 1 ist der obere, ao zum Teil übertage befindliche Teil, in F i g. 2 der untere
Abschnitt einer solchen Bohrung bis zum Liegenden unterhalb der Lagerstätte dargestellt.
Die einzementierte äußere Verrohrung 1 ist am oberen Ende mit einem Flansch 3 verschlossen, eine
Einlaßöffnung ist mit einem Schieber 4 versehen. Im Bereich der Öl-Lagerstätte ist diese Verrohrung
gelocht, damit sie im Fortgang des Verfahrens als lnjektions- oder auch als Förderbohrung dienen kann.
Weiterhin ist unten in diese Verrohrung, auf dem Liegenden der Lagerstätte endend, ein gelochter Korb
47 in bestimmter Form wie bekannt angebracht, der mit Sand gefüllt ist. Er besteht aus Edelstahl zum Schutz
gegen die Einwirkung von großer Wärme, Sauerstoff und korrosiven Stoffen, wie z. B. feuchte Kohlensäure
oder Schwefelverbindungen.
In diese bei 2 im Gebirge einzementierte Verrohrung 1 sind zwei konzentrisch ineinander befestigte Rohrtouren
eingebracht. Die als mittlere zu bezeichnende Rohrtour 5 ist ein Steigerohr, dessen einzelne Rohre
durch Verschraubung miteinander verbunden sind. Die innere^ zentrale Rohrtour 8 ist ein Rohr aus korrosionsfestem
Material, durch das »modifiziertes Verbrennungsgas«, bestehend aus Wasserdampf, Kohlendioxyd
und Reststiekstoff, im periodischen Wechsel mit brennbaren Gasen und Dämpfen, z. B. Methan oder
leichten Benzindämpfen, in die Lagerstätte eingebracht werden.
Das Steigerohr 5 ist mit Zentriervorrichtungen 18, bestehend aus Distanzhaltern und Glcitschuhen in der
Verrohrung 1 zentriert gehalten, die in Abständen angebracht sind, welche ungefähr den Längen der
einzelnen, verschraubten Rohrlängen des Steigerohres 5 entsprechen. Sie bilden im Ringraum 50 zwischen der
äußeren Verrohrung 1 und dem Steigerohr 5, der zur Isolierung nach außen mit dem inerten und dämpfenden
Kohlendioxyd beschickt wird, voneinander getrennte, aber miteinander in Verbindung stehende Abteilungen.
Um ein Maximum an Wärmeabdichtungen der inneren Rohre zu erzielen, kann zusätzlich um das Steigerohr 5 tx>
die Isolierung 51 angebracht werden.
Wenig oberhalb der Öl-Lagcrstättc wird im Ringraum
50 ein Packer 20 zwischen der einzementierten Rohrtour 1 und dem Steigerohr 5 gesetzt, entsprechend
dem Schnitt B-B der F i g. 2. Bei neuen Bohrungen, aber <λ
auch bei einer genügend druckfcslcn alten Verrohrung
wird die Festsetzung des Packers mit der Dichtung 25
erzielt, die mit einer elastischen F.igenspanming aus den
im wärmefesten Material 21 und 23 eingebetteten Stahlblech 22 an die Innenseite der Verrohrung 1
gedrückt wird. Die öffnung 52 sorgt auf beiden Seiten der elastischen Dichtung für Druckausgleich, so daß die
in Einlaßöffnung 4 eingepreßte Kohlensäure, die im Ringraum 50 eine Fließgeschwindigkeit von I -5 cm/h
nicht überschreiten soll, an der Dichtung 25 durchfließen kann. Es ist eine wichtige Voraussetzung für die
Betriebssicherheit, daß in keinem Rohr oder Ringraum der Injektionsbohrung eine Fließrichtung von unten
nach oben eintreten kann, daher werden laufend in alle Rohre 8,5 und 1 wechselnde (in 5 und 8) oder gleiche (in
1) Gase eingepreßt; es ist dieses ein zusätzlicher Schutz. Ist bei älteren Bohrungen die einzementierte Verrohrung
nicht mehr in ausreichendem Maße druckfest, so kann über das Rohr 17 mit kleinem Durchmesser die
Dichtung des Packers 20, entsprechend der rechten Seite von Schnitt B-B mit Preßluft so stark gegen die
äußere Verrohrung 1 gedrückt werden, so daß volle oder zum mindesten ausreichende Abdichtung bei 25
erzielt wird. Verursachen Temperaturänderungen eine Längenänderung im Steigerohr, so können diese
Längenänderungen durch Ablassen des Drucks ausgeglichen werden.
Der mit Sand gefüllte Korb aus Edelstahl 47 ist so ausgebildet, daß sich Längenänderungen der Steigerohre
ohne große Volumenänderungen der verkleinerten Räume am Fuß der Bohrung 48 aufnehmen lassen.
Der innere, zentrale Rohrstrang 8 bestehend aus korrosionsfestem Material ist auf seiner ganzen Länge
verschweißt. Das Rohr wird mit elastischen Distanzhaltern 13 im Steigerohr zentrisch gehalten und ist am
oberen Ende mit Flansch 9 verschlossen und mit Einlaßöffnung 10 versehen. Wie bereits gesagt, dient
dieses zentrale Rohr 8 zum Einbringen von Wasserdampf, feuchter Kohlensäure und Reststiekstoff für den
Start zum ölfreimachen der Bohrung und später nach erfolgter Zündung zum Freispülen der Bohrungsvorrichtungen
im Fuß der Bohrung im Wechsel mit brennbaren Gasen und Dämpfen, die zum Aufbau einer
Wärmeenergiequelle in den öl- und petrolkoksfreien Lagerstättenteilen der Zufließkanäle dienen, wenn zur
Auslösung einer Verbrennung durch das Steigrohr 5 Sauerstoff in die Lagerstätte bzw. den Zufließkanälen
eingebracht wird.
Um ein Zusammentreffen der brennbaren Gase mit dem Sauerstoff und damit die Möglichkeit von
Explosionen in der Bohrung und deren unmittelbaren Umgebung unbedingt zu vermeiden, sind zusätzliche
Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen. Das der Zufuhr von Sauerstoff dienende mittlere Steigrohr 5 erhält am
unteren Ende eine Abdichtung in Form einer Rückschlagklappe entsprechend Positionen 39 bis 42. Zur
Verhinderung des Übertretens brennbarer Gase in den Ringraum 49 sind zwei unabhängig voneinander
wirkende Rückschlagventile mit einem Zwangssitz. Pos. 33 und 34, in den Ringraum 49 eingebaut, der
geschlossen wird durch Ablassen des korrosionsfesten Rohres 8 von über Tage aus unter Berücksichtigung der
unterschiedlichen Längenänderung der Rohre bei Tcmpcraturandcrungcn. Der Zwangssitz ist ein Doppelkonus,
mit dem zusätzlich ein fcdcrbclastctcs Rückschlagventil, Pos. 32 bis 37, verbunden ist. Darüber liegt
ein zweites fedcrbclastctcs Rückschlagventil, Pos. 27 bis 31, um die Sicherheit gegen ein Rückllicßcn in den
Ringraum 49 zu vergrößern. Die öffnungen 38 sollen im unteren Raum das Ansammeln unerwünschter Gasmischungen
vermeiden helfen.
Damit von unten aus der Lagerstätte keine flüssigen Kohlenwasserstoffe oder heiße Gase in das Steigrohr 5
oder das korrosionsfeste Rohr 8 gelangen können, ist am Fuß des Steigerohres ein weiteres Rückschlagventil,
entsprechend den Pos. 43 bis 46, vorgesehen. Alle vier Rückschlagventile dienen dem Zweck, den Eintritt
fremder Stoffe und die Bildung gefährlicher und unerwünschter Mischungen zu verhindern, auch wenn
laufend von oben Gase in das Steigrohr S und das korrosionsfeste Rohr 8 eingepreßt werden, und somit
eine Fließrichtung nach unten in die Lagerstätte aufrechterhalten wird.
Mit Flansch 3 ist das Steigrohr 5 mit Einlaßventil in die äußere Verrohrung 1 eingebaut. Durch den Flansch
3 führen weiterhin der Einlaß 4 in den mit Kohlensäure beschickten Ringraum 50 und anliegend an das
Steigrohr 5 verschließbare dünne Rohre 17 und 19. Über das Rohr 17 kann der Packer 20 mit Preßluft fest und
dicht an die Verrohrung 1 angepreßt werden. Über das zweite dünne Rohr 19 können aus dem unteren Teil der
Bohrung Gasproben entnommen werden.
Zur Beherrschung des Temperaturverlaufs in verschiedenen Teufen der Bohrung sind als U-Rohre
ausgebildete dünne Rohre vorgesehen, die gegebenenfalls mit temperaturfester, hochsiedender Flüssigkeit
beschickt, außen am korrosionsfesten Rohr 8 angebracht sind. Der Schenkel 14a ist im Bereich von 2/3 bis
5/6 ± 10% der Bohrungslänge von oben durch einen Trennboden verschlossen. Der zweite Schenke! 14b
umfaßt die ganze Bohrungslänge und damit die ganze Teufe der Bohrung und reicht zusätzlich das untere 1/3
bis 1/6 ± 10% des ersten Schenkels noch hinauf bis zum
Trennboden. Der Schenkel 14a gibt die mittlere Temperatur in der oberen Teufe der Lagerstätte an,
während der zweite Schenkel 14b des U-Rohres als Differenz die mittlere Temperatur der unteren Teufe
ergibt.
Zur Aufrechterhaltung und Versorgung einer Wärmeenergiequelle in den länger werdenden Zufließkanälen
ist nach der DT-PS 12 42 535 die Zufuhr eines aktivierten Verbrennungsgases vorgesehen, dessen
beigemischter Wasserdampf und Kohlensäure zum Sauerstoff mit seinem Reststickstoff als Oxidationsmittel
eine Wärmeenergiequelle mit ausreichender Temperatur für die Zufließkanäle bildet. Die Wärme im
Wasserdampf ist aber eine begrenzte Wärmequelle, und für sehr lange Zufließwege zum Brennkanal kann sie
nicht beliebig gesteigert werden, weil auch die Temperaturen bei längerer Zeitdauer im Verrohrungsrohr 1 zu groß werden. Für steilstehendc Lagerstätten
kann eine derartige Wärmequelle ausreichend sein, aber bei flach verlaufenden Lagerstätten, die auch vom Randoder
Flutwasser zum Teil bereits unterwandert sein können, wird bei größeren Bohrungsabständen eine
zusätzliche Wärmequelle erforderlich, die möglichst groß gehalten werden kann und an jeder Stelle zum
Zuflicßkanal anwendbar ist. Hierzu dient das Einbringen von brennbaren Gasen oder Dämpfen, die durch das
eingebrachte Oxidationsmittel eine kleine Teilvcrbrcnnung in den Zufließkanälen, die in ihren Wänden keinen fo
eigenen Brennstoff mehr haben, ermöglicht. Diese Zufließkanälc werden in ihren Querschnitt dabei
kleingchaltcn, denn in ihnen fließen nur Gase und Dämpfe. Die Anwendbarkeit dieser Teilverbrennung in
den Zufließkanälen zu einer Brennzone im Brennkanal *5
hält im Hinblick auf den eingesetzten Brennstoff die gesamte, in der Lagerstätte vorhandene Sauerstoffmcngc
in engen Grenzen. Daraus ergibt sich eine ausreichende Sicherheit gegen einen Ausbruch von
Sauerstoff und heißem Erdöl in die Lagerstätte. Die Kombination des nachgeschalteten Flutvorgangs ohne
Einbringen von Sauerstoff erreicht, daß mit Sicherheit bei 50%igem Ausbrennen das Feuer mindestens 35%
des Bohrungsabstandes vor den Förderbohrungen erloschen ist. Normalerweise wird durch die nächste
Bohrungsreihe hindurchgeflutet. Es ist dieses wichtig, weil mit dem Zugehen der Zufließkanäle jede Kontrolle
der Feuerfront verlorengeht. Es ist das Wesen dieser Erfindung, daß die Zufließkanäle einen zusätzlichen und
begrenzbaren Brennstoff erhalten, und daß die jeweils in der Lagerstätte anwesenden Sauerstoffmengen
gering bleiben, und die Gefahr eines unkontrollierten Ausbruchs von heißem Erdöl mit Sauerstoff unmöglich
wird.
Es ist aber sorgfältig darauf zu achten, daß die beiden für die zusätzliche Wärmeenergiequelle erforderlichen
Komponenten nicht bereits in den Bohrungseinrichtungen der Injektionsbohrungen oder deren unmittelbaren
Umgebung zusammentreffen. Eine unerwünschte, starke Erwärmung der Vorrichtungen oder möglicherweise
Explosionen wären die Folge. Diese Komponenten sollen erst in berechenbarer Entfernung in der
Lagerstätte zusammentreffen. Zum Freispülen der Leitungen bzw. der Vorrichtungsteile ist daher das
Einbringen einer neutralen Zwischenphase, z. B. Kohlensäure mit oder ohne Wasserdampf, die keinerlei
Sauerstoff oder Kohlenwasserstoffe enthalten darf, vorgesehen. Zur sicheren Kontrolle sind Proberohre 15
am zentralen Rohr 8 und 19 am Steigrohr 5 bis zum Fuß des Ringraums 49 bzw. 50 führend befestigt, mit denen
die Freispülung dieses Raums von Sauerstoff bzw. von Kohlenwasserstoffen festgestellt werden kann. Rohr 16
dient wegen der Wichtigkeit der Kontrolle als Reserve. Aus Sicherheitsgründen wird also die ganze Bohrungslänge zur Kontrolle der Gase eingesetzt-, die gemessenen
Zeiten können aber auch noch verlängert werden, wenn beispielsweise das brennbare Gas tiefer in die
Zufließkanäle eindringen soll.
Um den periodischen Wechsel in einem Rhythmus von 12 bis 24 Stunden durchführen zu können, wird ein
Drucktank zur Speicherung von inertem Spülgas vorgesehen, der eine zeitweise Erhöhung bzw. Verstärkung
der Spülgasmenge ermöglicht (in der Figur nicht gezeigt).
Eine Lagerstätte ist nur selten in horizontaler und vertikaler Richtung gleichmäßig ausgerichtet, sie kann
verschiedene Dicken und Ausdehnungen besitzen und durch Verwerfungen und Brüche gestört sein. Um nun
unabhängig davon alle Bereiche der Lagerstätte zu erfassen und mit Hilfe der lnsitu-Vcrbrennung auszufördern,
ist die Ausbildung und Beeinflussung der Brennfront besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Die Brennfront ist in den Fließkanälen in einer Richtung aufgebaut, die von der Fließrichtung des
Lagerstätteninhalts von den Injektionsbohrungen zu den Förderbohrungen abweicht und dient zur Bildung
einer Wärmccnergicquclle in diesen Kanälen.
Um diese Zufließkanäle nun frei zu halten von Kondenswasser als Produkt der Verbrennung wird die
Brennfront in wechselnder Richtung als Vorwärts- oder Rückwärtsbrcnnung, d.h. von der Injektionsbohrung
aus oder zu ihr hin, durchgeführt. Durch die Zufuhr von Oxidationsmittel in unterschiedlichen Mengen und die
Wahl einer Injektionsbohrung, deren Lage im Förderfeld abweicht von dcir vorhergehenden Sohrungsrcihc
läßt sich eine zusätzliche Richtungsänderung der
»Kl ΜΒ/3Π
10
Brennfront bewirken, wodurch sich die Fließrichtungen wegen des hohen Wasseranteils in die Lagerstätte
in den verschiedenen Winkeln zur Achse der Fließ- eingebracht wird, kann der Ringraum 56 über den
richtung zur Förderzone hin ergeben und so die Packer 55 auch so mit Wasser aufgefüllt werden, daß der
Erfassung aller Lagerstättenbereiche ermöglichen. Druck in Höhe des Packers 55 dem Lagerstättendruck
Als besonderer Fall seien, außer der lnsitu-Verbren- 5 entspricht. Die Fließpfeile 57 zeigen das Fortschreiten
nung mit zugeführtem Brennstoff bei Brennstoffmangel der Brennfront im überwiegend ölhaltigen Lagerum
die Bohrungen oder in den Zufließkanälen, die Stättengestein, und die FUeßpfeile 58 geben den
Gegebenheiten bemerkt, die bei flacher oder fast Brennfortschritt an der Unterkante des ölhaltigen
horizontal verlaufender Lagerstätte eintreten kann, Lagerstättengesteins an, in dem sich bereits sehr viel
wenn derartige Lagerstätten in geologischen Zeiträu- io Wasser befindet. In dieser Lagerstättenhöhe wird die
men oder auch nach einer begonnenen Förderung vom Brennfront zuerst die Förderbohrung erreichen, in der
Wasser unterwandert sind. In diesen Lagerstättenteilen ein Temperaturmeßgerät 59 eingebaut ist. Die Förderim
Liegenden, die ganz oder im größeren Maße mit bohrungen haben die einzementierte Verrohrung 60, in
Wasser gefüllt sind, herrscht ein kleinerer Fließwider- der ebenfalls zwei Steigerohre stehen, die konzentrisch
stand, als in den Lagerstättenteilen, die vorwiegend mit 15 ineinander angeordnet sind. Das größere Steigrohr 61
öl gefüllt sind. In derartigen Lagerstätten werden über hat einen gleichen Packer 63 wie die Injektionsbohrung
die ganze Fläche verteilt Bohrungen niedergebracht, im äußeren Ringraum, und das dünnere Steigrohr 62
von denen jede zweite als Injektionsbohrung der Zufuhr wird durch einen üblichen Produktionspacker mit
der zu einer gelenkten Insitu-Verbrennung erforderli- Rückschlagklappe 64 gesteckt, so daß jedes Steigrohr
chen Komponenten dient. Es stehen in diesem Fall 20 einen getrennten Aufsteigeraum für den geförderten
neben einer Injektionsbohrung immer Förder- Lagerstätteninhalt besitzt. Der Packer 64 ist im Rohr 60
bohrungen. Es wird eine Insitu-Verbrennung aus den festgesetzt, und der Korb 67 ist entsprechend unterteilt.
Injektionsbohrungen zu benachbarten Förder- Die Eintritte 65 und 66 sind dadurch ebenfalls unterteilt,
bohrungen durchgeführt, wobei ca. 50% der Lagerstätte Im Ringraum des Steigrohres 61 wird in erster Linie öl
um eine Injektionsbohrung ausgebrannt werden und die 25 mit etwas Wasser gefördert, und im Steigrohr 62 wird
restliche Hälfte wird mit Wasser ausgeflutet, das vorher viel Wasser mit wenig öl gefördert. Auch hier kann der
durch das ausgebrannte Lagerstättengestein fließt und Ringraum über dem Packer 63 mit Wasser aufgefüllt
sich dabei erhitzt. In der vorgenannten Lagerstättenart werden.
wird aber praktisch ein großer Teil des eingebrachten Im wasserhaltigen Gestein wird der Sauerstoff am
Sauerstoffes auf dem Weg des geringsten Widerstandes 30 schnellsten fließen und wird hier zuerst in die Nähe der
fließen, d.h. also im Bereich des mit Wasser stark Förderbohrung kommen. Da ölteile auf diesem Weg
aufgefüllten Lagerstättenteils und führt in diesem verbrannt werden, tritt eine Anwärmung in diesen
Bereich zu einem beschleunigten Fließen der Brenn- schnell fließenden Flüssigkeiten ein, so daß das
front in Richtung auf die umgebenden Förderboh- eingebaute Thermometer diese Temperaturerhöhung
rungen. Es müssen daher ausreichende Maßnahmen für 35 meldet. Um den Eintritt von Sauerstoff in die
eine große Betriebssicherheit getroffen werden, denn Förderbohrung zu vermeiden, wird bei eingetretener
das gleichzeitige Eintreten von Sauerstoff und öl bei Temperaturerhöhung in das Steigrohr 62 Flutwasser
angehobener Temperatur kann zum maximalen Unfall eingeleitet, so daß eine Fließrichtung weg von der
führen. Förderbohrung eintritt und damit die Brennfront
Um die Unterschiede im Verhalten des Fließens 40 gebremst wird, ja sogar noch in Richtung auf die
darzulegen, ist in der F i g. 3 schematisch gezeigt, wie Injektionsbohrung zurückgetrieben wird. Dieses Ein-
der Fließvorgang von der Injektionsbohrung zur pressen kann auch intermittierend durchgeführt wer-
Förderbohrung ablaufen kann. Die äußere einzemen- den, und zwar so lange, bis feststeht, daß der
tierte Verrohrung 52 hat in sich zwei konzentrisch eingebrachte Sauerstoff verbrannt ist. Im Steigrohr 61
ineinander angeordnete Fallrohre, das größere 53 und 45 kann auch ein Einpressen von Wasser zur Kühlung
das dünnere 54. Es können in dieser Bohrung auch die durchgeführt werden, wenn die Temperaturbeobach-
Rückflußsicherungen nach der F i g. 1 und 2 eingebaut tung es ratsam erscheinen läßt. Ungleichmäßige
werden, ebenso der Packer 55, dessen Festsitz geändert Durchlässigkeiten im oberen Teil der Lagerstätte
werden kann. Da in einer derartigen Lagerstätte nach können auch mit einem intermittierenden Rückwärts-
dem Startvorgang gemäß DT-AS 12 47 238 kein heißes, 50 einpressen gegen den gefährlichen Sauerstoffdurch-
sondern nur ein warmes akliviertes Verbrennungsgas bruch gesichert werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Lenkung einer Insitu-Verbrennungmit
angereichertem Sauerstoff und n:1 !f ilgerider
Wasserflutung in einer untertägigc rdöl-, Teersand- oder Kohlelagerstätte, die v<; mindestens
einer Injektionsbohrung und einer Förderbohrung durchteuft ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Fließkanäle durch die Injektionsbohrung brennbare Gase und Dämpfe im periodischen Wechsel mit dem angereicherten
Sauerstoff eingebracht werden und in diesen Kanälen eine zeitlich begrenzte Verbrennung zur
Erzeugung von Wärmeenergie durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hoch angereicherte Sauerstoff und
die brennbaren Gase getrennt über die Bohrungen in die Lagerstätte eingebrach! werden, wobei KohJendioxyd
und Reststickstoff mit größeren Mengen Wasserdampf als heiße Komponente und Kohlendioxyd
und Reststickstoff mit kleineren Mengen Wasserdampf als warme Komponente im periodischen
Wechsel oder gleichzeitig mit der. brennbaren Gasen und im zeitlichen Abstand davon der
Sauerstoff periodisch mit Kohlendioxyd und Reststickstoff eingeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anfangs eine Selbstzündung des
Brenngases mit dem Sauerstoff im Fließkanal in der Nähe der Injektionsbohrungen erfolgt, wobei ein
Vorwärtsbrennen in Richtung zur Brennfront eingeleitet wird, und daß danach die Mischung der
beiden Komponenten in dei Nähe der Brennfror.t gezündet und durch Umkehrung der Brennrichtung
zur Bohrung hin eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Reihen injekiionsbohrungen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Oxydationsmittels in die erste Reihe Injektionsbohrungen
in unterschiedlichen Mengen erfolgt und nach dem Fluten, das bis durch die nächste
Bohrungsreihe durchgeführt wird, beim Übeigang von dieser Bohrungsreihe im Förderfeld als nächste
Injektionsbohrung eine Bohrung gewählt wird, durch die eine Richtungsänderung der Brennfront
erfolgt, wobei der Winkel zwischen der Achse der Brennfront und der Bohrungsreihe zwischen 30° und
90° eingestellt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, die in einer
Injektionsbohrung angeordnet ist, eine im Bohrloch einzementierte Verrohrung, die am unteren Ende
mit einem gelochten und mit Sand gefüllten Korb abgeschlossen ist, und Zentriervorrichtungen für in
der Verrohrung angeordnete Rohrtouren aufweist, die an Zuführungen für hochangereicherten Sauerstoff
und zusätzlichen Brennstoff und/oder neutrale Verbrennungsgase und Wasserdämpfe anschließbar
sind, wobei in der Verrohrung durch die Zentriervorrichtungen einzelne, miteinander verbundene, mit
einem Schutzgas beschickbare Kammern gebildet sind und oberhalb des Korbes ein Packer angeordnet
ist, der mit einem elastischen, an der Verrohrung aniegbaren Dichtungsring versehen isi, dadurch «5
gekennzeichnet, daß die in der Verrohrung (1) angeordneten Rohrtouren (5,8) konzentrisch zueinander
verlegt sind, wobei die Zentriervorrichtungen
(18) an der äußeren, als Steigrohr für den hochangereicherten Sauerstoff ausgebildeten Rohrtour
(5) angebracht sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Rohre (17) vorgesehen
sind, durch die der Packer (20) in der Verrohrung (l) fcsisetzbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturmessung in
verschiedenen Teufen der Lagerstätte U-Rohre vorgesehen sind, von denen der eine, sich im
wesentlichen über die ganze Bohrung erstreckende Schenkel (14a; im Bereich von zwei Drittel bis fünf
Sechstel ± 10% der Bohrungslänge, von oben gerechnet, einen Trennboden besitzt und der andere
Schenkel (\4b) sich über das untere Drittel bis Sechstel ± 10% des ersten Schenkels (14jJ
erstreckt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen
Entnahme von Gasproben sich vom Bohrlochmund bis -Ui das untere Ende der Bohrung erstreckende
dünne Rohre (15,16,19) außen am Steigrohr (5) oder am zentralen Rohr (8) befestigt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19681758806 DE1758806C3 (de) | 1968-08-10 | Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer Insitu-Verbrennung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19681758806 DE1758806C3 (de) | 1968-08-10 | Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer Insitu-Verbrennung |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1758806A1 DE1758806A1 (de) | 1971-02-11 |
DE1758806B2 DE1758806B2 (de) | 1977-04-14 |
DE1758806C3 true DE1758806C3 (de) | 1977-12-01 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2649487C2 (de) | Verfahren zur Gewinnung von zähflüssigem Erdöl aus einer unterirdischen Formation | |
DE2735602C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Steuern des Mengenstroms durch eine Förderleitung und zur Injektion eines chemischen Mediums in die Förderleitung | |
DE1927864C3 (de) | Vorrichtung zum Einzementieren eines Futterrohrstranges | |
DE1280176B (de) | Verfahren zur Gewinnung fluessiger Kohlenwasserstoffe aus einer permeablen, unterirdischen Lagerstaette | |
DE2527674A1 (de) | Verfahren zur gewinnung viskoser kohlenwasserstoffe aus untertaegigen kohlenwasserstoff fuehrenden formationen | |
DE2440429C2 (de) | Verfahren zur thermischen Isolieren einer in ein Bohrloch eingehängten Rohrleitung und Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus einer unterirdischen Formation | |
DE1277774B (de) | Verfahren zur Erdoelgewinnung | |
DE1945092A1 (de) | Verfahren zum Einbringen einer Verrohrung in ein Bohrloch und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens | |
DE1758806C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer Insitu-Verbrennung | |
DE102009038445A1 (de) | Verfahren zur Erdölfeuerung | |
DE1758806B2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur lenkung einer insitu-verbrennung | |
DE2011475B2 (de) | Verfahren zum Spülen eines Bohrlochs mittels eines Schaumspülmittels | |
CH653741A5 (en) | Method of extracting crude oil from oil shale or oil sand | |
DE1190418B (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Foerdern von Bitumina aus Lagerstaetten | |
DE3048179A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von hochviskosem oel aus untergrund-erdformationen | |
DE1571202C3 (de) | Verfahren zur Gewinnung von Bitumina aus untertägigen Lagerstätten | |
DE3543259A1 (de) | Brenner zum zuenden eines injektionsbohrloches | |
DE1245290B (de) | Verfahren zur Gewinnung von Erdoel aus OElschiefer | |
DE1247238B (de) | Verfahren zum Foerdern von Bitumina aus Lagerstaetten | |
DE957509C (de) | Verfahren zur Untertage-Ausbeutung von Brennstoffen | |
EP3179166A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur thermo-mechanischen behandlung von unterirdischen, geologischen formationen | |
AT204985B (de) | Verfahren zur Untertagsausbeutung in unterirdischen Vorkommen enthaltener brennbarer organischer Substanz | |
DE926961C (de) | Verfahren zum Tiefbohren in nichtkonsolidiertem brennstoff-haltigem Sand | |
DE945647C (de) | Verfahren zur Gewinnung fluessiger oder gasfoermiger Brennstoffe aus bituminoesen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen | |
AT217404B (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von untertage liegenden Vorkommen vorzugsweise erdölführender Ablagerungen an ihrer natürlichen Lagerstätte |