DE2527240C2

DE2527240C2 - Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen mittels eines Gas/Dampf-Gemisches

Info

Publication number: DE2527240C2
Application number: DE19752527240
Authority: DE
Inventors: Stephen Mark Edmonton Creighton; David Arthur Fort Saskatchewan Redford
Original assignee: Texaco Exploration Canada Ltd
Current assignee: Texaco Exploration Canada Ltd
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1982-03-18
Also published as: BR7503822A; DE2527240A1

Description

a) über die Einblasbohrung eine Mischung aus Dampf einer Sättigung zwischen 60 und 100% und einem sauerstoffhaltigen Gas einbläst und

b) die Kohlenwasserstoffe über die Förderbohrung fördert,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus Dampfund sauerstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur entsprechend der Sättigungstemperatur für gesättigten Dampf beim Druck der die Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation einbiäst

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas Sauerstoff, Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Ab- oder Rauchgas oder eine Mischung derselben umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formation zunächst unter einen Druck setzt, bei der die Temperatur von gesättigtem Dampf im Bereich von 121 bis 260" C liegt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Druck der die Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation einer Sättigungstemperatur für gesättigten Dampf von 121 bis 260°C entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Mischung aus Dampf und sauerstoffhaltigem Gas bei der Temperatur von 121 bis 260⁰C einbläst,

b) das Einblasen der Mischung so lange fortsetzt, bis nicht umgesetzter Sauerstoff an der Förderbohrung erscheint,

c) die beiden Bohrungen schließt, bis der Sauerstoff des sauerstoffhaltigen Gases bei einer Niedrigtemperaturoxidationsreaktion mit den Kohlenwasserstoffen in der Formation verbraucht ist, und

d) sodann zumindest aus der Förderbohrung die Kohlenwasserstoffe entnimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufen a) bis d) wiederholt, wenn die Kohlenwasserstoffentnahme sinkt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl aus der Einblasbohrung als auch aus der Förderbohrung nach der Verschlußperiode Kohlenwasserstoffe entnimmt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation, die von mindestens einer Einblasbohrung und mindestens einer Förderbohrung durchteuft ist, zwischen denen eine Fluidverbindung besteht, wobei man

b) die Kohlenwasserstoffe über die Förderbohrung fördert

Die Gewinnung viskoser öle aus Formationen und Bitumen aus Teersanden hat sich in der Regel als schwierig erwiesen. Obwohl bei der Gewinnung von Schwerölen, d. h. von ölen mit einer API-Schwere im Bereich von 10° bis 25° API, bereits einige Erfolge erzielt wurden, war der Erfolg, wenn überhaupt, bei der Gewinnung von Bitumen aus Teersand bisher äußerst gering. Bitumen kann als hochviskoses öl mit einer Schwere im Bereich von etwa 5° bis 10° API angesehen werden und sind in einem im wesentlichen nicht verfestigten Sand, der als »Teersand« bezeichnet wird, enthalten.

Es sind große Mengen an Teersanden in der Athabasca-Region der Provinz Alberta in Kanada bekannt Diese Lagerstätten enthalten schätzungsweise mehrere hundert Milliarden Barrel öl oder Bitumen. Eine Gewinnung dieser Materialien aus den betreffenden Teersanden nach üblichen »in situ-Verfahren« hat sich jedoch bisher noch nicht als erfolgreich erwiesen. Die Gründe für diese Erfolglosigkeit beruhen hauptsächlich darauf, daß das Bitumen bei der Formationstemperatur extrem viskos und folglich schlecht beweglich ist Daneben besitzen diese Teersandformationen, obwohl sie nicht verfestigt sind, eine sehr niedrige Durchlässigkeit.

Seit bekanntgeworden ist, daß die Viskosität von Öl bei einer Temperaturerhöhung merklich geringer und dadurch die Mobilität des Öls erhöht wird, wurden bereits die verschiedensten thermischen Gewinnungsverfahren zur Gewinnung von Bitumen aus Teersanden ausprobiert Bei diesen thermischen Gewinnungsverfahren erfolgen in der Regel ein Einblasen von Dampf und/oder heißem Wasser und eine in situ-Verbrennung.

In typischer Weise werden bei derartigen thermischen Gewinnungsverfahren die ölführenden Formationen oder Teersandformationen durch eine Einblasbohrung und eine Förderbohrung durchteuft. Bei einem mit zwei Bohrungen arbeitenden Dampfverfahren wird der Dampf durch die Einblasbohrung in die Formation eingeblasen. Nachdem er in die Formation eingedrungen ist, vermag die durch das heiße Fluidum übertragene Wärmeenergie die Viskosität des Öls zu erniedrigen und dadurch dessen Mobilität zu verbessern. Durch das Vorwärtsströmen des heißen Fluids wird dann das Öl zur Förderbohrung getrieben und dort gefördert bzw. entnommen.

Unter Verwendung von Dampf arbeitende thermische Verfahren werden auch bereits mit einer einzigen Bohrung durchgeführt Diese Verfahren sind als »huff and puff«-Verfahren bekannt. Bei der Durchführung dieser Verfahren wird Dampf in einer solchen Menge eingeblasen, daß die unterirdische, Kohlenwasserstoff führende Formation in der Nähe der Bohrung erwärmt wird. Nach einer gewissen Purchtränkungszeii während der die Bohrung geschlossen wird, wird die Bohrung auf Förderung umgeschaltet.

Bei der üblichen Vorwärts-in-situ-Verbrennung wird ein sauerstoffhaltiges Gas. wie Luft, über eine Bohrung in die Formation eingeblasen, worauf nahe dem Bohrloch in üblicher bekannter Weise, beispielsweise durch eine in das Bohrloch eingeführte, mit Gas befeuerte Heizeinrichtung oder eine durch das Bohrloch

abgesenkte elektrische Heizeinrichtung oder auf chemischem Weg, eine Verbrennung des Rohprodukts an Ort und Stelle eingeleitet wird. Hierauf wird das Einblasen des sauerstoffhaltigen Gases fortgesetzt, um eine gebildete Verbrennungsfront aufrechtzuerhalten und , um die Front durch die Formation in Richtung auf die Förderbohrung hin voranzutreiben.

Da die Verbrennungsfront durch die Formation fortschreitet, entsteht hinter der Front ein im Idealfall aus einer sauberen Sandmatnx bestehendes »sauberes« u> bzw. »gespültes« Gebiet. Vor der fortschreitenden Front bilden sich verschiedene benachbarte Zonen aus, die dann ebenfalls vor der Verbrennungsfront hergeschoben werden. Diese Zonen können als Destillationsund Krackzone, Kondensations- und Verdampfungszone, als ölbank und als jungfräuliche oder nicht geänderte Zone angesehen werden.

Die Temperatur der Verbrennungsfront liegt in der Regel im Bereich von 399° bis 593³C Die in dieser Zorn; erzeugte Hitze wütlin die Destillations- und Krackzone :o vor der Verbrennungsfront übertragen. In der Destinations- und Krackzone wird dann das Rohprodukt destilliert und gekrackt, in dieser Zone existiert ein scharfer thermischer Gradient, wobei die Temperatur von der Temperatur der Verbrennungsfront auf etwa r> 149° bis 232° C absinkt. Da die Front fortschreitet und die Temperatur in der Formation steigt, werden die ein größeres Molekulargewicht aufweisenden Kohlenwasserstoffe des Öls carbonisierL Diese koksartigen Materialien werden auf der Matrix abgelagert und sind jo der mögliche Brennstoff zur Aufrechterhaltung der fortschreitenden in situ-Verbrennung.

Vor der Destinations- und Krackzone befindet sich eine Kondensations- und Verdamt/fungszone. Bei dieser Zone handelt es sich um ein thermisches Plateau, deren n Temperatur je nach dem Druck und den Destillationseigenschaften der darin enthaltenen Fluide etwa 93° bis 232°C beträgt. Die Fluide bestehen aus Wasser, Dampf und Kohlenwasserstoffanteilen des Rohprodukts.

Vor der Kondensations- und Verdampfungszone liegt w eine ölbank, die sich bei der fortschreitenden in situ-Verbrennung und der Verdrängung des Formationsrohprodukts in Richtung auf die Förderbohrung hin bildet. Diese Zone hoher ölsättigung enthält nicht nur Reservefluide, sondern auch Kondensat, gekrackte Kohlenwasserstoffe und gasförmige Verbrennungsprodukte, die möglicherweise die Förderbohrung erreichen und aus dieser entnommen werden.

Es sind die verschiedensten Versuche zur Verbesserung der in situ-Verbrennung bekanntgeworden. So >o wurde beispielsweise bereits gleichzeitig oder intermittierend mit dem sauerstoffhaltigen Gas Wasser eingeblasen, um die Restwärme in der Formation hinter der Verbrennungsfront auszunutzen und hierbei die ölgewinnung zu erhöhen. Es ist ferner bekannt, die η eingeblasene Wassermenge zu steuern, um die Anpassung oder Spülung zu verbessern.

Die Erfahrung hat jedoch in der Regel gezeigt, daß diese üblichen thermischen Verfahren trotzdem bei ihrer Anwendung auf die Gewinnung von Schwerölen oder Bitumen nicht erfolgreich sind. Wenn die Kohlenwasserstoffe, deren Gewinnung angestrebt wird, eine niedrige API-Schwere aufweisen, kommt es vor der thermischen Front in starkem Ausmaß zum Aufbau der Ölbank. Da vor der Front die Wärmeübertiagung t,; gering ist, kühlen diese schweren Kohlenwasserstoffe ab und werden dadurch immobil. Hierdurch kommt es zu einer Verstopfung der Formation mit dem Ergebnis, daß das Einblasen von Luft m Falle der in situ-Verbrennung oder von Dampf im Falle der Dampfinjektion nicht mehr möglich ist.

Weiterhin kommt es bei der Anwendung der in situ-Verbrennung auf Schweröle zu einer Carbonisierung der hochmolekularen Fraktionen und Ablagerung der hierbei gebildeten kohleartigen Niederschläge, die dann als Brennstoff für die in situ-Verbrennungsreaktionen dienen. Da das Öl einen hohen ProzentanttH an diesen Fraktionen enthält, erfolgen eine sehr starke Brennmaterialablagerung und folglich eine starke Verlangsamung der Bewegung der Verbrennungsfront. Dies hat einen hohen Sauerstoffbedarf pro Barrel gefördertes öl und eine niedrige ölgewinnungsrate zur Fof^e.

Die geschilderten Schwierigkeiten kommen noch mehr zur Geltung, wenn die bekannten Verfahren auf Terrsande angewendet werden. Dies ist nicht nur auf die vorhandenen Bitumina niedriger API-Schwere, d. h. einer API-Schwere von 6° bis 8° API, und einer höheren Viskosität, d. h. einer Viskosität im Bereich von Millionen von Centipoises, sondern auf die niedrige Durchlässigkeit der Teersande zurückzuführen. Insbesondere aus letzterem Grunde hat es sich als äußerst schwierig erwiesen, innerhalb der Formation eine Fluidverbindung herzustellen bzw. zu schaffen.

Die DE-AS 12 41 77v beschreibt ein Verfahren zum Fördern von Bitumina aus Lagerstätten durch in situ-Verbrennung in einer quer zur Fließrichtung der Wasserflutung verlaufenden Behandlungszone, in die ein erwärmtes Verbrennungsgas eingeführt wird, das sich unter normalen Lagerstättenbedingungen im Lagerstätteninhalt einlöst oder kondensiert, wobei dem Verbrennungsgas ein auf 80 bis 97 Vol.-% Sauerstoff angereicherter Sauerstoffträger zugegeben und unter Tage gezündet wird. Dadurch wird eine quer zur Flutrichtung verlaufende Brennzone zwischen eieer druckhöheren Behandlungsbohrung und einer drucktieferen Leitbohrung aufgebaut. Das Verbrennungsgas besteht zwingend aus Wasserdampf und Kohlendioxid, das durch die Zumischung von Sauerstoff in ein »aktiviertes Verbrennungsgas« umgewandelt wird. Das Verbrennungsgas muß in einem ersten Arbeitsgang über Tage aus insbesondere gasförmigen Bestandteilen des Lagerstätteninhalts durch Verbrennung mit angereichertem Sauerstoff hergestellt werden, was eine aufwendige Maßnahme darstellt und als Nachteil zu bewerten ist. Die US-PS 28 39 141 befaßt sich mit einem Verfahren, bei dem ebenfalls ein Gemisch aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas eingesetzt wird, wobei jedoch der Dampf überhitzt ist und 30 bis 50 Gew-% dieses Gemisches ausmacht, während der Gehalt an Sauerstoff mehr als 6 Gew.-% beträgt. Die Temperatur des in die Formation eingeblasenen Dampfes muß deutlich über der Sättigungstemperatur liegen, da die Kondensation so lange nicht auftritt, bis die Mischung einen gewissen Abstand von der Einblasbohrung erreicht hat. Es erfolgt demzufolge bei diesem Verfahren eine Verbrennung bei einer relativ hohen Temperatur, was unter wirtschaftlichen sowie technischen Gesichtspunkten nachteilig ist. Nach »Erdöl und Kohle«, Februar 1958, S. 72 bis 75 wird ein Luft/Verbrennungsgas/Wasserdampf-Gemisch eingesetzt, das bei Temperaturen zwischen 180 und 200°C an die Lagerstätte bei einem Injektionsdruck von 25 bis 28 kp/cm² eingepreßt wird. Es handelt sich also um eine Kombination zwischen einem Heißgas- und einem Verbrennungsverfahren. Hierbei ist es bezüglich des

Wärmeaufwandes nachteilig, daß auch in den entölten Zonen eine relativ hohe Temperatur beibehalten werden muß. Aus der »Erdöl-Zeitschrift«, Oktober 1957, S. 263 bis 271 geht ein Verfahren hervor, das dem eingangs beschriebenen gleicht. Danach soll eine i Mischung aus 55% Dampf und 45% Luft bei einem Druck von 24,5 Atmosphären und einer Temperatur von 318°C in die unterirdische Formation eingeleitet werden. Eine derartige Temperatur liegt weit überhalb der Sättigungstemperatur gesättigten Dampfes beim in Formationsdruck und führt im allgemeinen zu einer nicht kontrollierten Verbrennung. Auch das sich aus »The Petroleum Engineer«, April 1956, S. B83 bis B86 ergebende Verfahren iöst die oben aufgezeigten Probleme nicht ι -,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das einleitend beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß die erwähnte Verbrennung kontrolliert erfolgen kann, um insbesondere auf diese Weise einfach und wirtschaftlich niedrige Schwere aufweisende Viskoseöle oder >n Bitumen gewinnen zu können.

Erfindungsgernäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man die Mischung aus Dampf und sixierstoffhaltigem Gas bei einer Temperatur entsprechend der Sättigungstemperatur für gesättigten Dampf beim :j Druck der die Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation einbläst.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit besonderem Vorteil zur Gewinnung von Bitumen und Kohlenwasserstoffen aus Lagerstätten geringer Mobili- jo tat, z. B. bei Teersandformationen, anwenden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Stufe a) gesättigter Dampf eingeblasen, wobei die Kohlenwasserstoffe direkt aus der Förderbohrung entnommen jj werden.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Druck der die Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation einer Sättigungstemperatur für gesättigten Dampf von 121 bis -ίο 260° C en spricht, ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Mischung aus Dampf und sauerstoffhaltigem Gas bei der Temperatur von 121 bis 260° C einbläst,

b) das Einblasen der Mischung so lange fortsetzt, bis nicht umgesetzter Sauerstoff an der Förderbohrufig erscheint,

c) die beiden Bohrungen schließt, bis der Sauerstoff des sauerstoffhaltijen Gases bei einer Niedrigtemperaturoxidationsreaktion mit den Kohlenwasserstoffen in der Formation verbraucht ist, und

d) sodann zumindest aus der Förderbohrung die Kohlenwasserstoffe entnimmt.

Die obengenannten Verfahrensstufen a) bis d) können 5ί wiederholt werden, wenn die Förderung der Kohlenwasserstoffe zu stark absinkt. Die Verschließperiode dauert mindestens so lange, bis praktisch der gesamte eingeblasene Sauerstoff verbraucht ist. Dann wird erneut eine Mischung aus Dampf und sauerstoffhalti- ho gern Gas eingeblasen.

Nach dem Verschließen kann sowohl aus der Kinblasbohrung als auch aus der Förderbohrung gefördert werden.

Diese Ausführungsform des Verfahrens gemäß der *■·, Erfindung kann sowohl mit gesättigtem als auch mit überhitztem Dampf durchgeführt werden.

Ks hai sich gezei/l. daß man durch gleichzeitiges Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases und von Dampf eine in situ-Verbrennung eines Teils des Bitumens bei der Temperatur des gesättigten Dampfes erreichen kann. Hierbei erfolgt dann eine Niedrigtemperaturverbrennung bzw. gesteuerte Oxidation, die bei einer weit niedrigeren Temperatur als bei der üblichen in situ-Verbrennung oder bei nicht gleichzeitiger Einblasung von Dampf mit dem sauerstoffhaltigen Gas abläuft

Ein Vergleich des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem üblichen in situ-Verbrennungsverfahren erhellt ohne weiteres die Vorteile der Erfindung. Bei einem üblichen in situ-Verbrennungsverfahren kommt es — bei seiner Anwendung auf Schweröle — wegen des hohen prozentualen Anteils an schweren Bestandteilen in einem viskosen öl oder Bitumen zu einem langsamen Fortschreiten der Front und einer starken Verkokung während ihres Fortsc'nreitens. Diese starke Verkokung führt dazu, daß eine große Menge der vor Ort befindlichen Kohlenwasserstoffe carbonisiert wird. Dies führt ferner zu einem höhe¹" :n Brennmaterialverbrauch und einer geringeren ölacsbeute. Ferner kann diese starke Verkokung auch eine derart starke Verringerung der Durchlässigkeit der Formation zur Folge haben, daß die Verbrennung überhaupt aufhört Bei dem Verfahren nach der Erfindung kommt es dagegen während des Fortschreitens der Verbrennung durch die Formation nur zu einer äußerst geringen Verkokung, da das Oxidationsverfahren derart gesteuert wird, daß die in situ-Verbrennung ohne übermäßige Carbonisierung der Kohlenwasserstoffe aufrechterhalten bleibt. Bei dieser Art Oxidationsreaktion kommt es zu keiner Blockierung infolge übermäßiger Carbonisierung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß wegen der verbesserten Aufbrechung und Mobilität vor der Front die abgebauten Kohlenwasserstoffe mobil werden und in die jungfräuliche Formation gelangen können. Dort dienen sie zur Verdünnung der vor Ort liegenden Kohlenwasserstoffe und zur Verbesserung ihrer Beweglichkeit Dies hat zur Folge, daß eine Blockierung infolge übermäßiger Ansammlung von viskosem Öl vor der Front ebenfalls vermindert und zusätzliche Kohlenwasserstoffe gewonnen werden können.

Die Umverteilung der Oxidationsreaktionen und die Erhöhung der FortschreitgeschwinJigkeit der Front lassen sich durch eine Erniedrigung der Temperatur zur Steuerung der Verbrennung erreichen.

Es wird postuliert, daß die bei gleichzeitiger Verwendung von Dampf und eines sauerstoffhaltigen Gases auftretende Oxidation als oxidativer Molekularabbau erklärt werden kann. Hierbei handelt es sich nicht zwangsläufig um eine Verbrennung sämtlicher großer Asphaltmoleküle, die bekanntlich in Teersanden enthalten sind. Der Mechanismus kann vielmehr als Spaltung von Asphaltdrusen zu Kohlenwasserstoffen relativ niedrigen Molekulargewichts größerer Mobilität angesehen werden. Der Molekularabbau kann auf einer milden thermischen Krackung, die als »Aufspaltung« oder »Aufbrechen« bezeichnet wird, beruhen. Das Verfahren kann als gesteuertes Oxidationsverfahren angesehen werden, bei welchem der Dampf die Verbrennungsgeschwindigkeit nahe 'Jer Einblasstelle teilweise dämpft oder erniedrigt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Temperatur über die Temperatur des gesättigten Π ^mpfeE steigt.

Anzeichen dafür sind, daß einige Oxidationsreaktionen bei niedrigen Temperaturen, d.h. etwa 204⁰C,

ablaufen. Andere Reaktionen. z. B. die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, laufen bei solchen Temperaturen nicht ab. Durch Steuern der Temperatur in der Formation lassen sich die Reaktionen mit Kohlenstoff vermindern oder vollständig ausschalten, so daß der nicht umgesetzte Sauerstoff weiterhin die Formation durchdringen kann, bevor er eine Reaktionsstelle findet, d. h„ die Aktivierungsenergie ist nicht hoch genug für Kohlenstoff/Sauerstoff-Reaktionen, sie reicht jedoch für die Reaktion von Sauerstoff mit einigen Bitumenfraktionen vollständig aus.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird zunächst eine Kohlenwasserstoff führende Formation mit einem schweren Rohmaterial oder einem bitumenhaltigen Teersand durch mindestens eine Einblasbohrung und eine Förderbohrung durchteuft. Dann wird ein sauerstoffhaltiges Gas. wie Luft, eingeblasen, bis eine gute Durchlässigkeit erreicht ist. Es kann erforderlich sein.

UlC rOrrridiiuM aufzubrechen ünd/odcr Cin LoVtirigSiTJIi

tel einzutreiben, um eine gute Durchlässigkeit zu gewährleisten. Hierauf wird ein Gemisch aus dem sauerstoffhaltigen Gas und Dampf, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 12Γ bis 260"C entsprechend der Temperatur des gesättigten Dampfes bei dem Formationsdruck, eingeblasen. Versuche haben gezeigt, daß sich Temperaturen von etwa 216~C gut eignen. Bei Verwendung von gesättigtem Dampf läßt sich eine wirksame Steuerung der Temperatur in der Formation sicherstellen.

Es hat sich — wie allgemein bekannt — gezeigt, daß sich bei dieser Maßnahme die Niedrigtemperatur-insitu-Verbrennung ohne Verwendung von nach unten abgelassene elektrische Heizeinrichtungen oder Gasbrenner oder Anwendung chemischer Verbrennungsverfahren, wie sie bei einer üblichen Hochtemperaturverbrennung erforderlich sind, in Gang setzen läßt.

Das sauerstoffhaltige Gas kann aus Luft oder einem Gemisch aus Sauerstoff und einem nicht kondensierbaren Gas. wie Stickstoff. Kohlendioxid oder Ab- oder Rauchgas, oder aus praktisch reinem Sauerstoff bestehen.

Es hat sich ferner gezeigt, daß nicht zwangsläufig qualitativ hochreiner (100°/oiger) gesättigter Dampf benötigt wird. Es wurden Versuche mit Dampf niedrigerer Qualität (60%) gefahren, wobei die Kohlenwasserstoffgewinnung vergleichbar war mit der Kohlenwasserstoffgewinnung bei Verwendung von qualitativ höherwertigem Dampf.

Da die Temperatur der Mischung vorzugsweise im Bereich von 12Γ bis 260⁰C liegen soll, kann man — um diese Temperatur zu erreichen — Eweckmäßigerweise die Formation auf einen Druck entsprechend der Temperatur von gesättigtem Dampf in dem gewünschten Temperaturbereich bringen. So kann beispielsweise die Formation zunächst auf einen Druck von 21 kg/cm² gebracht werden, so daß die Temperatur des eingeblasenen Dampfes und sauerstoffhaltigen Gases in der Größenordnung von 216°C liegt.

Ein beträchtlicher Anteil des eingeblasenen Dampfes und saiierstoffhaltigen Gases passiert die Verbrennungszone, so daß der Sauerstoff in dem Gas mit dem an Ort und Stelle befindlichen Kohlenwasserstoff unter Gewährleistung der erforderlichen gesteuerten Oxidation reagieren kann. Durch kontinuierliches Einblasen des Gemisches wird der gespülte Bereich hinter der Front im Temperaturbereich von 12Γ bis 260⁰C gehalten. Hierdurch wird gewährleistet, daß die in siiü-Vcrb-CMMüng aufrechterhalten bleib! und durch die Formation fortschreitet.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel I

Es wurde eine Reihe von Laborversuchen unter Verwendung von Teersand aus der McMurray-Formation in Aloerta, Kanada gefahren. In einen Kasten mit einer Län^-^ von etwa 38 cm und eines Durchmessers von etwa 46 cm wurden etwa 77,1 bis 86,2 kg Teersand gepackt. Der Kasten war derart ausgelegt, daß er bei gesteuerten Temperaturen bis 216'C und Drucken bis 21 kg/cm-' arbeitete. Er enthielt simulierte Einblas- und Förderbohrungen. Daneben enthielt der Kasten eine Reihe von Thermoelementen, so daß die jeweiligen Temperaturen über die Kastenlänge und -breite hinweg gemessen und die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit berechnet werden konnten. Zwischen die simulierten Bohrungen wurde ein Verbindungspfad aus sauberem Sand einer Korngröße von 0,833 bis 0,417 mm (20 bis 40 mesh) gelegt. Vor Beginn des Versuchs wurde durch Einblasen von Stickstoff eine Fluidverbindung hergestellt.

Bei einem typischen Versuch wurde der Druck im Kasten auf 21 kg/cm- gehalten. Die in situ-Verbrennung wurde durch gleichzeitiges Einblasen von Luft und Dampf bei einer Sättigungstemperatur des Dampfes von etwa 214" C und einem Druck von etwa 21 kg/cm² in Gang gesetzt. Die bei dem Versuch erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle

Versuch Emgeblasenes Fluid	F.inblasdmck Finblastempe-	ratur in "C	Dauer in Std.	Förderge	Gewinnung
	in kg/cm²			schwindigkeit ^b)	in '!,
		214		in kg/Std.
1 Dampf	21	214	9	0.254	22*)
2 Luft und Dampf	21	214	26	0.449	43*)
3 Sauerstoff und Dampf	21	214	13	0.950	63*)
4 Luft und DampP)	21	beendet.	27	0.331	43*)
; NöfTTiälcrWCiSC \jCl ClViCT* WaSSCrfCrdCrul	ig von 96^!*
³I Dampfquai tat 60^:-..
^U\| Bei 14'iieer Gewinnuna.

IO

Die Ergebnisse /eigen, daß bei Verwendung von Luft/Dampf-Gemischen oder Sauerstoff/Dampf-Gemisehen die Förderung von Bitumen höher war als bei Verwendung von Dampf allein. Weiterhin war die Fördergeschwindigkeit bzw. die Förderausbeute höher. Es wurden auch gasförmige Produkte gefördert, die etwa 20% CO₂ und 2 bis 3% CO enthielten. Dies zeigt, da¹¹ eine in situ-Verbrennung stattgefunden hat. Die in dem Kasten gemessene Maximaltemperatur betrug die von gesättigtem Dampf (214"C). Dies steht im Gegensatz zu den bei einer üblichen in situ-Verbrcnnung auftretenden hohen Temperaturen im Bereich von 427° bis 538° C.

Bei einer Analyse aes Kasteninhalts nach einem Versuch wurde ferner gefunden, daß das System noch etwas vorhandenes kohleartiges Material enthielt. Offensichtlich führten der rasche Wärmetransport von der Stelle des Beginns der Verbrennung weg und die Tatsache, daß im System restliches verbrennbares Material zurückblieb, zu einem nicht vollständigen Sauerstoffverbrauch in einer engen Verbrennungs/one. wie dies bei einer üblichen in situ-Verbrennung der Fall ist. So tritt ohne e^;ne schmale und genau abgegrenzte Verbrennungsfront die Sauerstoffverbrennung in gegebener Zeit in einem weit größeren Formationsvolumen auf, was zu einer Eirhöhung der Förderleistung und zu einem praktisch vollständigen Ausspülen der Formation führt.

Ein weiteres unerwartetes Ergebnis dieser Versuche bestand darin, daß die Hauptmenge des geförderten Produkts aus Bitumen mit Wasserdispersionen oder -einschlössen bestand. Bei Verwendung von Dampf allein war der Mauptteil des geförderten Bitumens in einem Dampfkondensat emulgiert.

Zusammenfassend lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Schweröle oder Bitumen durch F.inblasen einer Mischung aus einem sauerstoffhaltigen Gas und Dampf bei einer Temperatur entsprechend der Sättigungstemperatur für den Formationsdruck gewinnen. Hierbei findet eine Niedrigtemperaturverbrennung bzw. gesteuerte Oxidation statt. Diese bleibt innerhalb der Formation in situ bei einer Temperatur von Ι2Γ bis 260⁰C aufrechterhalten. Das Ergebnis davon ist eine erhöhte Gewinnung des Ols oder Bitumens aus der Formation.

Beispiel 2

Unter Verwendung des Sandes und von Kästen entsprechend Beispiel 1 wurde eine Reihe von Versuchen gefahren. Die Kästen wurden genau wie in der in Beispiel I geschilderten Weise mit Sand gepackt.

Bei einem typischen Versuch wurde der Druck während der Versuchsdauer auf 21 kg/cm² gehalten. Die Niedrigtemperaturoxidation wurde durch gleichzeitiges Einblasen von Luft und Dampf bei einer Temperatur von etwa 2I4°C, d. h. der Temperatur von gesättigtem Dampf, in Gang gesetzt. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle Il zusammengestellt.

Tabelle

Versuch	Eingeblasenes Fluid	Hinblasdruck	liinblastempe-	Dauer in Std.	Förderge	Gewinnung
		in kg/cnr	ratur in ⁰C		schwindigkeit ')	in %
					in kg/Std.
1	Dampf	21	214	9	0.254	22")
2	Dampf)	21	214	6.5	0.236	22")
3	Luft/Dampf)	21	214	7.5	0.499	30")
4	Luft/DampP)	21	214	25	0,449	47

^J/ Bei I4%iger Gewinnung.

^b) Normalerweise bei einer Wasserförderung von 96% beendet.

'") Durchtränkungsdauer nach 3 Std. unter Druckabfall: anschließendes Einblasen von Dampf. ^J) Ohne Durchweichungsperiode.

^;) Nach 15 Std. Zyklus mit 20-minütiger Einblasung: 20 Minuten Durchweichen und 10 Minuten Abziehen für eine Dauer von 10 Std.

Die Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung von Luft und Dampf (Versuche 3 und 4) die Gewinnungsgeschwindigkeit am Punkt einer 14%igen Gewinnung stark steigt und daß auch die Gesamtfördermenge im Vergleich zur bloßen Verwendung von Dampf (Versuche 1 und 2) erhöht ist

Die Einschaltung von Durchweichperioden, in denen die Luft länger mit dem Bitumen reagieren kann (Versuch 4), erhöht die Gesamtfördermenge aus dem betreffenden Versuch stark.

Der Verbindungsweg kann derart ausgelegt werden, daß er Dampf und Lufl aufnimmt und folglich eine heiße Zone, wie sie für das Fließen von Bitumen notwendig ist entsteht Der Weg kann durch übliches hydraulisches Brechen oder durch Verwendung von Lösungsmitteln erzeugt werden.

Das sauerstoffhaltige Gas kann aus Luft angereichertem Sauerstoff oder praktisch reinem Sauerstoff bestehen. Angereicherter Sauerstoff umfaßt auch Sauerstoff in Mischung mit einem nicht kondensierbaren Inertgas, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Ab- bzw. Rauchgas. Der Dampf sollte eine Temperatur im Bereich von etwa 12 Γ bis 260° C aufweisen.
Zusammenfassend lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Schweröle oder Bitumen aus unterirdischen Formalionen durch Ausbildung eines FJuidverbindungswegs rwischen zwei die Formation durchteufenden Bohrungen und anschließendes Einblasen einer

Il

Mischung eines saucrstoffhaltigen Gases und von Dampf /ur F.rwärmung des Verbindungsweges durch Niedrigtemperatiirverbrennung bei einer Temperatur im Bereich von Ι2Γ^Λ bis 260"C gewinnen. Nach dem luftblasen der Mischung werden die Bohrungen geschlossen, damit der vorhandene Sauerstoff bei der

Umsetzung mit dem Bitumen verbraucht und die Wärme in der Formation verteilt wird. Schließlich werden die Bohrungen auf Förderung umgeschaltet. Der ganze Zyklu* kann, nachdem die Fördermenge abgesunken ist, erneut in Gang gesetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation, die von mindestens einer Einblasbohrung und mindestens einer Förderbohrung durchteuft ist, zwischen denen eine Fluidverbindung besteht, wobei man