DE2636590A1 - Oil extraction from underground deposits - by induction heating in situ to vaporise or gasify the oil - Google Patents

Oil extraction from underground deposits - by induction heating in situ to vaporise or gasify the oil

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Abstract

Extraction of hydrocarbons from underground deposits comprises electrical induction heating of defined sections of the deposit to a temp. sufficient to vaporise or gasify at least part of the hydrocarbons, with collection of the products. Heating may be sufficient to cause cracking into gas and lower boiling liquid fractions which distil off and are collected. Used esp. for treatment of sand-bound bitumen, slate-bound kerogen and lignite-contg. deposits. Hydrocarbons can be recovered in a safe and economical way without loss by partial combustion or carbonisation, even from the extensive lignite deposits. Part of the refining process is carried out underground, making efficient use of the heat supplied. Some difficult refining problems e.g. sepn. of suspended clays from crude oil from bituminous said deposits, are avoided.

Description

E x t r a k t i o n v o n K o h l e n w a s s e r - E x t r a k t i o n v o n K o h l e n w a s s e r -

stoffen. fabrics.

Die Erfindung betrifft die Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus unterirdischen Kohlenwasserstoff-Ablagerungen. The invention relates to the extraction of hydrocarbons from underground hydrocarbon deposits.

Im nördlichen Teil der kanadischen Provinz Alberta befinden sich Lagerstätten sogenannter "Teersande" (, die man wahrscheinlich richtiger bituminöse Sande nennen sollte). Gelegentlich liegen die Lagerstätten an der Oberfläche frei, sind jedoch im allgemeinen von einer Bodenschicht unterschiedlicher Dicke bedeckt. Die bituminösen Sande enthalten einen großen Anteil Quarzsand von z.B. 80%, kleine Mengen Ton, ungefähr 5% Wasser und ungefähr 15, häufig jedoch auch weniger Gewichtsprozent Bitumen. Man schätzt, daß die bituminösen Sand-Ablagerungen mehr als 1012 Barrels Öl enthalten, Schon seit Jahren werden Anstrengungen zur Gewinnung des öls unternommen. Verschiedene Gewinnungsverfahren sind vorgeschlagen worden. Zu diesen geHört der Vorschlag, den Sand abzubauen und anschließend das Rohöl aus dem Sand zu extrahieren. Mit dem Abbau und der zugeordneten Extraktion sind jedoch unvertretbar hohe Kapitalinvestitionen, hoher Energieeinsatz, ökologische Schäden und Kosten für Extraktion und Raffination verbunden.There are deposits in the northern part of the Canadian province of Alberta so-called "tar sands" (which are probably more correctly called bituminous sands should). Occasionally the deposits are exposed on the surface, but are generally covered by a soil layer of varying thickness. The bituminous Sands contain a large proportion of quartz sand, e.g. 80%, small amounts of clay, approximately 5% water and about 15, but often less, weight percent bitumen. Man estimates that the bituminous sand deposits contain more than 1012 barrels of oil, Efforts to extract the oil have been made for years. Different Recovery methods are suggested been. Belongs to these the proposal to mine the sand and then extract the crude oil from the sand. With the mining and the associated extraction, however, unacceptably high capital investments are required, high energy consumption, ecological damage and costs for extraction and refining tied together.

Weitere Vorschläge gehen dahin, daß Rohöl aus den Sanden an Ort und Stelle, d.h. in situ ohne vorherigen Abbau des Sandes zu extrahieren. Unter Berücksichtigung der Erkenntnis, daß die meisten abbauwürdigen Rohöllager sehr viel tiefer als die bituminösen Sande in Alberta liegen und daher höheren Temperaturen und Drücken als diese ausgesetzt sind, wurde der Vorschlag gemacht, auf künstlichem Wege in den bituminösen Sanden Albertas gleiche Bedingungen zu erzeugen. Kein Erfolg brachte der Einsatz von Wechselstrom, der an zwei in eine bituminöse Sand-Ablagerung eingebettete Elektroden angelegt wurde, um einen Abschnitt der bituminösen Sand-Ablagerung durch Stromwärme zu erwärmen. Dies lag gewöhnlich an der Bildung verkohlter Strompfade zwischen den Elektroden, wodurch die Stromstärke begrenzt wurde. Da die thermische Leitfähigkeit der Ablagerungen relativ klein ist, konnte durch Erwärmung einzelner Pfade relativ kleiner Abmessungen innerhalb einer bituminösen Sand-Ablagerung auch keine Erhöhung der Gesamttemperatur der Ablagerung oder wenigstens eines ausreichend großen Volumens derselben auf einen gewünschten Wert erzielt werden.Other proposals are that crude oil from the sands in place and Site, i.e. extracting in situ without prior removal of the sand. Considering realizing that most minable crude oil deposits are much deeper than that bituminous sands are located in Alberta and therefore have higher temperatures and pressures than If these are exposed, the suggestion was made to enter the Bituminous sands of Alberta to create equal conditions. No success brought the use of alternating current embedded in a bituminous sand deposit at two Electrodes were applied to a section of the bituminous sand deposit through it To heat electricity heat. This was usually due to the formation of charred current paths between the electrodes, which limited the current. Since the thermal Conductivity of the deposits is relatively small, could be caused by heating individual Paths of relatively small dimensions within a bituminous sand deposit also no increase in the overall temperature of the deposit, or at least sufficient large volume of the same can be achieved to a desired value.

Ein weiterer Vorschlag geht dahin, Rohöl aus unterirdischen bituminösen Sand-Ablagerungen durch gewaltsames Einleiten von Dampf in die Ablagerung zu extrahieren und das Bitumen zu emulgieren. Der Einsatz von Dampf erfordert jedoch die Erzeugung großer Mengen Prozeßwärme an der Oberfläche. Außerdem gibt es das Problem, daß der Dampf nicht immer im zum ausreichenden Maß auf denjenigen Abschnitt der Abl-agerung beschränkt werden kann, aus welchem das Rohöl extrahiert werden soll. Der Dampf hat vielmehr dic Neigung, aus behandelten Ablagerung auszublasen. Bin zu einer halben Tonne Dampf war zur Gewinnung eines Barrels Rohöl erforderlich. Außerdem zeigen die heiben Emulsionen, die einen hohen pH-Wert haben, die Neigung, Quarz zu lösen und Ton @u verdrängen, woraus sich Fließ- und Trennungsprobleme er@@-ben.Another proposal is to extract crude oil from underground bituminous Extract sand deposits by forcing steam into the deposit and emulsify the bitumen. However, the use of steam requires generation large amounts of process heat on the surface. aside from that there is that Problem that the steam is not always in sufficient measure on that section the deposit from which the crude oil can be extracted can be restricted target. Rather, the steam has a tendency to blow out of the treated deposit. Half a ton of steam was required to produce a barrel of crude oil. In addition, the hot emulsions that have a high pH value tend to To dissolve quartz and displace Ton @u, from which flow and separation problems arise.

Weiterhin Ist auch vorgeschlagen worden, einen-Teil des Rohöls an Ort und Stelle abzubrennen und dadurch so viel Wärme zu erzeugen, daß sich die Temperatur des verbleibenden Teils des Rohöls ausreichend genug erhöht, daß es in geeignete Bohrungen fließen kann, aus denen es sich dann extrahieren oder abziehen läßt. Diese Verfahren sind jedoch bis heute im großen und ganzen unbefriedigend geblieben und würden selbst bei zufriedenstellender praktischer Durchführbarkeit einen großen Teil der im unterirdischen Rohöl gespeicherten Energie aufgrund des Verbrennungsvorganges vergeuden.Furthermore, it has also been proposed to supply some of the crude oil Burn down on the spot and thereby generate so much heat that the temperature of the remaining part of the crude oil is increased sufficiently enough to turn it into suitable Bores can flow from which it can then be extracted or subtracted. These However, methods have remained largely unsatisfactory to date and would be a great one even if the practical feasibility is satisfactory Part of the energy stored in the underground crude oil due to the combustion process waste.

Auch Kernexplosionen, allerdings ohne experimentelle Überprüfung,sind schon erwogen worden, um die Temperatur und den Druck in einer unterirdischen Ablagerung zu erhöhen und dadurch die Gewinnung mindestens eines Teils des Rohöls zu ermöglichen. Sicherlich jedoch würde das Rohöl durch eine Kernexplosion mindestens teilweise verkohlt. Außerdem wäre der überwiegende Anteil oder sogar das gesamte Rohöl, das sich mit einem solchen Verfahren, wenn es überhaupt praktikabel wäre, gewinnen liesse, radioaktiv verseucht.There are also nuclear explosions, albeit without experimental verification Considered the temperature and pressure in an underground deposit to increase and thereby enable the extraction of at least part of the crude oil. Certainly, however, a nuclear explosion would at least partially destroy the crude oil charred. Also, most or all of the crude oil would be that With such a procedure, if it were at all practicable, it could be won, radioactively contaminated.

In Cotorado und anderen Gebieten der Vereinigten Staaten befinJ*n sich große 1schiefer-Lager. Manchmal liegen die Olschie-fer-Ablagerungen an der Oberfläche frei, sind jedoch im altgemeinen von anderen Formationen überdeckt. In den Glschinfern ist Kerogen eingeschlossen oder angebunden.Located in Cotorado and other areas of the United States large 1 slate warehouse. Sometimes the oil schist deposits are on the Surface free, but are generally covered by other formations. In Kerogen is enclosed or bound to the Glschinfern.

Auch kier ist die Extraktion des öles aus dem Schiefer bis heute wirtschaftlich nicht attraktiv wegen der schwierigen Probleme im Zusammenhang mit der Trennung des öls vom Schiefer.The extraction of the oil from the slate is also economical to this day not attractive because of the difficult problems associated with the breakup of the oil from the shale.

Schließlich gibt es in vielen Teilen Nordamerikas beträchtliche unterirdische Lignit-Ablagerungen. Eine wirtschaftlich rentable Methode zur Gewinnung des Lignits ist nicht bekannt. Der mechanische Abbau hat sich in der überwiegenden Anzahl der Fälle als unmöglich oder extrem gefährlich erwiesen wegen der ernsthaften Gefahr, daß öl oder Gas, die häufig in Verbindung mit Lignit-Ablagerungen angetroffen werden, explodiert. Die Lignit-Ablagerungen stellen eine große potentielle Kohlenwasserstoff-Reserve dar, und es existiert ein Bedürfnis für eine sichere und befriedigende Methode zur Gewinnung dieser Kohlenwasserstoffe.After all, there are sizable undergrounds in many parts of North America Lignite deposits. An economically viable method of extracting the lignite is not known. The mechanical breakdown has prevailed in the majority of the Cases proven impossible or extremely dangerous because of the serious danger that oil or gas, which are often found in connection with lignite deposits, explodes. The lignite deposits represent a large potential hydrocarbon reserve and there is a need for a safe and satisfactory method of doing this Extraction of these hydrocarbons.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem auch solche Kohlenwasserstoffe in sicherer und ökonomischer Weise gewonnen werden können, die mit den bisherigen Verfahren nicht abbauwürdig waren.Accordingly, the invention is based on the object of a method indicate with which also such hydrocarbons in safer and more economical Ways can be obtained that cannot be mined with previous methods was.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Extraktion und auch Verarbeitung unterirdischer Kohlenwasserstoffe, die sich in einer unterirdischen Kohlenwasserstoff- oder kohlenwasserstoffhaltigen Ablagerung befinden, daß durch elektrische Induktionserwärmung eines bestimmten Abschnittes der Ablagerung an Ort und Stelle auf eine Temperatur, die zur Verdampfung oder Vergasung mindestens einiger der Kohlenwasserstoffe in dem Abschnitt ausreicht, und durch anschließendes Sammeln der verdampften oder vergasten Kohlenwasserstoffe an Ort und Stelle gekennzeichnet ist.The inventive solution to this problem consists in a method for the extraction and processing of underground hydrocarbons that are in an underground Hydrocarbon or hydrocarbon containing Are located that by electrical induction heating of a certain deposit Section of the deposit in place to a temperature conducive to evaporation or gasification of at least some of the hydrocarbons in the section is sufficient and then collecting the vaporized or gasified hydrocarbons is marked on the spot.

Unter "Kohlenwasserstoffen" werden eine oder mehrere Bestandteile natürlich vorkommender Ablagerungen von Rohöl, Kerogen, Lignit u.s.w. verstanden, die aus den Elementen Wasserstoff und Kohle, manchmal unter Einschluß zusätzlicher anderer Elemente, zusammengesetzt sind."Hydrocarbons" means one or more ingredients naturally occurring deposits of crude oil, kerogen, lignite, etc. Understood, those made up of the elements hydrogen and carbon, sometimes including additional ones other elements, are composed.

Innerhalb der ökonomisch gegebenen Grenzen wird die Erwärmung vorzugsweise ungefähr gleichförmig im ganzen Abschnitt der Ablagerung bewirkt. Dadurch erreicht man, daß alle Teile der Ablagerung die gleichen Fraktionen der abgelagerten Kohlenwasserstoffe nach einer gleichen oder ungefähr gleichen Zeitspanne abgeben, und kann so zum Beispiel weitgehend das Problem vermeiden, daß ein Teil der Ablagerung verkokt, während ein anderer Teil noch verdampfende leichte Fraktionen bei relativ niedriger Temperatur abgibt und in einem wiederum anderen Teil der Ablagerung die flüchtigen Fraktionen bereits vollständig erschopft sind, so daß Freiräume vorhanden sind, durch die Sauerstoff eindringen kann, welcher Brände verursacht und dadurch die Gewinnung maximal möglicher Kohlenwasserstoff-Mengen verhindert. Die Induktionserwärmung der Ablagerung scheint das beste Mittel zur Erzielung einer annehmbar gleichmäßigen Erwärmung unter gleichzeitiger-Vermeidung der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe zu sein. hierzu wird für Einzelheiten auf die am gleichen Tage eingereichte Patentanmeldung "Erwärmung von Kohlenwasserstoff-Ablagerungen" der gleichen Anmelder hingewiesen, deren Offenbarung hiermit auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.Heating is preferred within the economically given limits effected approximately uniformly throughout the section of the deposit. Achieved thereby that all parts of the deposit have the same fractions of hydrocarbons deposited after the same or approximately the same period of time, and can for example largely avoid the problem of having some of the deposit coked during a other part still evaporating light fractions at a relatively low temperature releases and in another part of the deposit the volatile fractions are already completely exhausted, so that there are free spaces through which oxygen can penetrate, which causes fires and thereby the recovery is maximally possible Prevents hydrocarbon quantities. The induction heating of the deposit appears the best means of obtaining reasonably uniform heating while avoiding it to be the combustion of hydrocarbons. see for details on this the on patent application filed on the same day "Warming of Hydrocarbon Deposits "by the same applicant, their disclosure is hereby also made part of the content of the present application.

In vielen Fällen zeigt die Kohlenwasserstoff-Ablagerung eine Neigung zur Verkokung bei ausreichend erhöhten Temperaturen. Die Verkokungsprodukte werden jedoch häufig bei weiterer Erwärmung ausreichend gekrackt, so daß die Kohlenwasserstoff-Bestandteile als gasförmige oder verdampfte Fraktionen ausgetrieben werden können. Für das Kracken kann ein Katalysator hilfreich oder notwendig sein; in einem solchen Fall läßt sich ein geeigneter Katalysator über geeignete Injektions-Bohrungen in die Ablagerung einleiten. So können also zuerst die leichten Fraktionen, die bei Temperaturen unterhalb der Verkokungs-Temperatur in Dampf- oder Gasform übergehen, aus üblichen Gas- oder Destillat-Extraktions-Bohrungen gesammelt werden, und anschließend kann die Temperatur der Ablagerung auf die Verkokungs-Temperatur und noch weiter auf die Krack-Temperatur angehoben werden, um danach zusätzliche gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoff-Fraktionen aus den gleichen Extraktions-Bohrungen sammeln zu können.In many cases the hydrocarbon deposit shows a tendency for coking at sufficiently elevated temperatures. The coking products are however, often sufficiently cracked upon further heating so that the hydrocarbon constituents can be driven off as gaseous or vaporized fractions. For cracking a catalyst can be helpful or necessary; in such a case a suitable catalyst through suitable injection holes in the deposit initiate. So first the light fractions, which are at temperatures below the coking temperature in vapor or gas form, from conventional gas or Distillate extraction wells are collected, and then the temperature can be the deposition to the coking temperature and even further to the cracking temperature are raised to produce additional gaseous or vaporized hydrocarbon fractions to be able to collect from the same extraction holes.

Während des gesamten Vorganges können einige Kohlenwasserstoffe als Flüssigkeiten fließen oder aus verdampften Fraktionen kondensieren und dann aus Flüssigkeits-Sammel-Bohrungen gewonnen werden.During the entire process, some hydrocarbons can be used as Liquids flow or condense from vaporized fractions and then out Liquid collection holes are obtained.

Mit der Erfindung wird der bedeutende Vorteil erreicht, daß nicht nur die eigentliche Extraktion, sondern auch mindestens ein Teil der Raffination unterirdisch geschieht. Hierdurch wird die in den Untergrund eingegebene Wärme sehr weitgehend wirksam genutzt. Außerdem werden einige der ernsthafteren Raffinations-Probleme vermieden, mit denen bisher gerechnet werden mußte; hierzu gehören das Problem der Trennung suspendierten Tones von Rohöl, das aus einem bituminösen Sand-Lager gewonnen wurde.With the invention, the significant advantage is achieved that not only the actual extraction, but also at least part of the refining happens underground. As a result, the heat entered into the subsurface becomes great largely used effectively. Also, some of the more serious ones Refining problems avoided that had to be expected up to now; this includes the problem of Separating suspended clays from crude oil extracted from a bituminous sand store became.

Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, nach dem Sammeln anderer Fraktionen, die im Anschluß an das Kracken der Verkokungsprodukte ausgetrieben werden konnten, Luft in die unterirdische Ablagerung einzuleiten oder zu injizieren und dadurch eine Verbrennung der nichtextrahierbaren Kohlenwasserstoff-Reste zum Zwecke der Wärmeerzeugung zu bewirken. Diese Wärme kann beispielsweise durch Wärmeaustausch mit den Abgasen gewonnen werden oder durch Injektion von Wasser in die heiße unterirdische Masse und Rückgewinnung des Wassers in Form von Dampf. Der Dampf kann dann z.B. zum Antrieb von Turbinen für die Erzeugung von Elektrizität oder als Prozeßdampf für anschließende Raffinations-Stufen verwendet werden. Andere Verwendungsmöglichkeiten für die aus dem Untergrund gewonnene Wärme dürften für den Fachmann auffindbar sein. Es ist allerdings anzumerken, daß die unterirdischen Reste sehr häufig einen hohen Schwefelgehalt aufweisen dürften, so daß durch Abbrennen der Reste Schwefeldioxid und möglicherweise andere gasförmige schwefelhaltige Verbindungen entstehen, -was unerwünscht sein kann. Daher kann der letzte Verfahrensschritt des Abbrennens gewünschtenfalls auch weggelassen werden.In addition, there is the possibility, after collecting other fractions, which could be driven out following the cracking of the coking products, To introduce or inject air into the subterranean deposit and thereby a combustion of the non-extractable hydrocarbon residues for the purpose of To effect heat generation. This heat can for example through heat exchange can be obtained with the exhaust gases or by injecting water into the hot underground Mass and recovery of the water in the form of steam. The steam can then e.g. to drive turbines for the generation of electricity or as process steam can be used for subsequent refining stages. Other uses for the heat obtained from the subsurface should be able to be found by the expert. It should be noted, however, that the underground remains are very often high May have sulfur content, so that by burning off the residues sulfur dioxide and possibly other gaseous sulphurous compounds arise, -what can be undesirable. Therefore, the final burn-off process step can be used if desired can also be omitted.

Alternativ kann der in den Gasen enthaltene Schwefel mit bekannten Methoden als elementarer Schwefel gewonnen werden.Alternatively, the sulfur contained in the gases can be known with Methods can be obtained as elemental sulfur.

Aus Obigem ergibt sich außerdem, daß die Erfindung nicht nur eine Möglichkeit zur Extraktion von öl aus Sanden oder Schiefer, sondern auch von Kohlenwasserstoffen aus Lignit-Ablagerungen bietet1 die bisher in der Praxis der Menschheit nicht zur Verfügung standen. Die Erwärmung einer unterirdischen Lignit-Ablagerung kann ebenfalls mit der Induktionsmethode bewirkt werden, wie sie in der bereits zitierten anderen Patentanmeldung der Anmelder im einzelnen erläutert ist.From the above it also follows that the invention is not just one Possibility of extracting oil from sand or shale, but also from hydrocarbons from lignite deposits1 has not been available to mankind in practice up to now Were available. Warming an underground Lignite deposit can also be effected with the induction method, as described in the cited other patent application of the applicant is explained in detail.

Auch das Lignit hat wie andere Rohöl-Ablagerungen die Neigung, bei erhöhter Temperatur zu verkoken; es kann danach in gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoff-Fraktionen gekrackt werden, die sich dann in Extraktions-Bohrungen im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der Extraktion von Rohöl-Gasen oder kondensierten Destillaten sammeln lassen.Like other crude oil deposits, lignite also has a tendency to contribute coke elevated temperature; it can then be converted into gaseous or vaporized hydrocarbon fractions are cracked, which are then in extraction wells essentially in the same Collect in a manner similar to the extraction of crude oil gases or condensed distillates permit.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 - eine schematisierte Seitenansicht eines leitfähigen Weges und zugeordneter elektrischer Geräte an der Oberfläche zur Induktionserwärmung eines bestimmten Abschnittes einer bituminösen Sand-Ablagerung oder dergleichen, Figur 2 - eine schematisierte Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 1, Figur 3 - eine Schemaansicht eines Musters geradliniger Bohrlöcher,.die so angeordnet sind, daß der leitfähige Weg gemäß Figur 1 simuliert wird, Figuren 4 und 5 - jeweils eine schematisierte isometrische Ansicht eines alternativen unterirdischen leitfähigen Weges für die Induktionserwärmung eines Volumens bituminösen Sandes oder dergleichen.The following is the invention with further advantageous details explained in more detail using schematically illustrated embodiments. In the drawings show: Figure 1 - a schematic side view of a conductive path and associated electrical devices on the surface for induction heating of a certain section of a bituminous sand deposit or the like, figure 2 - a schematic plan view of the arrangement according to FIG. 1, FIG. 3 - a Schematic view of a pattern of rectilinear boreholes arranged so that the conductive path according to Figure 1 is simulated, Figures 4 and 5 - each one Schematic isometric view of an alternative underground conductive Way for induction heating of a volume of bituminous sand or the like.

Die folgende Beschreibung bezieht sich in der Regel auf bituminöse Sand-Ablagerllngen. Hierin soll jedoch keine Beschränkung gesehen werden; das zur erläuternde Verfahren und die zu erläuternde Vorrichtung nach der Erfindung können sinngemäß auch auf andere unterirdische Kohlenwasserstoff-Ablagerungen angewandt werden.The following description usually refers to bituminous Sand deposits. However, this should not be seen as a restriction; that to illustrative methods and the device to be explained according to the invention can analogously also applied to other subterranean hydrocarbon deposits will.

Gemäß Figur 1 liegt eine bituminöse Sandschicht 1 zwischen einem Deckgebirge 2 und einem Felsboden 3. Innerhalb der bituminösen Sandschicht verläuft ein elektrischer Leiter 11 längs eines ungefähr Bchraubenlinien- bzw. wendelförmigen Weges, der das Volumen ABCD innerhalb der bituminösen Sandschicht im wesentlichen umschließt. In der Draufsicht auf den gleichen Bereich gemäß Figur 2 ist das gleiche Volumen mit ABEF bezeichnet. An jedem Ende der Schraubenlinie bzw. der Wendel erstreckt sich der Leiter 11 längs je eines Weges bzw. mit je einem Abschnitt 11a bzw. 11b vertikal nach oben bis zur Erdoberfläche 4.According to Figure 1, a bituminous sand layer 1 lies between an overburden 2 and a rock floor 3. Inside the bituminous sand layer there is an electric one Conductor 11 along an approximately helical or helical path that the Volume ABCD within the bituminous sand layer essentially encloses. In the plan view of the same area according to FIG. 2, the same is true Volume labeled ABEF. Extends at each end of the helix or the helix the conductor 11 along a path or with a section 11a or 11b vertically up to the surface of the earth 4.

Von dort ist der Leiter auf der Erdoberfläche mit zwei weiteren, freiliegenden Abschnitten 11c und 11d zur Sekundärwicklung eines Transformators 15 geführt. Dieser ist so dicht wie möglich an der Austrittsstelle des Leiters aus der Erde angeordnet, um ohmsche Oberflächen-Verluste kleinzuhalten.From there the conductor is on the surface of the earth with two more exposed ones Sections 11c and 11d led to the secondary winding of a transformer 15. This is placed as close as possible to the point where the conductor leaves the earth, to keep ohmic surface losses small.

Der Transformator 15 ist ein Abspanntransformator, der den unterirdischen Leiter 11 mit einer relativ niedrigen Spannung und einer hqhen Stromstärke beaufschlagt. Primärseitig wird der Transformator 15 mit Wechselstrom aus einer Hochspannungs-Fernleitung 17 über einen Umformer 19 zur Frequenzwandlung und Wellenformänderung und eine Steuereinheit 21 gespeist.The transformer 15 is a step-down transformer, the underground Conductor 11 applied with a relatively low voltage and a high amperage. On the primary side, the transformer 15 is supplied with alternating current from a high-voltage long-distance line 17 via a converter 19 for frequency conversion and waveform change and a control unit 21 fed.

Mit dem wendelförmigen Leiter 11 liegt ein Kondensator 13 in Serie, der Resonanz des Leiters 11, welcher aufgrund seiner Gestalt eine beträchtliche Induktivität hat, bei der gewählten Betriebsfrequenz bewirkt.A capacitor 13 is connected in series with the helical conductor 11, the resonance of the conductor 11, which due to its shape a considerable Inductance has caused at the selected operating frequency.

Experimentelle Untersuchungen lassen erwarten, daß die induktive Wärmeentwicklung in der bituminösen Sandschicht von der Frequenz des im Leiter 11 fließenden Wechselstromes und auch von der Gestalt seiner Wellenform abhängt, wobei eine zusätzliche Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Parametern während der Erwärmung der unterirdischen Masse gegeben sein kann. Aus diesem Grunde ist der Umformer 19 vorgesehen; mit ihm lassen sich Frequenz und Gestalt der Wellenform des dem Leiter 11 zugeführten Wechselstromes in gewünschter Weise beeinflussen. Sollte sich jedoch später zeigen, daß Frequenz und Wellenform-Gestalt des von der Fernleitung 17 gelieferten Wechselstromes unmittelbar richtig sind, kann der Umformer 19 weggelassen und stattdessen der Transformator 15 über die Steuereinheit 21 unmittelbar an die Fernleitung 17 angeschlossen werden. (In Nordamerika wird die Fernleitung 17 gewöhnlich Wechselstrom mit einer Frequenz von 60Hz und sinusförmiger Wellenform führen).Experimental investigations lead to the expectation that the inductive heat generation in the bituminous sand layer on the frequency of the alternating current flowing in the conductor 11 and also depends on the shape of its waveform, with an additional dependency on the temperature and other parameters during the warming of the underground Dimensions can be given. For this reason the converter 19 is provided; leave with him the frequency and shape of the waveform of the alternating current supplied to the conductor 11 influence in the desired way. However, it should later show that frequency and waveform shape of the alternating current supplied from the trunk line 17 directly are correct, the converter 19 can be omitted and the transformer instead 15 can be connected directly to the long-distance line 17 via the control unit 21. (In North America, trunk line 17 is usually single-frequency AC of 60Hz and sinusoidal waveform).

Die Steuereinheit 21 soll die Einstellung der Stromstärke ermögliche, mit welcher der Transformator 15 den unterirdischen Leiter 11 beaufschlagt. Nach einer angemessenen Zeitspanne wird die Temperatur mindestens eines bedeutenden Anteil es des Volumens ABCD innerhalb der bituminösen Sandschicht fortschreitend einen solchen Wert erreichen,bei welchem sich die Fließfähigkeit des Rohöls soweit verbessert hat, daß es in einer Sammelbohrung oder dergleichen zusammenfließt. Daher ist mindestens ein Thermoelement 23 an geeigneter Stelle innerhalb des Volumens ABCD angeordnet und über Zuleitungsdrähte 25 mit der Steuereinheit 21 verbunden. Das Thermoelement 23 erfaßt die Temperatur der bituminösen Sandschicht in dem vom Leiter 11 umschlossenen Abschnitt. In ihrer einfachsten Ausbildung kann die Steuereinheit 21 einen temperaturempfindlichen Schalter aufweisen, der sich schließt, wenn die vom Thermoelement 23 festgestellte Temperatur unter eine bestimmte untere Grenze fällt, und der sich öffnet, wenn die festgestellte Temperatur über eine vorbestimmte obere Grenze ansteigt.The control unit 21 should enable the setting of the current intensity, with which the transformer 15 acts on the underground conductor 11. To In a reasonable period of time, the temperature becomes at least a significant proportion it of the volume ABCD progressively one within the bituminous sand layer reach such a value at which the flowability of the crude oil improves so far has that it flows together in a collecting bore or the like. Hence, at least a thermocouple 23 is arranged at a suitable location within the volume ABCD and connected to the control unit 21 via lead wires 25. The thermocouple 23 detects the temperature of the bituminous sand layer in that enclosed by the conductor 11 Section. In its simplest form, the control unit 21 can be a temperature-sensitive Have switch that closes when the thermocouple 23 detected Temperature falls below a certain lower limit, and which opens when the detected temperature rises above a predetermined upper limit.

Bei industriellen Induktionswärme-Geräten wird eine zylindrisch-wendelförmige Spulen-Konfiguration häufig angetroffen, da das elektromagnetische Feld innerhalb der Wendel am stärksten und gleichförmig ist und seine Intensität außerhalb der Wendel-Spule abnimmt, Wenn das Material innerhalb des von der Wendel umschlossenen Volumens ebenfalls relativ gleichförmig ist, kann daher erwartet werden, daß die induktive Wärmeenergie zu praktisch allem Material, das von der Spule umschlossen ist, übertragen und eine gleichförmige Erwärmung des gesamten Materials erzielt wird. Das Obengesagte trifft auch auf eine Toroid-Spule zu, wobei mit einem Toroid zusätzlich noch die bei einer Wendel auftretenden Endverluste vermieden sind. Wenn es sich in der jeweiligen Situation ökonomisch rechtfertigen läßt, kann daher ein Toroid oder ein simulierter Toroid anstelle einer Wendel angewandt werden.In the case of industrial induction heating devices, a cylindrical-helical Coil configuration often encountered, since the electromagnetic The field within the helix is strongest and uniform and its intensity outside the helical coil decreases when the material is inside of the helical coil enclosed volume is also relatively uniform, it can therefore be expected that the inductive heat energy to practically any material enclosed by the coil is transferred and a uniform heating of the entire material is achieved will. The above also applies to a toroidal coil, with a toroidal in addition, the end losses occurring with a helix are avoided. if it can therefore be economically justified in the respective situation Toroid or a simulated toroid can be used instead of a helix.

Das Maß der Energieabsorption aus dem bendelförmigen leitfähigen Weg nimmt mit der Intensität des erzeugten elektromagnetischen Feldes zu, außerdem mit der Leitfähigkeit des energieabsorbierenden oder -aufnehmenden Materials, das innerhalb des Wendels angeordnet ist. Das Maß der Energieabsorption nimmt außerdem innerhalb bestimmter Grenzen mit ansteigender Frequenz zu. Aufgrund von Resonanzeffekten kann sich für eine bestimmte Situation bezüglich der Energieabsorption eine optimale Frequenz ergeben, welche sich aber ersichtlicherweise während der Dauer der Erwärmung und während des Extraktionsvorganges ändern kann.The amount of energy absorption from the bendable conductive path also increases with the intensity of the generated electromagnetic field the conductivity of the energy absorbing or absorbing material that is inside of the helix is arranged. The degree of energy absorption also decreases within certain limits with increasing frequency. Due to resonance effects, an optimal one for a certain situation with regard to energy absorption Frequency result, which can be seen during the heating period and can change during the extraction process.

Eine Wendel,die rechtwinklig zu der Wendel gemäß Figuren 1 und 2 orientiert ist, läßt sich möglicherweise leichter als die Wendel gemäß Figuren 1 und 2 herstellen. Figur 4 zeigt einen solchen wendelförmigen Weg, der im wesentlichen den Abschnitt bzw. das Volumen GHIJ umschließt, welches durch Induktion erwärmt werden soll.A helix which is oriented at right angles to the helix according to FIGS. 1 and 2 is, can possibly be produced more easily than the helix according to FIGS. FIG. 4 shows such a helical path, essentially the section or encloses the volume GHIJ which is to be heated by induction.

Jedenfalls läßt sich die Wendel gemäß Figuren 1 und 2 durch eine Anzahl untereinander verbundener geradliniger leitfähiger Wege simulieren, die sich in der aus Figur 3 ersichtlichen Weise herstellen lassen. Die leitfähigen Wege gemäß Figur 3 sind in geradlinigen, mit einander verbundenen Bohrlöchern ausgebildet. Es werden vertikale Bohrlöcher 31 und 71 hergestellt. Bohrlöcher 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 und 69 werden unter geeigneten Winkeln gegenüber der Erdoberfläche so hergestellt, daß sich diese Bohrlöcher gegenseitig und mit den vertikalen Bohrlöchern 31 und 71 an Punkten 73, 75, 77, -79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111 und 113 schneiden, wodurch ein simulierter wendelförmiger oder schraubenlinienförmiger Weg entsteht, welcher am Punkt 73 beginnt und am Punkt 113 endet. Einzelne Leiter können in den jeweils richtigen Abschnitten, z.B. zwischen den Schnittpunkten und zwischen der Erdoberfläche und den Punkten 73 und 113, der genannten Bohrlöcher angeordnet und an den genannten Schnittpunkten untereinander so verbunden werden, daß ein durchgehender leitfähiger Weg gebildet ist, welcher mit dem vertikalen Abschnitt 31 beginnt und mit dem vertikalen Abschnitt 71 endet.In any case, the helix according to FIGS. 1 and 2 can be represented by a number Simulate interconnected straight-line conductive paths that are in can be produced in the manner shown in FIG. The conductive paths according to Figure 3 are formed in straight, interconnected boreholes. Vertical drill holes 31 and 71 are made. Drill holes 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 and 69 are used under appropriate Angles with respect to the earth's surface are made so that these boreholes are mutually exclusive and with the vertical boreholes 31 and 71 at points 73, 75, 77, -79, 81, 83, Cut 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111 and 113, creating a simulated helical or helical path, which begins at point 73 and ends at point 113. Individual conductors can be used in the correct sections, e.g. between the intersection points and between the Earth surface and the points 73 and 113, of said boreholes and arranged are connected to each other at the mentioned intersections in such a way that a continuous conductive path is formed, which begins with the vertical section 31 and ends with the vertical section 71.

Alternativ können gemäß Figur 5 mehrere, ungefähr rechteckige leitfähige Schleifen gebildet werden, von denen jede innerhalb einer Ebene liegt und die Ebenen der einzelnen Schleifen parallel zueinander sind, so daß ein umschlossenes Volumen KLMNOP definiert wird. Natürlich bleiben die rechteckigen Schleifen an einer Stelle, z.B. an einer Ecke, offen, damit ein Stromfluß.durch die Schleife möglich ist. Die Schleifen werden dann an der Oberfläche in der aus Figur 5 ersichtlichen Weise untereinander so verbunden, daß zwischen dem an der Oberfläche freiliegenden Anschluß 123 und dem freiliegenden Anschluß 125 ein durchgehender Stromkreis entsteht. Weitere mögliche Anordnungen aus untereinander in Serie oder parallel verbundenen Schleifen dürften vom Fachmann auffindbar sein.Alternatively, according to FIG. 5, several, approximately rectangular conductive Loops are formed, each of which lies within a plane and the planes of the individual loops are parallel to each other, so that an enclosed volume KLMNOP is defined. Of course the rectangular loops stay in one place, e.g. at a corner, open, so that current can flow through the loop. the Loops are then shown on the surface in FIG way interconnected in such a way that between the connection exposed on the surface 123 and the exposed terminal 125 creates a continuous circuit. Further possible arrangements of loops connected in series or in parallel should be able to be found by a specialist.

Das Deckgebirge und der Felsboden, welche die unterirdischen bituminösen Sandschichten in Alberta nach oben und nach unten begrenzen, haben regelmäßig eine deutlich niedrigere thermische Leitfähigkeit als der bituminöse Sand.The overburden and the rocky soil that make up the underground bituminous Sand layers up and down in Alberta regularly have one significantly lower thermal conductivity than the bituminous sand.

Entsprechend darf erwartet werden, daß Wärmeverluste aus den Rohöl-Ablagerungen klein bleiben. Wärmeverluste aus dem vom Leiter umschlossenen Volumen des bituminösen Sandes werden im allgemeinen in Querrichtung auftreten, und zwar in Bereiche des bituminösen Sandes, die außerhalb des vom Leiter umschlossenen Volumens liegen. Diese "Verluste" lassen sich zum Vorteil nutzen, wenn auch die benachbarten Volumina oder Abschnitte des bituminösen Sandes induktiv erwärmt werden, so daß der "Verlust'§ eines bestimmten, umschlossenen Volumens bituminösen Sandes in nützlicher Weise zur Erhöhung der Temperatur eines benachbarten umschlossenen Volumens bituminösen Sandes, aus welchem Rohöl extrahiert werden soll, beiträgt.Accordingly, it can be expected that heat losses from the crude oil deposits stay small. Heat losses from the volume of the bituminous enclosed by the conductor Sand will generally occur in the transverse direction, namely in areas of the bituminous sand lying outside the volume enclosed by the conductor. These "losses" can be used to advantage, albeit the neighboring volumes or sections of the bituminous sand are inductively heated so that the "loss" of a certain enclosed volume of bituminous sand in a useful manner bituminous to increase the temperature of an adjacent enclosed volume Sand from which crude oil is to be extracted contributes.

In der Tat wird daran gedacht, eine ganze Anordnung induktiv erwärmter Volumina bituminösen Sandes gleichzeitig zu bearbeiten und sich nach einem Programm für fortlaufende Bohrungen, Leiterverlegung, Induktionserwärmung und Rohöl-Extraktion fortschreitend auf benachbarte Volumina der rohölhaltigen bituminösen Sand-Ablagerungen auszubreiten.In fact, an entire array is thought to be inductively heated Volumes of bituminous sand to be worked on simultaneously and according to a program for continuous drilling, laying of conductors, induction heating and crude oil extraction progressively to adjacent volumes of the crude oil-bearing bituminous sand deposits spread out.

Wenn es aus bestimmten Gründen angestrebt wird, ein spezielles Volumen bituminösen Sandes für längere Zeit auf einer erhöhten Temperatur zu halten, kann die Steuereinheit 21 den Strom, welcher dem unterirdischen Leiter 11 zugeführt wird, so verstellen, daß gerade nur die Wirbelstrom-Wärmeenergie an das umschlossene Volumen bituminösen Sandes abgegeben wird, die zur Kompensation der im Laufe der Zeit auftretenden kleinen Wärmeverluste ausreicht.If it is desired for certain reasons, a special volume Keeping bituminous sand at an elevated temperature for long periods of time can the control unit 21 the current which is fed to the underground conductor 11, Adjust so that just the eddy current heat energy to the enclosed volume bituminous sand is released to compensate for the occurring over time small heat losses is sufficient.

Hierfür dürfte wegen der niedrigeren thermischen Leitfähigkeit der oben und unten liegenden Erd- und Felsformationen ein relativ kleiner Energieeinsatz ausreichen.Because of the lower thermal conductivity of the earth and rock formations above and below require a relatively small amount of energy sufficient.

Obwohl der simulierte wendelförmige leitfähige Weg gemäß Figur 3 oder andere anwendbare mögliche Konfigurationen, z.B. gemäß Figur 5, kein vollständig gleichförmiges elektromagnetisches Feld in dem vom leitfähigen Weg umschlossenen Volumen erzeugen, kann der leitfähige Weg innerhalb annehmbarer Grenzen doch so ausgelegt werden, daß das elektromagnetische Feld im Volumen mit so ausreichender Annäherung gleichförmig ist, daß der Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur, die im umschlossenen Volumen anzutreffen sind, hingenommen werden kann.Although the simulated helical conductive path according to Figure 3 or other applicable possible configurations, e.g. according to Figure 5, not complete uniform electromagnetic field in the area enclosed by the conductive path The conductive path can generate volume within acceptable limits be designed so that the electromagnetic field in the volume with so sufficient Approximation uniform is that the difference between the highest and the lowest Temperature that can be found in the enclosed volume can be accepted.

Das Bitumen hat im natürlichen Zustand eine relativ niedrige Temperatur,bei der es sehr viskos ist und kaum fließt. Nach einer Erhöhung der Temperatur des Bitumens durch die Induktionserwärmung auf ungefähr 95°C hat es eine Viskosität von 2 Poise,was ungefähr der Viskosität eines SAE-20-Motoröls bei Raumtemperatur entspricht. Es ist möglich, daß bei dieser Temperatur etwas Bitumen in flüssiger Phase in Extraktionsbohrungen einfließt, die an verschiedenen Stellen des erwärmten Abschnittes der unterirdischen bitumenhaltigen Ablagerung in üblicher Weise niedergebracht sein können. Vermutlich jedoch wird das einfache Anheben der Temperatur auf einen Wert in der Größenordnung von 95°C nicht ausreichen, um eine große Menge Bitumen mit reduzierter Viskosität extrahieren zu können. Außerdem wird alles bei dieser Temperatur erhältliche Bitumen wahrscheinlich noch suspendierte Tonteilchen und andere Verunreinigungen enthalten, die unerwünscht sind und deshalb aus dem Bitumen in einem anschließenden Raffinationsschritt entfernt werden müssen.The bitumen has a relatively low temperature in its natural state which it is very viscous and hardly flows. After an increase in the temperature of the bitumen due to induction heating to around 95 ° C, it has a viscosity of 2 poise, what corresponds approximately to the viscosity of an SAE-20 engine oil at room temperature. It it is possible that at this temperature some bitumen in the liquid phase in extraction wells flows in at various points of the heated section of the underground bituminous deposit can be deposited in the usual way. Allegedly However is simply raising the temperature to a value on the order of 95 ° C is not enough to extract a large amount of bitumen with reduced viscosity to be able to. In addition, any bitumen available at this temperature will likely become still contain suspended clay particles and other contaminants that are undesirable and are therefore removed from the bitumen in a subsequent refining step Need to become.

Wenn die Temperatur der erwärmten Masse über 95 0C hinaus ansteigt und den Siedepunkt des Wassers erreicht, wird der Wasserfilm, der die einzelnen Sandteilchen der bituminösen Sand-Ablagerungen in der Regel umgibt, sieden und in Dampfform zu entweichen suchen. Diese Dampferzeugung dürfte sowohl einen positiven wie auch einen negativen Einfluß auf den gesamten Extraktionsvorgang haben. Im positiven Sinne wird der Dampf innerhalb der erwärmten Maße Druck erzeugen mit dem Resultat, daß durch den auf das Bitumen ausgeübten Dampfdruck das Abfließen des Bitumens in Extraktions-Bohrungen erleichtert wird. Andererseits trägt das die einzelnen Quarz-Sandteilchen umschließende Wasser zur relativ hohen Leitfähigkeit der induktiv erwärmten Masse bei, weshalb die Masse sehr viel weniger Energie aus dem angelegten elektromagnetischen Feld absorbieren kann, wenn das Wasser in Dampfform entweichen darf. Letzteres läßt geeignete Kompensationsmaßnahmen geraten erscheinen. Hierzu gehört z.B. die Zurückführung des Dampfes, so daß eine gewisse Wassermenge in Form von Dampf innerhalb der erwärmten Masse verbleibt. Außerdem kann es notwendig sein, weitere leitfähige Stoffe über Injektions-Bohrungen in die erwärmte Masse einzuleiten. Solche weiteren leitfähigen Stoffe sollten vorzugsweise als Flud, d.h. entweder als Gas, Flüssigkeit o'er Dampf, oder als ein Feststoff-Flud aus Feinteilchen vorliegen. Auch kann es notwendig sein, die Stärke des angelegten elektromagnetischen Feldes zur Kompensation des zu erwartenden Abfalls der Leitfähigkeit der erwärmten Masse zu erhöhen.When the temperature of the heated mass rises above 95 ° C And when the boiling point of water is reached, the film of water becomes the individual Sand particles usually surround the bituminous sand deposits, boiling and in Try to escape the form of vapor. This steam generation is likely to have both a positive effect as well as have a negative influence on the entire extraction process. In the positive Meaning the steam will generate pressure within the heated dimensions with the result, that by the steam pressure exerted on the bitumen, the bitumen drains into Extraction drilling is facilitated. On the other hand, it carries the individual quartz sand particles enclosing water for the relatively high conductivity of the inductively heated mass at, which is why the mass has a lot less energy from the applied electromagnetic Field can absorb if the water is allowed to escape in vapor form. The latter leaves suitable compensation measures appear advisable. This includes, for example, the return of the steam, so that a certain amount of water in the form of steam within the heated Mass remains. It may also be necessary to use other conductive materials Initiate injection holes in the heated mass. Such further conductive Substances should preferably be in the form of a fluid, i.e. either a gas or a liquid o'er Vapor, or as a solid stream of fine particles. It may also be necessary be the strength of the electromagnetic field applied to compensate for the to increase the expected drop in conductivity of the heated mass.

Bei Erwärmung der Masse auf ungefähr 1750C werden einige der leichteren Fraktionen der abgelagerten Kohlenwasserstoffe in Dampf oder Gasform übergehen und können dann über übliche Extraktions-Bohrungen, die zum Sammeln dieser Fraktionen niedergebracht wurden, abdestilliert werden.When the mass is heated to around 1750C, some of the lighter ones will become Fractions of the deposited hydrocarbons pass into vapor or gaseous form and can then use the usual extraction holes to collect these fractions were brought down, are distilled off.

Entsprechende Extraktionsmethoden sind im Stand der Technik bekannt. Nach weiterem Anstieg der Temperatur der erwärmten Masse von 1750C auf ungefähr 3150C wird in der Regel mindestens die Hälfte des vorhandenen Bitumen in Form leichter Fraktionen als Gas oder Dampf wegdestilliert sein. Oberhalb 3150C wird sich das restliche Bitumen in Koks umwandeln, was eine extrem viskose,nahezu feste Substanz ist. Wenn die Temperatur des Kokses erhöht wird, spaltet sich der Koks bei ungefähr 370 0C in gasförmige oder dampfförmige Fraktionen.Corresponding extraction methods are known in the prior art. After a further increase in the temperature of the heated mass from 1750C to approximately 3150C will typically lighten at least half of the existing bitumen in shape Fractions be distilled off as gas or vapor. Above 3150C it will Convert remaining bitumen into coke, which is an extremely viscous, almost solid substance is. When the temperature of the coke is increased, the coke will crack at about 370 0C in gaseous or vaporous fractions.

Es können an sich bekannte Katalysatoren durch geeignete Injektions-Bohrungen in die Masse injiziert werden, um das Kracken des Kokses zu unterstützen.It can be known per se catalysts through suitable injection holes injected into the bulk to help crack the coke.

Zum Erhalt der meisten, wenn nicht aller Fraktionen, die durch Kracken und Destillieren des Kokses erzeugt werden können, braucht die Masse auf nicht mehr als 5400C erwärmt zu werden. Bei dieser Temperatur sind dann vermutlich nur noch ungefähr 15% der ursprünglichen Bitumen-Masse in der Ablagerung verblieben.To obtain most, if not all, of the factions through cracking and distilling the coke can be produced, the mass no longer needs to be heated as 5400C. At this temperature are then probably only approximately 15% of the original bitumen mass remained in the deposit.

Da die Temperatur der Masse mit der Induktionserwärmung praktisch gleichförmig und stetig von der natürlichen Temperatur auf beispielsweise 5400C erhöht werden kann, werden die verfügbaren Kohlenwasserstoff-Fraktionen in regelmäßiger Folge wegdestillieren, weshalb der erläuterte Extraktionsprozeß teilweise auch als Raffinationsprozeß angesehen werden muß. Natürlich können die gesammelten Fraktionen in einem oberirdischen üblichen Raffinationsprozeß noch weiterer Reinigung, Fraktionierung u.s.w.Because the temperature of the mass with the induction heating practical uniformly and steadily from the natural temperature to e.g. 5400C can be increased the available hydrocarbon fractions distill away in regular succession, which is why the extraction process explained in some cases must also be viewed as a refining process. Of course they can collected fractions in an aboveground refining process still further Purification, fractionation, etc.

unterzogen werden. Es darf jedoch erwartet werden, daß die abdestillierten und dann gesammelten Rohöl-Fraktionen von vielen Verunreinigungen, z.B. suspendiertem Ton, frei sind, die beim Sammeln der Fraktionen in flüssiger Phase vorhanden wären. Weiterhin kann das Rohöl an der Erdoberfläche mit relativ hoher Temperatur zur Verfügung gestellt werden, wodurch die TTärmemenge, die für die Vollendung der Rohöl-Raffination an der Erdoberfläche notwendig istlgegenüber dem Normalfall reduziert wird.be subjected. However, it can be expected that the distilled off and then collected crude oil fractions from many impurities, e.g. Clay, which would be present if the fractions were collected in the liquid phase. Furthermore, the crude oil can be available at the earth's surface at a relatively high temperature The amount of heat required to complete the crude oil refining process on the earth's surface is reduced compared to the normal case.

Natürlich steht es dem Benutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens frei, nur die leichteren Fraktionen des eingeschlossenen Bitumens bei Temperaturen unterhalb von 315 0C abzudestillieren. Aus ökonomischen Gründen kann es günstiger sein, nur diese leichteren Fraktionen zu extrahieren und den Rest in der Erde zu belassen, ohne den erläuterten Verkokungs--und Krackprozeß zu durchlaufen. Dem Anwender stellt sich natürlich das Problem 1einen bestimmten, erwünschten Katalysator gleichmäßig in die Ablagerung zu injizieren. Bei einigen unterirdischen Ablagerungen kann dieses Problem so ernsthaft sein, daß sich die Induktionserwärmung der Masse auf Temperaturen über 3150C sinnvollerweise verbietet.Of course, the user of the method according to the invention is free to only the lighter fractions of the entrapped bitumen at temperatures below to distill off from 315 0C. For economic reasons it can only be cheaper extract these lighter fractions and leave the rest in the soil, without going through the explained coking and cracking process. Provides the user Of course, the problem of finding a certain, desired catalyst evenly inject into the deposit. With some underground deposits this can Problem so serious that induction heating of the mass to temperatures over 3150C sensibly forbids.

Geht man jedoch davon aus, daß mindestens in einigen Fällen der Koks zur Erzielung der entsprechenden Destillate gekrackt wird, dürften die 15% Rest-Bitumen durch weitere Erwärmung allein ökonomisch nicht gewinnbar sein. Wenn erst das Wasser und der Großteil des Bitumens aus dem Sand entfernt sind, ist dieser ersichtlicherweise relativ trocken und erlaubt das Durchblasen von Druckluft. Entsprechend können die restlichen 15% des Bitumens abgebrannt werden, und zwar bei einer Brenntemperatur von ungefähr 760°C, in-dem die Formation mit Druckluft beaufschlagt wird. Diese als "Feuer-Flutung" an Ort und Stelle bekannte Methode kann möglicherweise zur Ausbeute weiterer gewinnbarer Kohlenwasserstoffe führen; in jedem Fall aber kann die erzeugte Wärme nutzbar gemacht werden. Die heißen Abgase können über die qleichen Bohrungen, welche zum Sammeln der zuvor gewonnenen destillierten Fraktionen benutzt worden waren, zu Wcirmetauschern geleitet werden. Nach dem Abbrennen verbleibt eine erhitzte Sandmasse mit einer Temperatur von ungefähr 760°C. Der warmeverlust des Sandes an die Deckgebirgsschichten und den Boden dürften wegen der sehr kleinen Wärmeleitfahigkeit, welche diese Schichten typischerweise haben, relativ klein sein. Auch könnte über Injektions-Bohrungen Wasser injiziert und anschließend in Form von Dampf wiedergewonnen werden, der anfänglich eine Temperatur in der Nähe von 760°C hätte, allerdings bei weiterem Finpumpen von Wasser in die Sand-Ablagerung in der Temperatur abnehmen würde. Gleichwohl könnte der gewonnene Dampf zum Antrieb von Turbinen für die Erzeugung von Elektrizität z.B. zur Durchführung der Induktionserwärmung eingesetzt werden. Der Dampf könnte auch als Prozeßdampf für anschließende Reinigungs- und Raffinationsprozesse an der Erdoberfläche benutzt werden. Andere Anwendungsformen für die zur Verfügung stehende Wärmeenergie dürften für den Fachmann auffindbar sein.However, assuming that at least in some cases the coke If the corresponding distillates are cracked, the 15% residual bitumen should be used cannot be obtained economically through further warming alone. If only the water and removed most of the bitumen from the sand are, is this is obviously relatively dry and allows compressed air to be blown through. Correspondingly, the remaining 15% of the bitumen can be burned off, namely at a firing temperature of about 760 ° C, in-which the formation with compressed air is applied. This in-place method known as "fire flooding" can potentially lead to the yield of other recoverable hydrocarbons; in any case, however, the generated heat can be made usable. The hot exhaust gases can use the same holes, which distilled to collect the previously extracted Fractions had been used to be directed to heat exchangers. After burning down What remains is a heated mass of sand with a temperature of approximately 760 ° C. The loss of warmth of the sand to the overburden layers and the soil are likely because of the very small Thermal conductivity, which these layers typically have, can be relatively small. Water could also be injected via injection holes and then shaped be recovered by steam, which initially has a temperature close to 760 ° C, but with further fin pumping of water into the sand deposit would decrease in temperature. At the same time, the steam obtained could be used as a propulsion system of turbines for generating electricity, e.g. for performing induction heating can be used. The steam could also be used as process steam for subsequent cleaning and surface refining processes can be used. Other forms of application for the available thermal energy should be found by those skilled in the art be.

Es ist zu erwarten, daß ein Extraktionsprozeß der oben beschriebenen Art auch bei den blschiefer-Ablagerungen angewandt werden kann, obwohl der Verkokungs- und Krackvorgang wahrscheinlich bei Ölschiefern nicht benutzt werden würde, weil das Kerogen der Olschiefer aus leichteren Ol-Fraktionen zusammengesetzt ist und deshalb der größte Anteil des Kerogens bei Temperaturen unter 5400C ohne Verkokung wegdestillieren würde. Andererseits dürfte die Anordnung der Bohrungen bei ölschiefern deutlich problematischer als bei den bituminösen Sanden in der Provinz Alberta sein, da fludförmige Stoffe relativ leicht und gleichmäßig in den Sand eindringen und durch ihn hindurchfließen können, was von Schiefern nicht unbedingt gesagt werden kann.It is expected that an extraction process of the above described Type can also be used with the blale deposits, although the coking and cracking would probably not be used on oil shale because the kerogen of the oil shale from lighter oil fractions composed and therefore the largest proportion of kerogen at temperatures below 5400C without Would distill away coking. On the other hand, the arrangement of the holes is likely significantly more problematic with oil shale than with the bituminous sands in the province Alberta, because fluid-like substances penetrate the sand relatively easily and evenly and can flow through it, which is not necessarily said of slates can.

Im wesentlichen der gleiche Extraktionsprozeß, wie er oben unter Bezugnahme auf bituminöse Sand-Ablagerungen beschrieben wurde, kann auch bei mindestens einigen der unterirdischen Lignit-Ablagerungen verwendet werden. Die Lignit-Ablagerungen, welche den größten Teil der existierenden Kohlereserven darstellen, sind durch die gleiche relativ hohe Leitfähigkeit wie die unterirdischen Rohöl-Ablagerungen in bituminösen Sanden gekennzeichnet, weshalb die elektrische Induktionserwärmung der Lignit-Ablagerungen mit gleichförmiger Erhöhung der Temperatur auf den gewünschten Wert möglich wäre. Bei Erwärmung der Lignit-Ablagerungen werden wahrscheinlich einige der leichteren Kohlenwasserstoff-Fraktionen abdestillieren, bevor Koks gebildet wird; der wesentliche Teil jedoch wird als Koks zurückbleiben, von dem die Kohlenwasserstoff-Fraktionen nach dem Kracken in praktisch gleicher Weise, wie es oben unter Bezugnahme auf die bituminösen Sande erläutert wurde, abdestilliert werden können.Essentially the same extraction process as referenced above Bituminous sand deposits described may also apply to at least some of the underground lignite deposits. The lignite deposits which represent the largest part of the existing coal reserves are by the same relatively high conductivity as the underground crude oil deposits in bituminous sands, which is why the electrical induction heating of the Lignite deposits with uniform increase in temperature to the desired Value would be possible. As the lignite deposits are heated, some distill off the lighter hydrocarbon fractions before coke is formed will; the major part, however, will remain as coke, from which the hydrocarbon fractions after cracking in practically the same manner as described above with reference to the bituminous sands has been explained, can be distilled off.

Auch hier ist die Möglichkeit gegeben, nichtextrahierbare Reste an Ort und Stelle abzubrennen, wobei sich möglicherweise eine weitere Ausbeute von Kohlenwasserstoffen ergibt, jedenfalls aber Wärme erzeugt wird, die mittels geeigneter Wärmetausch-Methoden, z.B. dem einleiten von Wasser und dem Abziehen des Wassers in Dampf form, gewonnen werden kann.Here, too, there is the option of adding non-extractable residues Burn off on the spot, possibly resulting in a further yield of Hydrocarbons results, but in any case heat is generated by means of suitable Heat exchange methods, e.g. introducing water and withdrawing the water in vapor form, can be obtained.

Im wesentlichen ähnliche Extraktionsmethoden können auch zur Gewinnung weiteren Rohöls aus zuvor schon abgebauten Ablagerungen benutzt werden, die mit den üblichen Methoden erschöpft wurden.Substantially similar extraction methods can also be used for recovery further crude oil from previously mined deposits can be used with the usual methods were exhausted.

In manchen Fällen, insbesondere bei Lignit-Ablagerungen, wird die Extraktion der Kohlenwasserstoffe zu unterirdischen Hohlräumen führen mit der Folge unerwünschter Bodensenkungen.In some cases, especially with lignite deposits, the Extraction of the hydrocarbons lead to underground cavities with the consequence undesirable subsidence.

Solche Hohlräume könnten mit Raffinationsabfall, Schlamm oder Wasser vollgepumpt werden und als Senke für unerwünschte Wärme niedriger Temperatur genutzt werden.Such voids could be filled with refinery waste, sludge, or water be pumped full and used as a sink for undesirable low temperature heat will.

... Patentansprüche... claims

Claims (13)

AnsprüeIie, Verfahren ur Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Kohlenwasserstoff-Ablagerung, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h elektrische Induktionserwärmung eines bestimmten Abschnittes der Ablagerung an Ort und Stelle auf eine Temperatur, die zur Verdampfung oder Vergasung mindestens einiger der Kohlenwasserstoffe in dem Abschnitt ausreicht, und durch Sammeln der verdampften oder vergasten Kohlenwasserstoffe.Claims, process for the extraction of hydrocarbons from a underground hydrocarbon deposit, g e -k e n n n z e i c h n e t d u r c h electrical induction heating of a specific section of the deposit in place to a temperature that is at least suitable for evaporation or gasification some of the hydrocarbons in the section is enough and by collecting the evaporated or gasified hydrocarbons. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man den Abschnitt der Ablagerung auf eine Temperatur erwärmt, die zur Krackung der Kohlenwasserstoffe in Fraktionen ausreicht, welche als Gase oder Dämpfe abdestilliert und -dann gesammelt werden.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the portion of the deposit is heated to a temperature which is suitable for Cracking of the hydrocarbons in fractions is sufficient, which as gases or vapors distilled off and then collected. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die Ablagerung auf eine Temperatur erwärmt, die zum Abdestillieren leichterer Kohlenwasserstoff-Fraktionen ausreicht, welche gesammelt werden, daß man die Ablagerung auf eine Temperatur erwärmt, bei der es zur Verkokung zurückgebliebener Kohlenwasserstoffe in der Ablagerung kommt, daß man die Ablagerung weiter auf eine Temperatur erwärmt, die zur Krackung der verkokten Kohlenwasserstoffe ausreicht, und daß man gekrackte Kohlenwasserstoff-Fraktionen abdestilliert und sammelt 3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z It is not necessary to heat the deposit to a temperature which is sufficient for distillation lighter hydrocarbon fractions which are collected that the deposit is heated to a temperature at which it to coke Residual hydrocarbons in the deposit cause the deposit further heated to a temperature conducive to cracking the coked hydrocarbons sufficient, and that cracked hydrocarbon fractions are distilled off and collects 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man zur Erleichterung des Rrackens der verkokten Kohlenwasserstoffe einen Katalysator in die Ablagerung injiziert.4. The method according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that in order to facilitate the cracking of the coked hydrocarbons, a Catalyst injected into the deposit. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Ablagerung in ihrem natürlichen Zustand angebundenes Wasser besitzt, d a d u r c h g e k e n.n z e i c h -n e t , daß man Wasser in die Ablagerung injiziert, nachdem die Temperatur der Ablagerung den Siedepunkt des angebundenen Wassers erreicht hat.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the deposit possesses bound water in its natural state, which means that n.n z e i c h -n e t that one injects water into the deposit after the temperature the deposit has reached the boiling point of the bound water. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man das Wasser in Dampfform injiziert.6. The method according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the water is injected in vapor form. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Extraktion an einer Ablagerung ausführt, welche in Sand gebundenes Bitumen enthält.7. The method according to any one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k It is noted that the extraction is carried out on a deposit which contains bitumen bound in sand. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Extraktion an einer Ablagerung ausführt, welche in Schiefer gebundenes Kerogen enthält.8. The method according to any one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k It is noted that the extraction is carried out on a deposit which contains kerogen bound in slate. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Extraktion an einer lignithaltigen Ablagerung ausführt.9. The method according to any one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k It is noted that the extraction is taking place a lignite Deposition carries out. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man im Anschluß an das Sammeln der gekrackten Kohlenwasserstoff-Fraktionen den im Abschnitt verb liebenen Kohlenwasserstoff-Rest an Ort und Stelle abbrennt.10. The method according to any one of claims 3 to 9, d a -d u r c h g e it is not noted that following the collection of the cracked hydrocarbon fractions burns off the hydrocarbon residue mentioned in section verb on the spot. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man während oder nach dem Abbrennen der Ablagerung durch Wärmetausch Wärme entzieht.11. The method according to claim 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c This means that during or after the deposition is burned off, heat exchange takes place Withdraws heat. 12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die entzogene Wärme in mechanische Energie umsetzt.12. The method according to claim 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c It does not mean that the extracted heat is converted into mechanical energy. 13. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die entzogene Wärme als Prozeßwärme für die anschließende Raffination der gesammelten Kohlenwasserstoffe verwendet.13. The method according to claim 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c This means that the extracted heat can be used as process heat for subsequent refining of the collected hydrocarbons used.
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