DE2736775A1

DE2736775A1 - System zur gewinnung von kohlenwasserstoffen oder anderen materialien aus unterirdischen lagerstaetten und verfahren zum betreiben eines solchen systems

Info

Publication number: DE2736775A1
Application number: DE19772736775
Authority: DE
Inventors: Joseph T Hamrick; Leslie C Rose
Original assignee: World Energy Systems Inc
Current assignee: World Energy Systems Inc
Priority date: 1976-08-16
Filing date: 1977-08-16
Publication date: 1978-02-23
Also published as: AR219086A1

Description

System zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen
Materialien aus unterirdischen Lagerstätten und Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien, bei welchen Dampf oder andere heiße Gase in einem Gasgenerator erzeugt werden, der an der Sohle eines Bohrloches angeordnet ist.
Es hat sich gezeigt, daß für die Gewinnung von sehr viskosem öl aus öl lagerstätten heißes Wasser und Dampf, die durch Rohre nach unten in das Bohrloch geleitet werden, benutzt werden können, um die Viskosität des Öls zu verringern, so dais es flieht und zu der Erdoberfläche gepumpt werden kann. Eines der Probleme, die bei dem Hinableiten von Dampf durch Rohre auftreten, ist mit dem Aufheizen und mit der Ausdehnung der Bohrlochverrohrung verbunden, die oft zu starker Beschädigung der Verrohrung führen. Ein weiteres Problem ergibt sich aus dem Verlust an Wärme, die der Dampf auf seinem Weg zur Sohle des Bohrloches an die Verrohrung abgibt. Darüberhinaus können bekannte Systeme Dampf nicht hinabpumpen oder Dampf in einer Tiefe von etwa 1000 m und mehr erzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zum Erzeugen von Dampf und heißen Gasen unten in einem Bohrloch für Gewinnungszwecke in einer Tiefe von etwa 1000 m (3500 feet) und mehr zu schaffen. Die Erfindung schafft ein System und ein Verfahren, durch welche Dampf und andere heiße Gase durch die Vereinigung und das Verbrennen eines Brennstoffes und eines Oxydationsmittels in einem ventilerten Druckgefäß erzeugt werden können, d.h. in einem sogenannten Gasgenerator, der an der Sohle eines Bohrloches angeordnet ist, wodurch die Probleme vermieden werden, die durch das Erwärmen der Bohrlochverrohrung und durch Wärmeabgabe an die Verrohrung verursacht werden, wenn heißes Wasser und Dampf durch Rohre nach unten in das Borhloch geleitet werden. Der Gasgenerator hat ein Gehäuse, das eine Kammer bildet, die eine Verbrennungszone begrenzt. Das Gehäuse hat ein oberes Einlaßende zum Empfangen von Brennstoff und einem Oxydationsfluid und einen begrenzten unteren Auslaß zum Durchlassen von erhitzten Gasen.
Weiter wird gemäß der Erfindung dem Gasgenerator unten in dem Bohrloch Wasserstoff und Sauerstoff zur Bildung eines brennbaren Gemisches zugeführt, das in der Verbrennungszone gezündet und verbrannt wird. Das brennbare Gemisch kann ein stöchiometrisches Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff oder ein wasserstoffreiches Gemisch sein. Der Gasgenerator und die Verbrennungsprodukte werden durch Einleiten von Wasserstoff in den Kühlring oder von Wasser, das dem Gasgenerator an der Bohrlochsohle zugeführt wird, gekühlt. Der Wasserstoff, der an die Lagerstätte entweder durch Verbrennen eines wasserstoffreichen Gemisches oder durch den dem Kühlring zugeführten Wasserstoff abgegeben wird, enthält Wärme, die auf das Öl über tragen wird, um seine Viskosität zu verringern. Wegen des niedrigen Molekulargewichtes und des hohen Diftusionsvermögen hat der Wasserstoff den zusätzlichen Vorteil, dai3 er in der Lage ist, leichter in das das öl enthaltende Lager einzudringen und deshalb ein größeres Lagervolumen schneller als andere Gase erwärmen kann. Darüberhinaus kann der Wasserstoff mit bestimmten Lagerbestandteilen, die als Katalysator wirken können, eine üblicherweise als Hydrierung bezeichnete Reaktion eingehen, um weniger viskose Kohlenwasserstoffe zu bilden und somit die Ölviskosität zu verringern, und zwar sowohl durch Erwärmen des Öls als auch durch Vereinigen mit dem Öl.
Zur festen Kontrolle des Stroms von Wasserstoff und Sauerstoff und zur Verhinderung des vorzeitigen Flutens des Gasgenerators in dem Fall, in welchem Wasser dem Kühlring zugeführt wird, sind ferngesteuerte Absperrorgane unten im Bohrloch nahe dem Gasgenerator vorgesehen. Diese Absperrorgane werden von ir Oberfläche aus gesteuert und steuern ihrerseits den Strom von Wasserstoff und von Sauerstoff zu dem Gasgenerator und den Strom von Wasser zu dem Kühl ring, wenn Wasser für Kühl zwecke benutzt wird.
In der Ausführungsform, in welcher Wasser für Kühlzwecke benutzt wird, wird das Wasser durch die Bohrlochverrohrung hinabgefördert und Wasserstoff und Sauerstoff werden durch getrennte Leitungen gefördert, die durch das Bohrloch verlauten. In der Ausführungsform, in welcher Wasserstoff dem Kühlring zugeführt wird, kann der Wasserstoff durch die Bohrlochverrohrung hinabgefördert werden und Sauerstoff wird durch eine durch das Bohrloch verlaufende getrennte Leitung zugeführt.
Die Bohrlochverrohrung ist unmittelbar oberhalb des Gasgenerators durch eine aufblasbare Packung abgedichtet, die das Gehäusegebilde oberhalb des Gasgenerators umgibt. Bei der Ausführungsform, bei der Wasser für Kühl zwecke benutzt wird, wird die Packung durch den Wasserstoff aufgeblasen, wodurch das Abdichten am Anfang durch den Wasserstoffdruck und am Ende durch den Druck erfolgt, der durch die Wassersäule in der Verrohrung ausgeübt wird. Bei der Ausführungsform, bei der Wasserstoff dem Kühlring des Gasgenerators zugeführt wird, kann die Packung durch den Druck des Sauerstoffes aufgeblasen werden, wodurch das Abdichten am Anfang durch den Sauerstoffdruck und anschließend durch den Druck des durch die Bohrlochverrohrung zugeführten Wasserstoffes erfolgt.
Die ferngesteuerten Absperrorgane sind bei einer Ausführungsform Magnetventile, die unten im Bohrloch angeordnet sind und von der Erdoberfläche aus gesteuert werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine einziger Schieber mit getrennten Durchlässen in einem Schieberkolben unten im Bohrloch benutzt, der von der Erdoberfläche aus durch einen gesonderten Elektromagneten oder durch den Wasserstoffdruck ferngesteuert wird.
Wasserstoff wird von der Erdoberfläche aus über einen Wasserstoffvorrat, ein Wasserstoffdosierventil und einen Wasserstoffdurchflußmesser zugeführt, die alle an der Erdoberfläche angeordnet sind. Der Sauerstoff wird von der Erdoberfläche aus über einen Sauerstoffvortat, ein Sauerstoffdosierventil und einen Sauerstoffi:Iurchflußmesser zugeführt, die ebenfalls an der Erdoberfläche angeordnet sind. In einer Ausführungsform wird das gewünschte Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff durch die Verwendung einer Wasserstoff durchflußregeleinheit aufrechterhalten, die an der Oberfläche angeordnet ist und einem Thermoelement nachgeführt wird, das an dem Gasgenerator angebracht ist.
Der Wasserstoffdurchflußregeleinheitauslaß ist mit dem Wasserstoffdosierventil gekuppelt und steuert die gewünschte Menge an durch dieses hindurchströmendem Wasserstoff.
Zur Verringerung der Anzahl von Leitungen und elektrischen Kabeln, die von der Erdoberfläche aus durch das Bohrloch zu dem Gasgenerator führen, kann eine Gleichstromzündersteuerung unten in dem Bohrloch zur Steuerung der Zündung des brennbaren Gemisches in dem Gasgenerator angeordnet sein. Die Zündersteuerung wird durch einen Schalter betätigt, der an dem Schieberkolben des Schiebers angeordnet ist, welcher durch den Wasserstoffdruck ferngesteuert wird. In dieser Ausführungsform wird das gewünschte Wasserstoff/Sauerstoff-Verhältnis durch eine Wasserstoff-Sauerstoff-Strömungsregelung aulrechterhalten, die mit dem Wasserstoffdosierventil und dem Wasserstoffdurchflußmesser sowie mit dem Sauerstoffdosierventil und dem Sauerstoffdurchflußmesser gekuppelt ist.
Vorzugsweise wird zwar eine Brennstoff-Oxydationsmittel-Kühlfluid-Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff oder von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser benutzt, es können jedoch auch andere Brennstoff-Oxydationsmittel-Kühlfluid-Kombinationen benutzt werden.
Die Erfindung schafft also ein Gewinnungsverfahren und -system, bei welchem Wasserstoff und Sauerstoff in eine ventiliertes Durckgefäß, d.h. in einen Gasgenerator, der an der Sohle eines Bohrloches angeordnet ist, eingeleitet und gezündet und verbrannt werden, um Dampf zu erzeugen.
Der Wasserstoff und der Sauerstoff können entweder als ein stöchiometrisches Gemisch eingeleitet werden oder das brennbare Gemisch kann wasserstoffreich sein. Der Gasgenerator hat einen Kühlring, der eine Verbrennungs-und Mischzone zur Kühlung des Gasgenerators und der Verbrennungsprodukte umschließt. Wasserstoff oder Wasser können dem Kühlring für Kühl zwecke zugeführt werden.
Ferngesteuerte Absperrorgane sind unten in dem Bohrloch in der Nähe des Gasgenerators zur festen oder stufenlosen Regulierung der Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff und, wenn es für Kühlzwecke benutzt wird, von Wasser zu dem Gasgenerator angeordnet. Die Bohrlochverrohrung ist unmittelbar oberhalb des Gasgenerators durch eine aufblasbare Packung abgedichtet. Es sind Vorkehrungen getroffen zum Aufrechterhalten des gewünschten Wasserstoff/Sauerstoff-Verhältnisses entweder durch eine Wasserstoffströmungsrcgelung, die einem unten im Bohrloch angeordneten Thermoelement nachgeführt wird oder durch eine besondere Wasserstoff-Sauerstoff-Strömungsregelung, die dann benutzt wird, wenn die Zündung durch eine unten in dem Bohrloch angeordnete Gleichstromquelle erfolgt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird zwar eine Brennstoff-Oxydationsmittel-Kühlfluid-Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff oder von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser benutzt, es ist jedoch vorgesehen, daß auch andere Brennstoff-Oxydationsmittel-Kühlfluid-Kombinationen benutzt werden können.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform des unten innerhalb und oben außerhalb des Bohrloches angeordneten Systems nach der Erfindung, Fig. 2A eine vergrößerte Schnittansicht durch den oberen Teil des unten in dem Bohrloch angeordneten Gehäusegebildes zum Abstützen des Gasgenerators von Fig. 1 in einem Bohrloch, Fig. 2B eine vergrößerte Teilschnittansicht des unteren Teils des Gehäuses von Fig. 2A, das den Gasgenerator von Fig. 1 trägt, wobei das vollständige Gehäuse mit dem Gasgenerator zu erkennen ist, wenn der untere Teil von Fig. 2A mit dem oberen Teil von Fig. 2 B verbunden wird, Fig. 3 eine Querschnittansicht auf der Linie 3-3 von Fig. 2B, Fig. 4 eine Querschnittansicht auf der Linie 4-4 von Fig. 2B, Fig. 5 eine Querschnittansicht auf der Linie 5-5 von Fig. 2A, Fig. 6 eine Querschnittansicht auf der Linie 6-6 von Fig. 5, Fig. 7 eine Querschnittansicht auf der Linie 7-7 von Fig. 5, Fig. 8 eine Querschnittansicht auf der Linie 8-8 von Fig. 2B, Fig. 9 eine Querschnittansicht auf der Linie 9-9 von Fig. 2B, Fig. 10 in einem Blockschaltbild eines der unten im Bohrloch angeordneten, ferngesteuerten Absperrorgane von Fig.l, Fig. 11 eine Erläuterungskurve, Fig. 12 eine Modifizierung eines Teils der Anordnung von Fig. 2B, Fig. 13 eine modifizierte Anordnung zum Aufblasen der Packung einer Abwandlung des Systems von Fig. 1, 2A und 2B, Fig. 14 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher unten im Bohrloch ein modifiziertes, ferngesteuertes Schiebersystem benutzt wird, Fig. 15 eine vergrößerte Schnittansicht des ferngesteuerten Schiebersystems von Fig. 14, Fig. 16 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Schiebers von Fig. 15, Fig. 17 eine vergrößerte Schnittansicht eines Gasgenerators ähnlich dem von Fig.
2B, aber mit gewissen Modifizierungen, Fig. 18 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 19 ein BLockschaltbild des Wasserstoff-Sauerstoffströmungsregelsystems von Fig. 18, Fig. 20 schematisch den in einem Bohrloch angeordneten Gasgenerator, der in eine Kohlenwasserstofflagerstätte eindringt, und ein mit Abstand davon angeordnetes Förderbohrloch zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus der Lagerstätte, Fig. 21 schematisch das sich unten innerhalb und oben außerhalb des Bohrloches befindende System von noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 22A eine vergrößerte Schnittansicht des oberen Teils des sich unten im Bohrloch befindenden Gehäusegebildes zum Abstützen des Gasgenerators von Fig. 21 in dem Bohrloch, Fig. 22B eine vergrößerte Teilschnittansicht des unteren Teils des Gehäuses von Fig. 22A, das den Gasgenerator von Fig. 21 abstützt, Fig. 23 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Gasgenerators von Fig. 22B, Fig. 24 eine Ansicht eines unten im Bohrloch angeordneten Systems, bei welchem eine modifizierte Kühlanordnung benutzt wird, und Fig. 25 eine modifizierte Zündanordnung für einen Gasgenerator.
Anhand der Fig. 1 bis 9 wird eine Ausführungsform des Gewinnungssystems nach der Erfindung beschrieben, welches unten in einem Bohrloch 31 Dampf erzeugt, um die Ölförderung aus einer unterirdischen Lagerstätte 33 anzuregen, in die das Bohrloch eindringt (vgl. Fig. 1). Der erzeugte Dampf treibt das Öl in der Lagerstätte 33 zu anderen abliegenden Bohrlöchern (nicht dargestellt), die in die Lagerstätte 33 in bekannter Weise für Förderzwecke eindringen.
Das System nach der Erfindung enthält ein oberes System 35 (über dem Bohrloch) und ein unteres System 37 (unten im Bohrloch) mit einem Gasgenerator 39, der in dem Bohrloch in der Höhe oder nahe der Höhe der Öl lagerstätte 33 angeordnet ist. In der Ausführungsform von Fig. 1 werden Sauerstoff und Wasserstoff von der Oberfläche aus zu dem Gasgenerator gefördert, um ein brennbares Gemisch zu bilden, das in dem Gasgenerator gezündet und verbrannt wird, um Dampf zu bilden. Der Gasgenerator und der erzeugte Dampf werden durch Wasser gekühlt, das ebenfalls von der Erdoberfläche aus zugetührt wird.
Gemäß Fig. 2A und 2B enthält der Gasgenerator 39 einen äußeren zylindrischen Mantel 41, der in einem in dem Bohrloch angeordneten Gehäuse 43 abgestützt ist. Der äußere Mantel 41 hat ein oberes Ende 45, durch welches sich Versorgungsleitungen und andere Teile erstrecken,und ein unteres Ende 47, durch welches sich eine Auslaßdüse 49 mit kleinem Durchmesser erstreckt. Innerhalb des äußeren Mantels 41 ist ein innerer Mantel 51 abgestützt, der einen Kühlring 53 zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel bildet. Der innere Mantel hat eine obere Wand 55, die mit einer Leitung 57 verbunden ist, welche sich ihrerseits durch eine obere Wand 45 erstreckt und mit dieser verbunden ist. Die Leitung 57 bildet eine der Versorgungsleitungen, wie im folgenden noch näher erläutert,und stützt außerdem den inneren Mantel 51 innerhalb des äußeren Mantels ab, der den Ring 53 und außerdem einen oberen Zwischenraum 59 zwischen den Wänden 45 und 55 bildet. Der Zwischenraum 59 steht mit dem Ring 53 in Verbindung, wie in Fig. 9 gezeigt. Das entgegengesetzte Ende des inneren Mantels 51 ist an der Stelle 61 offen.
In dem inneren Mantel sind an dessen unterem Ende mehrere Durchgangslöcher 63 gebildet, welche Durchlässe von dem Ring 53 zu dem Inneren des inneren Mantels für den Durchfluß von Kühlfluid bilden. In dem inneren Mantel ist an dessen oberem Ende eine wärmebeständige Auskleidung 65 abgestützt, die eine primäre Verbrennungszone 67 begrenzt.
Die Auskleidung 65 ist durch einen Haltering 53A abgestützt und hat einen oberen Wandteil 65A, durch welchen Versorgungsleitungen und andere Teile hindurchführen. Der sich auf der Höhe der Durchgangs löcher 63 befindliche Teil des Mantelinneren bildet eine Mischzone 69.
Die Leitung 57 erstreckt sich durch die Wände 45 und 55 und durch die obere Auskleidungswand 65A zu der primären Verbrennungszone 67. Innerhalb der Leitung 57 und mit innerem Abstand von ihr ist konzentrisch eine Leitung 71 angeordnet, die sich ebenfalls zu der Verbrennungszone 67 erstreckt. Brennstoff wird durch den zwischen den Leitungen 57 und 71 gebildeten Ring zugeführt, während ein Sauerstoffträger- oder Oxydationsfluid durch die Leitung 71 zugeführt wird. Wirbelbleche 73 und 74 sind in dem Ring zwischen der Leitung 57 und der Leitung 71 und in der Leitung 71 angeordnet, damit das Oxydationsmittel mit dem Brennstoff vermischt und ein brennbares Gemisch gebildet wird, das in der Verbrennungszone durch einen Zünder 75 gezündet wird und verbrennt. Gemäß Fig. 2B weist der Zünder 75 eine Zündkerze oder eine Elektrode auf, die sich durch die Wände 45 und 55 hindurch und in eine in der oberen Auskleidungswand 65A gebildete Durchgangsöffnung 65B erstreckt, so daß sie in Fluidverbindung mit den Gasen in der Verbrennungszone 67 ist.
In der beschriebenen Ausführungsform ist das Oxydationsfluid Sauerstoff und der Brennstoff ist Wasserstoff, wodurch bei der Verbrennung des Gemisches aus Wasserstoff und Sauerstoff Dampf gebildet wird. Kühlfluid wird dem Ring 53 über eine Leitung 77 (vgl. auch Fig. 4) zugeführt, die durch dS obere Wand 45 des äußeren Mantels 41 hindurchführt. In der beschriebenen Ausführungsform ist das Kühlfluid Wasser. Aus der Leitung 77 flieht das Wasser über den zwischen den Wänden 45 und 55 gebildeten Zwischenraum 59 zu dem Ring 53. Das Wasser kühlt den inneren Mantel 51 und fließt durch die Durchgangs löcher 63 hindurch, um die Verbrennungsgase auf die gewünschte Temperatur abzukühlen.
Der sich aus der Verbrennung des Wasserstoffes und Sauerstoffes und aus dem Kühlwasser ergebende Dampf strömt dann durch die Auslaßdüse 49 in die Lagerstätte. Da der Durchmesser der Auslaßdüse 49 im Vergleich zu dem Durchmesser der Verbrennungszone klein ist, wird der in dem Gasgenerator erzeugte Druck nicht durch den äußeren Druck (Druck der bllagerstätte) beeinflußt, bis sich der äußere Druck ungefähr 80 % des Wertes des inneren Druckes nähert.
Deshalb besteht bei einem eingestellten Gasgeneratordruck keine Notwendigkeit, die Strömungsgeschwindigkeit der dem Generator zugeführten Bestandteile zu verändern, bis der äußere Druck (Öllagerstättendruck) sich ungefähr 80 % des inneren Gasdruckes nähert.
Gemäß Fig. 1 werden der Wasserstoff, der Sauerstoff und das Wasser dem unten im Bohrloch angeordneten Gasgenerator aus einem Wasserstoffvorratstank 81 bzw. einem Sauerstoffvorratstank 83 bzw. einem Wasserreservoir 85 zugeführt.
Wasserstoff wird über einen Kompressor 87 und dann ein Dosierventil 89, einen Druchflußmesser 91 und durch eine Leitung 93 zugeführt, die durch ein Wasserstoffrohrleitungswinde- und -Gerät 95 nach unten in das Bohrloch eingeführt wird. Sauerstoff wird in das Bohrloch über einen Kompressor 101 und dann durch ein Dosierventil 103, einen Durchflußmesser 105 und durch ein Leitung 107 hinabgeleitet, die nach unten in das Bohrloch durch ein Sauerstoffrohrleitungswinde- und -Gerät 109 eingeführt wird.
Aus dem Wasserreservoir 85 wird das Wasser einem Wasserbehandlungssystem 111 zugeführt und dann mittels einer Pumpe 113 über eine Leitung 115 in das Bohrloch 31 gepumpt. In Fig. list das Waser in dem Bohrloch mit 117 bezeichnet.
Das Bohrloch 31 ist mit einer Stahlverrohrung 121 verrohrt und hat einen oberen Bohrlochkopf 123, durch welchen alle Leitungen, Stromzuführungen und Seile hindurchführen.
In dem Bohrloch ist oberhalb und in der Nähe des Gasgenerators 39 eine Packung 125 angeordnet, durch welche die Leitungen, Kabel und Stromzuführungen hindurchführen.
Der Strom von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser zu dem Gasgenerator wird durch elektromagnetisch betätigte Ventile 127, 129 und 131 gesteuert, die unten im Bohrloch in der Nähe des Gasgenerators oberhalb der Packung angeordnet sind. Die Ventile 127, 129 und 131 haben Stromzuleitungen 133 bzw. 135 bzw. 137, die zu Elektromagnetsteuereinheiten 141 bzw. 143 bzw. 145. an der Erdoberfläche führen, mit welchen das Öffnen und Schließen der Ventile unten im Bohrloch von der Erdoberfläche aus getrennt gesteuert wird.
Die Steuereinheiten 141, 143 und 145 sind nämlich Schalter, die getrennt betätigt werden können, um die Zufuhr von elektrischem Strom zu den Spulen der Ventile 127, 129 und 131 unten im Bohrloch zu steuern. Das Ventil 127 ist mit den Wasserstoffleitungen 93 und 57 gekuppelt, während das Ventil 129 mit den Sauerstoffleitungen 107 und 71 gekuppelt ist. Das Ventil 1 ist mit der Wasserleitung 77 gekuppelt und hat einen Einlaß 147, der dem Wasser in der Verrohrung zu dem Gasgenerator zu fließen gestattet, wenn das Ventil 131 geöffnet ist.
Der Zünder 75 ist mit einem Transformator 149 unten im Bohrloch über Leitungen 151A und 151B verbunden. Der Transformator ist mit einer über dem Bohrloch befindlichen Zündsteuereinheit 153 über Leitungen 155A und 155B verbunden. Die Zündsteuereinheit 153 enthält einen Schalter zum Steuern der Zufuhr von elektrischem Strom zu dem Transformator 149 und damit zu dem Zünder 75. Ein Thermoelemint 161 ist an dem Gasgenerator angebracht und mit einer über dem Bohrloch befindlichen Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 über Zuleitungen 165 verbunden. Die Wasserstoffd,,,h, flußregeleinheit fühlt die Temperatur ab, die durch das Thermoelement festgestellt worden ist, und erzeugt ein Ausgangssignal, das an das Dosierventil 89 angelegt wird, um den Strom von Wasserstoff zu steuern, damit das gewünschte Wasserstoff/Sauerstotf-Verhältnis erzielt wird.
Das Ausgangssignal der flurchflußregeleinheit 163 kann ein elektrisches Ausgangssignal, ein pneumatisches oder ein hydraulisches Ausgangssignal sein, das über eine Leitung 167 dem Dosierventil 89 zugeführt wird.
Außerdem ist an dem Gasgenerator ein Druckgeber 171 angebracht, der sich in dem Raum zwischen dem Gasgenerator und der Packung befindet und den Druck in dem Generator abfühlt. Zuleitungen 173 führen von dem Druckgeber 171 zu der Erdoberfläche, wo sie mit einem für Uberwachungszwecke vorgesehenen Meßgerät 175 verbunden sind. Außerdem sind unterhalb und oberhalb der Packung Druckwandler 177 und 119 vorgesehen, die Zuleitungen 181 bzw. 183 haben, weiche zu Meßgeräten 185 bzw. 187 an der Erdoberfläche führen, mit denen die Druckdifferenz an der Packung berwacht wird.
Gemäß den Fig. 2A und 2B ist der Gasgenerator 39 an dem Gehäuse 43 mit Hilfe eines ringförmigen Teils 191 befestigt. Das Gehäuse ist seinerseits in dem Bohrloch durch ein Seil 193 abgesützt. Das Seil 193 ist, wie dargestellt, mit seinem unterem Ende an einem Zinkschloß 195 befestigt, welches in dem aberen Teil 43A des Gehäuses befestigt ist.
Gemäß den Fig. 4, 5 und 8 hat der obere Teil des Gehäuses Leitungen 77, 57, 201-203, 71 und 204, die durch ihn hindurchführen, für Wasser, Wasserstoff, Zünderdrähte, Thermoelemtdrähte, Druckleitungen, Sauerstoff und eine Ablaßleitung, welch letztere im folgenden näher beschrieben ist. Der obere Teil des Gehäuses hat außerdem einen ringförmigen Schlitz 209, der in dessen Umfang gebildet ist und in dem die Packung 125 abgestütztist. Die Packung ist ein elastisches Teil, das durch das Einleiten von Gas in einen inneren Ring 125A expandiert werden kann, der zwischen den inneren und äußeren Teilall25B bzw. 125C der Packung gebildet ist (vgl. auch Fig. 6). In der hier beschriebenen Ausführungsform wird Wasserstoff aus der Wasserstoffleitung benutzt, um die Packung aufzublasen und eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 43A und der Verrohrung 121 des Bohrloches zu bilden. Wasserstoff wird gegenüber Sauerstoff der Vorzug gegeben, da er nicht oxydiert und daher die Packung nicht nachteilig beeinflußt.
Wasserstoff aus der Wasserstoffleitung 57 wird in den Ring 125A über eine Leitung 211 eingeleitet, die mit der Wasserstoffleitung 93 oberhalb des unten im Bohrloch befindlichen Ventils 127 gekuppelt ist (vgl. Fig. 1 und 6).
Wenn sich das untere System in dem Bohrloch befindet, wie in Fig. 1 dargestellt,und wenn alle Absperrorgane geschlossen sind, geht das Anfahren folgendermaßen vor sich.
Wasserstoff und Sauerstoff werden in die nach unten in das Bohrloch führenden Leitungen eingeleitet und durch Öffnen der Dosierventile 89 und 103 auf Druck gebracht. Der Wasserstoff bläst die Packung 125 auf und bildet eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 43A und der Bohrlochverrohrung 121, nachdem er in die in das Bohrloch hinabführende Leitung 93 eingeleitet worden ist. Wasser wird dann in die Bohrlochverrohrung eingeleitet und die Verrohrung wird ganz oder teilweise gefüllt. Das erfolgt durch Betätigen der Pumpe 113. Das Wasser beaufschlagt die unten im Bohrloch befindliche Packungsdichtung weiter mit Druck. Die Zündsteuereinheit 153 und die Sauerstoff-,Wasserstoff-und ibssermagnetventile 127, 129 und 131 werden in der richtigen Reihenfolge folgendermaßen betätigt. Der Zünder wird gestartet, indem die Steuereinheit 153 betätigt wird; das Sauerstoffventil 129 wird durch Betätigen der Steuereinheit 143 geöffnet, damit sich eine geringe Sauerstoff zufuhr ergibt; das Wasserstoffventil 127 wird dann geöffnet, woran sich das Öffnen das Wasserventils 131 anschließt. Die Ventile 127 und 131 werden durch Betätigen der Steuereinheiten 141 bzw. 145 betätigt. Diese Folge kam durch manuelles Steuern der Steuereinheiten 141, 143, 145 und 153 oder durch automatisches Steuern dieser Steuereinheiten durch ein über dem Bohrloch befindliches automatisches Steuersystem erfolgen. An diesem Punkt wird ein kennzeichnendes Signal aus dem unten im Bohrloch befindlichen Druckgeber 171 an dem Meßinstrument 175 anzeigen, ob ein normaler Start erfolgt ist oder nicht, und das Thermoelement wird durch ein Meßinstrument 164, das mit den Zuleitungen 165 verbunden ist, anzeigen, ob die gewünschte Dampftemperatur erreicht ist oder nicht.
Die Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 wird dem Thermoelement 161 nachgeführt, welches den Wasserstoffstrom automatisch steuert. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff kann durch manuelles Steuern der Wasserstoff- und Sauerstoffventile, durch elektrisches Koppeln der Ventile mit einem selbstsynchronisierenden Motor oder durch Zuführen des Ausgangssignals der Strömungsmeßinstrumente 105 und 91 zu einem Vergleicher 90, der ein elektrisches Ausgargssignal zum Verstellen des Sauerstoffdosierventils in einer Richtung, die das Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis konstant hält, gesteuert werden. Der Vergleicher 90 kann ein Computer sein, der die Digitalzählung jedem Strömungsmeßinstrument entnimmt, die erforderliche Verschiebung des Sauerstoffdosierventils berechnet und die erforderliche elektrische, pneumatische oder hydraulische Leistung an die Ventilsteuereinheit abgibt, damit die Verstellung ausgeführt wird.
Solche Steuereinheiten sind im Handel erhältlich. Je niedriger die Gasgeneratortemperatur ist, um so größer ist der erforderliche Zustrom an Wasserstoff. Die Strömungsgeschwindigkeit durch das Dosierventil 89 wird durch elektrische Verbindung über die Leitung 167 von der Wasserstoffströmungssteuereinheit 163 aus gesteuert. Die Verbindung von der Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 zu dem Dosierventil 89 kann wahlweise pneumatisch oder hydraulisch über eine Sgeignete Leitung erfolgen. An diesem Punkt werden die Durchflußmengen von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser geprüft, um die richtigen Verhältnisse von Wasserstoff und Sauerstoff sowie die Durchflußmengen von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser zu ermitteln.
Die Überwachung des Durchflusses von Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt durch Beobachten der DurchfSu(3messer 91 und 105. Die Durchflußleistungsmesser oder -fühler 91 und 105 in den Wasserstoff- und Sauerstoffversorgungsleitungen an der Erdoberfläche können außerdem zum Feststellen von Druckänderungen in dem Gasgenerator benutzt werden. Wenn z. B. in dem Gasgenerator die Flamme ausgellen sollte, werden die Durchflußleistungen von Brennstoff und Oxydationsmittel zunehmen, was einen fehlerhaften Betrieb anzeigt. Wenn der Vorratstankdruck gleich dem inneren Gasgeneratordruck sein sollte, würden die Durchflußleistungen des Brennstoffes und des Oxydationsmittels absinken, was einen Bedarf an einer Druckerhöhung von dem Vorratstank aus signalisiert. Das Einstellen der Durchflußmengen von Wasserstoff und Sauerstoff kann durch Einstellen des Versorgungsdruckes erfolgen. Beide Ventile 89 und 103 können manuell auf den gewünschten Anfangssollwert eingestellt werden.
An diesem Punkt ist der Gasgenerator in produktivem Arbeitsgang. Wenn sich der Druck unter der Packung aufbaut, besteht die Tendenz, die Packung nach oben zu drücken und heiße Gase aufwärts in die Bohrlochverrohrung entweichen zu lassen, was beides unerwünscht und potentiell schädlich ist.
Das wird jedoch durch die Wassersäule verhindert, die in der Verrohrung und auf einem Druck gehalten wird, der gleich dem Druck des Vorrats unter der Packung oder größer als dieser Druck ist. Bei Bohrlöchern von geringer Tiefe kann es erforderlich sein, Druck durch die Pumpe 113 zusätzlich zu dem durch die Wassersäule ausgeübten Druck aufrechtzuerhalten. Bei tiefen Bohrlöchern kann es erforderlich sein, die Höhe der Wassersäule in der Verrohrung zu steuern. Das kann durch Einführen der Wasserleitung 115 in das Bohrloch bis in eine mittlere Tiefe mit einem schwimmerbetätigten Absperrventil erfolgen; durch Messen des Druckes oberhalb und unterhalb der Packung; durch Messen der Druckdifferenz an der Packung; oder durch Messen der Zugspannungsänderung an dem Seil, das die Packung und den Gasgenerator trägt, wenn Wasser der Säule hinzugefügt wird. Der Zufluß von Wasser in die Verrohrung 121 wird abgesperrt, wenn der erhaltene Meßwert zu groß wird. Das Absperren des Wassers kann automatisch erfolgen. Darüberhinaus kann ein wasserbetätigter SchaLter in dem Bohrloch benutzt werden, um den Zustrom zu beenden, nachdem das Bohrloch bis zu einer gewünschten Höhe gefüllt worden ist. Der Druck und die Druckdifferenz können durch im Handel erhältliche Druckgeber abgefühlt werden, beispielsweise durch Dehnungsmeßstreifen, Elemente mit veränderlicher Reluktanz oder piezoelektrische Elemente, die bei Druckänderung ein elektrisches Signal erzeugen. Änderungen des Seilzuges können durch eine Belastungszelle abgefühlt werden, die das Seil an der Erdoberfläche abstützt. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck oberhalb und unterhalb der Packung durch Druckgeber 177 und 179 gemessen, deren Ausgangssignale durch MelJinstrumente 185 bzw. 187 überwacht werden, um den Zufluß von Wasser in die Verrohrung 121 zu steuern. Der Betrieb des Gasgenerators in produktivem Arbeitsgang kann sich über Zeitspannen von mehreren Wochen erstrecken.
Die Operationen beim Abschalten laufen folgendermaßen ab.
Das Sauerstoffventil 129 unten im Bohrloch wird zuerst abgesperrt, woran sich das Absperren des Wasserstoffventils 127 und anschließend das Absperren des Wasserventils 131 anschließt. Das Wasserventil sollte gerade lange genug offengelassen werden, damit der Generator abkühlt und eine Rückerhitzung nach dem Abschalten verhindert wird. Das Abschalten des Zünders erfolgt manuell oder durch einen Zeitgeber nach dem Anfahren.
In einer Ausführungsform des Ölgewinnungssystems wird Dampf durch den unten im Bohrloch befindlichen Generator unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff in einem stöchiometrischen Verhältnis erzeugt. Der Dampf kann mit einer Leistung von 21101 x 106 J/h bei 70,3 kp/cm² und 316 C in einer Tiefe von 1224 m erzeugt werden. Der Gasgenerator kann in einer Bohrlochverrohrung mit einem Innendurchmesser von 168,3 mm (6,625 Zoll) benutzt werden. Unter diesen Bedingungen wird das Gesamtgewicht an für die Verbrennung erforderlichem Wasserstoff durch Berechnung zu 148,6 kp Wasserstoff pro Stunde ermittelt.
Insgesamt 3,6 kp Sauerstoff werden für jeweils 0,454 kp Wasserstoff benötigt oder insgesamt 1190 kp Sauerstoff pro Stunde. Die Höchsttemperatur, die bei dem stöchiometrischen Verbrennen von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugt wird, beträgt 2907 OC bei Atmosphärendruck. Wann der Druck zunimmt, nimmt die Höchsttemperatur ebenfalls zu, da es zu einer geringeren Dissoziierung von Wasser kommt. Die Menge an Kühlwasser, die zum Kühlen der heißen Gase erforderlich ist, beträgt 6165 kg/h oder 1,7 kg/s.
Die Wasserstoff- und Sauerstoff leitungen 93 und 107 können listenmäßige 25,4-bis 31,8-mm-Rohre sein. Die Bohrlochv<rrohrung kann für die Zufuhr von Wasser benutzt werden.
Wenn das Wasser eine zu große Belastung auf das Aufhängiingssystem ausübt, muß die Wassertiefe in der Verrohrung kontrolliert werden, wie oben angegeben. Der Druck der Wassersäule in 1224 m Tiefe beträgt 152,9 kp/cm². In dieser Tiefe ist kein Pumpendruck erforderlich. Stattdessen wird eine Druckregulieröffnung an der Bohrlochsohle benutzt, um den Druck an dem Gasgenerator zu reduzieren. Wasser wird der Regulieröffnung direkt aus dem Vorrat in der Bohrlochverrohrung zugeführt.
Es ist erforderlich, für das Anfahren und für den Betrieb des Gasgenerators die Ventile unten im Bohrloch genau oberhalb der Packung anzuordnen, um eine Sauerstoffzuleitung beim Anfahren und eine positive Antwort auf die Steuerung sicherzustellen. Die Verwendung der ferngesteuerten Ventile 127, 129 und 131 unten im Bohrloch hat Vorteile, weil sie für eine feste Kontrolle des Zuflusses von Fluids zu dem Generator sorgen. Das ferngesteuerte Wasserventil 131 unten im Bohrloch hat Vorteile, weil es ein vorzeitiges Fluten des Gasgenerators verhindert. Die Ventile 127, 129 und 131 unten im Bohrloch können zylinderbetätigte Kugelventile sein, die pneumatisch oder hydraulisch (in der Ausführungsform von Fig. 1 hydraulisch) betätigt werden können und bei welchen Magnetventile zum Einleiten von Druck in den Betatigungszylinder benutzt werden. Wenn die Bohrlochverrohrung als einer der Kanäle für Wasser oder Brennstoff (wie im folgenden noch näher beschrieben) benutzt wird, ist es erforderlich, einen Kanal der Magnetventile unterhalb der Packung unten im Bohrloch zu öffnen. Um weiter eine zwangsläufigere Betätigung zu erzielen, ist es erwünscht, unregulierten Wasserdruck als Betätigungsfluid zu benutzen, da er die größte Druckdifferenz an der Packung erzeugt. Ein Schema der Ventilanordnung für jedes der Ventile 127, 129 und 131 ist in Fig. 10 dargestellt.
In Fig. 10 ist als das Ventil das Ventil 127 angegeben.
Die Ventile 129 und 131 haben den gleichen Aufbau. Das in Fig. 10 dargestellte Ventil enthält ein Kugelventil 221 zum Steuern des Fluiddurchflusses durch die Leitung 57. Das Öffnen und Schlieren des Kugelventils wird durch einen Hebel 223 gesteuert, der seinerseits durch einen Kolben 225 und eine Stange 226 eines Ventilbetätigungszylinders 227 gesteuert wird. Zwei Dreiwegmagnetventile 229 und 231 werden zum Betätigen des Zylinders 227 zum Öffnen und Schlieren des Kugelventils 221 benutzt.
Das Dreiwegmagnetventil 229 hat, wie dargestellt, elektrische Zuleitungen 232, die zur Erdoberfläche führen und einen Teil der Zuleitungen 133 bilden. Es hat eine Wassereinlaßleitung 233 mit einem Filter und Gitter 235, eine Auslaßleitung 237, die mit einer Seite des Zylinders 227 gekuppelt ist, und eine Auslaßöffnung 239. Ebenso hat das Ventil 231 elektrische Zuleitungen 241, die zu der Erdoberfläche führen und ebenfalls einen Teil der Zuleitungen 133 bilden. Das Ventil 231 hat eine Wassereinlaßleitung 243 mit einem in sie eingebauten Filter und Gitter 245; eine Auslaßleitung 247, die mit der anderen Seite des Zylinders 227 gekuppelt ist; und eine Auslaßöffnung 249. Beide Auslaßöffnungen 239 und 249 sind mit einem Abtaßhohlraum 204 verbunden, der sich durch den oberen Gehäuseteil 43A von einer Stelle oberhalb der Packung zu einer Stelle unterhalb der Packung erstreckt. Damit stehen beide Öffnungen 239 und 249 mit dem Druck unterhalb der Packung 125 in Verbindung. Im Betrieb wird das Ventil 229 erregt und daß Ventil 231 entregt, um das Kugelventil 221 zu öffnen. Zum Schließen des Kugelventils 221 wird das Ventil 229 entregt und das Ventil 231 erregt. Wenn das Magnetventil 229 erregt und damit geöffnet wird, wird der Wasserdruck einer Seite des Zylinders 227 über die Leitung 233, das Ventil 229 und die Leitung 237 zugeführt, um seinen Kolben 225 und damit den Hebel 223 in eine Stellung zum Öffnen des Kugelventils 221 zu bewegen, damit ein Fluiddurchfluß durch die Leitung 57 erfolgen kann. Wenn das Ventil 231 entregt und damit geschlossen wird, wird die entgegengesetzte Seite des Zylinders 227 mit dem Druck unterhalb der Packung über eine Leitung 247, das Ventil 231 und die Leitung 249 in Verbindung gebracht. Wenn das Ventil 231 geöffnet ist, wird der Wasserdruck der anderen Seite des Zylinders über die Leitung 243, das Ventil 231 und die Leitung 247 zugeführt, um den Betätigungshebel 223 in eine Richtung za bewegen, in der das Ventil 221 geschlossen wird.
Wenn das Ventil 221 geschlossen ist, wird die entgegengesetzte Seite des Zylinders mit dem Druck unterhalb der Packung über die Leitung 237, das Ventil 229 und die Leitung 239 in Verbindung gebracht.
Das anfängliche Abdichten der Packung 125 erfolgt durch pneumatischen Druck auf die Dichtung aufgrund des Wasserstoffdruckes und am Ende aufgrund von Druck, der durch die Wassersäule ausgeübt wird. Es wird somit pneumatischer Druck zum Herstellen der Anfangsabdichtung benutzt, so daß der Wasserdruck sich auf der Oberseite der Dichtung aufbauen wird. Wenn die Wassersäule in der Verrohrung eine Höhe erreicht, die ausreicht, um die Dichtung außen an der Verrohrung aufrechtzuerhalten, wird der pneumatische Druck nicht länger benötigt und der hydraulische Druck, der die Dichtung an der Verrohrung hält, nimmt mit der Wassersäulenhöhe zu. Wenn das Wasser Druck auf die pneumatische Dichtung zusätzlich zu dem Dichtungsdruck aus dem Wasserstoff ausübt, gibt es sehr wenig oder keinen Leckverlust an der Packung. Noch wichtiger ist jedoch die Tatsache, daß keine heißen Gase aufwärts an der Packung vorbei entweichen, da die Unterseite dem geringeren von zwei entgegenwirkenden Drücken ausgesetzt ist.
Zusätzlich zur Aufrechterhaltung eines positiven Druckgradienten an der Packung wirkt das Wasser noch als ein Kühlmittel für die Packungsdichtung und die Teile oherhalb der Packung. Die Dichtung kann aus Vitongummi oder Neopren hergestellt sein. Das Seilaufhängungssystem stützt den Gasgenerator und die Packung gegenüber der Wassersäulenbelastung ab. In einer Ausführungsform kann das Seil aus Gußstahldrähten hergestellt sein.
In einer Ausführungsform können der Außenmantel 41 (Fig.
2B) und der Innemantel 51 des Gasgenerators aus rostfreiem Stahl 304 hergestellt sein. Die Wand des äußeren Mantels 41 kann eine Dicke von 9,4 mm haben, während die Wand des inneren Mantels 51 eine Dicke von 3,2 mm haben kann.DieAuskleidung 65 kann aus Graphit mit einer Wanddicke von 7,9 mm gebildet sein. Sie erstreckt sich über die oberen 55 % des Innenmantels. Wenn der Innenmantel 51 durch das Wasser kühl gehalten wird, wird er sich nicht stark ausdehnen.
Der Graphit wird ebenfalls an der Außenfläche gekühlt und erreicht deshalb nicht die Maximaltemperatur. Die Wirbelbleche 74 in dem Sauerstoffrohr 71 wirbeln den eintretenden Sauerstoff in eine Richtung, und die Wirbelbleche 73 in dem Wasserstoffring zwischen den Rohren 71 und 57 wirbeln den Wasserstoff in eine Richtung, die zu der des Sauerstoffs entgegengesetzt ist. Da der Sauerstoff schwerer ist als Wasserstoff, wird er durch Zentrifugalkraft nach außen getrieben und vermischt sich mit dem Wasserstoff. Ein Funke dient zum Zünden des Wasserstoffes mit Hilfe der Elektrode 75, wie oben dargelegt. Das Thermoelement 161 ist in einer Hülle aus einer Rohrleitung 162 untergebracht, die von der Oberseite des Generators zu einem Punkt in der Nähe der Auslaßdüse 49 verläuft,und fühlt die Temperatur an dieser Stelle ab. Diese Temperaturmessung wird benutzt, um den Brennstoff-Oxydationsmittel-Strom zu dem Generator zu steuern, damit eine Auslaßtemperatur von 315 °C aufrechterhalten wird. Die Zuleitungen des Thermoelements erstrecken sich durch eine Leitung 202 des Gehäuses (Fig. 8) und an der Stelle 165 (Fig. 1) zu der Erdoberfläche. Der Druckgeber 171 (Fig. 1) gestattet das Überwachen des Generatordruckes. Er ist in dem Raum zwischen dem Generator und der Packung angeordnet und mit dem Generator an der Stelle 203A verbunden (Fig. 4). Der Druckgeber 171 hat Zuleitungen 17, die durch einen Kanal 203 des Gehäuses zu der Erdoberfläche führen.Der Durchmesser des Sauerstoffeinlaßrohres 71 ist so bemessen, daß ein Gewichtsstrom von 1190 kp Sauerstoff pro Stunde bei einem Überdruck von 70,3 kp/cm²und 10,6 m/s erzeugt wird. Der Wasserstoffeinlaßring zwischen den Rohren 71 und 57 ist so bemessen, daß 149 kp Wasserstoff pro Stunde bei einem Überdruck von 70,3 kp/cm² und 10,6 m/s zufließen. Wenn die beiden Gase in die Verbrennungszone gewirbelt werden, beträgt ihre mittlere Bemessungsgeschwindigkeit vor der Verbrennung in der Durchflußrichtung 2,99 m/s was eine stabile Verbrennung gestattet. Nach erfolgter Verbrennung und Abkühlung der Verbrennungsgase auf 315 OC beträgt die Geschwindigkeit 9,75 m/s. Wenn sich der Dampf, der sich aus der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff und aus dem Kühlwasser ergibt, in die Auslaßdüse bewegt, erreicht er eine Geschwindigkeit von 497 m/s für eine Gesamtgewichtsdurchfluß von 2,1 kp/s. Der Querschnitt der Auslaßdüse für einen Düsenfaktor von 100 % beträgt 2 214,2 mm . Für einen Düsenfaktor von 0,96 beträgt der Querschnitt 223,2 mm für einen Durchmesser von 16,9 mm.
Der Innendurchmesser des Außemantels 41 kann 109,2 mm und der Innendurchmesser des Innenmantels kann 92,7 mm betragen. Für diese Abmessungen kann die Düse 49 einen minimalen Innendurchmesser von 16,9 mm haben. Die Durchflußmenge aus den Gasgenerator wird nicht durch den Öllagerstättendruck beeinflußt, bis die Lagerstätte den kritischen Druck von ungefähr 39 kp/cm² erreicht. Er wird 2 nicht stark beeinflußt, bis der Lçzgattendruck 56,3 kp/cm erreicht, woran anschließend die Durchflußleistung schnell abfällt. Bei den hohen Drücken, die einem Gasgenerator zugeordnet sind, kann in die Düse 49 ein Stopfen eingeführt werden, bevor der Generator in das Bohrloch abgesenkt wird, so daß er bei dem Anfahren des Gasgenerators hinausgeblasen werden kann. Der Stopfen wird verwendet, um Bohrlochflüssigkeit am Eindringen in den Generator zu hindern, wenn er in das Bohrloch abgesenkt wird. Weiter kann wegen der fortgesetzten Verfügbarkeit von hohem Druck und kleinem erforderlichen Querschnitt ein Rückschlagventil stromabwärts der Düse vorgesehen werden, so daß nach dem Abschalten des Gasgenerators das Rückschlagventil schließt und jegliche Fluids aus dem Generator fernhält, die sonst in ihn zurückströmen können.
Es ist zwar nicht dargestellt, es ist jedoch klar, daß ein geeignetes Seilwinde- und Einführgerät zum Absenken des Gasgenerators in das Bohrloch mit Hilfe des Seils 193 benutzt wird. Außerdem, wenn die Wasserleitung 115 in das Bohrloch bis in beträchtlichen Tiefen einzuführen ist, wird ein geeignetes Wasserrohrleitungswinde- und -gerät ähnlich dem Gerät 95 oder 109 zum Einführen der Wasserrohrleitung in das Bohrloch benutzt.
Die Wasserstoff- und Sauerstoffdosierventile 89 und 103 haben Steuervorrichtungen zum manuellen Voreinstellen der Ventilöffnungen für ein gegebenes Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis. Das Ventil 103 wird dem Ventil 89 nchgeführt, wie oben angegeben. Die Ventilöffnungen können zum Verändern der Durchflußleistungen der Ventile durch die Verwendung von hydraulischem oder pneumatischem Druck oder durch die Verwendung von elektrischem Strom automatisch verändert werden. Wenn die Dosierventile von einer Bauart sind, bei welcher die Betätigung durch hydraulischen oder pneumatischen Druck erfolgt, können sie einen federbelasteten Kolben aufweisen, der durch den hydraulischen oder pneumatischen Druck gesteuert wird und eine Nadel in eine Öffnung hinein- oder aus ihr herausbewegt. Wenn die Dosierventile von einer Bauart sind, bei welcher die Betätigung elektrisch erfolgt, können sie einen Elektromotor zum Steuern der Ventilöffnung aufweisen. Geeignete Dosierventile 89 und 103 sind im Handel erhältlich, beispielsweise von den Firmen Allied Control Co., Inc., New York, N. Y.; Republic Mfg. Co., Cleveland, Ohio; und Skinner Uniflow Valve Div., Cranford, New Jersey, usw.
In der Ausführungsform von Fig. 1 wird das Ventil 89 durch das Thermoelementsignal automatisch betätigt.
Das unten im Bohrloch befindliche Thermoelement 161 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Temperatur darstellt und der Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 zugeführt wird. Wenn das Dosierventil 89 elektrisch betätigt wird, erzeugt die Wasserstoffdurchflunregeleinheit ein geeignetes elektrisches Ausgangsignal auf das Thermoelementsignal hin und gibt es an das Ventil über Zuleitungen 167 ab, damit die Durchi-lu{ileistung in dem Ventil 89 reduziert oder erhöht wird. Wenn das Thermoelement beispielsweise eine niedrige Te:iatur abfühlt, veranlaßt die Wasserstoifdurchflußregeleinheit 163 das Dosierventil 89 und damit das Ventil 103, ihre Öffnungen zu vergrößeren, damit die Durchflußleistung in ihnen erhöht und mehr Wärme unten im Bohrloch erzeugt wird.
Wenn das Ventil 89 hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, wandelt die WasserstoffdurchflutSregeleinheit 163 das Thermoelementsignal in einen hydraulischen oder pneumatischen Druck um, mit welchem das Ventil 89 zu Steuerzwecken beaufschlagt wird.
Die Durchflußmesser 91 und 105 können von einer Bauart mit drehbaren Flügeln sein, die durch den Fluiddurchfluß angetrieben werden. Die Durchflußleistung kann durch Messen der Geschwindigkeit der Flügel mit Hilfe eines magnetischen Aufnehmers bestimmt werden, der die Flügel abfühlt, wenn sie sich an ihm vorbeidrehen. Der Ausgangszählwert des magnetischen Aufnehmers wird einem elektronischen Zähler zugeführt, welcher ein die Durchflußleistung darstellendes Ausgangssignal erzeugt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein stöchiometrisches Gemisch von Wasserstotf und Sauerstoff eingeleitet und in dem Gasgenerator verbrannt, um Dampf zu erzeugen, damit die Viskosität des Öls durch Wärme und durch Druck für Sekundärgewinnungszwecke reduziert wird.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Überschuß an Wasserstoff, d. h. ein wasserstoffreiches Gemisch in die Verbrennungszone des Gasgenerators eingeleitet werden, um die Temperatur in der Primärverbrennungszone des Gasgenerators zu reduzieren; um ein besseres Durchdringen der Lagerstätte aufgrund des niedrigeren Molekulargewichts von Wasserstoff zu gewährleisten; und um das Öl zu hydrieren, damit weniger viskose Kohlenwasserstoffe gebildet werden.
Die Reduzierung der Temperatur in der Primärverbrennungszone mit einem wasserstoffreichen Gemisch hat Vorteile, weil sie das Herstellen des Gasgenerators aus herkömmlicheren Materialien gestattet. In dieser Hinsicht kann ein Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt, wie beispielsweise feuerfestes Aluminiumoxid- oder Siliciumdioxidmaterial oder sogar einfach rostfreier Stahl als Auskleidung statt des Graphits benutzt werden. Zur Reduzierung der Temperatur in der Primärverbrennungszone auf 1427 OC kann ein Durchfluß von ungefähr 760 kp Wasserstoff pro Stunde benötigt werden. Das ist etwas mehr als das Fünffache der Wasserstoffdurchflußleistung, die für stöchiometrisches Verbrennen erforderlich ist. Die Durchflußleistungen von Wasserstoff in Kilopond Wasserstoff pro Stunde, die zur Erzeugung von 21101 x 106 J/h bei Primärverbrennungszonentemperaturen von 1093 OC bis 1760 C erforderlich sind, sind in Fig. 11 für eine konstante Sauerstoffdurchflußleistung von 1187 kp/h dargestellt. Wegen des niedrigen Molekulargewichtes und des hohen Diffusionsvermögens hat der Wasserstoff den zusätzlichen Vorteil, daß er leichter in das das Öl enthaltende Lager eindringt und deshalb ein größeres Lagervolumen schneller als andere Gase erhitzen kann. Außerdem kann der Wasserstoff mit gewissen Lagerbestandteilen, die als Katalysatoren wirken können, eine Reaktion eingehen, die mormalerweise als Hydrierung bezeichnet wird, und weniger viskose Kohlenwasserstoffe bilden, so daß die Ölviskosität sowohl durch Erhitzen als auch durch Vereinigen mit dem Öl reduziert wird. In dem Hydrierungsprozeß dissoziiert der Wasserstoff die Rohölmoleküle und vereinigt sich dann mit den dissoziierten Bestandteilen, um leichtere, weniger viskose Kohlenwasserstoffe zu bilden. In Abwesenheit von Lagerbestandteilen, die als Katalysatoren wirken können, kann die Zeit, die zur Erzielung eines nennenswerten Ausmaßes an Hydrierung erforderlich ist, reduziert werden, indem ein Katalysator unten in das Bohrloch injiziert wird. Beispielsweise kann als Katalysator Molybdänsäure in Lösung mit Ammoniumhydroxid zu einer Zeit vor dem Beginn des Erhitzungsprozesses in das Bohrloch gegossen werden, so daß die Lösung in die Lagerstätte eindringen und sich vor der Druckfront bewegen kann, die durch die Generatorabgase erzeugt wird.
Das System von Fig. 1-10 kann wasserstoffreich betrieben werden, indem dem Ring zwischen den Leitungen 71 und 57 die gewünschte Größe gegeben wird und indem das gewünschte Wasserstoff/Sauerstoff-Verhältnis durch Einstellen der Dosierveritile 89 und 103 und der Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 auf die richtigen Sollwerte eingestellt wird und die Wasserstoffdurchflußleistung durch das Dosierventil 89 unter Verwendung des Thermoelements 161 und der Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 in der oben beschriebenen Weise automatisch korrigiert wird. Außerdem kann die Korrektur bei Bedarf manuell angenommen werden, indem die Durchflußmesser 91 und 105 und das Meßinstrument 164, das das Ausgangssignal des Thermoelements anzeigt, überwacht werden.rIn einer weiteren Ausführungsform kann Wasserstoff als Kühlmittel für den Gasgenerator anstelle von Wasser benutzt werden. Das hat den zusätzlichen Vorteil, daß das Wasserbehandlungssystem eliminiert werden kann und nur ein Rohrstrang unten im Bohrloch erforderlich ist. In dieser Ausführungsform wird Wasserstoff durch den zwischen den Leitungen 71 und 57 gebildeten Ring zur Verbrennung und durch den die Verbrennungszone umgebeenden Ring 53 für Kühlzwecke eingeleitet. Wasserstoff wird durch den ging zwischen den Leitungen 71 und 57 in ausreichendem Überschuß zu der Primärverbrennungszone geleitet, um die Temperatur unter 1093 °C zu halten. Der sich ergebende Dampf und die sich ergebenden heißen Gase werden das Öl unter Druck setzen, erhitzen und seine Viskosität reduzieren, wie oben beschrieben. Der Wasserstoffstrom durch den Ring 53 um die Primärverbrennungszone wird die Gastemperatur weiter auf 316 OC reduzieren. Der heiße Wasserstoff aus dem Ring 53, der als Kühlmittel benutzt worden ist, wird ebenfalls in das Lager eindringen und es erhitzen und ist auch an dem Hydrierungsprozeß beteiligt.
Jeglicher Wasserstoff, der nach unten in das Bohrloch gepumpt und nicht verbrannt worden ist, kann an der Erdoberfläche wiedergewonnen werden.
Das System von Fig. 1-10 kann so modifiziert werden, daß Wasserstoff als Kühlmittel benutzt wird, indem das Wasserversorgungssystem einschließlich des Wasserreservoirs 85, des Wasserbehandlungssystemslll, der Wasserpumpe llJ, der Wasserleitung 115 und des unten im Bohrloch befindlichen Wasserventils 131 weggelassen werden. Die Bohrlochverrohrung selbst kann als Wasserstotfversorgungsleitung benutzt werden. In diesem Fall braucht sich die Wasserstoffleitung 93 nur eine kurze Strecke in das Bohrloch zu erstrecken und wird nicht mit einem unten im Bohrloch befindlichen Ventil 127 verbunden. Das Ventil 221 des Ventils 127 wird am Einlaß vorgesehen, damit der in das Bohrloch geleitete Wasserstoff durch das Ventil 221 des Ventils 127 zu der Leitung 57 strömt, wenn das Ventil geöffnet ist.
Wasserstoff kann dem Ring 53 zugeführt werden, indem der obere Teil der Leitung 77 mit der Leitung 57 statt mit dem Ventil 131 verbunden wird. Das kann vorgenommen werden, indem der obere Teil der Leitung 77 entfernt und eine L-förmige Leitung 77' mit der Leitung 77 und mit der Leitung 57 verbunden wird, wie in Fig. 12 dargestellt. Ein Ende der Leitung 77 ist daher mit der Leitung 57 über die L-förmige Leitung 77' gekuppelt und ihr anderes Ende ist in Fluidverbindung mit der Zone 59 und damit mit dem Ring 53 des Gasgenerators. In dieser Ausführungsform wird das Ventil 127 zum Steuern des Wasserstoffzustroms sowohl zu der Primärverbrennungszone als auch zu dem Ring 53 um die Primärverbrennungszone benutzt. Bei beiden Ventilen 127 und 129 wird pneumatischer Druck aus dem Wasserstoff in dem Bohrloch zum Betätigen ihrer Kugelventile benutzt.
In dieser Hinsicht gestatten die Ventile 127 und 129 jeweils dem Wasserstoff, durch ihre Einlaß- und AuslaBleitungen 233 und 243, 239 und 249 zu strömen, um ihren Betätigungszylinder 227 (vgl. Fig. 10) zur Steuerung ihres Kugelventils 221 zu steuern. Wie oben erwähnt, werden die Auslaßöffnungen 239 und 249 zu dem niedrigen Druck hin unterhalb der Packung geöffnet. Im Betrieb wird der Sauerstoffdruck in dem Bohrloch auf einem höheren Wert als der Wert des Druckes in der Öl lagerstätte unterhalb der Packung gehalten. Daher besteht jeglicher Leckverlust an der Packung aus Wasserstoff, der in die Ollagerstätte geht.
Gemäß Fig. 13 kann die Packung 125 mit einem Siliconfluid 251 d geblasen werden, das in einer Kammer 252 angeordnet und in Fluidverbindung mit dem Packungsring 125A über eine Leitung 211 ist. Die Kammer 252 enthält einen Balg 253, der durch Sauerstoff aufgeweitet werden kann, welcher durch einen Einlaß 254 zugeführt wird, der mit der Sauerstoffleitung 107 verbunden ist, um das Siliconfluid 251 in den Packungsring 125A zu drücken, wenn der Sauerstoff in die Leitung 107 eingeleitet wird.
In der Anfahrfolge wird der Zünder 75 mit Strom versorgt und das Sauerstoffventil 129 wird geöffnet, damit Sauerstoff in die Verbrennungszone strömen kann, woran sich das Öffnen des Wasserstoffventils 127 anschließt, damit Wasserstoff in die Verbrennungszone und in den umgebenden Kühlring 53 strömen kann. Nach der Zündung wird der Zünder 75 durch einen Zeitgeber automatisch oder manuell abgeschaltet, nachdem anhand der Druckmeßwerte geprüft worden ist, daß die Zündung erfolgt ist. In der Abschaltfolge wird zuerst das Sauerstoffventil 129 abgeschaltet und anschließend das Wasserstoffventil 127.
Falls sich Flüssigkeit in dem Bohrloch befindet, kann die Wasserstoff leitung 93 direkt mit dem Ventil 221 des Ventils 127 verbunden werden, wie oben beschrieben, und Wasserstoff-oder Sauerstoffdruck (unter Verwendung der Ausführungsform von Fig. 13) kann benutzt werden, um die Packung aufzublasen. In dieser Ausführungsform kann die Flüssigkeit in dem Bohrloch oder Wasserstoff aus der Leitung 93 durch die Ventile 229, 231 und den Zylinder 227 zum Steuern des Kugelventils 221 jeweils der Ventile 127 und 129 benutzt werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 14-17 wird eine weitere Ausführungsform des an der Bohrlochsohle befindlichen Gewinnungssystems nach der Erfindung beschrieben, bei welche unten im Bohrloch ein Schieber zum Steuern des Zuflusses von Brennstoff, Oxydationsaittel und Kilhlfluid zu des Gasgenerator benutzt wird. Der Schieber ist in Fig. 15 dargestellt. Das System ueber dem Bohrloch und unten im Bohrloch gleicht dem der Ausführungsformen von Fig. 1-9, es sind jedoch gewisse Änderungen vorgenommen worden. In den Fig. 14-17 tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform der Fig.l-9. In Fig. 14 bezeichnet die Linie 261 die Erdoberfläche. Der mit 31 bezeichnet Kasten stellt das verrohrte Bohrloch dar, während die Bezugszahl 33 die Öl lagerstätte bezeichnet. Sämtliche Teile oberhalb der Linie 261 sind an der Erdoberfläche angeordnet, während die sich unter der Linie 261 befindenden in dem Bohrloch angeordnet sind. Bei dem System von Fig. 14 wird, obwohl nicht dargestellt, ebenfalls der Zünder 75, ein Wärmeschalter 157, der Druckgeber 171 und sein über dem Bohrloch befindliches Meßinstrument 175 benutzt, und es werden die Druckgeber 177 und 179 und ihre über dem Bohrloch befindlichen Meßinstrumente 185 und 187 benutzt. Alle diese Teile sind der Übersichtlichkeit halber in Fig. 14 nicht dargestellt. Der Schieber von Fig. 15 ist in Fig. 14 mit 263 bezeichnet und wird durch eine über dem Bohrloch befindliche Magnetsteuereinheit 265 gesteuert, die mit einem unten im Bohrloch befindlichen Magnetventil 267 über elektrische Zuleitungen 269 elektrisch verbunden ist.
Wenn das Ventil 267 durch Betätigung der Magnetsteuereinheit 265 geöffnet wird, wird pneumatischer Druck (Wasserstoff) in das Ventil 263 über eine Zwe$¢eitung 271, das Ventil 267 und eine Leitung 273 zur Steuerung des Schiebers 263 eingeleitet, wie im folgenden näher beschrieben.
Bei dem System von Fig. 14-17 werden Wasserstoff und Sauerstoff benutzt, der in der Verbrennungszone des unten im Bohrloch befindlichen Gasgenerators verbrannt wird, um Dampf zu erzeugen. Das Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch kann ein stöchiometrisches Gemisch oder ein wasserstoffreiches Gemisch sein, wie oben beschrieben. Bei dem System kann außerdem Wasserstoff als Kühlfluid in dem umgebenden Kühlring 53 oder aber Wasser als Kühlfluid benutzt werden. Das System von Fig. 14-17 wird zuerst für den Fall beschrieben, daß als Kühl fluid in de Ring 53 Wasserstoff benutzt wird. In dieser Ausführungsform wird die Wasserversorgung, die das Wasserreservoir 85, das Wasserbehandlungssystem 111, die Pumpe 113 und die Wasserlitung 115 enthält, nicht verwendet. Die Wasserstoffleitung 93 ist zwar mit einer direkten Verbindung zu dem Ventil 263 dargestellt, in der nun beschriebenen Ausführungsform gibt es jedoch keine direkte Verbindung zwischen der Leitung 93 und dem Ventil 263. Stattdessen wird die Leitung 93 in das Bohrloch führen und die Bohrlochverrohrung wird als Leitung für die Wasserstoffzufuhr benutzt. Die Magnetventilleitung 271 kann mit der Wasserstoffleitung 93 verbunden sein oder zu dem Bohrloch hin geöffnet sein, um Wasserstoff aufzunehmen, damit dieser für Steuerzwecke zu der Leitung 273 strömt, wenn das Ventil 267 geöffnet ist.
Obgleich in Fig. 17 nicht dargestellt, hat der Gasgenerator 39 ein äußeres Gehäuse, das durch ein Seil in der gleichen Weise abgestützt ist, wie oben mit Bezug auf Fig. 2A und 2B beschrieben. Das Gehäuse hat ebenfalls eine aufblasbare Packung 125, die mit dem Siliconfluid aufgeblasen wird, das durch den Sauerstoff aus der Leitung 107 in die Packung gedrückt wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben. Der Schieber von Fig. 15 wird durch das Seil oberhalb der Packung abgestützt.
Das Wasserstoffversorgungssystem enthält den Wasserstoffvorratstank 81, den Kompressor 87, das Dosierventil 89 und den Durchflußmesser 91, die in der oben beschriebenen Weise betrieben werden. Ebenso enthält das Sauerstoffversorgungssystem den Sauerstoffvorratstank 83, den Kompressor 101, das Dosierventil 103 und den DurchfluBmesser 105, die in der oben beschriebenen Weise betrieben werden. Das gilt auch bezüglich der Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 und der Zündsteuereinheit 153.
Der Anlauf des unten im Bohrloch befindlichen Heizsystems läuft folgendermaßen ab. Die Dosierventile 89 und 103, die auch als Absperrorgane dienen, werden geöffnet und lassen Wasserstoff und Sauerstoff in das System ein, denen gestattet wird, sich bei Betriebsdruck zu stabilisieren. Die Zündsteuereinheit 153 wird gleichzeitig mit dem Magnetventil 257 betätigt. Das Magnetventil 267 leitet Druck zu dem Ventil 263, welches einerseits Wasserstoff und Sauerstoff mit einer geringfügigen Sauerstoffvoreilung zu dem Gasgenerator durchläßt. Der Wasserstoff und der Sauerstoff werden gezündet und, wenn die Temperatur ansteigt, fühlt das Thermoelement 161 die Temperatur ab und steuert die Temperatur durch Regeln des Wasserstoffdurchflusses durch die Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163. Die Zündung wird manuell oder durch einen Zeitgeber abgeschaltet, nachdem der Anlauf erfolgt ist. Beim Abschalten wird das Sauerstoffdosierventil 103 zuerst abgesperrt. Wenn der komprimierte Sauerstoff in dem System erschöpft ist, kann der Zufluß von Wasserstoff so programmiert sein, daß er automatisch absinkt, bis der Schieber 263 schließt und dadurch den Gasgenerator abschaltet. Das System kann manuell oder durch automatische Steuereinrichtungen betätigt werden.
Der Betrieb des pneumatisch betätigten Schiebers 263 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 beschrieben. Der Schieber hat ein Gehäuse 301, das einen verschiebbaren Schieberkolben 303 enthält, in welchem zwei ringförmige Hohlräume 305 und 307 gebildet sind. Der Hohlraum 305 stellt eine Verbindung zwischen zwei Offnungen 309 und 311 her, wenn der Schieberkolben abwärts in eine bestimmte Position bewegt wird. Ebenso stellt der Hohlraum 307 eine Verbindung zwischen zwei Öffnungen 313 und 315 her, wenn der Schieberkolben abwärts in die bestimmte Position bewegt wird. Eine Einlaßöffnung 317 steht mit der Öffnung 309 über einen Hohlraum 319 in Verbindung, während die Wasserstoffleitung 57 mit einer Öffnung 311 über einen Hohlraum 321 in Verbindung steht. In der hier beschriebenen Ausführungsfons ist die Einlaßöffnung 317 zu der Wasserstoffversorgung des Bohrloches hin offen. Die Sauerstoffleitung 107 steht mit der Öffnung 313 über einen Hohlraum 323 in Verbindung, und die Sauerstoffleitung 71 steht mit der Öffnung 315 über einen Hohlraum 325 in Verbindung. Oben an dem Schieber ist die Abzweigleitung 273 in eine Leitung 327 eingeschraubt, die in einem Teil 329 gebildet ist. Der Betrieb beginnt durch Einlassen von unter Druck stehendem Fluid (Wasserstoff) in die Leitung 273 durch Öffnen des Magnetventils 267, welches den Zustrom von Wasserstoff zu der Leitung 273 über die Leitung 271, das Ventil 267 und die Leitung 273 gestaltet. Das Magnetventil 267 wird durch Betätigen der Magnetsteuereinheit 265 betätigt, bei welcher es sich in Wirklichkeit um einen Schalter handelt, der geschlossen werden kann, um dem Ventil 267 über die Zuleitungen 269 elektrischen Strom zuzuführen.
Bei einem Druck, der durch die Einstellung einer Feder 331 vorbestimmt ist, bewegt sich ein Ventilkegel 333 von seinem Sitz an dem Teil 329 weg und unter Druck stehendes Fluid wird in eine Kammer 335 eingelassen. Die Einstellung der Feder 331 wird durch die Einstellung eines Schraubnippels 337 festgelegt. Unter Druck stehendes Fluid in der Kammer 335 wird durch Leitungen 339 zu der Oberseite des Schieberkolbens 303 geleitet, der dadurch in dem Gehäuse 301 nach unten gedrückt wird. Der Hohlraum 305, der mit dem unter Druck stehenden Wasserstoff in dem Hohlraum 319 über die Öffnung 309 in Verbindung steht, stellt eine Verbindung mit der Öffnung 311 her, wenn sich der Schieberkolben abwärts bewegt, wodurch eine Verbindung zwischen den Hohlräumen 319 und 321 hergestellt wird. Sauerstoff wird in den Hohlraum 323 eingeleitet, der eine Verbindung mit dem Hohlraum 325 über die Öffnung 313, den Holraum 307 und die Offnung 315 herstellt. Damit der Hohlraum 305 eine Verbindung mit der Öffnung 311 herstellen kann, muß er sich weiter bewegen als der Hohlraum 307, um eine Verbindung mit der Öffnung 315 herzustellen. Deshalb geht der Sauerstoff durch den Schieber zuerst hindurch und wird zuerst in den Gasgenerator eingeleitet, wodurch sich eine geringigige Sauerstoffvoreilung ergibt. Wenn sich der Schieberkolben 303 abwärts bewegt und in Anlage auf dem Schraubnippel 341 kommt, drückt er eine Feder 343 zusammen, so daß, wenn der Sauerstoffdruck in der Leitung 327 auf irgendeinen Wert während des Abschaltens verringert wird, der durch die Feder 343 festgelegt ist, sich der Schieberkolben aufwärts bewegt und dem Schieber gestattet, den Sauerstoff unten Wasserstoff abzusperren. Wenn der Ventilkegel 333 seinen Sitz auf dem Teil 329 wieder einnimmt, wird in den Hohlraum 335 eingeschlossenes Gas in die Öffnung 327 über die Offnung 345 abgelassen (ausführlicher in Fig. 16 dargestellt), wenn der Restdruck einen Zapfen 347 gegen den Federdruck der Feder 349 von seinem Sitz abhebt. Die Feder 349 ist nur vorgesehen, um das Aufsitzen des Zapfens 347 sicherzustellen, wenn der Ventilkegel 333 bei dem Schieberöffnungsvorgang mit Druck beaufschlagt wird. An dem unteren Ende des Schiebers ist ein Druckkontaktschalter zur automatischen Bateriezündung unten im Bohrloch für ein System vorgesehen, das im folgenden näher beschrieben ist. Wenn sich der Schieberkolben 303 abwärts bewegt, stellt eine elektrisch leitende Kappe 351 eine elektrische Verbindung zwischen Anschlußleitungen 353 und 355 her. Ein Stopfen 357 und ein Stange 359 sind aus dielektrischen Werkstoffen hergestellt, von denen eine Anzahl im Handel erhältlich ist. Eine Federanordnung 361 stellt einen fortgesetzten Kontakt zwischen der Rappe 351 und den Anschluß leitungen 353 und 355 her, solange der Schieber in der geöffneten Stellung ist. Der Hauptzweck des federbelasteten Ventilkegels 333 besteht darin, das Erreichen von Wasserstoffdruck unten im Bohrloch sicherzustellen, bevor der pneumatische Schieber öffnet, und um das schnelle Öffnen zu gewährleisten. Die Hohlräume 319, 321, 323 und 325 haben eine gekrümmte Form, wodurch mehrere Öffnungen 309, 311, 313 und 315 in jedem Holraum 319 bzw. 321 bzw. 323 bzw. 325 vorgesehen werden können.
Der in Fig. 17 dargestellte Gasgenerator 39 ist ähnlich wie der in Fig. 2B dargestellte aufgebaut. Er hat einen Außenmantel 41 mit einer unteren Wand 47, die mit einer durch sie hindurchrührenden kleinen Auslaßdüse 49 versehen ist. Innerhalb des Außenmantels ist ein Innenmantel 51 angeordnet, der einen Kühlring 53 zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel bildet. Durch den Innenmantel führen mehrere Löcher 63 hindurch, welche Kühlfluid aus dem Ring 53 in das Innere der Kammer einlassen. Die Kammer weist eine Primärverbrennungszone 67 und eine Mischzone 69 auf. Außerdem sind eine Zündelektrode 75, ein Wärmeschalter 157, ein Druckgeber und ein Thermoelement (nicht dargestellt) vorgesehen.
Der Innenmantel 51 ist an einer Leitung 371 befestigt, die sich in das obere Ende des Innenmanteis erstreckt und ihrerseits an einer oberen Platte 373 befestigt ist, welche zwischen die obere äußere Wand 45 und das Gehäuse 41 des Gasgenerators geschaltet ist. Die Sauerstoffleitung 71 führt durch die Wand 45 hindurch in die Leitung 371 und bildet einen Zufuhrring 375 zwischen der Leitung 71 und der Leitung 371. Außerdem führt durch die Wand 45 ein Einlaß 377 hindurch, der in Fluidverbindung mit einer Kammer 379 steht, die zwischen der Wand 45 und der Platte 373 gebildet ist. Durch die Wand 45 und durch die Platte 373 führt ein weiterer Einlaß 381 hindurch, welcher in Fluidverbindung mit dem Ring 53 steht, der zwischen den inneren und äußeren Zylindern 41 bzw. 51 gebildet ist.
Außerdem ist die Platte 73 mit mehreren Durchgangslöchern 383 versehen. Obgleich nicht dargestellt, können Wirbelbleche 74 an dem unteren Ende der Leitung 71 und Wirbelbleche 73 in dem Ring 375 an seinem unteren Ende in ähnlicher Weise wie in Fig. 2B vorgesehen sein. Sauerstoff wird durch die Leitung 71 zugeführt, während Leitungen 377 und 381 mit der Sauerstoff leitung 57 verbunden sind.
In der Ausführungsform von Fig. 17 ist eine feuerfeste Auskleidung zwar nicht dargestellt, eine solche Auskleidung könnte jedoch innerhalb des Innenmantels 51 bei Bedarf angeordnet sein. Eine solche Auskleidung wird Löcher haben, deren Lage der der Durchgangs löcher 63 entspricht.
Im Betrieb tritt Sauerstoff in die Leitung 71 ein, geht durch das Loch in einer Lochplatte 71A hindurch und tritt in die Primärverbrennungszone 67 aus. Wasserstoff tritt in den Einlaß 377 ein, geht durch das Loch in einer Lochplatte 377A hindurch und in die Kammer 379. Aus der Kammer 379 geht ein Teil des Wasserstoffes durch den Ring 375 hindurch zu der Primärverbrennungszone 67, wo er durch einen Funken gezündet wird, der von der Zündelektrode 75 zu den geerdeten Leitungen 71 und 371 elektrisch erzeugt wird.
Der übrige Teil des Wasserstoffes, der in die Kammer 379 eintritt, geht durch die Öffnungen 383 hindurch in die Kammer oder den Ring 53. Noch weiterer Wasserstoff tritt in den Einlaß 381 ein, geht durch das Loch in einer Lochplatte 381A hindurch und tritt in den Ring 53 aus.
Diese Anordnung gestattet, den Wasserstoffstrom, der in den Ring 375 eintritt, von außen her so einzustellen, daß sich das wirksamste Gemisch in der Primärverbrennungszone 67 ergibt. Der Wasserstoff in dem Ring 53 geht durch die Löcher 63 hindurch und tritt in die Mischzone 69 und die äußeren Ränder der Zone 67 ein, um die Gase zu kühlen, die in der Primärverbrennungszone 67 erzeugt werden, bevor sie durch die Auslaßd(ise 49 hindurch in die Ollagerstätte austreten. Der thermisch betätigte Schalter 157 schaltet das Zündsystem ab, wenn der äußere Mantel eine Temperatur erreicht, auf die der Schalter eingestellt ist.
In der Ausführungsform von Fig. 14-17 kann, wenn Flüssigkeit in dem Bohrloch vorhanden ist, die Wasserstoffleitung 93 direkt mit der Einlaßleitung 271 des Magnetventils 267 und mit dem Einlaß 317 des pneumatischen Schiebers 263 verbunden sein. Wasserstoff- oder Sauerstoffdruck kann (bei Verwendung der Ausführungsform von Fig. 13) zum Aufblasen der Packung benutzt werden.
Die Ausführungsform von Fig. 14-17 kann so eodifiziert werden, daß Wasser als Kühlmittel in dem Wahlring 53 benutzt wird. In dieser Ausführungsform werden das Wasserreservoir 85, das Wasserbehandlungssystem 111, die Pumpe 113 und die Wasserleitung 115, die in Fig. 14 dargestellt sind, zur Wasserversorgung des Bohrloches verwendet, wie oben beschrieben. Darüberhinaus wird die Wasserstoffleitung 93 mit dem Einlaß 317 des Schiebers 263 und mit dem Einlaß 271 des Magnetventils 267 verbunden sein. Der Schieber von Fig. 15 wird so modifiziert, daß ein dritter Schieberabschnitt ähnlich den beiden dargestellten geschaffen wird. Diesbezüglich wird das Gehäuse 301 eine dritte Einlaß-/Aus laß-Anordnung haben und der Schieberkolben 303 wird verlängert sein und einen dritten Hohlraum haben, der das Herstellen einer Verbindung zwischen der dritten Einlaß und Auslaßkombination gestattet, damit Wasser aus dem Bohrloch zu der oben beschriebenen Wasserleitung 77 gelangt. Der dritte Einlaß und der dritte Auslaß können den Öffnungen 309 und 311 gleichen, sie werden aber in dem Gehäuse oberhalb der Öffnungen 309 und 311 gebildet. Der dritte Einlaß kann einen Einlaßhohlraum ähnlich den Hohlräumen 317 und 319 haben, während der dritte Auslaß einen Hohlraum ähnlich dem Hohlraum 321 haben kann, aber mit dem Einlaß 381 des Generators von Fig. 17 verbunden ist. Der dritte Hohlraum des Schieberkolbens 303 wird oberhalb des Hohlraums 305 angeordnet.
Der dritte Hohlraum in dem Schieberkolben 303 wird so ausgebildet, daß Wasser durch den Schieber strömen kann, nachdem der Durchfluß von Sauerstoff und Wasserstoff durch den Schieber gestattet worden ist. In dieser Ausführungsform ist die Platte 373 des Gasgenerators von Fig. 17 nicht mit den Durchgangslöchern 383 versehen.
Bei tiefen Bohrlöchern kann es erwünscht sein, von den Rohrleitungen und elektrischen Zuleitungen, die von der Erdoberfläche aus zu den Teilen unten im Bohrloch führen, so viele wie möglich wegzulassen. Eine Anordnung die diesen Zweck erfüllt, ist in Fig. 18 dargestellt.
Bei ihr wird ein über dem Bohrloch befindliches Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis-Regelsystem und eine Batterie unten im Bohrloch für Zündzwecke verwendet. Hochleistungsbatterien, wei beispielsweise Silber-Zink-Batterien, sind für diesen Verwendungzweck im Handel erhältlich. Die Anordnung von Fig. 18 verbrennt ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch in der Brennkammer des Gasgenerators und außerdem wird bei ihr Wasserstoff in dem Kühlring 53 für Kühlzwecke verwendet. Das über dem Bohrloch angeordnete Wasserstoff- und Sauerstoffversorgungssystem gleicht dem oben beschriebenen. Der unten im Bohrloch befindliche Gasgenerator kann der von Fig. 17 sein, während der unten im Bohrloch angeordnete Steuerschieber der in Fig. 15 dargestellte sein kann. In dieser Ausführungsform ist die Sauerstoff leitung 107 mit dem Sauerstoffhohlraum 323 verbunden, während die Wasserstoffleitung 93 in das Bohrloch führt, um Wasserstoff in das Bohrloch und von diesem aus abwärts über die Bohrlochverrohrung zu leiten.
Die Wasserstoffleitung 93 ist nicht mit dem Wasserstoffhohlraum 319 oder mit der Leitung 327 des Schiebers verbunden, sondern der Einlaß 317 ist zu dem Bohrloch hin offen und gestattet Wasserstoff, aus dem Bohrloch in den Hohlraum 319 zu gehen, wie oben beschrieben. Die Leitung 327 ist mit der Leitung 411 gekuppelt, die zu dem Bohrloch hin offen sein kann. Das Aufblasen der Packung erfolgt durch die oben mit Bezug auf Fig. 13 beschriebenen Anordnung. Außerdem ist in dem System von Fig. 18 eine Wasserstoff- Sauerstoff-Durchflußregeleinheit 401 vorgesehen, deren Ausgangsignal dem Dosierventil 89 über eine Anschlußleitung 403 zugeführt wird, um das Dosierventil 89 entsprechend der gewünschten Wasserstoff-Sauerstoff-Durchflußleistung zu steuern, damit die gewünschte Gasgeneratorabgastemperatur aufrechterhalten wird. Der Wasserstoffdurchflußmesser 91 steht mit der Wasserstoff-Sauerstoff-Durchflußregeleinheit 401 über Anschlußleitungen 405 in Verbindung. Die Wasserstoff-Sauerstoff-Durchflußregelein heit 401 steuert außerdem das Sauerstoffdosierventil 103 über ine Rohrleitung oder über elektrische Anschlußleitungen 407.Darüberhinaus steht der Sauerstoffdurchflußmesser 105 mit der Was serstoff-Sauerstoff-Durchflußrege leinhe it 401 über eine Leitung oder über elektrische Anschlußleitungen 409 in Verbindung. Im Betrieb werden die Dosierventile 89 und 103 geöffnet, um den Durchfluß von Wasserstoff und Sauerstoff durch die Leitung 93 und 107 zu gestatten. Unten im Bohrloch wird Wasserstoff aus der Verrohrung der Leitung 327 des Schiebers 263 über ein Abzweigleitung 411 zugeführt, um seinen Schieberkolben abwärts zu bewegen, damit Sauerstoff und Wasserstoff mit geringer Sauerstoffvoreilung durch den Schieber 263 strömen können, wie oben beschrieben.
Der Schieber 263 öffnet bei einem Druck, der durch die Einstellung der Feder 331 vorbestimmt ist, wie oben beschrieben. Ein batteriegespeister Zünder 413 unten im Bohrloch enthält eine Batterie 413A, deren eine Seite über eine Anschlußleitung 415 mit der Anschlußleitung 353 (vgl. Fig. 15) des Schiebers 263 verbunden ist. Die andere Anschlußleitung 355 des Schiebers 263 ist elektrisch mit der Masseseite der Elektrode 75 über eine Anschlußleitung 417 verbunden. Die Elektrode 75 ist außerdem mit dem Wärme schalter 157 über eine Anschlußleitung 421 elektrisch verbunden, die ihrerseits mit der anderen Seite der Batterie über eine Anschlußleitung 423 verbunden ist. Wenn der Schieberkolben des Schiebers 263 durch Wasserstoff, der der Leitung 327 zugeführt wird, abwärts bewegt wird, um den Kontakt 351 zwischen den Anschlußleitungen 353 und 355 zu schließen, wird der Elektrode elektrischer Strom zum Zünden des brennbaren Gemisches in dem Gasgenerator zugeführt.
Der Anlauf geht folgendermaßen vor sich. Das Sauerstoffdosierventil 103 wird bis zu der vorbestimmten Betriebsposition geöffnet und dem Druck wird gestattet, sich zu stabilisieren. Dann wird das Wasserstoffdosierventil 89 bis zu der vorbestimmten Betriebsposition geöffnet. Wenn der Wasserstoffdruck ungefähr 90-95 7. des Betriebsdruckes erreicht, öffnet der pneumatische Schieber 263 unten im Bohrloch uni gestattet Wasserstoff und Sauerstoff, zu dem Generator zu strömen (mit einer geringfügigen Sauerstoffvoreilung), und schaltet gleichzeitig den batteriegespeisten Zünder ein. Wenn der Gasgeneratormantel die Stabilisierungstemperatur erreicht, schaltet der Thermoschalter 157 den batteriegespeisten Zünder ab. Zum Abschalten des Gasgenerators wird das Sauerstoffdosierventil 103 abgesperrt und dem System gestattet, mit einem vorprogrammierten Wasserstoffdurchfluß herunterzufahren.
Der pneumatische Schieber schließt, wenn der Wasserstoffdruck abgebaut ist. Dieses System erfordert eine Eichung der Teile urt in Bohrloch nit den über der Erdoberfläche angeordneten Instrumenten.In der Ausführungsform von Fig. 18 kann, wenn Flüssigkeit in dem Bohrloch ist, die Wasserstoffleitung 93 direkt mit dem dem Einlaß 317 des pneumatischen Schiebers 263 und mit der Abzweigleitung 411 verbunden sein. Wasserstoff- oder Sauerstoffdruck kann (unter Verwendung der Ausführungsform von Fig. 13) zum Aufblasen der Packung benutzt werden.
Wenn das System von Fig. 18 mit Wasser als Kühlmittel für den Ring 53 verwendet wird, so wird auch das oben beschriebene Wasserversorgungssystem zum Einleiten von Wasser in die Bohrlochverrohrung benutzt. Die Wasserstoffleitung 93 wird mit dem Wasserstoffeinlaß 317 des Schiebers 263 und mit der Abzweigleitung 411 verbunden. Der Schieber 263 wird so modifiziert, daß ein dritter Hohlraum und eine dritte Einlaß- und Auslaßöffnung für den Durchgang von Wasser zu dem Ring 53 über die Leitung 381 geschaffen wird, wie oben beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die Packung 125 durch den Wasserstoffdruck aufgeblasen, wie oben mit Bezug auf die Ausführungsform von Fig. 1-9 beschrieben. Beim Anfahren wird das Ventil 103 geöffnet, woran sich das Öffnen des Ventils 89 und anschließend das Einleiten von Wasser in die Verrohrung anschließen.
Beim Abschalten wird zuerst das Ventil 103 abgesperrt und, nachdem der pneumatische Schieber automatisch abgesperrt hat, wird das Dosierventil 89 geschlossen und anschließend das Wasserpumpsystem abgeschaltet.
Anhand von Fig. 19 wird ausführlicher die Arbeitsweise der Wasserstoff-Sauerstoff-Durchflußregeleinheit 401 beschrieben. Das Signal aus dem Durchflußmesser 91, das sich mit der Durchflußmenge ändert, wird über einen Ausgangsfühler 431 und dann zu einem Fühlerverstärker 433 geleitet.
Das Signal aus dem Verstärker 433 wird zu einem Fühlervergleicher 435 geleitet, welcher das Signal mit einem Sollsignal vergleicht. Jegliche Differenz zwischen dem durch den Durchflußmesser 91 erzeugten Signal und dem Sollsignal wird der Ventilstellantriebstromquelle 437 für das Dosierventil 89 zugeleitet, die ihrerseits einen Ventilstellantrieb 439 so gerichtet verschiebt, daß sich eine Durchflußmenge ergibt, die bewirkt, daß das Ausgangssignal des Durchflußmessers 91 gleich dem Sollsignal ist. Der Durchflußmesser kann von einer Bauart sein, bei welcher ein elektrischer Impuls für jede Umdrehung eines rotierenden Elements oder Flügels erzeugt wird. Der Zählwert der elektrischen Impulse kann elektronisch mit einem Solldigitalwert in dem Vergleicher verglichen werden.
Der Vergleicher verändert die Durchflußleistung solange, bis der Zählwert aus dem Durchflußmesser 91 gleich dem Solldigitalzählwert ist. Die Steuerung durch die Wasserstoff-Sauerstoff-Durchflußregeleinheit kann statt elektrisch auch pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Der Sauerstoffregelteil der Wasserstoff-Sauerstoff-Durchflußregeleinheit 401 gleicht dem für den Wasserstoff, mit der Ausnahme, daß statt der Bereitstellung eines Sollsignals, mit welchem das Fühlersignal verglichen wird, das durch den Wasserstoffdurchflußmesser 91 erzeugte Signal einem Sauerstoffdurchflußmesserfühlervergleicher 441 zugeleitet und als ein Sollsignal für den Sauerstoff benutzt wird.
Das Ausgangssignal des Sauerstoffdurchflußmessers 105 wird einem Sauerstoffdurchflußmesserausgangsfühler 445 zugeführt, welcher der gleiche kühler wie der Fühler 431 sein kann und dessen Ausgangssignal einem Sauerstoffdurchflußmesserfühlerverstärker 447 zugeführt wird. Das Ausgangs signal des Verstärkers 447 wird an den Vergleicher 441 angelegt und mit dem Signal verglichen, das von dem Wasserstoffdurchflußmesser geliefert wird. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 447 wird in geeigneter Weise eingestellt. Jegliche Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Verstärker 433 und 447 wird der Ventilstellantriebstromquelle 451 des Sauerstoffdosierventils 103 zugeleitet, die ihrerseits den Ventilstellantrieb 453 so gerichtet verschiebt, daß sich eine Durchflußmenge ergibt, die bewirkt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 447 gleich dem Ausgangssignal des Verstärkers 433 wird.
Durch diese Anordnung kann das Verhältnis von Sauerstoff zu Wasserstoff konstant gehalten werden.
Die Vorteile der Brennstoff-Oxydationsmittel-Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff, ob als ein stöchiometrisches Gemisch oder als ein wasserstoffreiches Gemisch, und mit Wasser oder Wasserstoff als Kühlmittel sind oben dargelegt worden. Darüberhinaus macht die Möglichkeit, Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser erzeugen zu können, Wasserstoff als Brennstoff atbaktiv. Offenbar wird Sauerstoff gleichzeitig in genau dem Verhältnis erzeugt,das fw stöchiometxisches Verbrennen unten im Bohrloch zur Dampferzeugung erforderlich ist. Weiter können der Wasserstoff und der Sauerstoff durch Elektrolyse bei dem Druck erzeugt werden, der für den Betrieb des Systems erforderlich ist, wodurch das Erfordernis von Kompressoren beseitigt wird. Wenn Wasser als Kühlmittel für stöchiometrisch verbrannten Wasserstoff und Sauerstoff benutzt wird, ist Dampf das einzige Endprodukt.
Es gibt keine Verunreinigungsstoffe. Wenn mit überschüssigem Wasserstoff gearbeitet wird, kann die Flammtemperatur, die sich aus der wasserstoffreichen Sauerstoffverbrennung ergibt, auf die Temperatur maßgeschneidert werden, die herkömmliche Metalle aushalten können, wie oben angegeben. Wenn beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff in einem Verhältnis von 0,36 kp Wasserstoff zu 0,45 kp Sauerstoff kombiniert werden, wird die Verbrennungstemperatur 1093 °C betragen, wobei es sich um eine Temperatur handelt, die viele der rostfreien Stahllegierungen ohne weiteres aushalten. Die sich ergebenden Produkte können dann auf jede gewünschte Temperatur durch zusätzlichen Wasserstoff oder durch Wasser gekühlt werden. Bei der alleinigen Verwendung von Wasserstoff als Kühlmittel bedarf es keiner Wasserhärtebehandlung für Wasser unten im Bohrloch, da kein Wasser benutzt wird, ausgenommen dort, wo die Hydrolyse zur Wasserstoff-Sauerstoff-Erzeugung angewandt wird. Der überschüssige Wasserstoff, der die gleiche Temperatur hat wie der erzeugte Dampf, dient außerdem zum Erhitzen der Öllagerstätte. Wasserstoff, der ein extrem niedriges Molekulargewicht und ein hohes Diffusionsvermögen hat, dringt in das Lager leichter und schneller ein als jedes andere Gas, jederandere Dampf oder jede Flüssigkeit. Im gasförmigen Zustand können 0,45 kp Wasserstoff die gleiche Wärmemenge auf das Lager übertragen wie 6,1 kp Dampf, obgleich beim Kondensieren der Dampf beträchtlich mehr Wärme auf das Lager in dem kleineren Bereich überträgt, in den er eingedrungen ist. Weiter kann der heiße Wasserstoff, der als Kühlmittel benutzt worden ist, die Rohölmoleküle dissoziieren und sich dann mit den dissoziierten Komponenten vereinigen, um leichtere, weniger viskose Kohlenwasserstoffe zu bilden, wobei es sich um einen als Hydrierung bekannten ProzeB handelt, der durch gewisse Katalysatoren stark beschleunigt wird.
Weiter kann jeglicher Wasserstoff, der nach unten in das Bohrloch gepumpt und nicht verbrannt worden ist, an der Erdoberfläche zurückgewonnen werden.
Obgleich die Verwendung der Brennstoff-Oxydationsmittel-Kühlaittel-Kombinationen von Wasserstoff und Sauerstoff oder von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser, die oben erwähnt sind, Vorteile haben, ist klar, daß andere Brennstoff-Oxydationsmittel-Kühlmedium-Kombinationen in dem hier beschriebenen System benutzt werden können. Diese Kombinationen sind in der Tabelle I zusammen mit der Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff und mit der Kombination von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser angegeben. Die Leistungsfähigkeit des Gasgenerators mit Wasserstoff, Ammoniak oder Methan als Brennstoff'mit Sauerstoff als Oxydationsmittel und Wasserstoff, Ammoniak, Wasser oder Methan als Kühlmedium ist ebenfalls in Tabelle I angegeben. Als eine Alternative kann Ammoniumhydroxid statt Wasser für den in Tabelle I angegebenen Zweck benutzt werden. Die Berechnungen beruhen auf 21101 x 106 J/h bei 70,31 kp/cm² und 538 °C . Die Berechnung mit 21101 x 106 J/h basiert auf einem hohen Wärmewert von Wasserstoff bei 64,41 x 106 J pro 0,45 kp, Methan bei 25,23 x 106 J pro 0,45 kp und Ammoniak bei 7,25 x 106 J pro 0,45 kp. Die Brennstoff-Oxydationsmittel-Kfihlmedium-Kombinationen, die in den Zeilen 3 und 5 in Tabelle I aufgeführt sind, werden bei den gleichen Ausführungsformen benutzt, wie die Wasserstoff-Sauerstoff-Wasser-Kombfinationen, deren Benutzung beschrieben worden ist, und der Betrieb dieser Ausführungsformen mit den Fluidkombinationen der Zeilen 3 und 5 von Tabelle I ist der gleiche wie oben mit Bezug auf die Wasserstoff-Sauerstoff-Wasser-Kombinationen beschrieben. In der Fluidkombination von Zeile 3 in Tabelle I kann Ammoniak direkt zum Aufblasen der Packung benutzt werden, während in der Fluidkombination von Zeile 5 in Tabelle I Methan direkt zum Aufblasen der Packung benutzt werden kann. Die Brennstoff-Oxydationsmittei-Kühlmedium-Kombinationen, die in den Zeilen 4 und 6 von Tabelle I angegeben sind, werden in den gleichen Ausführungsformen wie die Wasserstoff-Sauerstoff-Wasser-Kombination, für die die Benutzung beschrieben worden mitt, benutzt und der Betrieb dieser Ausführungsformen mit den Fluidkombinationen der Zeilen 4 und 6 ist der gleiche wie oben mit Bezug auf die Wasserstoff-Sauerstoff-Wasserstoff-Rombination beschrieben. In beiden Fluidkombinationen der Zeilen 4 und 6 von Tabelle I kann Sauerstoff der Vorrichtung von Fig. 13 zum Aufblasen der Packung zugeführt werden.
Alle Verbrennungsprodukte aus der Verbrennung von Ammoniak mit Sauerstoff sind gasförmig. Es ergibt sich deshalb kin Problem des Verstopfens des Lagers. Stickstoff wird jedoch erzeugt und kann ein potentieller Verunreinigungsstoff in dem Lager werden. Ammoniak und Ammoniumhydroxid sind ausgezeichnet Kühlmittel und im Vergleich zu Wasser sehr konkurrenzfähig. Beide führen zur Ansammlung von Ammoniak unten im Bohrloch. Das Ammoniak ist jedoch an der Erdoberfläche wiedergewinnbar. Sowohl Ammoniak als auch Ammoniumhydroxid sind bei relativ niedrigen Drücken flüssig und können im flüssigen Zustand bei Atmosphärentemperaturen in Tanks gelagert oder transportiert werden.
Daher bietet das Handhaben, Lagern und Pumpen von Ammoniak oder Ammoniumhydroxid keine nennenswerten Probleme.
Obwohl Methan als Brennstoff benutzt werden kann, ist dieses Gas weniger verunreinigungsfrei als Wasserstoff, da es bei Temperaturen oberhalb von 649 OC in Kohlenstoff und Wasserstoff zerfällt. Bei der Verbrennung mit Sauerstoff erzeugt es C02,welches ein Verunreinigungsgas in der Öllagerstätte ist. Es erbringt die besten Ergebnisse, wenn es stöchiometrisch mit Sauerstoff verbrannt wird und wenn die sich ergebenden Gase mit Wasser gekühlt werden.
Überschüssiges Methan kann zwar als Kühlmittel benutzt werden, es besteht jedoch die Gefahr, daß das Lager mit Kohlenstoffteilchen aus dem dissoziierten Methan zugesetzt wird.

TABELLE I

Brennstoff- Kühl- Brennstoff Sauerstoff Wasser Abgase in kg/h

Oxydationsm.- medium

Kombination kg/h kg/h kg/h H2O N2 CO2 H2 CH4 NH3

Wasserstoff Wasser H2 1187 4822 6157

(1)

Sauerstoff 148

Wasserstoff Wasserstoff H2 1187 0 1335 2174

(2)

Sauerstoff 2322

Ammoniak Wasser NH3 1860 3892 6001 1089

(3)

Sauerstoff 1322

Ammoniak Ammoniak NH3 1860 0 2091 1089 5219

(4)

Sauerstoff 6541

Methan Wasser CH4 1519 5171 6025 1044

(5)

Sauerstoff 380

Methan Methan CH4 1519 0 854 1044 9282

(6)

Sauerstoff 9662

Zusätzlich zu der Verwendung des Dampfes als Dampfantrieb und zum Treiben des Öls zu nahegelegenen Bohrlöchern wird gemäß der Erfindung der Dampf auch in einem Dampftrankungsbetrieb benutzt. Bei diesem Verfahren wird der Dampf üblicherweise für einige Tage, beispielsweise 5 bis 15 Tage, eingeleitet und dann das Bohrloch für die Tränkungsperiode von etwa einer Woche verschlossen, woran anschließend wieder die Förderung aus dem Bohrloch aufgenommen wird. Dieses Verfahren (im englische Sprachgebrauch als "muff and puff"-Verfahren" bezeichnet) ist bereits bei mehreren tausend Bohrlöchern angewandt worden.

Der Gasgenerator kann bei Ölschiefern zur in situ-Ölgewinnung benutzt werden. In diesem Fall wird ein Loch in den Schiefer gebohrt oder getrieben. Wenn der Schiefer von Natur aus ausreichend brüchig ist, können die heißen Gase aus dem Gasgenerator dem Schiefer direkt zugeführt werden. Bei Temperaturen oberhalb von etwa 482 OC wird das Öl aus dem Schiefer freigesetzt. Die gewünschten Fluids können zu nahegelegenen Bohrlöchern getrieben oder aus demselben Bohrloch kontinuierlich oder zyklisch gefördert werden.
Bei hartem, undurchlässigem Schiefer kann der Schiefer durch die Verwendung von Sprengstoff gebrochen werden.
Das brüchige Grundgefüge gestattet dann den heißen Dämpfen, mit dem Schiefer leichter in Berührung zu kommen.
Weiter kann gemäß der Erfindung der Gasgenerator zur in situ-Kohlevergasung benutzt werden. In diesem Fall wird ein Loch in den Kohleflöz gebohrt oder getrieben und die heißen Gase aus dem Gasgenerator werden mit der Kohle in Berührung gebracht. Die hohen Temperaturen der Gase führen zu einer Reaktion mit der Kohle, die zur Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff führt.
Dieses Gas kann als ein geringwertiger Brennstoff verbrannt oder bei Bedarf angereichert werden.
Bei einigen ÖlIagerstttnwird die Ölgewinnung durch Gasinjektions- oder Druckaufrechterhaltungsprogramrne gesteigert werden. In diesen Fällen kann Erdgas oder Rauchgas als Gas für Injektionszwecke benutzt werden.
Der Gasgenerator kann benutzt werden, um die Rauchgase für Gasinjektionszwecke zu liefern. Für diesen Zweck wird das Gerät in dem Bohrloch angeordnet und längere Zeitspannen betrieben. Wenn Luft als Hauptoxydationsmittel benutzt wird, besteht das Rauchgas hauptsächlich aus Stickstoff und Wasserdampf. Wenn ein wasserstoffreicher Dampf benutzt wird, so steht der überschüssige Wasserstoff für die Injektion in den Öl sand zusammen mit Stickstoff oder Wasserdampf zur Verfügung. Die heißen Gase und der flüchtige Wasserstoff verringern die Viskosität des Öls, so daß es freier in das Förderbohrloch fließt.
Bei der Gewinnung von öl durch den Prozeß mit Verbrennung in situ können Luft oder mit Rauchgas verdünnte Luft oder Luft und Wasser benutzt werden. Nachdem die Verbrennung in einem Injektionsbohrloch begonnen hat, kann jedes der oben angegebenen Fluids benutzt werden, um den Verbrennungsprozeß aufrechtzuerhalten und um das Öl zu einem nahegelegenen Ölförderbohrloch zu drücken.
Der Gasgenerator kann so betrieben werden, daß er alle oben angegebenen Funktionen erfüllt. Der Gasgenerator kann mit einem Überschuß an Sauerstoff oder Luft betrieben werden. In diesem Fall wird der unbenutzte Sauerstoff in das Felsgefüge injiziert und dient zum Aufrechterhalten der Verbrennungszone in der üblichen Weise.
Der Gasgenerator kann unter Verwendung von Wasser als Kühlmittel und überschüssigem Sauerstoff oder Luft betrieben werden. In diesem Fall dringen das heiße Wasser oder der Dampf und überschüssiger Sauerstoff in den Öl sand ein.
Der Dampf oder heißes Wasser dient zum Erhitzen des ölsandes und der überschüssige Sauerstoff hält den Verbrennungsprozeß innerhalb der Poren des Gesteins aufrecht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 20 wird ausführlicher ein Verfahren zum Hydrieren von Kohlenwasserstoffen in den Lagerstätten unter Verwendung des Systems von Fig. 1-10 und 12 mit gewissen Modifikationen beschrieben. In Fig. 20 ist ein verrohrtes Injektionsbohrloch 31 dargestellt, welches in eine sich unter der Erdoberfläche befindliche öl Lager stätte 33 eindringt. Mit Abstand von dem Bohrloch 31 ist ein Förderbohrloch 501 angeordnet. Obwohl nicht dargestellt, können auch weitere im Abstand angeordnete Förderbohrlöcher benutzt werden. In dem Bohrloch 31 ist der Gasgenerator 39 angeordnet, der mit Wasserstoff und Sauerstoff aus einem Wasserstofferzeuger 811 bzw. einem Wasserstoffvorratstank 83'versorgt wird, die an der Erdoberfläche angeordnet sind. Die Bohrlochverrohrung 121 ist oberhalb des Generators durch die Packung 125 abgedichtet. Ein Kühl- und Trennturm 503 ist an der Erdoberfläche angeordnet und mit dem Förderbohrloch 501 über eine Leitung 505 gekuppelt. Der Gasgenerator 39 enthält, wie oben angegeben, eine Kammer mit einer Verbrennungszone 67, einem Kühlring 53 und einem beschränkten Auslaß 49. Wasserstoff aus dem Wasserstofferzeuger 811 wird über ein Steuer- oder Dosierventil 89 und eine Leitung 93 zu dem Gasgenerator gefördert. Ebenso wird Sauerstoff aus dem Sauerstoffvorratstank 831über ein Steuer-oder Dosierventil 103 und eine Leitung 107 zu dem Gasgenerator gefördert. Wasserstoff wird in dem Generator in die Verbrennungszone 6; und den Kühlring 53 mit Hilfe des Magnetventils 127 eingeleitet, welches von der Erdoberfläche aus über Anschlu8-leitungen 133 gesteuert wird. Sauerstoff wird in die Verbrennungszone 67 mit Hilfe des Magnetventils 129 eingelassen, welches über Anschlußleitungen 135 von der Erdoberfläche aus gesteuert wird. Die Wasserstoffmenge, die zugeführt wird, reicht aus, um ein wasserstoffreiches Gemisch in dem Gasgenerator zu bilden, welches durch Zufuhr von elektrischem Strom zu den Anschlußleitungen 155A und 155B, mit dem eine Glüh- oder Zündkerze 75 versorgt wird, gezündet wird. Das Thermoelement 161 fühlt die Temperatur in der Nähe der Gasgeneratorauslaßöffnung ab und überträgt Tcmperaturdaten über die Anschlußleitungen 165 zu der Erdoberfläche. Ebenso überträgt der Druckgeber 171 Daten über die Anschlußleitungen 173 zu der Erdoberfläche.
Bei der Durchführung des Gewinnungsverfahrens werden Wasserstoff und Sauerstoff dem Gasgenerator 39 zugeführt, um ein wasserstoffreiches brennbares Gemisch zu bilden, das gezündet und verbrannt wird, um heiße Gase zu erzeugen, die durch den begrenzten Auslaß 49 hindurchgehen und in das Bohrloch 31 eintreten. Aus dem Bohrloch gelangen die Gase über Durchgangslöcher 507, die in der Bohrlochverrohrung gebildet sind, in die Lagerstätte 33. Die heißen Gase, die hauptsächlich aus Dampf und Wasserstoff bestehen, gehen in die Öllagerstätte 33.
Mit Hilfe der Steuerventile 89 und 103 wird die Temperatur der Abgase des Gasgenerators reguliert, um das Öl in den Lagerstätten auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreicht, um die Kohlenwasserstoffketten in leichtere Segmente aufzubrechen, und die Segmente reagieren mit heißem Wasserstoff aus dem Gasgenerator und bilden leichtere und weniger viskose Endprodukte. Beispielsweise können die Lagerstätten auf Temperaturen von 399 OC oder mehr 2 bei einem Druck von ungefähr 141 kp/cm2 erhitzt werden.

Die Ausgangssignale des Thermoelements 161 und des Druckgebers 171 werden überwacht, um das Erzielen der gewünschten Temperaturen und Drücke zu unterstützen, wobei klar ist, daß die in der Lagerstätte vorhandenen Temperaturen und Drücke kleiner sind als die in dem Bohrloch gemessenen. Für sogenannte erschöpfte Lagerstätten, welche Restöl enthalten, das 20 bis 24 Z des Porenraums in der Lagerstätte ausmacht, ist es erforderlich, die Lagerstätte über 399 OC und, wenn möglich auf ungefähr 593 0C zu erhitzen, um das Öl ausreichend zu kracken. Die obere Grenze von 593 OC ist erwünscht, um den Zerfall des Methans in Kohlenstoff und Wasserstoff zu verhindern, der bei etwa 649 OC erfolgt. Der Prozeß unterscheidet sich etwas von dem normalen Hydrokrackverfahren dahingehend, daß das unterirdische Lager die richtigen Katalysatoren enthalten kann und daß ein Wärmekracken vor der Hydrier mg erfolgen muß. Nach der Reaktion des Wasserstoffs mit den Kohlenwasserstoffsegmenten wird eine Wärmemenge frçigesetzt, die gleich 5 bis 15 % derjenigen ist, die zum Erhöhen der Temperatur des Sandlagers in der Lagerstätte auf 399 0C erforderlich ist. Die Art, in welcher die Hydrierung in situ programmiert wird, hängt von der Ölmenge ab, die sich in den Porenräumen der Lagerstätte befindet. Normalerweise macht der Porenraum 38 bis 42 Z des Lagerstättenvolumens aus. Sand-, Kalkstein- oder Schieferformationen nehmen den übrigen Raum ein. Wenn die 42 % Porenraum völlig besetzt sind, wird die Lagerstätte ungefähr 406 1 Öl pro Kubikmeter enthalten. Normalerweise ist der Raum nicht völlig ausgefüllt. Für Lagerstätten mit hohem Füllungsgrad und bei Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens wird die Temperatur gerade hoch genug gehalten, um das Öl für die Hydrierung hauptsächlich in Flüssigkeiten thermisch zu kracken. Wenn der Füllungsgrad auf 20 % abnimmt, ist es erforderlich, die Temperatur zu erhöhen, um die restliche Flüssigkeit thermisch zu kracken und zu hydrieren, wobei sie in Gase umgewandelt wird, die aus den Poren der Lagerstätte entweicht können. Die sich ergebenden hydrierten Produkte enthalten dann überwiegend leichtere Enden, wie etwa Methan, Propan und Butan. Die folgende Tabelle zeigt die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Lagertemperatur für verschiedene Lagerstättentiefen auf 399 C zu erhöhen.

Lagerstätten- Anfangs- Dem Lager % Öl verbraucht zum Heizen des Lagers % Öl
tiefe lager- zugeführte verbraucht
temperatur Wärmemenge 22 % Porenraum 50 % Porenraum 100% Poren- zum Heizen
proKubik- gefüllt gefüllt raum gefüllt des Öls in
meter Sand 88 l/m³ 200 l/m³ 400 l/m³ dem Lager
m °C 106 J/m³
- 21 400 26,4 11,6 5,8 2,6
3048 132 283 18,6 8,2 4,1 1,5
4572 188 224 14,7 6,5 3,2 1,0
6096 243 165 10,9 4,8 2,4 0,4

In der vorstehenden Tabelle basieren die Temperaturen in verschiedenen Bohrlochtiefen auf einer Zunahme der geothermischen Temperatur von 1,1 OC pro 30,5 m Tiefe.

Der Prozentsatz an gewonnenem Ö1, das in dem Prozeß verbraucht wird, basiert auf der Erzeugung von Wasserstoff aus leichten Enden durch Reformieren mit einem Wirkungsgrad von 50 Z. Ein Teil der Wärme aus dem gewonnenen Öl kann bei dem Reforming-Prozeß benutzt werden, er wurde aber bei der Berechnung nicht berücksichtigt.
Die bei der Hydrierung erzeugte Wärme, für die 199 067 J/1 angenommen wird, wurde dem Erhitzen des Öls zugeordnet und von dem Wärmebedarf zum Erhitzen des Öls subtrahiert.
Bei einigen Lagerstätten braucht es nicht erforderlich zu sein, das Öl thermisch zu kracken, sondern es wird das Hylrokracken angewendet, und zwar wegen der Vielfalt an Spurenelementen, die in einigen Lagerstätten vorhanden sind und als Katalysatoren für das Hydrokrack-Verfahren dienen können. Das Hydrokracken ist bekanntlich die Kombination von mildem thermischem Kracken und Hydrieren, das bei niedrigen Temperaturen in Gegenwart eines geeigneten Katalysators ausgeführt werden kann. Mit einigen Katalysatoren kann das Hydrokracken bei niedrigen Temperaturen, z. B. 260 °C, und einem Druck von etwa 35 kp/cm2 ausgeführt werden. Die Temperaturen können jedoch höher sein, wobei ein oberer Grenzwert bei etwa 427 OC liegt.
Eine ausführliche Beschreibung des thermischen Krackens und Hydrierens und des Hydrokrackens findet sich in dem Bericht "Impact of New Technology on the U.S. Petroleum Industry 1946-1965", National Petroleum Council, Kongressbibliothek, Katalogkarte Nr. 67-31533.
Bei dünnen Lagerstätten muß die Wärmeabgabe an die darüber- und darunterliegenden Schichten bei der Wärmeversorgung berücksichtigt werden. Das ist bei den in der Tabelle angegebenen Daten nicht erfolgt.
Wenn mit thermischem Kracken ohne Katalysatoren mit anschließender Hydrierung gearbeitet wird, können die Gase am Anfang bei Temperaturen in der Nähe von 704 OC bis 871 0C zugeführt werden, um eine schnelle Wärmeübertragung an das Lager zu kompensieren. Anschließend können die Temperaturen auf 482 OC reduziert werden, um den Beginn des thermischen Krackens des öls in der erhitzten Lagerstätte einzuleiten, und, wenn die Lagerstätte die Minimumtemperatur für das thermische Kracken erreicht, kann die Temperatur des Gasgeneratorabgases auf 399 OC reduziert werden, und zwar in Abhängigkeit von der Hydrierungswärme, um die Temperatur in der sich über die Lagerstätte bewegenden Front für Krackzwecke zu erhöhen.
Wenn die Zusammensetzung der Lagerstätte unbekannt ist, kann der Gasgenerator am Anfang so betrieben werden, daß Gase mit einer niedrigeren Temperatur erzeugt werden, um festzustellen, ob leichtere Kohlenwasserstoffe aus dem Bohrloch 501 durch Hydrokracken gewonnen werden können.
Wenn keine Gewinnung möglich ist, kann der Gasgenerator bei der höheren Temperatur betrieben werden, um das thermische Kracken und anschließend die Hydrierung einzuleiten. Das Gas und die Flüssigkeiten, die sich aus der Hydrierung ergeben, ob durch thermisches Kracken ohne Katalysatoren mit anschließender Hydrierung oder durch Hydrokracken, bewegen sich durch die Durchgangs löcher 509 in der Bohrlochverrohrung 511 hindurch und in das Bohrloch 501 zu der Oberfläche. An der Oberfläche bewegen sich die Gase und Flüssigkeiten durch die Leitung 505 zu dem Kühl- und Trennturm 503. Die Flüssigkeiten und Gase werden in dem Turm getrennt und die Flüssigkeiten bewegen sich durch die Leitung 513 zu einem Tank 515 Die Gase bewegen sich von der Oberseite des Turms 503 durch eine Leitung 517 zu einem Kompressor 519, der die 2 Gase wieder auf 176 kp/cm plus irgendeinem Druckabfall, der in dem System vorderhalb der Bohrlochkammer 31 auftreten kann, komprimiert. Aus dem Kompressor 519 strömen die Gase über eine Leitung 521 zu dem Wasserstofferzeuger 81'. In einigen Fällen kann es für eine ausreichende 2 Steuerung erforderlich sein, den Druck auf 267 kp/cm zu erhöhen, damit an der Generatorauslaßdüse 49 Schallgeschwindigkeit aufrechterhalten wird. Die Wasserstofferzeugung in dem Wasserstofferzeuger 81' kann durch Reformieren mit Wasser oder durch teilweise Oxydation erfolgen.
Bei Anwendung der teilweisen Oxydation führt eine gestrichelt dargestellte Leitung 523 von der Sauerstoffquelle 83' zu dem Wasserstofferzeuger 81'. Die Sauerstoffquelle 83' kann ein Tank sein, der aus einem herkömmlichen Vorrat oder aus einem Konverter, welcher Umgebungsluft in Sauerstoff umwandelt, gefüllt werden kann. Der erforderliche Hochdruck kann 176 bis 267 kp/cm² betragen und am besten durch Verdampfung von flüssigem Sauerstoff in einem geschlossenen Behälter erzielt werden.
Bei dem Hydrierungsprozeß von Fig. 20 wird Wasserstoff statt Wasser dem Kühlring 53 des Gasgenerators zugeführt, wie oben angegeben. Das kann unter Verwendung der Modifikation von Fig. 12 erfolgen. Alternativ können Durchgangslöcher in der Leitung 57 des Gasgenerators in einer Höhe zwischen den Wänden 45 und 55 gebildet werden, durch die Wasserstoff aus dem Ring zwischen den Leitungen 57 und 71 durch die Löcher hinduch in den Raum 59 und dann in den Ring 53 strömen kann. Bei dieser Alternative wird weder das Wassersteuerventil 131 noch die Leitung 77 benutzt und ihre Mündung in den Raum 59 durch die Wand 45 hindurch wird verstopft. Das Ventil 127 unten im Bohrloch wird zum Steuern des Zustroms von Wasserstoff sowohl zu der Primärverbrennungszone aus auch zu dem Ring 53 benutzt.
Ein Überschuß an Wasserstoff wird in die Verbrennungszone des Gasgenerators eingeleitet, um ein wasserstoffreiches Gemisch zum Reduzieren der Temperatur in der Primärverbrennungszone des Gasgenerators und zum Bereitstellen eines Überschusses an heißem Wasserstoff für eine in situ-Hydrierung eingeleitet. Wasserstoff wird außerdem dem Ring 53 zugeführt. Der durch den Ring 53 strömende Wasserstoff kühlt den Innenmantel 51 und strömt durch die Löcher 63 hindurch, um die Verbrennurgsgase auf die gewünschte Temperatur abzukühlen. Wenn der durch den Ring 53 und in die Mischzone 69 strömende Wasserstoff seine Kühlaufgabe erfüllt, wird er erwärmt und dadurch zusätzlicher heißer Wasserstoff für die Hydrierung bereitgestellt. Der sich aus der Verbrennung des Wasserstoffes und des Sauerstoffes ergebende Dampf und der überschüssige heiße Wasserstoff strömen dann durch die Auslaßdüse 49 in die Lagerstätte. Wasser kann zusätzlich zu dem Wasserstoff zum Kühlen des Generators benutzt und aus dem Wasserreservoir 85 geliefert werden. Aus dem Wasserreservoir 85 wird das Wasser einem Wasserbehandlungssystem 111 zugeleitet und dann durch eine Pumpe 113 durch eine Leitung 115 hindurch in das Bohrloch 31 gepumpt.
Wasserstoff aus der Wasserstoffleitung wird zum Aufblasen der Packung benutzt, um eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 43A und der Verrohrung 121 des Bohrloches herzustellen.
Wasserstoff aus der Wasserstoffleitung 57 wird in den Ring 125A über eine Leitung 211 injiziert, die mit der Wasserstoffleitung 93 oberhalb des sich unten im Bohrloch befindlichen Ventils 127 verbunden ist (vgl.Fig. 1 und 6).
Wenn sich das untere System in dem Bohrloch befindet, wie in Fig. 1 dargestellt, und wenn alle Ventile unter dem Bohrloch geschlossen sind, läuft der Anlaufvorgang folgendermaßen ab. Wasserstoff und Sauerstoff werden in das Rohrleitungssystem unten im Bohrloch eingeleitet und unter Druck gesetzt, indem die Dosierventile 89 und 103 geöffnet werden. Der Wasserstoff bläst die Packung 125 auf und bildet eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 43A und der Bohrlochverrohrung 121, nachdem er in das nach unten in das Bohrloch führende Rohr 93 eingeleitet worden ist.
Wasser kann dann in die Bohrlochverrohrung eingeleitet werden und die Verrohrung kann ganz oder teilweise gefüllt werden. Das erfolgt durch Betätigen der Pumpe 113.
Das Wasser setzt die Packungsdichtung unten im Bohrloch weiter unter Druck. Die Zündsteuereinheit 153 und die Sauerstoff- und Wasserstoffmagnetventile 127 und 129 sind so eingestellt, daß sie in der richtigen Reihenfolge folgendermaßen betätigt werden. Der Zünder wird gestartet, indem die Steuereinheit 153 betätigt wird.
Das Sauerstoffventil 129 wird durch Betätigen der Steuereinheit 143 geöffnet, damit sich eine geringfügige Sauerstoffvoreilung ergibt. Das Wasserstoffventil 127 wird anschließend durch Betätigen der Steuereinheit 141 geöffnet. Dieser Ablauf kann durch manuelle Steuerung der Steuereinheiten 141, 143 und 153 oder durch automatisches Steuern dieser Steuereinheiten durch ein sich über dem Bohrloch befindliches automatisches Steuersystem erzielt werden. An diesem Punkt zeigt ein charakteristisches Signal aus dem Druckgeber 171 unten im Bohrloch auf dem Meßinstrument 175 an, ob ein normaler Anlauf erzielt worden ist oder nicht, und das Thermoelement zeigt durch das Meßinstrument 164, mit welchem es über die Anschlußleitungen 165 verbunden ist, an, ob die gewünschte Temperatur aufrechterhalten wird oder nicht. Die Wasserstoffdurchflußregeleinheit 163 wird dem Thermoelement 161 nachgeführt, welches den Wasserstoffdurchfluß automatisch steuert. Das Wasserstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnis kann durch manuelles Steuern der Wasserstoff- und Sauerstoffventile, durch elektrisches Verbinden der Ventile mit einem selbstsynchronisierenden Motor oder durch Zuführen des Ausgangssignals der Durchflußmesser 105 und 91 zu einem Vergleicher 90 gesteuert werden, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, mittels welchem das Sauerstoffdosierventil so gerichtet verstellt wird, daß das gewünschte Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis eingehalten wird.
Bei den Abschaltoperationen spielt sich folgender Vorgang ab. Das Sauerstoffventil 129 unten im Bohrloch wird zuerst abgesperrt, woran sich das Absperren des Wasserstoffventils 127 anschließt. Das Abschalten des Zünders erfolgt manuell oder durch einen Zeitgeber, nachdem der Anlauf erfolgt ist.
Wie oben erwähnt, wird ein Überschuß an Wasserstoff (ein wasserstoffreiches Gemisch) in die Verbrennungszone des Gasgenerators eingeleitet, um die Temperatur in der Primärverbrennungszone des Gasgenerators zu reduzieren und um einen Überschuß an heißem Wasserstoff für die Hydrierung des Öls bereitzustellen, damit weniger viskose Kohlenwasserstoffe gebildet werden. Die Maximaltemperatur, die durch stöchiometrisches Verbrennen von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugt wird, beträgt etwa 2760 0C oder etwas mehr bei Atmosphärendruck. Durch Verwenden eines wasserstoffreichen Gemisches kann die Temperatur in der Primärverbrennungszone auf bis zu 982 0C reduziert werden, ohne daß die Flamme ausgeht. Die Reduzierung der Temperatur in der Primärverbrennungszone mit einem wasserstoffreichen Gemisch hat Vorteile, weil sie gestattet, den Gasgenerator aus herkömmlicheren Werkstoffen herzustellen.
Zur Reduzierung der Temperatur in der Primärverbrennungszone auf den gewünschten Wert kann die Wasserstoffdurchflußleistung gleich dem Vier-bis Sechsfachen der Wasserstoffdurchflußleistung sein, die für stöchiometrisches Verbrennen erforderlich ist. Andere Durchflußleistungen können in Abhängigkeit von dem gewünschten Umfang der Temperaturreduzierung benutzt werden.
Wie ebenfalls oben angegeben, strömt der Wasserstoff durch den Ring 53, um den Gasgenerator zu kühlen; um die Temperatur der Abgase weiter auf den gewünschten Wert unterhalb von 982 0C zu reduzieren; und um zusätzlichen heißen Wasserstoff für die Hydrierung bereitzustellen.
Bei dem Hydrierungsprozeß kann es in einigen Fällen erwünscht sein, Wasser anstelle von Wasserstoff für Kühlzwecke durch den Ring 53 hindurchzuleiten, obgleich die Wasserstoffmenge, die ansonsten für die Hydrierung bereitgestellt wird, verringert wird. Wasser kann durch den Ring 53 unter Verwendung des Ventils 131 und der Leitung 77 hindurchgeleitet werden, wie oben beschrieben.
Obwohl der Hydrierungs- und Gewinnungsprozeß als in situ-Hydrierung von öl in unterirdischen Lagerstätten beschrieben worden ist, ist klar, daß er auch zur in situ-Hydrierung von Kohle oder öl schiefer unter Verwendung des Gasgenerators in einem das Kohle oder ölschieferlager durchquerenden Bohrloch benutzt werden kann. Bei Verwendung in Verbindung mit Schiefer wird der Schiefer gebrochen, bevor der Prozeß ausgeführt wird.
Obwohl nicht dargestellt, können bekannte Pumpanlagen für das Förderbohrloch 501 bei Bedarf verwendet werden.
In einigen Fällen kann es möglich sein, statt Sauerstoff Luft als Oxydationsmittel zu verwenden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 21, 22A, 22B und 23 wird das System nach der Erfindung zum Verbrennen von Methan mit Sauerstoff beschrieben, wobei die resultierenden Gase mit Wasser gekühlt werden, zur Erzeugung von Wasserstoff, Dampf und Kohlendiaxid unten in einem Bohrloch 31 zum Anregen der öl förderung aus einer unterirdischen Lagerstätte 33, in die das Bohrloch eindringt. Der erzeugte Dampf und die erzeugten heißen Gase treiben das O1 in der Lagerstätte 33 zu anderen, abliegenden Bohrlöchern (nicht dargestellt),die für Förderzwecke in die Lagerstätte 33 eindringen. Der Wasserstoff sorgt aufgrund seines niedrigeren Molekulargewichts für eine bessere Durchdringung der Lagerstätte und hydriert das Ö1, so daß weniger viskose Kohlenwasserstoffe gebildet werden.
Das Kohlendioxid dient ebenfalls zum Austreiben des öls aus den Poren und zum Verringern seiner Viskosität.
Gemäß Fig. 21 ist der Gasgenerator 39 in dem Bohrloch in der Höhe oder in der Nähe der Höhe der öl lagerstätte 33 angeordnet. Sauerstoff und ein Kohlenwasserstoffgas, bei welchem es sich vorzugsweise um Methan handelt, werden von der Erdoberfläche aus dem Gas generator zugeführt, um ein brennbares Gemisch zu bilden, das in dem Generator gezündet und verbrannt wird. Die Flammtemperatur wird unterhalb der Zerfallstemperatur des Methans gehalten, um das Anfallen von Kohlenstoff zu verhindern und um im wesentlichen das gesamte Methan in Kohlenmonoxid- und Wasserstoffgase umzuwandeln, die mit einer zusätzlichen Zufuhr von Sauerstoff verbrannt werden, um Kohlendioxid und Wasserstoff zu erzeugen. Der Gasgenerator und die erzeugten Kohlendioxid- und Wasserstoffgase werden mit Wasser gekühlt, das sich aus der Dampferzeugung ergibt, wodurch Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid aus dem Gasgenerator in die Lagerstätte injiziert werden.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 22A, 22B und 23 hat der Gasgenerator 39 einen zylindrischen Außenmantel 41, der in einem in dem Bohrloch angeordneten Gehäuse 43 abgestützt ist. Der Außenmantel 41 hat ein oberes Ende 45, durch welches Versorgungsleitungen und andere Teile hindurchführen, und ein unteres Ende 47, durch welches eine Auslaßdüse 49 mit kleinem Durchmesser hindurchführt. Innerhalb des Außenmantels 41 ist ein Innenmantel 51 abgestützt, der zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel einen Kühlring 53 bildet. Der Innenmantel hat eine obere Wand 55, die mit einer Leitung 57 verbunden ist,welche ihrerseits durch die obere Wand 45 hindurchführt und mit dieser verbunden ist. Die Leitung 57 bildet eine der Versorgungsleitungen, wie im folgenden noch näher beschrieben, und stützt außerdem den Innenmantel 51 innerhalb des AuBenmantels ab, wobei der Ring 53 und außerdem ein oberer Raum 59 zwischen den Wänden 45 und 55 gebildet wird.
Der Raum 59 steht mit dem Ring 53 in Verbindung, wie in Fig. 9 dargestellt. Das entgegengesetzte Ende des Innenmantels 51 ist an der Stelle 61 offen. Der Innenmantel ist an seinem unteren Ende mit mehreren Durchgangslöchern 63 versehen, die Durchlässe zwischen dem Ring 53 und dem Inneren des Innenmantels für den Durchfluß von Kühlfluid bilden. In dem Innenmantel ist an seinem oberen Ende eine hitzebeständige Auskleidung 65 abgestützt, die eine Verbrennungszone 67 und eine sich stromabwärts der Verbrennungszone befindliche zweite Zone 68 begrenzt. Die Auskleidung ist durch einen Ilaltering 53A abgestützt und hat einen oberen Wandteil 65A, durch den Versorgungsleitungen und andere Teile hindurchführen. Derjenige Teil des Innenmantels, der sich in der Höhe der Durchgangslöcher 63 befindet, stellt eine Gas- und Wassermischzone 69 dar.
Die Leitung 57 führt durch die Wände 45 und 55 und durch die obere Auskleidungswand 65A hindurch zu der Innenseite der Auskleidung 65. Koaxial innerhalb der Leitung 57 und mit innerem Abstand von ihr sind zwei koaxiale Leitungen 71 und 72 angeordnet, die Abstand voneinander haben und sich zu der Verbrennungszone 67 erstrecken. Die Leitung 72 wird durch Distanzstücke 72A in ihrer Lage gehalten, die zwischen den Leitungen 57 und 72 angebracht sind. Ein erster ringförmiger Durchlaß 73 ist zwischen den koaxialen Leitungen 71 und 72 und ein zweiter ringförmiger Durchlaß 74 ist zwischen den koaxialen Leitungen 72 und 57 gebildet. Methan wird in die Verbrennungszone 67 des Gasgenerators über die Leitung 71 eingeleitet und Sauerstoff wird über die Leitung 57A zugeführt, die mit der Leitung 57 verbunden ist. Der Sauerstoff teilt sich auf zwei Wege auf, um durch die beiden ringförmigen Durchlässe 73 und 74 hindurchzuströmen. Sauerstoff, der durch den ringförmigen Durchlaß 73 strömt, strömt in die Verbrennungszone 67, wo er sich mit dem Methan vereinigt, um ein brennbares Gemisch von Gasen in der Verbrennungszone zu bilden. Das brennbare Gasgemisch wird durch einen Zünder 75 gezündet und dann verbrannt. Durch den ringförmigen Durch 73 wird gerade genug Sauerstoff zugeführt, um die Verbrennungstemperatur in der Flammfront unter 649 0C zu halten, wodurch im wesentlichen sämtlicher Kohlenstoff in dem Methan mit dem Sauerstoff reagiert, wobei Kohlenmonoxid und freier Wasserstoff erzeugt werden. Der Anfall an Kohlenstoff wird somit verhindert oder minimiert, was erwünscht ist, da der Kohlenstoff sonst die Brennkammer verstopfen und bei dem Betrieb unten im Bohrloch die Sandfläche zusetzen könnte.
Die Gesamttemperatur in der Verbrennungszone beträgt etwa 1316 Oc. Zur Erzielung von mehr Wärme pro Kilopond von jeweils Methan und Sauerstoff und damit zur Verringerung der Kosten an erforderlichem Methan und Sauerstoff sind höhere Temperaturen erwünscht. Höhere Temperaturen werden erzielt, indem zusätzlicher Sauerstoff zur Verbrennung des Kohlenmonoxids und Wasserstoffes zugeführt wird. Die zusätzliche Sauerstoffzufuhr erfolgt über den zweiten ringförmigen Durchlaß 74. Der somit durch den ringförmigen Durchlaß 74 strömende Sauerstoff strömt in die zweite Zone 68, wo das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff aus der Zone 67 mit dem zusätzlichen Sauerstoff verbrannt werden, der die Temperatur auf etwa 2093 0C bis 2204 0C erhöht und zur Erzeugung von Kohlendioxid und Wasserstoff führt. Die Gase aus der Zone 68 strömen zu der Zone 69, wo sie mit Wasser auf ungefähr 284 °C abgekühlt werden, bevor sie in die Lagerstätte eingeleitet werden. Es wird genug Wasser hinzugefügt, um 80-prozentigen Dampf bei einem absoluten Kammerdruck von 70,3 kp/cm² zu erzeugen, der zusammen mit dem Wasserstoff und dem Kohlendioxid in die Lagerstätte injiziert wird (wobei 80-prozentiger Dampf bedeutet, daß 80 X Wasser in Dampf form vorliegen). Wasser wird dem Ring 53 über eine Leitung 77 (vgl. auch Fig. 4) zugeführt, die durch die obere Wand 45 des Außenmantels 41 hindurchführt. Aus der Leitung 77 fließt das Wasser über den Raum 59, der zwischen den Wänden 45 und 55 gebildet ist, zu dem Ring 53. Das Wasser kühlt den Innenmantel 51 und fließt durch die offnungen 63 hindurch, um die Verbrennungsgase zu kühlen und Dampf zu bilden. Das Gemisch aus Wasserdampf, Wassertröpfchen, Wasserstoff und Kohlendioxid geht durch die Auslaßdüse 49 hindurch in die Lagerstätte. Da die Auslaßdüse 49 im Vergleich zu dem Durchmesser des Innenraums der Kammer einen kleinen Durchmesser hat, wird der in dem Generator erzeugte Druck durch den Außendruck (Druck der Öllagerstätte) nicht nennenswert beeinflußt, bis der Außendruck ungefähr 80 Z des Wertes des Innendruckes erreicht.
Daher ist es bei einem eingestellten Gasgeneratordruck nicht erforderlich, die Zuflußleistung der in den Generator geleiteten Bestandteile zu verändern, bis sich der Außendruck (bllagerstättendruck) ungefähr 80 X des inneren Gasdruckes nähert.
Das niedrigste Verhältnis von Sauerstoff zu Methan in der Verbrennungszone, bei welchem sämtlicher Kohlenstoff in Kohlenmonoxid umgewandelt wird, beträgt etwa 0,5 kp Sauerstoff zu 0,45 kp Methan. Die Sauerstoffmenge, die in dem zweiten Prozeß in der Zone 68 benutzt wird, wird von der Menge, die zum Umwandeln sämtlichen Kohlenmonoxids in Kohlendioxid erforderlich ist, von der vorgesehenen Maximaltemperatur und von der Wasserstoffmenge, die durch die Sandfläche in die öllagerstätte injiziert werden soll, abhängig sein. Die Aufteilung des Sauerstoffstroms auf die Durchlässe 73 und 74 wird experimentell mit Hilfe einer Lochplatte 78 eingestellt, die so bemessen sein kann, daß sie soviel wie nötig von dem Auslaß des ringförmigen Durchlasses 74 bedeckt. Obwohl nicht dargestellt, sind Wirbelbleche an dem Ende des Durchlasses 74 vorgesehen, um den durch den Durchlaß 74 nach außen durch die Zone 67 zu der zweiten Zone 68 strömenden Sauerstoff zu verwirbeln und zu zentrifugieren. Bei Bedarf können Wirbelbleche an dem Ende der Leitung 71 und an dem Ende des ringförmigen Durchlasses 73 vorgesehen sein, um das Methan und den Sauerstoff in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, damit eine ausreichende Vermischung bei der Bildung des gewünschten brennbaren Gemisches in der Zone 67 sichergestellt ist. Gemäß Fig. 24 ist ein Kühlrohr 79 für den Durchlaß von Wasser zum Kühlen der Brennerspitze vorgesehen. Das Gehäuse oder der Mantel 43, der den Gasgenerator umschließt, bildet einen Ring 80 mit der Außenwand 41 des Generators. Wasser wird dem Ring 80 zugeführt und Wärme aus dem Generator erhöht die Wassertemperatur in dem Ring 80, woraufhin das Wasser durch Konvektion mit dem Wasser in der Kammer 80A oberhalb des Generators vermischt wird, um die Leitungen 57A und 71 zu erwärmen. Diese Leitungen können bei Bedarf als Leitungsschlangen ausgebildet sein, um zum Vorwärmen des Methans und des Sauerstoffes eine ausreichende Oberfläche zur Verfügung zu haben.
Gemäß Fig. 21 werden Methan, Sauerstoff und Wasser dem unten im Bohrloch angeordneten Gasgenerator aus einem Methanvorratstank 81, einem Sauerstoffvorratstank 83 und einem Wasserreservoir 85 zugeführt. Methan wird über einen Kompressor 87 und anschließend über ein Dosierventil 89, einen Durchflußmesser 91 und eine Leitung 93 zugeführt, die durch ein Rohrleitungswinde- und -Gerät 95 nach unten in das Bohrloch geführt wird. Sauerstoff wird dem Bohrloch über einen Kompressor 101 und anschließend über ein Dosierventil 103, einen Durchflußmesser 105 und über eine Leitung 107 zugeführt, die durch ein Rohrleitungswinde- und -Gerät 109 nach unten in das Bohrloch geführt wird. Aus dem Wasserreservoir 85 wird das Wasser einem Wasserbehandlungssystem 111 zugeführt und und dann durch eine Pumpe 113 über eine Leitung 115 in das Bohrloch 31 gepumpt. In Fig. 21 ist das Wasser in dem Bohrloch mit 117 bezeichnet.
Das Bohrloch 31 ist mit einer Stahlverrohrung 121 verrohrt und hat einen oberen Bohrlochkopf 123, durch den sämtliche Leitungen, Anschlußleitungen und Seile hindurchführen. In dem Bohrloch ist oberhalb und in der Nähe des Gasgenerators eine Packung 125 angeordnet, durch die die Rohrleitungen, Seile und Anschlußleitungen hindurchführen. Der Strom von Methan, Sauerstoff und.Wasser zu dem Generator wird durch Magnetventile 127, 129 und 131 gesteuert, die unten im Bohrloch in der Nähe des Gasgenerators oberhalb der Packung angeordnet sind. Die Ventile 127, 129 und 131 haben Anschlußleitungen 133, 135 und 137, die zu der Erdoberfläche und zu Magnetventilsteuereinheiten 141, 143 und 145 führen, welche das Offnen und Schließen der unten im Bohrloch befindlichen Ventile von der Erdoberfläche aus getrennt steuern. Die Steuereinheiten 141, 143 und 145 sind in Wirklichkeit Schalter, die getrennt betätigt werden können, um die Zufuhr von elektrischem Strom zu den unten im Bohrloch befindlichen Spulen der Magnetventile 127, 129 und 131 zu steuern. Das Ventil 127 ist mit Methanleitungen 93 und 71 (Fig. 21) verbunden, während das Ventil 129 mit Sauerstoffleitungen 107 und 57A (vgl. Fig. 21) verbunden ist. Das Ventil 131 ist mit der Wasserleitung 77 (vgl. Fig. 21) verbunden und hat einen Einlaß 147 zum Einlassen des Wassers in die Verrohrung, damit es zu dem Gasgenerator strömt, wenn das Ventil 131 geöffnet ist.
Der Zünder 75 weist eine Zündkerze oder -elektrode auf, die sich durch die Wände 45 und 55 hindurch in eine in der oberen Auskelidungswand 65A gebildete Durchgangsöffnung 65B erstreckt, wodurch sie den Gasen in der Verbrennungszone 67 ausgesetzt ist. Der Zünder 75 ist mit einem Transformator 149 unten im Bohrloch über knschlußleitungen 151A und 151B verbunden. Der Transformator ist mit der über dem Bohrloch angeordneten Zündsteuereinheit 153 über Anschlußleitungen 155A und 165B verbunden. Die Zündsteuereinheit 153 enthält einen Schalter zum Steuern der Zufuhr von elektrischen Strom zu dem Transformator 149 und damit zu dem Zünder 75. Ein Thermoelement 161 ist an dem Gasgenerator in der Verbrennungszone 67 angebracht und mit einer über dem Bohrloch befindlichen Methandurchflußregeleinheit 163 über Anschlußleitungen 165 verbunden.
Die Methandurchflußregeleinheit fühlt die Temperatur ab, die durch das Thermoelement festgetellt worden ist, und erzeugt ein Ausgangssignal, das an das Dosierventil 89 zum Steuern des Methandurchflusses angelegt wird, um das gewünschte Methan-Sauerstoff-Verhältnis zu erzielen. Das Ausgangssignal der Methandurchflußregeleinheit 163 kann ein elektrisches Ausgangs signal oder ein pneumatisches oder hydraulisches Ausgangssignal sein und wird an das Ventil 89 über eine Anschlußleitung oder Rohrleitung 167 angelegt. Ein zweites Thermoelement 156 ist an dem Gasgenerator in der Nähe des begrenzten Auslasses 49 angebracht, um die Temperatur der durch den Auslaß 49 auströmenden Gase abzufühlen. Sein Ausgangssignal wird über dem Bohrloch mittels Anschlußleitungen 157 an ein elektrisches Stromversorgungs- und Regelsystem 158 angelegt, dessen Ausgangssignal über Leitungen 159 an ein elektrisch gesteuertes Drehmomentmotorventil 160 angelegt wird, das in den Wassereinlaß 147 geschaltet ist. Diese Anordnung ist zur Steuerung der Größe der Öffnung des Ventils 160 vorgesehen, um die Wassermenge zu steuern, die zu dem Ring 53 und von diesem aus durch den Durchlaß 63 fließt, um die Temperatur der aus dem Generatorauslaß 49 ausströmenden Gase zu steuern. Ein Meßinstrument 158A ist außerdem mit den Anschlußleitungen über dem Bohrloch verbunden, damit das Bedienungspersonal die Gastemperatur an dem Gasgeneratorauslaß 49 ablesen und bei Bedarf manuell über das Regelsystem 158 steuern kann. Alternativ dazu kann das Ventil 160 weggelassen und der Wasserfluß durch die Leitung 115 an der Oberfläche so gesteuert werden, daß die Wassersäule in der Verrrohrung von tiefen Bohrlöchern auf eine Höhe eingestellt wird, die den gewünschten Durchfluß durch den Generator bewirkt. Bei seichten Bohrlöchern kann die Steuerung durch Einstellen des Pumpenausgangsdruckes erfolgen. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird Sauerstoff aus der Sauerstoffleitung benutzt, um ein Siliconfluid unter Druck zu setzen, damit die Packung aufgeblasen und eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 43A und der Verrohrung 121 des Bohrloches gebildet wird, wie oben in Verbindung mit Fig. 13 beschrieben.
Wenn das untere System in dem Bohrloch angeordnet ist, wie in Fig. 21 dargestellt, und wenn sämtliche Ventile unten im Bohrloch geschlossen sind, läuft der Anlaufvorgang folgendermaßen ab. Methan und Sauerstoff werden in das unten in das Bohrloch führende Rohrleitungssystem eingelassen und auf Druck gebracht, indem die Dosierventile 89 und 103 geöffnet werden. Der Sauerstoff beaufschlagt das Siliconfluid in der Kammer 252 mit Druck so daß die Packung 125 aufgeblasen und eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 43A und der Bohrlochverrohrung 121 gebildet wird, nachdem der Sauerstoff in die nach unten in das Bohrloch führende Rohrleitung 107 eingeleitet worden ist. Wasser wird dann in die Bohrlochverrohrung eingeleitet und die Verrohrung wird ganz oder teilweise gefüllt. Das erfolgt durch Betätigen der Pumpe 113. Wasser beaufschlagt die Packungsdichtung weiter mit Druck. Die Zündsteuereinheit 153 und die Methan-,Sauerstoff- und Wassermagnetventile 127, 129 und 131 sind so eingestellt, daß sie in der richtigen Reihenfolge arbeiten, wie im folgenden angegeben. Der Zünder wird gestartet, indem die Zündsteuereinheit 153 betätigt wird; das Sauerstoffventil 129 wird durch Betätigen der Steuereinheit 143 geöffnet, damit sich eine geringfügige Sauerstoffvoreilung ergibt. Anschließend wird das Methanventil 127 geöffnet, woran sich das Öffnen des Wasserventils 131 anschließt. Das Wasserventil 160 ist zwar immer geöffnet, die Größe seiner Öffnung kann jedoch variiert werden, um die Wassermenge zu steuern, die durch den Ring 53 hindurchfließt, wie oben angegeben. Die Ventile 127 und 131 werden durch Betätigen der Steuereinheiten 141 bzw. 145 geöffnet.
Diese Steuerfolge kann durch manuelles Steuern der Steuereinheiten 141, 143, 145 und 153 oder durch automatisches Steuern dieser Steuereinheiten durch ein Regelsystem erfolgen, das sich über dem Bohrloch befindet. An diesem Punkt wird ein charakteristisches Signal von dem Druckgeber 171 unten im Bohrloch auf dem Meßinstrument 175 anzeigen, ob ein normaler Anlauf erzielt worden ist oder nicht, und die Thermoelemente 156 und 161 werden durch die Meßinstrumente 158A und 164 anzeigen, ob die gewünschte Temperatur aufrechterhalten wird oder nicht. Die Methandurchflußregeleinheit 163 wird dem Thermoelement 161 nachgeführt und regelt automatisch den Methandurchfluß. Ebenso wird das Regelsystem 158 dem Thermoelement 156 nachgeführt und regelt automatisch den Wasserfluß zu dem Ring 53. Das Methan-zu-Sauerstoff-Verhältnis kann durch manuelles Steuern der Methan- und Sauerstoffventile, durch elektrisches Verbinden der Ventile mit einem selbstsynchronisierenden Motor oder durch Anlegen des Ausgangssignals der Durchflußmesser 105 und 91 an einen Vergleicher 90 erfolgen, der ein elektrisches Ausgangssignal liefert, mittels welchem das Sauerstoffdosierventil so gerichtet verstellt wird, daß das Methan-Sauerstoff-Verhältnis konstant gehalten wird. An diesem Punkt werden die Durchflußmengen von Methan, Sauerstoff und Wasser überprüft, um die richtigen Verhältnisse von Methan und Sauerstoff sowie der Durchflußrnengen von Methan, Sauerstoff und Wasser zu ermitteln. Die Überwachung des Methan- und Sauerstoffdurchflusses erfolgt durch Beobachten der Durchflußmesser 91 und 105. Die Sauerstoffmenge, die durch den ringförmigen Durchlaß 74 zu der Zone 68 in dem Gasgenerator strömt, kann durch Feststellen der Differenz zwischen dem Sauerstoffdurchfluß, den das Meßinstrument 158A des Thermoelements 156 angibt, und dem Sauerstoffdurchfluß, der an dem Meßinstrument 105 abgelesen wird, ermittelt werden.
Bei den Abschaltoperationen läuft folgender Vorgang ab.
Das unten im Bohrloch befindliche Sauerstoffventil 129 wird zuerst abgesperrt, woran sich das Absperren des Methanventils 127 und das Wasserventils 131 anschließt.
Das Wasserventil sollte gerade lange genug offengelassen werden, daß der Generator abgekühlt und ein Rückstrom von Wärme nach dem Abschalten verhindert wird. Das Abschalten des Zünders erfolgt manuell oder durch einen Zeitgeber, nachdem der Anlauf erfolgt ist.
Wenn ein stöchiometrisches Gemisch von Methan und Sauerstoff verbrannt worden ist, um Kohlendioxid ünd Wasser zu erzeugen, wird die Endtemperatur der Abgase größer als 2760 °C sein, was für einen längeren Betrieb des Gasgenerators unten im Bohrloch mehr als erwünscht ist. Durch teilweises Oxydieren des Methans bei einer niedrigeren Temperatur zur Bildung der stabilen Gase Kohlenmonoxid und Wasserstoff und durch anschließendes Verbrennen dieser Gase mit zusätzlicher Zufuhr von Sauerstoff können die erwünschten Gase erzeugt werden, ohne daß Kohlenstoff anfällt, und bei einer Temperatur, die ausreicht, um eine hohe Wärmemenge pro Kilopond jeweils von Methan und Sauerstoff zu erzielen, und die der Gasgenerator aushalten kann.
In einer weiteren Ausführungsform können Butan oder Propan statt Methan in dem Gasgenerator benutzt werden, um Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch teilweise Oxydation zu erzeugen, die durch Verbrennen mit zusätzlicher Zufuhr von Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt werden. Die Versorgungsdrücke für Butan und Propan sind vorzugsweise niedriger als der Versorgungsdruck von Methan.
In Fig. 22B sind die Lochplatte 78 und das Kühlrohr 79 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Wasser wird dem Kühlrohr 79 über Leitungen (nicht dargestellt) zugeführt, die mit dem Wasser in dem Bohrloch oberhalb der Packung in Verbindung stehen und sich durch das Gehäuse innerhalb der Packung hindurch zu dem Rohr 79 erstrecken. Ebenso wird Wasser dem Ring 80 über Leitungen (nicht dargestellt) zugeführt, die mit dem Wasser in cpmgohrloch oberhalb der Packung in Verbindung stehen und durch das Gehäuse innerhalb der Packung hindurchführen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 24 wird eine Abwandlung des Gasgenerators der in den Fig. 1-11 dargestellten Ausführungsform beschrieben. In Fig. 24 bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile des Systems von Fig. 1-11. Das Thermoelement und die Druckgeber, die unten im Bohrloch angeordnet sind, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Durchgangslöcher 121A sind in der Verrohrung 121 gebildet, damit heiße Gase in die Lagerstätte 33 eindringen können. In der Ausführungsform von Fig. 24 kann der innere Kühlring 53 weggelassen oder nicht benutzt werden, indem Wasser in dem Bohrloch über die Packung 125, abwärts durch die Packung 125 und in den Ring zwischen der Gehäusewand des Gasgenerators und der Wand des Bohrloches geleitet wird, um den Gasgenerator zu kühlen. In Fig. 24 wird für diesen Zweck eine Leitung 601 verwendet. Wie mit Bezug auf die Leitungen von Fig. 5 beschrieben, erstreckt sie sich durch den zentralen Teil des Gasgenerators innerhalb der Packung 125. Sie wird ebenfalls eine begrenzte öffnung haben, um einen kontrollierten Fluß des Wasser durch die Leitung 601 zu schaffen. Obwohl nicht dargestellt, kann das untere Ende der Leitung 601 mit einem Verteilerrohr verbunden sein, das in dem Ringraum 122 angeordnet ist und den Gasgenerator umschließt. Das Verteilerrohr kann mehrere Düsen an seinem inneren Umfang haben, mittels welchen Wasser auf den Gasgenerator an dessen Außenumfang gesprüht wird. Aus dem Ringraum 122 fließt das Wasser durch in dem Gehäuse 43 gebildete öffnungen 44 hindurch in den Ringraum 126, der zwischen dem Gehäuse 43 und der Verrohrung 121 gebildet ist. Ein ringförmiges Teil 603 ist mit dem unteren Ende des Gasgenerators verbunden, so daß eine begrenzte untere ringförmige Offnung 604 zwischen dem Gasgenerator und er Bohrlochwand gebildet ist, die das Abwärtsfließen des Wassers drosselt, um sicherzustellen, daß das Wasser den oberen Ringraum zwischen dem Gasgenerator und der Wand des Bohrloches füllt. Das Teil 603 kann ein Metallteil sein, das mit dem unteren Ende des Gasgenerators verschweißt ist. In der Kammer des Gasgenerators kann das untere Ende des Mantels 51 weggelassen werden, wohingegen das obere Ende des Mantels 51 beibehalten wird, um die Auskleidung 65 abzustützen. Der Ubersichtlichkeit halber ist die Auskleidung 65 in Fig. 24 nicht dargestellt. Wenn ein wasserstoffreiches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff verbrannt wird, können das Wasserventil 131 und die Leitung 77 weggelassen werden, wodurch Wasser nicht in die Kammer 69 eingeleitet wird. Das Kühlen kann durch die niedrigere Verbrennungstemperatur und Wasser in dem Ring zwischen der Wand des Gasgenerators und der Wand des Bohrloches erfolgen. Der Anlauf und das Abschalten erfolgen in der gleichen Weise wie oben mit Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 1-11 beschrieben, wobei Wasser zum Kühlen benutzt wird, mit Ausnahme des Falles, in welchem Wasser nicht in die Kammer 69 eingeleitet wird.
In einer anderen Ausführungsform, wenn ein wasserstoffreiches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff oder ein stöchiometrisches Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff verbrannt wird, kann das Wasserventil 131 beibehalten und die Leitung 77 mit dem unteren Teil des Gasgenerators verbunden werden, um Wasser in den Kammerteil 69 einzuleiten. Gemäß Fig. 24 führt die Leitung 77 durch die Kammer wand 41 hindurch in den Rsamerteil 69. Obwohl nicht dargestellt, kann die Leitung 77 mit einem Verteilerrohr verbunden sein, das den Gasgenerator umschließt. Das Verteilerrohr kann mehrere Leitungen haben, die in die Kammer 69 des Gasgenerators führen, wodurch Wasser an mehreren Stellen an seinem inneren Umfang in die Kammer 69 eingeleitet wird. Das Kühlen erfolgt daher durch Wasser in dem Ring zwischen dem Gasgenerator und der Bohrlochwand und durch Wasser, das in die Kammer des Gasgenerators eingeleitet wird. Das Anlaufen und Abschalten erfolgen in der gleichen Weise, wie oben mit Bezug auf die Ausführungsform der Fig. 1-11 beschrieben, wobei Wasser zum Kühlen benutzt wird.
In der Ausführungsform von Fig. 1-11 erfolgte die Zündung durch eine Zündkerze oder -elektrode 75, die aus einer an der Oberfläche angeordneten Stromquelle mit Strom versorgt wurde. Zur Beseitigung der elektrischen Leiter, die von der Erdoberfläche zu dem Gasgenerator führen und zur Betätigung der Elektrode 75 erforderlich sind, kann eine hypergolische Kombination aus Kraftstoff und einem Oxydationsmittel benutzt werden, um die brennbaren Gase in der Kammer 67 des Gasgenerators zu zünden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 25 werden ein solches Verfahren und System näher beschrieben. In Fig. 25 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in den Fig. 1-11.
Die Ventile 127, 129 und 131 werden mit Hilfe der an der Erdoberfläche angeordneten Steuereinheiten 141, 143 und 145 ferngesteuert. Die Steuereinheit 141 enthält eine Stromquelle 141A und einen Schalter 141B, die mit dem Ventil 127 über elektrische Anschlußleitungen 133 verbunden sind. Die Steuereinheit 143 enthält eine elektrische Stromquelle 143A und einen Schalter 143B, die mit dem Ventil 129 über elektrische Anschlußleitungen 135 verbunden sind. Die Steuereinheit 145 enthält eine elektrische Stromquelle 145A und einen Schalter 145B, die mit dem Ventil 131 über Anschlußleitungen 137 verbunden sind.
Die Ventile 127, 129 und 131 können normalerweise geschlossene Ventile sein, die durch Schlieren der Schalter 141B bzw. 143B bzw. 145B geöffnet werden.
In der Leitung 93 liegt ein Dreiwegeventil 701. Eine Quelle 703, die Anlaufbrennstoff liefert, ist mit dem Ventil 701 über eine Leitung 705 verbunden. Ein Dreiwegeventil 707 liegt in der Leitung 107. Eine Quelle 711, die ein Oxydationsmittel für Anlaufzwecke liefert, ist mit dem Ventil 707 über eine Leitung 713 verbunden.Der Brennstoff und das Oxydationsmittel für den Anlauf sind so gewählt, daß, wenn sie zusammengebracht werden, der Anlaufbrennstoff spontan zündet. Der Anlaufbrennstoff ist vorzugsweise ein flüssiger Brennstoff. Das Oxydationsmittel, das für Anlaufzwecke benutzt wird, kann eine Flüssigkejt oder ein Gas sein.
Wenn sämtliche Ventile 127, 129, 131, 701 und 707 geschlossen sind, läuft der Anlaufvorgang des Gasgenerators folgendermaßen ab. Das Ventil 701 wird betätigt, um die Quelle 703 mit der Leitung 93 zu verbinden, damit ein Slug (14,59 kp) des Anlaufbrennstoffes durch Schwerkraft abwärts zu dem geschlossenen Ventil 127 fließen. Der Strom von Wasserstoff aus der Quelle 81 abwärts wird durch das Ventil 701 blockiert. Das Ventil 707 wird ebenfalls betätigt, um die Quelle 711 mit der Leitung 107 zu verbinden, damit das Anlaufoxydationsmittelfluid abwärts zu dem geschlossenen Ventil 129 strömt. Wenn das Anlaufoxydationsmittelfluid eine Flüssigkeit ist, fließt sie durch Schwerkraft abwärts. Der Strom von Sauerstoff abwärts durch die Leitung 107 wird durch das Ventil 707 blockiert. Danach werden die Ventile 701 und 707 betätigt, um den Zufluß von Anlaufbrennstoff und Anlaufoxydationsmittelfluid aus den Quellen 703 bzw. 711 zu beenden und dem Wasserstoff und dem Sauerstoff aus den Quellen 81 und 83 zu gestatten, abwärts in die Leitungen 83 bzw. 107 zu strömen, damit diese Leitungen mit Wasserstoff bzw.
Sauerstoff hinter den Slugs von Anlaufbrennstoff und Anlaufoxydationsmittelfluid unter Druck gesetzt werden.
Die Schalter 141B und 143B werden dann geschlossen, um die Ventile 127 und 129 zu öffnen, damit die Slugs von Anlaufbrennstoff und Anlaufoxydationsmittelfluid zur Vermischung in die Brennkammer 67 fließen können, wo der Anlaufbrennstoff spontan zündet und seinerseits den Wasserstoff und den Sauerstoff zündet, die durch die Leitungen 93 und 107 folgen. Danach wird der Schalter 145B geschlossen, um das Ventil 131 zu öffnen, damit Wasser aus dem Bohrloch durch die Leitung 77 in den Ring 53 fliessen kann. Wenn ein solcher Ring benutzt wird, kann jedoch die Kühlung durch das in Fig. 24 dargestellte System erfolgen. Ein Thermoelement 161 und ein Druckgeber 171 werden benutzt, um festzustellen, ob eine richtige Zündung erfolgt ist und ob die gewünschte Temperatur eingehalten wird. Gemäß Fig. 24 ist das Thermoelement 161 mit einem über dem Bohrloch befindlichen Meßinstrument 164 über Leiter 165 verbunden, während der Druckwandler 171 mit einem über dem Bohrloch befindlichen Meßinstrument 175 über Leiter 173 verbunden ist. Für die Zeitspanne, während der der Generator in Betrieb ist, um Dampf und heiße Gase zu erzeugen, werden die Ventile 127 und 129 geöffnet gehalten und die Ventile 701 und 707 so eingestellt, daß Wasserstoff und Sauerstoff aus den Quellen 81 und 83 über die Leitungen 93 bzw. 107 in das Bohrloch strömen können. Darüberhinaus wird das Ventil 131 geöffnet gehalten, damit Wasser über Leitungen 77 in den Ring 53 fließen kann, wenn ein solcher Ring benutzt wird.
Bei den Abschaltoperationen wird das Ventil 129 abgesperrt und anschlieBend werden die Ventile 127 und 131 abgesperrt.
In der bevorzugten Ausführungsform sind der Anlaufbrennstoff und das Anlaufoxydationsmittelfluid hypergolische Kombinationen von Brennstoff und Oxydationsaitteln, wie im folgenden angegeben: Brennstoff Oxydationsmittel Anilin NO weiße rauchende Salpetersäure Diäthylentriamin rote rauchende Salpetersäure Äthylamin N2O4 Furfurylalkohol weiße rauchende Salpetersäure Hydrazin NO weiße rauchende Salpetersäure Lithiumborhydrid Sauerstoff Methylalkohol Chlortrifluorid Triäthylaluminium Sauerstoff Triäthylboran Sauerstoff Terpentin (α -Pinen) rote rauchende Salpetersäure unsymmetrisches Dimethylhydrazin 76 Z N 204 & 24 % NO 2, 3 - Xylidin N204 Für die Kombinationen, bei welchen Sauerstoff als Oxydationsmittel für Anlauf zwecke benutzt wird, werden die Quelle 711 und die Leitung 713 nicht benutzt und das Ventil 707 wird betätigt, damit Sauerstoff abwärts durch die Leitung 107 zu dem geschlossenen Ventil 129 strömen kann, bevor der Anlauf beginnt. Nachdem das Ventil 129 für Anlaufzwecke geöffnet worden ist, bleibt das Ventil 707 offen, damit weiterhin Sauerstoff der Brennkammer 67 zur Vermischung mit dem Wasserstoff für den Betrieb des Gasgenerators zugeführt wird.
Die Wasserstoffversorgung 811kann einen Wasserstoffvorratstank, einen Wasserstoffkompressor, ein Dosierventil und einen Durchflußmesser enthalten, wie oben beschrieben. Ebenso kann die Sauerstoffversorgung 83"einen Sauerstoffvorratstank, einen Sauerstoffkompressor, ein Dosierventil und einen Durchflußmesser enthalten. Die Wasserversorgung 85' kann ein Wasserreservoir, ein Wasserbehandlungssystem und eine Pumpe enthalten. Der Ausgang des Thermoelements 161 kann außerdem mit einer Wasserstoffdurchflußregeleinheit über dem Bohrloch verbunden sein, die ihrerseits mit dem Wasserstoffdosierventil verbunden ist, damit das richtige Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis erzielt wird. Ein solches System wird außerdem einen Vergleicher enthalten, der zwischen die Wasserstoff- und Sauerstoffdurchflußmesser und das Sauerstoffdosierventil geschaltet ist, damit das Sauerstoffdosierventil so gerichtet verschoben wird, daß das Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis konstant gehalten wird.
Es ist klar, daß statt Wasserstoff und Sauerstoff andere Brennstoffe und Oxydationsmittel in die Verbrennungszone 67 zum Zünden und Verbrennen für den Betrieb des Gasgenerators eingeleitet werden können und daß darüberhinaus statt Wasser andere Kühlmittel in den Ring 53 geleitet werden können, wenn ein solcher Ring benutzt wird.
Bei den unten im Bohrloch befindlichen Ventilen 127, 129 und 131 handelt es sich entsprechend der vorstehenden Beschreibung zwar um elektromagnetisch betätigte Ventile, deren Betätigungselektromagnete unten im Bohrloch angeordnet sind, es ist jedoch klar, daß diese Ventile pneumatisch oder hydraulisch über Rohrleitungen gesteuert werden können, die die Druckluft- oder Hydraulikvorrichtungen von der Erdoberfläche aus mit den Ventilen verbinden.
Die Druckluft- oder Hydraulikvorrichtungen an der Erdoberfläche können durch elektromagnetisch betätigte Ventile gesteuert werden, die an der Erdoberfläche angeordnet sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. System zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, gekennzeichnet durch einen in dem Bohrloch in der Höhe oder in der Nähe der Höhe der Lagerstätte angeordneten Gasgenerator, welcher enthält: ein Gehäuse, das eine Kammer bildet, die eine Verbrennungszone begrenzt und ein oberes Einlaßende hat zum Empfangen von Brennstoff und einem Oxydationsfluid zur Bildung eines brennbaren Gemisches von Gasen in der Verbrennungszone zur Zündung, und einen begrenzten unteren Auslaß für den Durchtritt von heißen Gasen, wobei die äußere Wand des Gasgenerator mit AbStand von der Wand des Bohrloches innerhalb desselben angeordnet ist und einen Ring zum Empfang von Fluid aus dem Bohrloch für KUhlzwecke begrenzt; durch ein Gebilde, das eine oberhalb der Kammer angeordnete Packung umfaßt, wobei die Packung so ausgebildet ist, daß sie nach außen gegen die Wand des Bohrloches aufweitbar ist, um eine Dichtung zwischen dem Gebilde und der Wand des Bohrloches zu bilden; durch eine Leitungsanordnung, die einen Strömungsweg von einer Position oberhalb der Packung zu einer Position unterhalb der Packung bildet, damit Fluid aus dem Bohrloch oberhalb der Packung in den Ring strömen kann; durch eine Vorrichtung mit einer Leitungsanordnung, die sich von der Oberfläche aus erstreckt und von der Oberfläche aus dem Einlaßende des in dem Bohrloch angeordneten Gasgenerators Brennstoff zuführt; durch eine Vorrichtung mit einer Leitungsanordnung, die sich von der Erdoberfläche aus erstreckt und von der Erdoberfläche aus dem Einlaßende des in dem Bohrloch angeordneten Gasgenerators ein Oxydationsfluid zuführt; und durch eine Ventilanordnung, die von der Erdoberfläche aus fernsteuerbar ist und in dem Bohrloch in der Nähe des Gasgenerators angeordnet ist, zum Steuern des Zuflusses von Brennstoff und Oxydationsfluid zu dem Gasgenerator.
2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an dem unteren Ende des Gasgenerators angeordnete Vorrichtung zum Drosseln des Fluidstroms aus dem Ring abwärts in das Bohrloch.
3. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fluidsteuereinrichtung zum Einleiten von Fluid in die Kammer des Gasgenerators für Kühlzwecke.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsteuereinrichtung eine Fluidleitungsanordnung zum Einleiten von Fluid aus dem Bohrloch in die Kammer des Gasgenerators und eine Fluidventilanordnung enthält, die von der Erdoberfläche aus fernsteuerbar ist und in dem Bohrloch in der Nähe des Gasgenerators angeordnet ist, zum Steuern des Fluidstroms durch die Fluidleitungsanordnung.
5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine an dem unteren Ende des Gasgenerators angeordnete Vorrichtung zum Drosseln des Fluidstroms aus dem Ring abwärts in das Bohrloch.
6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde ein ringförmiges Teil aufweist, dlssich von der Packung aus abwärts erstreckt und das die Kammer bildende Gehäuse umschließt, wobei das ringförmige Teil mit Abstand von der Wand des Bohrloches und von dem die Kammer bildenden Gehäuse angeordnet ist und einen ersten Ringraum zwischen dem ringförmigen Teil und dem Gehäuse und einen zweiten Ringraum zwischen dem ringförmigen Teil und der Wand des Bohrloches begrenzt, daß das untere Ende der Leitungsanordnung, die einen Strömungsweg von einer Position oberhalb der Packung zu einer Position unterhalb der Packung bildet, in Fluidverbindung mit dem ersten Ringraum ist, und daß das ringförmige Teil mit einer Durchlaßanordnung versehen ist, durch die Fluid aus dem ersten Ringraum in den zweiten Ringraum fließen kann.
7. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung an dem unteren Ende des Gasgenerators zum Begrenzendes Fluidstroms aus dem zweiten Ringraum abwärts in das Bohrloch.
8. System zur Gewinnung von Kohlenwassertoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, gekennzeichnet durch einen im Bohrloch in der Höhe oder in der Nähe der Höhe der Lagerstätte angeordneten Gasgenerator, welcher enthält: ein Gehäuse, das eine Kammer bildet, die eine Verbrennungszone begrenzt und ein oberes Einlaßende hat zum Empfangen von Brennstoff und einem Oxydationsfluid zur Bildung eines brennbaren Gemisches von Gasen in der Verbrennungszone zur Zündung, und einen begrenzten unteren Auslaß für den Durchtritt von heißen Gasen, wobei die äußere Wand des Gasgenerators mit Abstand von der Wand des Bohrloches innerhalb desselben angeordnet ist und einen Ring zum Empfang von Fluid aus dem Bohrloch für Kühl zwecke begrenzt; durch ein Gebilde, das eine oberhalb der Kammer angeordnete Packung umfaßt, wobei die Packung so ausgebildet ist, daß sie nach außen gegen die Wand des Bohrloches ausweitbar ist, um eine Dichtung zwischen dem Gebilde und der Wand des Bohrloches zu bilden; durch eine Leitungsanordnung, die einen Strömungsweg von einer Position oberhalb der Packung zu einer Position unterhalb der Packung bildet, damit Fluid aus dem Bohrloch oberhalb der Packung in den Ring strömen kann, durch eine an der Erdoberfläche angeordnete Wasserstoffquelle, durch eine Wasserstoff leitungsanordnung, die mit der Wassertoffquelle verbunden ist und sich von der Erdoberfläche aus zu dem Gasgenerator erstreckt, um Wasserstoff von der Erdoberfläche aus dem Einlaßende des in dem Bohrloch angeordneten Gasgenerators zuzuführen, durch eine an der Erdoberfläche angeordnete Sauerstoffquelle, durch eine Sauerstoffleitungsanordnung, die mit der Sauerstoffquelle verbunden ist und sich von der Erdoberfläche aus zu dem Gasgenerator erstreckt, um von der Erdoberfläche aus dem Einlaßende des in dem Bohrloch angeordneten Gasgenerators Sauerstoff zuzuführen, und durch eine Vorrichtung zum Steuern des Stroms von Wasserstoff und Sauerstoff zu dem Gasgenerator, damit ein wasserstoffreiches brennbares Gemisch in der Verbrennungszone gebildet wird und die Temperatur der Gase und der durch den Auslaß strömenden Fluids auf einem gewünschten Wertgehalten wird, wobei das wassertoffrelche brennbare Gemisch mehr Wasserstoff enthält als für eine vollständige Verbrennung mit dem vorhandenen Sauerstoff erforderlich ist.
9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung an dem unteren Ende des Gasgenerators zum Begrenzen des Stroms von Fluid aus dem Ring abwärts in das Bohrloch.
10. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Fluidsteuereinrichtung zum Injizieren von Fluid in die Kammer des Gasgenerators für Kühlzwecke.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiuidsteuereinrichtung eine Fluidleitungsanordnung zum Einleiten von Fluid aus dem Bohrloch in die Kammer des Gasgenerators und eine Fluidventilanordnung enthält, die von der Erdoberfläche aus steuerbar ist und in dem Bohrloch in der Nähe des Gasgenerators angeordnet ist, zur Steuerung des Fluidstroms durch die Fluidleitungsanordnung.
12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine an dem unteren Ende des Gasgenerators angeordnete Vorrichtung zum Begrenzen des Fluidstroms aus dem Ring abwärts in das Bohrloch.
13. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde ein ringförmiges Teil aufweist, das sich von der Packung aus abwärts erstreckt und das die Kammer bildende Gehäuse umschließt, wobei das ringförmige Teil mit Abstand von der Wand des die Kammer bildenden Gehäuses angeordnet ist und einen ersten Ringraum zwischen dem ringförmigen Teil und dem Gehäuse und einen zweiten Ringraum zwischen dem ringförmigen Teil und der Wand des Bohrloches begrenzt, daß das untere Ende der Leitungsanordnung, die einen Strömungsweg von einer Position oberhalb der Packung zu einer Position unterhalb der Packung bildet, in Fluidverbindung mit dem ersten Ringraum ist und daß das ringförmige Teil eine Durchlaßanordnung zum Hindurchlassen von Fluid aus dem ersten Ringraum in den zweiten Ringraum aufweist.
14. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine an dem unteren Ende des Gasgenerators angeordnete Vorrichtung zum Drosseln des Fluidstroms aus dem zweiten Ringraum abwärts in das Bohrloch.
15. Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, wobei das System einen in dem Bohrloch angeordneten Gasgenerator mit einem Gehäuse aufweist, das eine Kammer bildet und ein oberes Einlaßende zum Empfang von Brennstoff und einem Oxydationsfluid hat, wobei die Kammer eine Verbrennungszone begrenzt, und einen begrenzten unteren Auslaß für den Durchgang von erhitzten Gasen, und wobei das System enthält: eine Brennstoffleitungsanordnung, die von der Erdoberfläche aus zu dem Einlaßende führt, um Brennstoff von der Erdoberfläche in die Kammer zu leiten, eine Oxydstionsfluidleitungsanordnung, die sich von der Erdoberfläche aus zu dem Einlaßende erstreckt und Oxydationsfluid in die Kammer leitet, eine erste Ventilanordnung, die in dem Bohrloch nahe dem Gasgenerator angeordnet und mit der Brennstoffleitungsanordnung gekuppelt ist, eine zweite Ventilanordnung, die in dem Bohrloch nahe dem Gasgenerator angeordnet und mit der Oxydationsfluidleitungsanordnung gekuppelt ist, und eine Steuereinrichtung, die an der Erdoberfläche angeordnet ist und die erste und die zweite Ventilanordnung steuert, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Einleiten eines bestimmten Brennstoffes, während die erste Ventilanordnung geschlossen ist, in die Brennstoffleitungsanordnung, damit er zur Höhe der ersten Ventilanordnung strömt, Einleiten eines bestimmten Oxydationsfluids, während die zweite Ventilanordnung geschlossen ist, in die Oxydationsfluidleitungsanordnung, damit es zur Höhe der zweiten Ventilanordnung strömt, wobei der bestimmte Brennstoff dadurch gekennzeichnet ist, daß er spontan zündet, wenn er dem bestimmten Oxydationsfluid ausgesetzt ist, Einleiten eines zweiten Brennstoffes in die Brennstoffleitungsanordnung hinter dem bestimmten Brennstoff, Betätigen der Steuereinrichtung, um die erste und die zweite Ventilanordnung zu öffnen, damit der bestimmte Brennstoff und das bestimmte Oxydationsfluid zur Zündung des bestimmten Brennstoffes in die Kammer strömen, und Einleiten des zweiten Brennstoffes und eines Oxydationsfluids in die Kammer, um ein brennbares Gemisch zu bilden, welches durch das Zünden des bestimmten Brennstoffes gezündet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein flüssiger Brennstoff ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff von dem bestimmten Brennstoff verschieden ist.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Brennstoff ein flüssiger Brennstoff ist und daß das bestimmte Oxydationsfluid ein flüssiges Oxydationsfluid ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brennstoff von dem bestimmten Brennstoff verschieden ist und daß das Oxydationsfluid, das in die Kammer geleitet wird, um ein brennbares Gemisch mit dem zweiten Brennstoff zu bilden, von dem bestimmten Oxydationsfluid verschieden ist.
20. System zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, mit einem Gasgenerator zum Erzeugen von Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid in dem Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgenerator in dem Bohrloch in oder nahe der Höhe der Lagerstätte angeordnet ist und enthält: ein Gehäuse, das eine Kammer bildet und eine Verbrennungszone an einem Ende, einen begrenzten Auslaß an einem entgegengesetzten Ende, eine stromabwärts der Verbrennungszone angeordnete zweite Zone und eine Gas- und Wassermischzone hat, die zwischen der zweiten Zone und dem begrenzten Auslaß angeordnet ist, eine erste Leitungsanordnung, die mit dem einen Ende der Kammer verbunden ist, zum Einleiten eines Kohlenwasserstoffgases in die Verbrennungszone, eine zweite Leitungsanordnung, die mit dem einen Ende der Kammer verbunden ist, zum Einleiten von Sauerstoff in die Verbrennungszone zur Bildung eines brennbaren Gemisches von Gasen darin, eine Vorrichtung zum Zünden des brennbaren Gemisches von Gasen in der Verbrennungszone zur Erzeugung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, eine dritte Leitungsanordnung zum Einleiten von zusätzlichem Sauerstoff in die zweite Zone der Kammer zur Verbrennung des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffes aus der Verbrennungszone, um die Temperatur zu erhöhen und um Kohlendioxid und Wasserstoff zu erzeugen, die über den Auslaß in die Lagerstäeinjiziert werden, und einen Ring, der die Kammer umgibt und in Fluidverbindung mit der Gas- und Wassermischzone ist; daß eine Kohlenwasserstoffgasversorgungseinrichtung mit einer Leitungsanordnung vorgesehen ist, die von der Erdoberfläche aus zu der ersten Leitungsanordnung führt, um dieser ein Kohlenwasserstoffgas zuzuführen, daß eine Sauerstoffversorgungseinrichtung mit einer Leitungsanordnung vorgesehen ist, die von der Erdoberfläche aus zu der zweiten und der dritten Leitungsanordnung führt, um diesen Sauerstoff zuzuführen, und daß eine Wasserversorgungseinrichtung mit einer Leitungsanordnung vorgesehen ist, um dem Ring Wasser für Kohle zwecke zuzuführen und um in die Gas- und Wassermischzone Wasser für die Bildung von Dampf einzuleiten, wodurch Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid über den begrenzten Auslaß in die Lagerstätte injiziert werden.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitungsanordnung koaxial zu der ersten Leitungsanordnung und um diese herum angeordnet ist, so daß ein ringförmiger Durchlaß in Fluidverbindung mit der Verbrennungszone in der Kammer gebildet ist, und daß die dritte Leitungsanordnung koaxial zu der zweiten Leitungsanordnung und um diese herum angeordnet ist, 8o daß ein zweiter ringförmiger Durchlaß in Fluidverbindung mit dem Inneren der Kammer gebildet ist.
22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgas Methan ist.
23. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgas Methan enthält.
24. Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, in welchem ein Gasgenerator in oder nahe der Höhe der Lagerstätten angeordnet ist,und ein Gehäuse, das eine Kammer mit einer Verbrennungszone an einem Ende, mit einem begrenzten Auslaß an einem entgegengesetzten Ende, mit einer zweiten Zone, die stromabwärts der Verbrennungszone angeordnet ist, und mit einer Gas- und Wassermischzone, die zwischen der zweiten Zone und dem begrenzten Auslaß angeordnet ist, bildet, einen die Kammer umgebenden Kühlring, der in Fluidverbindung mit der Gas- und Wassermischzone steht, und einen Zünder zum Zünden von brennbaren Gasen in der Verbrennungszone aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Hindurchleiten eines Kohlenwasserstoffgases und von Sauerstoff durch das Bohrloch von der Erdoberfläche aus zu dem Gasgenerator über getrennte Durchlässe, Einleiten des Kohlenwasserstoffgases und des Sauerstoffes in die Verbrennungszone, um ein brennbares Gasgemisch zu bilden, Zünden und Verbrennen des brennbaren Gemisches in der Verbrennungszone, Halten der Menge an in die Verbrennungszone eingeleitetem Sauerstoff auf einem Wert, der ausreicht, um die Flammtemperatur unterhalb der Temperatur zu halten, bei welcher das Kohlenwasserstoffgas in Kohlenstoff zerfällt, während das Kohlenwasserstoffgas in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt wird, Einleiten von zusätzlichem Sauerstoff in die zweite Zone, um das Kohlenmonoxid und den Wasserstoff aus der ersten Zone zu verbrennen, damit die Temperatur erhöht und Kohle lendioxid und Wasserstoff gebildet werden, und Einleiten von Wasser in den Kühl ring, um den Generator zu kühlen und um in die Gas- und Wassermischzone zu fließen, damit Dampf gebildet wird, wodurch Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid über den begrenzten Auslaß in die Lagerstätte injiziert werden.
25. System zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, mit einem Gasgenerator zur Erzeugung von Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid in dem Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgenerator in dem Bohrloch in oder nahe der Höhe der Lagerstätte angeordnet ist und enthält: ein Gehäuse, das eine Kammer bildet und eine Verbrennungszone an einem Ende, einen begrenzten Auslaß an einem entgegengesetzten Ende, eine zweite Zone, die stromabwärts der Verbrennungszone angeordnet ist, und eine Gas- und Wassermischzone hat, die zwischen der zweiten Zone und dem begrenzten Auslaß angeordnet ist, eine erste Leitungsanordnung, die mit dem einen Ende der Kammer verbunden ist, zum Einleiten eines Kohlenwasserstoffgases in die Verbrennungszone, eine zweite Leitungsanordnung, die mit dem einen Ende der Kammer verbunden ist, zum Einleiten von Sauerstoff in die Verbrennungszone zur Bildung eines brennbaren Gasgemisches darin, eine Vorrichtung zum Zünden des brennbaren Gasgemisches in der Verbrennungszone zur Erzeugung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, eine dritte Leitungsanordnung zum Einleiten von zusätzlichem Sauerstoff in die zweite Zone der Kammer zur Verbrennung des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffes aus der Verbrennungszone, um die Temperatur zu erhöhen und um Kohlendioxid und Wasserstoff zu bilden, die über den Auslaß in die Lagerstätte injiziert werden, daß eine Kohlenwasserstoffversorgungseinrichtung mit einer Leitungsanordnung vorgesehen ist, die von der Erdoberfläche zu der ersten Leitungsanordnung führt, um dieser ein Kohlenwasserstoffgas zuzuführen, daß eine Sauerstoffversorgungseinrichtung mit einer Leitungsanordnung vorgesehen ist, die von der Erdoberfläche aus zu der zweiten und der dritten Leitungsanordnung führt, um dieser Sauerstoff zuzuführen, und daß eine Wasserversorgungseinrichtung mit einer Leitungsanordnung vorgesehen ist, die der Gas- und Wassermischzone Wasser für die Bildung von Dampf zuführt, wodurch Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid über den begrenzten Auslaß in die Lagerstätte injiziert werden.
26. Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen oder anderen Materialien aus unterirdischen Lagerstätten, in die ein Bohrloch eindringt, in welchem ein Gasgenerator in oder nahe der Höhe der Lagerstätte angeordnet ist und ein Gehäuse aufweist, das eine Kammer bildet, mit einer Verbrennungszone an einem Ende, mit einem begrenzten Auslaß an einem entgegengesetzten Ende, mit einer stromabwärts der Verbrennungszone angeordneten zweiten Zone und mit einer Gas- und Wassermischzone, die zwischen der zweiten Zone und dem begrenzten Auslaß angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Hindurchleiten eines Kohlenwasserstoffgases und von Sauerstoff von der Erdoberfläche aus über getrennte Kanäle durch das Bohrloch zu dem Gasgenerator, Einleiten des Kohlenwasserstoffgases und des Sauerstoffs in die Verbrennungszone, um ein brennbares Gasgemisch zu bilden, Zünden und Verbrennen des brennbaren Gemisches in der Verbrennungszone, Halten des Menge an in die Verbrennungszone eingeleitetem Sauerstoff auf einem Wert, der ausreicht, um die Flammtemperatur unterhalb der Temperatur zu halten, bei welcher das Kohlenwasserstoffgas in Kohlenstoff zerfällt, während das Kohlenwasserstoffgas in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt wird, Einleiten von zusätzlichem Sauerstoff in die zweite Zone, um das Kohlenmonoxid und den Wasserstoff aus der ersten Zone zu verbrennen und um die Temperatur zu erhöhen und Kohlendioxid und Wasserstoff zu bilden, und Einleiten von Wasser in die Gas- und Wassermischzone zur Bildung von Dampf, wodurch Wasserstoff, Dampf und Kohlendioxid über den begrenzten Auslaß in die Lagerstätte injiziert werden.