DE1758806C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer Insitu-Verbrennung - Google Patents

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

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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)

17 58 80ö J) Patentansprüche:

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.