DE2342790A1 - Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialien - Google Patents

Verfahren zur untertagegewinnung des kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen materialien

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DE2342790A1
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Clarence I Justheim
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Justheim Petroleum Co
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Justheim Petroleum Co
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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
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

Patentanwälte 51 Aachen, den 23. August 1973
DIPL-ING. BRUNO SCHMETZ Augustostraße 14-16- Tel. (0241) 508051
DIPL-INC. WERNER KÖNIG 2342790
JITSTHEIM PETROLEUM COMPlIiY in Salt Lake City, Utah (V.St.A.)
Beschreibung zu Patentanmeldung
Verfahren zur Untertagegewinnung des Kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untertagegewinnung des Kohlenwasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien durch Vergasung.
Der Vergasung von z.B. ölschiefer wird seit Jahren hohe Aufmerksamkeit geschenkt, und sie wird in verschiedenen Teilen der Welt in begrenztem Umfang praktisch betrieben. Die Untertagevergasung ist als praktische und darliberhinaus vielleicht als die wirtschaftlichste Methode erkannt worden, mit der große Mengen von Kohlenwasserstoffreserven, welche z.B. in Form von ölschiefer vorliegen, zu gewinnen sind. Derartige Ölsohieferlagerungen sind beispielsweise in Colorado, Utah und Wyoming in USA aufgefunden worden. Die Untertagevergasung ist nach verschiedenen Verfahren wirtschaftlich ausgenutzt oder vorgeschlagen worden, welche eine Erwärmung z.B. des Ölschiefers in seiner natürlichen unterirdischen Lagerung vorsehen .
So sind z.B. elektrische Heizvorrichtungen in Bohrlöcher abgesenkt worden, wobei die Kohlenwasserstoffdämpfe durch andere Bohrlöcher abgezogen worden sind, teilweise mit Hilfe eines an diese anderen Bohrlöcher angelegten Unterdrucks. In praktisch allen Pällen hat die bekanntlich fehlende Durchlässigkeit von Ölschiefer und der
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meisten unterirdischen Lagerungen derartige Verfahren sehr stark begrenzt. Es sind ferner bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden zur Bildung von Rissen und zum Aufbrechen von Ölschieferlagerungen, z.B. durch die Verwendung von Explosionen, die Aufbringung von außerordentlich hohen Temperaturen und die Lösungswirkung von eingeführtem Erdgas, so daß wärmeaustauschende Strömungsmedien durch die unterirdische Lagerung hindurchgeführt und Kerogen-Dämpfe gewonnen werden können. Es ist ferner bekannt, erwärmtes reines Wasserstoffgas in eine unterirdische Lagerung von Ölschiefer einzuführen, um einen Wärmeaustausch zu erreichen und diese Lagerung durchdringlich zu machen, wobei das Wasserstoffgas in Abhängigkeit von der angewandten Temperatur auch eine Hydrierung des Kerogens bewirkt, wenn dieses in Dampfform vorliegt. Auf die US-Patentschriften 3 237 689 und 3 598 182 der Anmelderin wird in diesem Zusammenhang verwiesen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, das die Nachteile der bisher bekannten und z.T. bereits verwendeten Verfahren vermeidet und dabei insbesondere billig, zuverlässig und wirkungsvoll arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art zunächst ein gegenüber im wesentlichen reinem Wasserstoff billiges Wärmeaustauechgas auf die Vergasungstemperatur des kohlenwasserstoffhaltigen Materials gebracht, dann in eine erste Zone der unterirdischen Lagerung des zu vergasenden kohlenwasserstoffhaltigen Materials eingeführt und anschließend von der ersten Zone durch die unterirdische Lagerung hinduroh in eine Produktentnahmezone geleitet wird, um den Kohlenwasserstoffgehalt in der Lagerung zu verdampfen; daß Wasserstoff gas in eine begrenzte Hydrierungszone eingeführt wird, die im Ströniungsverlauf des Wärmeaustauschgases und des Dampfes in Richtung auf die Produktentnahmezone dicht neben dieser letztgenannten Zone angeordnet ist, wobei die Temperatur in der Hydrie-
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rungszone zwisohen 565° 0 (1050° F) und 675° 0 (1250° F) liegt; daß Wasserstoffgas in einer Menge zugeführt wird, die zumindest für eine teilweise Hydrierung der abzuziehenden Kohlenwasserstoffdämpfe ausreicht und daß schließlich von der Produktentnahmezone zumindest teilweise hydrierte Kohlenwasserstoffdämpfe entnommen werden.
Erfindungsgemäß wird also ein verhältnismäßig billiger Wärmeträger zur Diffusion in den Bereich des jeweils behandelten kohlenwasserstoff haltigen Materials, beispielsweise eine Ölschieferlagerung, benutzt. Die Verwendung eines billigen Wärmeaustauschgases oder Wärmeträgers macht es nur in äußerst geringem Maße erforderlich, Vorkehrungen zu treffen, um Strömungsverluste des Wärmeaustauschgases in der Lagerung aufgrund unvermuteter Hohlräume und dgl. von größeren Abmessungen vorzusehen. Mit der an sich bereits bekannten Benutzung eines verhältnismäßig billigen Wärmeaustauschgases ist die Einführung von Wasserstoffgas in eine begrenzte Zone in der Strömungsbahn des Wärmeaustausohgases und der mitgeftthrten Dämpfe von der Einführungsstelle oder den Einführungsstellen des Wärmeaustauschgases zu einer oder zu mehreren Förder- oder Entnahmebohrungen zur Gewinnung des gasförmigen Kerogens kombiniert. Vorzugsweise wird nur eine Förder- oder Entnahmebohrung benutzt, wobei die Zone, in welche Wasserstoff eingeführt wird, sich an diese Bohrung anschließt. Dabei ist das gasförmige Kerogen vor seiner Förderung an die Erdoberfläche zumindest teilweise hydriert, wodurch sich Vorteile hinsichtlich der Ökologie und der Luftverschmutzung sowie hinsichtlich des !Transports des gasförmigen Kerogens an die Oberfläche aufgrund chemischer Umwandlungen bei der Hydrierung ergeben.
Die Einführung des Wasserstoffgases kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, z.B. durch ein oder durch mehrere besondere Bohrlöcher, die sich entweder von der Erdoberfläche nach unten hin in die Lagerung erstrecken oder von einem unterirdischen Arbeitsraum
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ausgehend seitlich verlaufen, wobei dieser Arbeitsraum als Teil der Untertagevergasungsanlage vorgesehen sein kann. Es kann auch ein besonderer Hydrierungsrauni nahe oder im Anschluß an das Bohrloch zur Abführung der Dämpfe vorgesehen sein, in welchen der Wasserstoff eingeführt wird und durch den die Kerogen-Dämpfe hindurchgeleitet v/erden, bevor sie an die Erdoberfläche geführt werden. Das Aufheizen des Wärmeaustauschgases auf die gewünschten Temperaturen zur Kerogenvergasung oder zu dieser Yergasung und zum Bilden von Rissen und Brüchen des normalerweise undurchlässigen Ölschiefers kann in jeder geeigneten Weise durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines Kernreaktors, eines Kugel-Wärmetauschers oder einer anderen Wärmequelle mit der geeigneten Temperatur.
Weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand der Unteransprüche sind, ergeben sich aus dem nachfolgenden Teil der Beschreibung, in dem die Erfindung beispielsweise erläutert ist.
Es erscheint nicht erforderlich, ein spezielles System zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beschreiben, da die Verwendung von Bohrlöchern, unterirdischen Räumen usw. in der Untertagevergasung von Ölschiefer zur Gewinnung des gasförmigen Kerogen-Anteils bereits im einzelnen bekannt sind und da im übrigen jede Lagerung eine besondere Anordnung der betreffenden Anlagen erfordert.
Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird Luft oder ein anderes relativ billiges Wärmeaustauschgas auf die geforderte Temperatur gebracht, wobei dies entweder ober- oder unterirdisch in einem Kernreaktor, einem Kugel-Wärmetausoher oder einer anderen Heizvorrichtung geschehen kann. Die Einführung und Weiterleitung des Wärmeaustauschgases durch die unterirdische Lagerung des Ölschiefers mit der Gewinnung von Kerogen-Dämpfen
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erfolgt dann im wesentlichen so, wie das bereits in den USA-Patenten Nr. 3 237 689 und 3 598 182 der Anmelderin beschrieben ist, wobei das Wärtneaustauschgas in eine erste Zone eingeführt und von dieser innerhalb der Lagerung bis zu einer Entnahmezone strömt.
Mit diesem Verfahren ist nun kombiniert, daß in der Nachbarschaft der Förder- oder Entnahmebohrung oder der Bohrungen in die Strömungsbahn des zu gewinnenden dampfförmigen Kerogens in eine Hydrierungszone Wasserstoffgas eingeführt wird, um eine zumindest teilweise Hydrierung der Dämpfe und damit eine G-ewichtsabsenkung dieser Dämpfe aufgrund der eintretenden chemischen Reaktion bezüglich ihres Sauerstoffs, Stickstoffs und Schwefelanteils vor dem Fördern dieser Dämpfe durch die Förder- oder Entnahmebohrung bzw. Bohrungen zu erreichen, wobei diese Förderung durch natürlichen Auftrieb oder durch einen an die Bohrung oder die Bohrungen angelegten Saugdruck erfolgt. Wie bereits ausgeführt, wird vorzugsweise eine einzige Forder- oder Entnahmebohrung benutzt, um den Wasserstoff in einer relativ kleinen Hydrierungszone im Anschluß an diese Bohrung zu konzentrieren. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Sätze paarweise angeordneter Einführungs- und Förderbohrungen werden die Kosten der Hydrierung auf ein Minimum gesenkt, wohingegen die durch hohe Temperaturen von etwa 1095 0 (2000° F) bewirkte Durchlässigkeit des kohlenwasserstoffhaltigen Materials maximal gehalten wird.
Zusätzlich zu den Vorteilen in ökologischer Hinsicht und zur Vermeidung von Verschmutzungen aufgrund der Durchführung einer teilweisen unterirdischen Hydrierung der Kerogen-Dämpfe treten noch die Vorteile auf, welche sich aus dem dampfförmigen Kerogen-Produkt bezüglich seiner Förderung aus der unterirdischen Lagerung ergeben.
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Die optimale in der Hydrierungszone aufrechtzuerhaltende Temperatur liegt zwischen 565° C (1050° F) und 675° 0 (1250° F). Die höheren Temperaturen liegen dagegen zwischen 649° C (1200° F) und 675° C (1250° F), wobei diese höheren Temperaturen die Hydro-Vergasung des umgebenden Ölschiefers fördern und dem Kerogen-Dampfprodukt eine größere Mobilität geben.
Der verwendete Wasserstoff kann von jeder beliebigen Quelle kommen, u.a. auch als sogenanntes Synthese-Gas indirekt aus dem Ölschiefer selbst. Bei der Benutzung von Luft als Wärmeaustauschgas wird Wasserstoff in einer solchen Menge benutzt, daß er einen Anteil von weniger als 4 fi oder von mehr als 74 % des sich ergebenden Luft-Wasserstoff-Gemisches ausmacht, um die Gefahr von unerwünschten Explosionen zu vermeiden und darüberhinaus Vorkehrungen überflüssig zu machen, welche die die Zündung des Gasgemisches ermöglichenden Bedingungen ausschalten.
Obwohl in den vorstehenden Ausführungen insbesondere auf die Behandlung von Ölschiefer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen worden ist, muß hier betont werden, daß dieses Verfahren auch für Lagerungen von anderen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien, z.B. von bituminösen Sanden, Kohlen usw. anwendbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil einer beträchtlichen Wirtschaftlichkeit bei der Untertagevergasung einer unterirdischen Lagerung durch die Anwendung einer nur teilweisen Hydrierung, wodurch die Gewinnung der Vergasungsprodukte erleichtert wird.
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Claims (7)

Ansprüche
1. Verfahren zur Untertagegewinnung des Kohlenviasserstoffanteils von kohlenwasserstoffhaltigen Materialien durch Vergasung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein gegenüber im wesentlichen reinem Wasserstoff hilliges Wärmeaustauschgas auf die Vergasungstemperatur des kohlenwasserstoff haltigen Materials gebracht, dann in eine erste Zone der unterirdischen Lagerung des zu vergasenden kohlenwasserstoffhaltigen Materials eingeführt und anschließend von der ersten Zone durch die unterirdische Lagerung hindurch in eine Produktentnahmezone geleitet wird, um den Kohlenwasserstoff gehalt in der Lagerung zu verdampfen; dass Wasserstoff gas in eine begrenzte Hydrierungszone eingeführt wird, die im Strömungsverlauf des Wärmeaustauschgases und des Dampfes in Richtung auf die Produktentnahmezone dicht neben dieser letztgenannten Zone angeordnet ist, wobei die Temperatur in der Hydrierungszone zwischen 565° 0 (1050° F) und 675° C (1250° F) liegt; daß Wasserstoffgas in einer Menge zugeführt wird, die zumindest für eine teilweise Hydrierung der abzuziehenden Kohlenwasserstoffdämpfe ausreicht und daß schließlich von der Produktentnahmezone zumindest teilweise hydrierte Kohlenwasserstoffdämpfe entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenwasserstoffhaltiges Material Ölschiefer benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschgas vor der Einführung in die Vergasungszone auf etwa 1095° 0 (2000° F) aufgeheizt wird, um den Ölschiefer in dieser Zone für Gas und Dämpfe durchlässig zu machen.
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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Hydrierungszone zwischen 649° C (1200° i1) und 675° 0 (1250° F) gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wänoeaustauschgas Luft verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß die Wasserstoffgasmenge, welche in die Hydrierungszone eingeführt wird, so bemessen ist, daß das Gemisch aus Luft und Wasserstoffgas weniger als 4 # oder mehr als 74 # Wasserstoff enthält.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß je einer Einführungszone eine Entnahmezone für hydrierten Dampf zugeordnet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0181672A1 (de) * 1984-11-14 1986-05-21 Institution pour le Développement de la Gazéification Souterraine Verfahren zum Gewinnen von Methan und Kohlenwasserstoffen durch Untertage-Hydrierung von Kohle

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EP0181672A1 (de) * 1984-11-14 1986-05-21 Institution pour le Développement de la Gazéification Souterraine Verfahren zum Gewinnen von Methan und Kohlenwasserstoffen durch Untertage-Hydrierung von Kohle

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