DE2410267C2 - Verfahren zur Verbesserung der Ausbeute bei der Gewinnung von Erdöl durch Wasserfluten - Google Patents

Description

In Erdöllagerstätten bleibt eine erhebliche Menge des ursprünglich vorhandenen Erdöls zurück, wenn nur mit Hilfe der natürlichen Läget Stättenenergie produziert wird. Sofern natürliche Lagerstättenenergie nicht ausreichend zur Verfugung steht oder sich frühzeitig erschöpft hat, wird durch Sekundärmaßnahmen die fehlende Energie zugeführt. Durch das Einbringen von beispielsweise Wasser in die ölhaltige Formation wird zusätzliches öl verdrängt und produziert. Die Verdrängung von Öl durch Wasser ist jedoch nicht vollständig, so daß auch nach einem Wasserfluten noch große Ölmengen in der Öllagerstätte verbleiben.

Aus »Journal of Petroleum Technology«, Vol. XXV., S. 1366, Dec. 1973, rechte Spalte, letzter Absatz, ist bekannt, daß durch geeignete Zusätze der Wirkungsgrad der Verdrängung von Öl durch Wasser verbessert werden kann. Es kann z. B. mit Hilfe von grenzflächenaktiven Stoffen (Tenside) ein Teil des durch Kapillar- und Grenzflächenkräfte im Gestein zurückgehaltenen Öls gewonnen werden, das durch Wasserfluten allein nicht zu mobilisieren ist. Die Wirksamkeit ist abhängig von der Konzentration der Wirkstoffe in den Flutlösungen. Ajs wirtschaftlichen Gründen wird deshalb häufig nicht kontinuierlich mit gleichbleibender Konzentration geflutet, sondern es wird ein in die Lagerstätte eingebrachtes hochkonzentriertes Flüssigkeitspolster dieser Flutlösung mit Hilfe eines Treibmittels wie Wasser in die Lagerstatte hineingetrieben. Dieses Polstervolumen beträgt im allgemeinen zwischen 5 und 20% des Porenvolumens der behandelten Lagerstätte. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß erhebliche Mengen synthetischer Wirkstoffe angewendet werden müssen. Nach »Erdöl und Erdgas«, Okt. 1973, S. 388 und 389. ist bekannt, daß Tenside empfindlich sind gegenüber Änderungen von Konzentration und Elektrolytgehalt im Lagerstättenwasser.

Aus »Journal of Petroleum Technology«, Dec. 1972, letzte Spalte, S. 1469, ist bekannt, daß die Entölung von Erdöllagerstätten durch Sekundärmaßnahmen zu verbessern ist, wobei anaerobe Mikroorganismen in eine Erdöllagerstätte gebracht werden, die das Rohöl als Nährstoff benutzen und dabei organische Säuren und Detergentien erzeugen. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß anaerobe Mikroorganismen bzw. die abgestorbene Zellmassc die Lagerstätten nach kurzer Zeit verstopfen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß durch dieses Verfahren innerhalb der Lagerstätte weder die Verteilung der Wirkstoffe noch das Wachs-

turn der anaeroben Mikroorganismen ζ··, steuern ist.

Die USA.-Patentschrift 3 598 181 betrifft die Verbesserung der Ausbeute bei der Gewinnung von Erdöl. Zu diesem Zweck werden Bakterien erzeugt, die als C-Quelle Zucker, η-Paraffine, Alkohole verwenden. Die Verwendung von lagerstätteneigenem Rohöl wird nicht vorgeschlagen. Der technische Effekt soll auf der Erhöhung der Viskosität beruhen. Es soll eine bestimmte Viskosität eingestellt werden, z. B. von 6 cP. Dieser technische Effekt wird für das Verfahren der Erfindung nicht verwendet. Es werden vielmehr als technischer Effekt die »die Entölung verbessernden Wirkstoffe« der Kulturlösung verwendet. Nach diesem Verfahren ist es erforderlich, daß »wenigstens 0,2 Gewichtsprozent der Zellmasse in der Bakterienkultur erhalten bleiben«. Dieser Stand der Technik hat in eine andere Richtung geführt.

Die USA.-Patentschrift 3 340 930 lehrt die Erzeugung lebender Zellmasse, die in Verbindung mit grenzflächenaktiven Stoffen in die Lagerstätte eingepreßt wird. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß die Poren der Lagerstätte durch die Zellmasse verstopft werden. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Mikroorganismen in der Lagerstätte weiter wachsen sollen, worauf gerade der technische Effekt dieses Verfahrens beruht. Außerdem ist es nach diesem Verfahren notwendig, die Nährstoffe und die Luft in die Lagerstätte einzuführen, was aufwendig und schwierig ist.

Dieser nachteilige Stand der Technik wurde durch das Verfahren der Erfindung überwunden. Dieses führt keine Zellmasse, sondern nur die Kulturlösung mit den Wirksteffen in die Lagerstätte ein. Es können deshalb die genannten Nachteile nicht eintreten. Nach dem Verfahren der Erfindung ist die Steuerung des Prozesses und die Kontrolle der Kultur sicher möglich, worin ein erheblicher technischer Fortschritt liegt.

Die USA.-Patentschrift 3 332 487 schlägt vor, aerobe Bakterien und Luft in die Lagerstätten einzupressen. Es ist deshalb notwendig, die entstehende Wärme durch Kühlmittel abzuführen. Es soll das Verstopfen der Lagerstätte durch Abfi'trieren von »Zusammcnballungen von Bakterien« verhindert werden, während gerade »Einzelbakterien oder Bakterien-Paare« erhallen bleiben und injiziert werden sollen. Das Verstopfen der Lagerstätte kann jedoch durch diese schwierige Tcilabtrennung praktisch nicht verhindert werden. Es sollen deshalb Chemikalien oder anaerobe Bakterien injiziert werden, um die Zcllmasse zu ersetzen. Diese Maßnahmen, die in den Lagerstätten einen technischen Effekt bewirken sollen, können praktisch nicht kontrolliert werden. Dieses gilt besonders deshalb, weil die Bakterien in der Lagerstätte weiter wachsen sollen, wozu die Einführung von Nährstoffen und Luft notwendig ist. Dieses bekannte Verfahren bestätigt also die Schwierigkeiten nach dem Stand der Technik, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.

Hs wurJe nun ein Verfahren zur Verbesserung der Ausbeute bei der Sekundärgewinnung von Hrdö! durch Wasserfluten, bei dem über Tage unter Verwendung anorganischer Nährstoffe, insbesondere von Wuchsstoffen, und Zuführung von Luft bzw. sauerstoffangereicherter Luft bei einer Reaktionstemperatur bis zu 65 C eine wachsende Submcrskultur von aeroben Mikroorganismen erzeugt und anschließend ein Teil dieser Kultur direkt in die Lagerstätte eingeleitet oder dem Flutwasser zugesetzt wird, gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die SubmerskuUur durch zusätzliche Zugabe eines aus der Produktion von Rohöl stammenden Rohöl-Wasser-Gemischs mit einem Rohölgehalt von 1 bis 30 Volumprozent erzeugt, das entstandene Vierphasensystem, bestehend aus Zellmasse, unverbrauchtem Rohöl, unverbrauchter Luft und der entstandenen Kulturlösung abgezogen, danach die Phasen voneinander getrennt und anschließend ausschließlich die die Entölung in der Lagerstätte

ίο verbessernden Wirkstoffe enthaltende Kulturlösung in die Lagerstätte eingeleitet oder dem Flutwasser zugesetzt wird.

Weiter wurde gefunden, daß eine kontinuierlich wachsende Submerskultur von aeroben Mikroorganismen erzeugt, mit einer konstanten Durchflußrate von 0,1 bis 0,5 Vol./Vol.yh der Komponenten gearbeitet und das entstandene Vierphasensystem kontinuierlich abgezogen und getrennt wird.

Ferner wurde gefunden, daß aerobe Mikroorganismen, die Kohlenwasserstoffe als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle verwerten, aus den Galtungen Candida, Pichia, Nocardien, Mvcobakterien und Pseudomonaden verwendet werden.

Außerdem wurde gefunden, daß das Erdöl-Wasser-Gemisch einen Gehalt an Erdöl von 5,0 bis 15 Volumprozent enthält und Wasser aus Lagerstätten und oder Frischwasser verwendet wird.

Weiter wurde gefunden, daß das Erdöl-Wasser-Gemisch durch Entzug oder Zusatz von Wasser auf ein bestimmtes Verhältnis Erdöl zu Wasser eingestellt wird.

Ferner wurde gefunden, daß bei der Erzeugung der Kultur durch Zusatz von Alkalien bzw. Säuren ein praktisch konstanter pH-Wert von 2 bis 9, vorzügsweise von 4 bis 6,5 eingestellt wird.

Außerdem wurde gefunden, daß die Luft oder die sauerstoffangereicherte Luft mit einer Belüftungsrate von 0,1 bis 2,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Vol./Vol., min, der Kultur zugeführt wird.

Weiter wurde gefunden, daß das der Kultur zugeleitete Gasgemisch einen Sauerstoffgehalt von 20 bis 55 Volumprozent aufweist.

Ferner wurde gefunden, daß die wäßrige Nährlösung mit Ammonium- und/oder Nitrat-Salz und/oder Harn-

■!5 stoff als Stickstoffquelle sowie andere zur Fortpflanzung der Zellen notwendige anorganische Salze und Wuchsstoffe enthält.

Außerdem wurde gefunden, daß Erdöl mit einem n-Alkan-Gehalt von 5 bis 25 Volumprozent mit einer Kettenlängc von C_1n bis C₂₁ verwendet wird.

Außerdem wurde gefunden, daß die Kulturlösung, in welcher sich die die Entölung in den Lagerstätten verbessernden Wirkstoffe befinden, zum Aufbau eines hochkonzentrierten Polsters an WirkstofTfösung ver-

*s wendet wird, nach welchem Flutwasser in die Lagerstätte eingeleitet wird.

Das Verfahren der Erfindung wird durch folgende Beispiele erläutert:

^fi" 1. Ein 14 1 Reaktor, gefüllt mit 8 1 Nährsalzlösiing (Zusammenset/unsi: S g NH₄NO₃, 8 g K.,HPO₄, 8 g Nx₁HPO₁ · 12 H₂O, 0,8 g MgSO₄ ■ 7 H₂O, 0,8 g KCl. 2 g llefeextrakt in 8 I Wasser) und 400 ml Rohöl, wird bei 30 C mit 100 ml Inoculum

⁶·^Γ) von Pichia guillicrmondii beimpft, mit einem Turborührer (300 Lipm) suspendiert und bei einer Belüftungsrate von 0,7 Vol./Vol./min 32 h gezüchtet. Während des Wachstums wird in der Submerskul-

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tür durch automatische Zugabe von 6 Volumprozent Ammoniaklösung ein konstanter pH-Wert von 4,5 aufrechterhalten.

Nach Abtrennung der entstandenen Zellmasse (82 g Trockenmasse) und unverbrauchtem Rohöl (328 ml) in einer Durchlaufzentrifuge bei 12000 g werden 8,05 1 klare Kulturlösung erhalten.

2. Ein 14 I Reaktor, ausgerüstet mit einem »Intensor«, Hersteller: Biologische Verfahrenstechnik Au, Basel, wird mit 10 1 Nährsalzlösung (Zusammensetzung: 13,5 Harnstoff, 15 g Na₂HPO₄ · 12 H₂O, 1,5 g MgSO₄ · 7 H₂O und 10 I Flut wasser) und 1000 ml Rohöl gefüllt, mit 100 ml Inoculum von Nocardia sp. beimpft, und bei 37 C, einer Belüftungsrate von 0,5 Vol./Vol./min und einer Umdrehungszahl von 1200 Upm gezüchtet. Während des Wachstums wird in der Submerskultur automatisch mit einer pH-Regulierstation durch Zusatz einer 12 volumprozentigen Ammoniaklösung ein pH-Wert von 6,4 aufrechterhalten. Das Wachstum ist nach 26 h beendet. Es wird danach in einer Durchlaufzentrifuge bei 15000 g die entstandene Zellmasse (85 g Trockenmasse) und das unverbrauchte Rohöl (923 ml) abgetrennt und 10,04 I klare KuiU;:'.''-.ung erhalten.

3. Ein Kern aus Gildehaussandstein (Länge 26,9 cm, Durchmesser 5,1 cm), dessen Porenvolumen 113 ml beträgt, der mit 19 cm³ Wasser und 94 ml Rohöl (Viskosität: 24 cP bei 40 C) gefüllt ist, wird so lange mit Salzwasser (Viskosität: 0,9 cP bei 40 C) geflutet, bis praktisch kein Rohöl mehr produziert wird. Mit einer Gesamtflutmenge von 1,32 I Salzwasser werden insgesamt 57 ml Rohöl gefördert, entsprechend einem Entöiungsgrad von 61 %. Im Gestein verbleiben 37 ml Rohöl, die einer Restölsäitigung von 32,5% entsprechen. Durch den ausgefluteten Kern werden anschließend insgesamt 1,14 1 der Kulturlösung aus Beispiel I, in welcher sich die die Entölung in den Lagerstätten verbessernden Wirkstoffe befinden, geflutet. Durch diese Maßnahme werden weitere 16 ml Rohöl produziert. Der Entölungsgrad wird von 61 auf 78% verbessert, d. h. die Rohölausbeute wird gegenüber dem Wasserfluten um 30% erhöht.

Das Verfahren der Erfindung wird weiter durch das Venahrensschema (Figur) erläutert:

In dem Reaktor 1 befindet sich eine kontinuierlich wachsende Submerskultur, die getrennt erzeugt wird indem ein Erdöl-Was5sr-Gemisch aus der Produktbohrung 2 durch die Leitung 3 abgezweigt und übet die Leitung 4 dem Reaktor zugeführt wird und derr außerdem kontinuierlich Lösungen anorganischer Nährstoffe, Wuchsstoffe und Laugen bzw. Säuren durch die Leitungen 5, 6, 7 und Luft oder sauerstoffangereicherte Luft durch die Leitung 8 zugeführt

ίο werden. Durch Leitung 9 wird die durch den aeroben Prozeß an Sauerstoff verarmte Luft abgeblasen. Das entstandene Vierphasensystem wird über die Leitung 10 einer Filteranlage 11 zugeführt, in welcher die Zellmasse abgetrennt und durch den Stutzen 12 abgeleitet wird. Danach wird über die Leitung 13 das vorhandene Flüssig-Flüssig-Gemisch in einem Separator 14 eingeleitet und darin das durch Verarmung der leichtstockenden n-Alkan-Fraktion C_1n bis C₂₄ verbleibende Rohöl von der entstandenen Kulturlösung abgetrennt.

Dieses Rohöl wird über die Leitung 15 abgeleitet. Danach wird die Kulturlösung, in welcher sich die die Entölung in den Lagerstätten verbessernden Wirkstoffe befinden, über die Leitung 16 in die Flutwasserleitung 17 dem Injektionsbohrloch 18 zugeführt und mit dem Flutwasser in die Lagerstätte 19 eingeführt. Bei dem Verfahren der Erfindung werden nicht anaerobe, sondern aerobe Mikroorganismen verwendet, die höhere Wachstumsraten aufweisen, wodurch die Produktivität der Kulturen in bezug auf die Erzeugung von die Entölung verbessernden Wirkstoffen erhöht wird.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß die Kultur sich in dem über Tage aufgestellten Fermenter befindet. Dadurch ist die Steuerung des Prozesses und die Kontrolle der Kultur in vorteilhafter Weise möglich.

Bei der Arbeitsweise nach dem Verfahren der Erfindung werden Verstopfungen durch Zellmasse verhindert, da diese von der Kulturlösung vor der Verwendung abgetrennt wird.

Die abgeschiedene Zellmasse kann als Zusatzstoff für Futtermittel oder für Kompostierung verwendet werden.

Nach dem Verfahren der Erfindung wird das unverbrauchte Erdöl durch Herausnahme der leichtstockenden η-Paraffine im Cj₀ bis C₂₄-Bereich in den Kälteeigenschaften der betreffenden Fraktionen (Mitteldestillat-Komponente) verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Ausbeute bei der Sekundärgewinnung von Erdöl durch Wasserfluten, bei dem über Tage unter Verwendung anorganischer Nährstoffe, insbesondere von Wuchsstoffen, und Zuführung von Luft bzw. sauerstoff angereicherter Luft bei einer Reaktionstemperatur bis zu 65 C eine wachsende Submerskultur von aeroben Mikroorganismen erzeugt und anschließend ein Teil dieser Kultur direkt in die Lagerstätte eingeleitet oder dem F'utwasser zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Submerskultur durch zusätzliche Zugabe eines aus der Produktion von Rohöl stammenden Rohöl-Wasser-Gemischs mit einem Rohölgehalt von 1 bis 30 Volumprozent erzeugt, das entstandene Vierphasensystem, bestehend aus Zellmasse, unverbrauchtem Rohöl, unverbrauchter Luft und der entstandenen Kulturlösung abgezogen, danach die Phasen voneinander getrennt und anschließend ausschließlich die die Entölung in der Lagerstätte verbessernden Wirkstoffe enthaltende Kulturlösung in die Lagerstätte eingeleitet oder dem Flutwasscr zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierlich wachsende Submerskultur von aeroben Mikroorganismen erzeugt, mit einer konstanten Durchflußrate von 0,1 bis 0,5 Vol./Vol./h der Komponenten gearbeitet und das entstandene Vierphasensystem kontinuierlich abgezogen und getrennt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aerobe Mikroorganismen, die Kohlenwasserstoffe als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle verwerten, aus den Gattungen Candida, Pichia, Nocardien, Mycobakterien und Pseudomonaden verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdöl-Wasser-Gemisch einen Gehalt an Erdöl von 5,0 bis 15 Volumprozent enthält und Wasser aus Lagerstätten und/oder Frischwasser verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdöl-Wasser-Gemisch durch Entzug oder Zusatz \on Wasser auf ein bestimmtes Verhältnis Erdöl zu Wasser eingestellt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung der Kultur durch Zusatz von Alkalien bzw. Säuren ein praktisch konstanter pH-Wert von 2 bis 9, vorzugsweise von 4 bis 6,5, eingestellt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen ΐ bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Luft oder die sauerstoffangereicherte Luft mit einer Belüftungsrate von 0,1 bis 2,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Vol./ Vol./min, der Kultur zugeführt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kultur zugeleitete Gasgemisch einen Sauerstoffgehalt von 20 bis 55 Volumprozent aufweist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Nährlösung Ammonium- und/oder Nitrat-Salz und/oder Harnstoff als Stickstoffquelle sowie andere zur Fortpflanzung der Zellen notwendige anorganische Salze und Wuchsstoffe enthält.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Erdöl mit einem n-Alkan-Gehalt von 5 bis 25 Volumprozent mit einer Kettcnlänge von Q₀ bis C₂₄ verwendet wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulturlösung, in weicher sich die die Entölung in den Lagerstätten verbessernden Wirkstoffe befinden, zum Aufbau eines hochkonzentrierten Polsters an Wirkstofflösung verwendet wird, nach welchem Flutwasser in die Lagerstätte eingeleitet wird.