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Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen und Wiedergewinnen
von Öl unter Tage Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Kohlenwasaerstoff-Material
aus einer
Lagerung unter Tage, das in der B'orm von Ölsand,
Ölschiefer oder Teersand vorhanden ist. Die Erfindung betrifft insbe-
sondere
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von hoch viskosem
01 oder anderen Kohlenwasserstoff-Materialien, die unter den gegebenen
Bedingungen im wesent-
lichen nicht entflammbar sind.
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Die Erfindung besteht aus einem verbesserten Verfahren
und
einer Vorrichtung zur ZufUhrung von Flitze in der Form
eines flüssigen Mediums zu einer Lagerung unter Tage, die Teersand,
Ölsand oder Ölschiefer enthält, um die Wiedergewinnung des
Öls
daraus zu verbessern. Das Verfahren ist bei allen Lagerungen anwendbar,
die öl mit hoher Viskosität enthalten, das unter den vorhandenen
Bedingungen nicht eutßlammbar ist,
und auch auf-solche
hsgerungen anwendbar, die Öle mit
niedriger bi® mittlerer Viakoaität
enthalten, von denen durch übliche Einrichtungen sich ändernde Mengen
rückgewo=en werden können.
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Die hauptsächliche ?örder=g von petroleum-Eohlenwseserstotten
aus 01 enthaltenden Irrgerungen wird üblioherweine mittels Bohren durch
oder in da® Öl enthaltende Medium ausgeführt, wobei ein Zugang zu
der hagerung um das Bohrloch vorgesehen wird, so daß das
Öl in das Bohrloch fliegen kann, aus dem es durch bekannte
Verfahren wiedergewonnen wird. Wenn die hagerung ein Ö1 von geringer
oder mittlerer Viskosität bei Speicherbedingungen enthält, kann
die
Förderung entweder durch Y,lleäen oder Ikea in bekannter
Art und Weine ausgefhrt werden. Wenn andererseits die
hagerung
ein hoch viakoaen 01 bei Speicherbedingungen enthält, kann
en notwendig nein, die ?ageruag in der Iühe des
Bohrloohen
zu erhitzen, um die V1®konität des Öles zu vorringern, so daß
du öl in das Bohrloch :fliegen, kann. Zu
gegebener Zeit werden
auch die Bohrlöcher, die frei fliegendes Öl von geringer Viekoeititt
enthalten, erschöpft, obwohl eine wesentliche Menge von 01 noch in
der ?ördsrtuagelagerung unter Tage verbleibt. Dae Restöl, den in der
Ioageruueg unter Tagt bleibt, Lot-so hr ,eoh@rierig zu fördern, 'uud urtangrelohe
Untersuchungen Bind in Besug su@ ewrkunääse
Verfahren zum Wiedergewinnen
dieses Restöls ausgeführt worden. Verschiedene Verfahren sind bereits entwickelt
worden, z.8. Erhitzung, Verbrennung unter Tage, Fluten
mit Wasser oder
einer mischbaren Flüssigkeit usw.
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Das Erhitzen der lagerungen unter Tage für die primäre oder sekundäre
Wiedergewinnung eines Kohlenwasserstoff-Materials, wie Ö1, ergibt viele :Probleme.
Um die Lagerung unter Tage $u erhitzen, wird ein Strömungsmittel
auf die
.gewünschte Temperatur an der Erdoberfläche erhitzt und durch das Bohrloch
in die Nähe der das Öl enthaltenden Lagerung hinabgepumpt. Bin wesentliches Problem
dieses Verfahrens ist der Hitzeverlust zwischen der Erdoberfläche und der das Öl
enthaltende Lagerung. Wo große Entfernungen zwischen der Erdoberfläche und der das
Ö1 enthaltenden Lagerung vorhanden sind, wird tatsächlich die
gesamte Hitze verloren, bevor sie die Pörder-Lagerung erreicht. Im Hinblick darauf
ist die Erhitzung eines Strömungsmittels an der Erdoberfläche und das nachfolgende
Pumpen des erhitzten Strömungsmittels durch
-ein Bohrloch zu der
ÖlförderungB-Iagerumg mit Ausnahme von sehr seichten Bohrlöchern unpraktisch. Dies
gilt gleichermaßen, ob das erhitzte Strömungsmittel Wasser, Öl
oder Dampf ist. Um dieses Problem zu lösen, sind Vorachläge gemacht
worden, eine Vorrichtung zum Erhitzen des
Kohlenwasserstoff-Materials in eitu
$u schaffen. Solche
Versuche sind jedoch im
wesentlichen nicht erfolgreich gewesen, da die Abmessung
der Erhitzuagevorriohtung zu
groß und beschwerlich ist,
. um in einem Bohrloohgehäuse mit mittlerem Durchmesser
ohne übertriebene Verdrängung abgesenkt zu werden. Dies ist insbesondere
der Pull, wenn
andere Zeitungen, so.eine Pörderleitung,erforderlich
sind, die einen Teil des Raumes in dem- Gehäuse einnehmen.
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Die Erfindung soll die vorstehenden Probleme lösen, indem
eine
Erhitzungseinrichtung von k gedrängter Ausbildung geschaffen wird, die
in der Irage ist, innerhalb des Bohr-
lochgehäuses nahe
der das Ö1 enthaltenden Iigerung ange-
ordnet zu werden.
Die Erhitzungseinrichtung kann heißes
oder kaltes Wasser in
die das@Öl enthaltende hagerung pumpen, um die Viskosität
des Öles zu ändern, wobei
weitere Einrichtungen vorgesehen sind,
um das Öl mit
niedriger Viskosität zu fördern.
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Ein Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum
Wiedergewinnen von Kohlenwasserstoff-Materialien mit hoher
Viskosität
zu schaffen.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, ein Verfahren
zu schaffen, um Hitze auf eine Öl enthaltende Lagerung zu übertragen.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, ein Verfahren zum Erhitzen
einer Öl enthaltenden hagerung zu schaffen, indem ein Hilfehei
o-tvöm smittel verwendet wird.
Ein weiterer Zweck besteht
darin, ein Verfahren zum Er-
hitzen eines Eilte-Beiz-Druckmitteln
in der unmittelbaren Nähe der das Ö1 enthaltenden Lagerung
zu schaffen.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, eine Vorrichtung zum
elektrischen Erhitzen eines Strömungsmittels an. irgendeinem Punkt
in einem Bohrloch zu schaffen.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, eine elektrische Heizeinrichtung
zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß sie
in ein Bohrlochgehäuse
passt.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, eine Vorrichtung zum
Erhitzen von Wasser, zum Fördern des erhitzten Wassers zu einer Öl
enthaltenden Lagerung und zum Saugen des erhitzten Wassers und
des Öles Zum oberen Ende eines Bohrlochgehäusea zu schaffen.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, eine Vorrichtung zum
Litzen von Wasser wirksam und wirtschaftlich mit einem
minimalen Hitzeverlust
$u schaffen.
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Ein weiterer Zweck besteht darin, eine modulare
elektrische
Heizeinheit zu aohaffen, die mit zusätzlichen Beineinrichtungen
verbunden werden kann, um eine zusammengefasste Beineinheit
von veränderlicher Abmessung und Leistungsfähigkeit zu bilden.
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Dee,d eiehlt die Erfindung eine Vorrichtung zum Erhitzen
und
Reduzieren der Viskosität von $ohlenwasserstoffen in
einem Ölaohacht
vor, die einen Rohrstrang mit einer Mehrzahl von einzelnen Abschnitten,
eine innerhalb eines der
Ab®ohnitte angeordnete Pumpe, Einrichtungen
mm Betätigen der Rampe, eine Beineinrichtung mit zwei konzentrischen,
innerhalb eines Abschnittes angeordneten Kohleelektroden und Einrichtungen
zum elektrischen Betätigen der Reiseinrichtung aufweist.
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Die Erfindung sieht des weiteren ein Verfahren mm Verringern
der Viskosität von Kohlenwasserstoffen in einem Ölschacht
vor,
bei dem eine Mehrzahl von Abschnitten einer Leitung snesmengefügt
werden, um einen Rohrstrang zu bilden, eine Beizeinrichtung
mit Kohleelektroden in ein en der Abschnitte einge-
setzt
wird, die Heizeinrichtung mit der Kohleelektrode an
eine elektrische
Energiequelle angesohloseen wird, der Rohrstrang in ein Bohrloch
eines Ölschachtes eingesetzt wird, ein
Strömungsmittel in den
Rohrstrang gegossen wird und die Beineinrichtung mit den Kohleelektroden
betätigt wird, um das Strömungsmittel in der Nähe einer ölfördernden Lßgerung
$u erhitzen.
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Eine beispielhafte Ausführungsfozu
der Erfindung wird
an Hand
der Zeichnung
beschrieben, in der sind pig. 1
eine sohematisohe Darstellung eines vertikalen Schnitten eines ölsohaohtes
mit einer darin eiagebraohten Beiseinriohtuna.naoh
der Erfindung,
Fig.
2 ein vergrößerter Ausschnitt eines Längsschnittes
durch die Heizeinrichtung,
welcher das Zusammenwirken
der einzelnen
Teile der Einrichtung
zeigt
und Fig.
2a ein Querschnitt längs
der Linie 2a-2a
in Fig.
2.
Gemäß Fig.
1 weist ein Gehäuse 10 eine Mehrzahl von
Öffnungen
11 über einen Teil des Gehäuses nahe
dar das
Öl enthaltenden
Lagerung
auf. Das
Gehäuse 10 ist in ein
Bohrloch eingesetzt und erstreckt
sich nach oben über die Erdoberfläche. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Rohrstrang
12 aalgebracht, der aus einer Mehrzahl von zylindrischen Ab-
schnitten einer
Leitung beoteht,die
an ihren Enden verbunden
sind, um eine kontinuierliche
Länge eines Rohres
zu bilden.
Eine Saugstange 13 erstreckt sich im wesentlichen
über die Länge
des Rohrstranges
12, um eine Stangenpumpe 1.4
zu be-
tätigen. Um
die Stangenpumpe
14 zu betätigen,
wird
die
Seugstange
13 in vertikaler Richtung durch
eine (nicht
dar-
gestellte) Antriebseinrichtung
hin- und herbewegt. Die
Einzelheiten
der Stangenpumpe
14 und der Antriebseinrichtung
sind aus Gründen
der Kürze und Vereinfaohung nicht
darge-
stellt, da diese nicht Bestandteile
der Erfindung sind. ?Die vorstehend
beschriebene Vorrichtung wird üblicherweise
bei
Ölförderung verwendet, um Öl -mit geringeren |
.e Erdoberfläche zu fördern. Wie y doch v;.@@ . =;c;t |
worden ist,
werden diesen üblioherwei®e verwendete
Verfahren
und die Vorrichtung unwirtschaftlich und unwirksam,# wenn
die Viskosität den Öles ansteigt,
da das
01 au viskose wird,
um gepumpt zu werden,und
die Öffnungen 11 in dem Gehäuse
10
durch erstarrtes Paräffin
oder andere er®tarrte
Bestandteile
den
Rohöle od.
dgl. verstopft werden.
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Um die erstarrten Naterialien,*welche die Öffäungen
11 vorstopfen,zu lösen und die Viskosität des Öles zu verringern,
soll Hitze der Öl enthaltenden Lagerung eug®fUhrt werden.
Dies ist bekannt und ist durch Pumpen von DamWf, heißen Wasser
oder Öl in das Bohrloch von der Erdoberfläche versucht worden,
wobei sich jedoch herausgestellt hat, daß dienen erwüneohte Verfahren sehr
unwirksam ist. per *rund -für die y Unwirksamkeit ist der hohe
Grad des Hitzeverlu®tes, da das
erhitzte Strömungsmittel
über das Bohrloch zu seinem An- ; wendungepunkt fliegt. Der Hitzeverlust,
wenn das Strömungsmittel durch das Bohrloch fliegt, bedeutet sehr
oft, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem das Strömungsmittel die
01 ent-
haltende Lagerung erreicht, dieses bereits kalt
oder hüohstene lauwarm ist. Zusätzlich ist en tateitohlioh unlioh,
den
Hitzeverlust zu berechnen, und deshalb ®ehr sobwierig,
die
tatsächliche Temperatur den Strömungsmittels * Boden
den
Bohrloches zu eteuerii oder zu bestimmen,. Zu Um
Torsudhe unternommen worden, um Dutpf in umfanmiohen, teuren und
aufwendigen Verdampfungeeinriohtungen an der ilob«fUohe au
erzeugen
und nachfolgend den Dampf in das Bohrloch hinab zuPumpen,
um heißes Wasser in größeren Tiefen zu erhalten.
Dies hat sich als
ein zu teueres und unkontrollierbares verfahren herausgestellt. Um die
vorstehenden Probleme zu vermeiden, sieht die Erfindung eine koWakte
momentane elektrische Wasserheizeinrichtung 15 vor, die innerhalb eines Abschnittee
des Rohrstranges 12 angeordnet ist und einen Teil dieses
Abschnittes bildet.
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Die Heizeinrichtung 15 enthält einen vollständigen zylindrischen
Abschnitt der Abschnitte der Zeitung, welche
den Rohrstrang
12 bilden. Durch Begrenzung der Reizeinrichtung 15 auf einen
einzelnen Abschnitt kann dieser von dem
Rohrstrang 12 schnell und leicht
entfernt oder an diesem angebracht werden, wie dies nachfolgend beschrieben
werden
wird. Zusätzlich kann eine Mehrzahl von Heizeinrichtungen 15 Ende -
Ende verbunden werden, um eine kontinuierlicbe Reizein.richtung mit
sich ändernden Fähigkeiten und Heizkapazität z"# bildan. Da alle Abschnitte
der leitung, welche den Rohretrang 12 bilden, im weeantlichen identische äußere
Formen und Befestigungeeinrich vungen aufweisen, kdnn.en die Heizabschnitte
irgendwo längs der Inge des Rohrztraages eingesetzt
werden.
Wenn die Heizeinrichtung 15 oberhalb der Stangenpumpe
14
angeordnet wird, läuft die Saugstange 13 durch eine darin
vorgeaebene Öffnung, Eine bqvorzugte AusfUhruMstorm der In-
Findung
ist es jedoch, daß die Heizeinrichtung 15 unterhalb der Stangenpumpe
14 an dem Boden des Rohrstranges 12
befestigt ist, wie dies
in Big. 1 gezeigt i®t.
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71g. 2 zeigt die Heizeinrichtung 15, die
einen syliadrieohen Abschnitt einer Zeitung 16 aufweist, die
einen Abschnitt des Rohrstranges 12 bildet. Die Aufienfläohe
der Zeitung 16
hat nahe den oberen und dem unteren
Ende mit Gewinde vor-
sehene Teile 17. ßewünschtentalls wird,
um den Rohrstreng 12
zusammenzubauen oder zusätzliche Heiseinrioätungen
hinzuzufügen, eine Sohraubknpplung 18A verwendet, in die,vesschiedenen
Abschnitte der Leitung zua@as0.ensufllgsn. Alle Abschnitte der Zeitung,
welche den Rohrstra»g 12 bilden,
haben an jedem Ende kcmqplemen:",.re
Gewinde. Aus der voran-
gehenden Beschreibung ergibt sich, daß
eine beliebige Anzahl von Hei$einriohtungen 15 an irgendeinem Punkt
`lxnga den
Rohrstranges 12 zusaamengeftisgt werden kam. Die
haaeawänäs der Zeitung 16 der Reizeinrichtung sind mit einer
geeigneten Isolierzwischenlage bedeckt, z.B. einem hoohdielektrisohen phenolharrc,ähnliohen
Stoff 18 od. dgl., um die elektrischen Grundverluste der Beizeinriohtu4g
auf ein Minima um verringern. Während viele Arten von im asadel
«ultliohen Isolierungen vortsilhatt verwendet werden könnea,.aird ein ph®aoläara...Ahalioher
Stoff wegen seines hohen rumeraturotoßwideretandes und seines mit
der Leitung 16 verträglichen
Ausdehnungbkoeffisie
bevorzugt. Im Hinblick auf die
Verträglichkeit der Ausdehnung
und Zusammenziehung zwischen
der phenolharzähalichen
Zwischenlage 18 und der Zeitung 16
der Heizeinrichtung
wird im wesentlichen verhindert, da8 die phenolharzäänliehe
Zwischenlage 18 von der Innenwand der
Zeitung 16 während der Erhitzungs-
und abbricht. An der phenolharzätuilichen Zwischenlage 18 ist
eine
zylindrische Kohleelektrode 19 angebracht. Konzentrisch
innerhalb
der Kohleelektrode 19 ist in komplementärem Abstand dazu eine zweite
Kohleelektrode 20 angeordnet. Die Kohle-
elektrode 20 hat eine
zylindrische Form mit einer darin ange-
ordneten koaxialen Öffnung
21. Die Kohleelektroden 19 und 20
sind in ihrem komplementären Abstani
durch eine Anzahl von
Abstandsstücken 22 gehalten. Die Abstandsstücke
22 sind aus
einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt und sind
fest
zwischen der Außenelektrode 19 und der Innenelektrode
20
in einer solchen Weise angeordnet, daß die Mektroden
im Abstand voneinander gehalten terden, ohne daß lie Strömung
des Strömungsmittels zwischen den Elektroden behindert wird.
Mit
der AußeioL,elektrode 19 uni der Innenelektrode 20 sind
einzelne elektrische Stromversorgungeleiter 23 vei#bunc..gn.
Die
Leiter 23 erstrecken sich nach oben in ein isoliertes
äat-%l 24v das innerhalb des Rohrstranges 12 angebracht
ist. Die Leiter
erstrecken sich nach oben
$u der Öffnung des Bohrloches in der Erdoberfläche, um zu einer
Schalttafel im führen @ mit der die Eaergiequ®lle verbunden
ist.
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Um eine wirksame und vollständige Übertragung der elektrischen
Energie von den Stromversorgungsleitungen 23
über die gesamte Fläche
der Elektroden 19 und 20 werden die Elektroden mit einen elektrisch
leitfähigen Material, $.8. Kupfer- oder Aluminiumpulver, imprägniert. Anstelle
der Imprägnierung der Elektroden 19
und 20 mit einem
Netallpulver,kann auch ein dünner ver-
bundener Schirm verwendet
werden, der aus einem elektrisch leitfähigem Material hergestellt
ist. Die Kohleelektroden 19
und 20 sind etwas länger
als die Zeitung 16, in der sie angeordnet sind, und im Hinblick
auf ihre länge erstrecken sich
die Kohleelektroden
über die Enden der Leitung 16 hinaus.
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Die Erstreckung der Kohleelektroden 19 und 20
Uber die Enden der Zeitung 16 hinaus ist wichtig, wenn mehr
als eine Reizeinrichtung gewttasohtenfalls verwendet werden soll. Wenn
zusätzliche Heizeinrichtungen erforderlich oder erwünscht Bind,
wird die zusätzliche Reiseinrichtung in koaxialem Stoß
an der ersten
Reiseinrichtung angebracht, so dU die inneren und die äußeren
Elektroden 20 und 19 jeweils beider Seileinrichtungen ebenfalls
in koarialem Stoß angeordnet sind.
Auf diese weise wird
die elektrische Energie,p die der ersten
Heizeinrichtung
über die Stromveroorgungsleitungen 23 zugeführt wird, über die
imprägnierten Kohleelektroden in der
ersten Reizeinrichtung zu
den imprägnierten Kohleelektroden .der Nilfa-Beizeinriohtung übertragen.
Die Bei$einriohtungen werden, wie oben beschrieben, durch
die Schraubkupplung 18
in der komplementären Lage
gehalten.
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Im Betrieb wird der Rahretrang 12 zusamengebaut,
wobei
die starre Pumpe 14 und soviele Reizeinrichtungen
15 wie
gewünscht eingesetzt werden. Die Heizeinrichtungen
15 können
in dem Rohrstrang 12 entweder oberhalb oder
unterhalb der
starren Pumpe 14 angeordnet werdon.-Wenn die Bei$einriohtungen
15 unterhalb der Pumpe 14 angeordnet werden, muß eine Mehr-Ziahl
von Öffnungen an dem Rohrstrang 12 oberhalb der Pumpe
14
acageordnet werden, um zu ermöglichen, da.8 das erhitzte
Material
in den Strang eintritt ilad nach oben gepumpt wird.
Wenn
die Heizeinrichtungen öberh£.lb der Stangenpumpe 14 angeordnet
Bind, erstreckt sich die 1161,augetange '!3 über die
Öffnung
21 in die innere Kohleelektrade 20. Der Rohrstrang 12
wird in
das Bohrloch in, bekannter Weise eingesetzt. Waoner, 01 oder ein
anderen Strömungsmittel wird durch den Gehäuseetrang 12 eingegoenen
oder hinabi-epumpt. Wenn das Strömungemi.ttel durch den Rohrstrang
12 i.r die Nähe der Holzeinrichtungen 1:5
xliegt,
wird die Inergiequelle eingaeohaltet. Die elektrische Saergie
wird steuerbar über die Stramversoriumialeitungen 23
zu
den Kohleelektroden 19 und 20 aufgrund der elektrischen
Zusammenwirkong@z"#ischen den Kohleelektroden 19 und 20 ge-
führt.
Durch Veränderung des Maßes der Strömung des Strömungsmittels,
der Anzahl der Heizeinrichtungen 15 oder der
wirksamen Fläche
der Kohleelektroden 19 und 20 kann die
Temperatur
des waseere gesteuert werden und gewUneehtenfalls kann Dampf erzeugt
werden. Die Erzeugung von Dampf ist unter
verschiedenen Bedingungen
wünschenswert, wenn die hösung von Salzen erforderlich ist.
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Vorstehend sind ein Verfahren und eine Vorrichtung mm Erhitzen
von Kohlenwaseerstoff-Material in situ zum Verringern der Viskosität
beschrieben worden, welche die Wiedergewinnung aus Schächten
weitgehend verbessern können, wenn das Kohlenwaseeretoff-Xaterial 3s wesentlichen
unter gegebenen Bedingungen nicht flieffg ist.
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Änderungen der beschriebenen Ausführungsform-sind dahingehend
möglich, daß a.B. die Beizeinriohtung anstelle der Anordnung
direkt nahe und unterhalb der Pumpe nahe und oberhalb der
Pumpe
unteröalb des Grundpegels an der das 01 enthaltenden Schicht
angeordnet sein kann.