DE2808690A1

DE2808690A1 - Einrichtung zum erzeugen von heissen daempfen zur tertiaeren foerderung von erdoel

Info

Publication number: DE2808690A1
Application number: DE19782808690
Authority: DE
Inventors: German Dipl Ing Munding; Armin Sowa
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1978-03-01
Publication date: 1979-09-06
Also published as: US4224991A; DE2808690C2

Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 22.2.1978

Gesellschaft mit BTOl Hn/er beschränkter Haftung 2BUBbBO

M ü η c h-e η 8284

Einrichtung zum Erzeugen von heißen Dämpfen zur tertiären Förderung von Erdöl

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erzeugen von heißen Dämpfen zur tertiären Förderung von Erdöl, wobei in eine bereits primär und sekundär ausgebeutete Lagerstätte durch Zufuhrbohrungen Heißdampf über eine längere Zeit eingepreßt und das Öl dadurch flüssiger gemacht und in Richtung zur Förderbohrung oder zu den Förderbohrungen getrieben wird.

Ein besonderes Problem bei der Gewinnung von Erdöl besteht mit Rücksicht auf die in absehbarer Zeit zur Neige gehenden weltweiten Vorräte darin, daß die vorhandenen Lagerstätten derzeit nur zu etwa 33 % technisch ausgebeutet werden können. Bis 1985 rechnet man mit einer Steigung des Entölungsgrades auf etwa 36 %. Im Hinblick auf die heute bekannten Lagerstätten und den gegebenen ErdÖlverbrauch kommt eine Erhöhung des Entölungsgrades um 1 % einem Weltjahresverbrauch gleich. Hieraus erkennt man die Bedeutung der Erhöhung des Entölungsgrades.

Zur Forcierung dieses wichtigen Faktors wird schon seit längerer Zeit die sogenannte tertiäre Förderungstechnik betrieben, bei der in die bereits primär und sekundär ausgebeuteten Lagerstätten über mehrere Bohrungen große Mengen von Heißdampf mit etwa 35O⁰C und 150 bar Druck eingepreßt werden, wodurch die Lagerstätten erwärmt und das noch verbleibende zähflüssige Erdöl flüssiger gemacht

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wird. Es handelt sich dabei um Wasserdampfmengen von etwa IO Tonnen pro Stunde über einen Zeitraum von mehreren Jahren. Ein besonderes Problem bildet dabei natürlich die Erzeugung dieser riesigen Dampfmengen, die mit Hilfe von konventionellen stationären Feuerungskesseln produziert werden, wobei das Wasser aus in der Nähe liegenden Brunnen gefördert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dampferzeuger bzw. Heißgaserzeuger hoher spezifischer Leistung vorzuschlagen, der sich für den vorliegenden Zweck besonders eignet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Einsatz einer mit Brennstoff, chemischem Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger und Wasser betriebenen Brennkammer.

In Ausführung der Erfindung werden das Wasser mit Umgebungstemperatür in flüssigem Zustand und der Sauerstoff, der vorher zur Kühlung der Wand der Brennkammer oder eines Teils derselben dient, tangential in den Brennkammerkopf eingebracht, während der Brennstoff zentral in die Brennkammer eingespritzt wird.

In Ausgestaltung hierzu weist die Brennkammer zwei in axialer Richtung hintereinander liegende Einschnürungen auf, und zwar ist eine vordere Einschnürung zur Eildung einer vorderen Drallkammer, in der eine Teilmenge des Wassers mit Umgebungstemperatur und der erwärmte Sauerstoff eingebracht werden, und eine die eigentliche Brennkammer in zwei zusammenhängende Einzelkammern unterteilende mittlere Einschnürung zur Bildung einer vorne liegenden Reaktionskammer und einer hinteren Verdampfungs-

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kammer vorgesehen, in welche die zweite Teilmenge des Wassers eingespritzt wird, wobei der Brennstoff in den divergierenden Bereich der Reaktionskammer unmittelbar hinter der vorderen Einschnürung eingespritzt wird.

Die erfindungsgemäße Dampferzeugung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung hierzu und sämtliche für ihren Betrieb erforderlichen Hilfsaggregate mobil installiert sind. Hierbei kann die Konzipierung der Mobilität so erfolgen, daß auf einem Fahrzeug die dampf-

IC erzeugende Brennkammer installiert ist, daß je ein Fahrzeug zur Verladung eines Sauerstoffbehälters und eines Brennstoffbehälters dient, daß ein Fahrzeug zur Aufnahme eines Elektromotors und dreier von diesem angetriebener Pumpen vorgesehen ist, einer Sauerstoffpumpe, einer Wasserpumpe sowie einer Brennstoffpumpe und daß ein weiteres Fahrzeug zur Aufnahme einer Brennkraftmaschine, einem von diesem angetriebenen elek irischen Generator und von Geräten zur Steuerung der Gesamtanlage dient.

Die vorgeschlagene Einrichtung eignet sich durch ihre extrem spezifische Leistungsfähigkeit besonders für den vorgesehenen Einsatz, da hierdurch überhaupt erst eine Voraussetzung für die Umstellung einer dampferzeugenden Anlage auf Mobilität gegeben ist. Aber erst die Mobilität erlaubt im vorliegenden Fall eine problemlose Be-Schickung der einzelnen, örtlich relativ weit auseinanderliegenden Zuführungsbohrungen zu der zu erwärmenden lagerstätte mit heißem Dampf, was in einem bestimmten Turnus geschehen muß. Bisher geschieht dies durch umständlichen und zeitraubenden Ab- und Aufbau der stationären Anlage auf den verkehrstechnisch kaum erschlossenen Fördergeländen oder durch Verlegen von teilweise sehr langen Heißdampfleitungen unter Inkaufnahme von hohen Wärmeverlusten oder teueren Isolationsarbeiten.

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Es ist zwar bekannt, bei Raketentriebwerken und Gasturbinentriebwerken, wie die deutsche Patentschrift 1 142 253 offenbart, zur Vermehrung des Massendurchsatzes , zur Kühlung der Brennkammer und zur Herabsetzung der Temperatur der erzeugten Gase, um diese für eine nachfolgende Turbine thermisch erträglich zu machen, in die Brennkammer neben den beiden Treibstoffkomponenten Brennstoff und Sauerstoff Wasser einzuspritzen, doch ist in dieser Druckschrift eine Anwendung für den im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Zweck nicht vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine geologische Formation mit einer erschlossenen Erdöllagerstätte in Schema,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer in Schema und

Fig. 3 eine mobile Dampferzeugungsanlage.

Einer bereits primär und sekundär ausgebeuteten Erdöllagerstätte 1 wird über mehrere Bohrungen 2 zur Erwärmung der Lagerstätte 1 Heißgas G zugeführt. Dadurcbwird das verbleibende, von Natur aus zähflüssige Erdöl E dünnflüssiger und durch eine oder mehrere Bohrungen 3 ausgetrieben bzw. über diese ausgepumpt.

2c Wie in Fig. 2 dargestellt, dient zur Erzeugung von Heißgas G eine Brennkammer 4, die eine vordere Einschnürung und eine mittlere Einschnürung 6 aufweist. Die vordere Einschnürung 5 dient zur Bildung einer Drallkammer 7, in

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die über eine Leitung 8 Sauerstoff O tangential eingeleitet wird. Ferner wird der Brennkammer 4 über eine Leitung 9 Wasser W zugeführt. Dabei wird über den Leitungszweig 9a in die Drallkammer 7 nur eine Teilmenge Wl des Wassers W tangential eingeführt.

Die zweite Einschnürung 6 teilt die Brennkammer 4 in eine vorne liegende Reaktionskammer 4a und in eine hintere Verdampfungskammer 4b, die einen Kühlmantel 10 aufweist, durch den der flüssige Sauerstoff 0 geschickt wird, der sich dabei erwärmt. Über die mittlere Einschnürung 6 wird in die Verdampfungskammer 4b die andere Teilmenge W2 des Wassers W eingespritzt, die über die Zweigleitung 9b zugeführt wird. In die Reaktionskammer 4a wird noch Brennstoff B, insbesondere Dieselöl über eine Dralldüse 11 fein zerstäubt eingespritzt. Dabei befindet sich die Mündung der Dralldüse etwa im engsten Querschnitt der vorderen Einschnürung 5, so daß der Brennstoffkegel im Bereich des divergierenden Abschnitts der Reaktionskammer 4a liegt, wo ihn die Rotationsströmung des gasförmigen Sauerstoffwirbels erfaßt und sich beide Treibstoffkomponenten schnell vermischen und zur Reaktion kommen. Dies ist förderlich für den Ausbrandgrad und verkürzt die Ausbrandstrecke und damit die Länge der Brennkammer. Gekühlt wird die Reaktionskammer 4a durch die Drallströmung der Wasserteilmenge Wl, die verdampfend an der Innenseite der Reaktionskammerwand bis zur mittleren Einschnürung 6 schützend entlang strömt.

Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, ist am Heck eines Fahrzeuges 12 die Brennkammer 4 installiat, aus der die in ihr erzeugten heißen Gase G in das Bohrloch 2 einströmen. Auf einem Fahrzeug 13 ist ein Sauerstofftank 14 angeordnet, aus dem mittels einer Pumpe 15 über die Leitung 8 Sauerstoff 0 in die Drallkammer 7 gefördert wird. Ferner

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ist auf einem weiteren Fahrzeug 16 ein Brennstofftank vorgesehen, aus dem mittels einer Pumpe 18 über eine Leitung 19 Brennstoff B in die Drallkammer 7 gefördert wird. Eine dritte Pumpe 20 fördert über die Leitung Wasser W zur Brennkammer 4, das aus einem Brunnen 21 angesaugt wird. Alle drei Förderpumpen 15, 18 uns 20 sind zusammen mit einem sie antreibenden elektrischen Antriebsmotor 22 auf einem weiteren Fahrzeug 23 angeordnet. Ein viertes Fahrzeug 24 dient zur Aufnahme einer Brennkraftmaschine 25, eines von dieser angetriebenen elektrischen Generators 26 und Steuergeräten 27 für die gesamte Anlage.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum Erzeugen von heißen Dämpfen zur tertiären Förderung von Erdöl, wobei in eine bereits primär und sekundär ausgebeutete Lagerstätte durch Zufuhrbohrungen Heißdampf über eine längere Zeit eingepreßt, das Cl dadurch flüssiger gemacht und in Richtung zur Förderbohrung oder zu den Förderbohrungen getrieben wird, gekennzeichnet durch eine mit Brennstoff (B), chemischem Sauerstoff (0) bzw» Sauerstoffträger und Wasser (W) betriebene Brennkammer (4).

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ORIGINAL IMSPECTEi
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Wasser (W) mit Umgebungstemperatur in flüssigem Zustand und der Sauerstoff (0), der vorher zur Kühlung der Wand der Brennkammer oder eines Teiles der Brennkammer (Verdampfungskammer 4b) dient, tangential in den Brennkammerkopf eingebracht werden, während der Brennstoff (B) zentral in die Brennkammer (4) eingespritzt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (4) zwei in axialer Richtung hintereinander liegende Einschnürungen aufweist, und zwar eine vordere Einschnürung (5) zur Bildung einer vorderen Drallkammer (7), in der eine Teilmenge (Wl) des Wassers (W) mit Umgebungstemperatur und der erwärmte Sauerstoff (0) eingebracht werden, und eine die eigentliche Brennkammer (4) in zwei zusammenhängende Einzelkammern unterteilende mittlere Einschnürung (6) zur Bildung einer vorne liegenden Reaktionskammer (4a) und einer hinteren Verdampfungskammer (4b), in welche die zweite Teilmenge (W2) des Wassers (W) eingespritzt wird und daß ferner der Brennstoff (B) in den divergierenden Bereich der vorne liegenden Reaktionskammer (4a) unmittelbar hinter dervorderen Einschnürung (5) eingespritzt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß nur die Wand der Verdampfungskammer (4b) durch den flüssigen Sauerstoff (0) gekühlt wird.

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5. Dampferzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung nach Anspruch 1 und sämtliche für ihren Betrieb erforderlichen Hilfsaggregate mobil verladen sind.
6. Dampferzeugung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Fahrzeug (12) zur Installierung der Brennkammer (4), je ein Fahrzeug (13 bzw. 16) zur Verladung eines Sauerstoffbehälters (14) und eines Brennstoffbehälters (17), ein Fahrzeug (23) zur Aufnahme eines Elektromotors (22) und dreier von diesem angetriebenen Pumpen, einer Sauerstoff pumpe (15), einer Wasserpumpe (20) sowie einer Brennstoffpumpe (18) und durch ein Fahrzeug (24) zur Aufnahme einer Brennkraftmaschine (25), eines von dieser angetriebenen elektrischen Generators (26) und von Steuergeräten (27).

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