DE3214067C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Temperatur einer geologischen von einem Bohrloch durch­ setzten Formation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Diese Temperaturerhöhung wird beispielsweise zur Erhöhung der Fluidität eines Produktes, beispielsweise eines Öls, durchgeführt, das in der geologischen Formation enthalten ist und um eine Produktionsstimulierung zu erreichen.

Diese Temperaturerhöhung kann aber auch zum Ziel haben, die Verbrennung eines entflammbaren in der geologischen For­ mation enthaltenen Produktes auszulösen, wobei es sich bei diesem Produkt beispielsweise um Erdöl, Kohle etc. handeln kann.

In dem Verfahren der Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen, bei denen die in situ Verbrennung eines Teils der in der geologischen Formation enthaltenen Kohlenwasserstoffe aus­ genutzt wird, ist es bekannt, einen elektrischen Zünder zu verwenden, um direkt die Verbrennung in der Formation auszulösen. Der Zünder umfaßt, um die Verbrennung durch Erhöhung der Temperatur der geologischen Formation auszulösen, im wesentlichen ein Heizelement, das zum Typ Ohm'scher Widerstand gehört und mit einer elektrischen Stromquelle über Kabel verbunden ist.

Nach einer Ausführungsform, wie sie beispielsweise die kana­ dische Patentschrift 7 41 428 zeigt, sind das oder die heizen­ den Elemente in einem dichten unter Druck stehenden Gehäuse enthalten. Außer den technologischen Schwierigkeiten, die die Herstellung des unter Druck stehenden Gehäuses bereitet, hat man festgestellt, daß der Wärmeaustausch zwischen der in das Bohrloch eingeführten Luft, wo sich der Zünder befindet und der Wandung des Gehäuses nicht optimal war.

Nach einer anderen, insbesondere in der US-Patentschrift 33 87 657 dargestellten Ausführungsform, befinden sich die heizenden Elemente in direktem Kontakt mit der in das Bohr­ loch eingeblasenen Luft, garantieren aber keine optimale Erwärmung der gesamten in das Bohrloch eingeführten Luft.

Auch ist ein Verfahren zur Steigerung der Erdölproduktion bekannt geworden (US-PS 26 70 802), wonach ein Strömungs­ rohr und eine röhrenförmige Heizeinrichtung mit einem kontinuierlichen offenen Durchgang hierdurch vorgesehen ist. Druckfluid wird durch das Strömungsrohr nach unten und nach außen durch den entsprechenden voll offenen Strömungskanal dieser röhrenförmigen Heizeinrichtung ge­ drückt. Der Aufbau ist wie in der US-PS 26 32 863. Das innere offene Rohrstück ist so ausgebildet, daß es mit dem Strömungsrohr verbindbar ist und an dieses unter Zwischen­ schaltung von Kupplungen paßt. Die zu pumpende Flüssigkeit wird nach unten etwa mittig durch den röhrenartigen elektrischen Heizer gepumpt und läuft dann unten aus dem Rohr aus. Bei der bekannten Vorrichtung wird ein großer Teil der Wärme direkt an das Bohrloch abgegeben, und zwar über den Ringraum zwischen dem elektrischen Heizelement und der Bohrlochwandung. Die Wärmeabgabe ist also völlig unge­ richtet und erfolgt an einer Stelle, wo sie an sich nicht gewünscht ist. Die Wärme wird vielmehr an das Bohrloch unter ungeregelter Streuung abgegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte pattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, deren Leistungsfähigkeit gegenüber denen der be­ kannten Zünder gesteigert ist und die es ermöglicht, die Temperatur einer geologischen von einem Bohrloch durchsetzten Formation zu erhöhen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit dem kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Leitung, die flexibel oder steif sein kann, verfügt vor­ zugsweise über einen Innendurchmesser, der kleiner als der des röhrenförmigen Körpers ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Leitung in das Innere des Körpers durch ein Rohr ver­ längert, während ein an einem seiner Enden geschlossener röhrenförmiger Träger zwischen das Verlängerungsrohr und den röhrenförmigen Körper geschaltet ist, derart, daß zwischen röhrenförmigem Körper und Verlängerungsrohr ein erster Ringraum verbleibt, der mit der Bohrung des Verlängerungsrohres in Verbindung steht, und daß zwischen dem röhrenförmigen Träger und dem Gehäuse oder Körper ein zweiter Ringraum verbleibt, der mit dem ersten Ringraum in Verbindung steht.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun­ mehr mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher er­ läutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung nach der Er­ findung;

Fig. 2 schematisch im Schnitt eine erste Ausführungs­ form nach der Erfindung;

Fig. 3 im Schnitt ein Heizelement;

Fig. 4 den Anschluß eines Heizelements an einen elektrischen Speiseleiter und

Fig. 5 schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung zu sehen, die verwendet wird, um die Temperatur einer geo­ logischen Formation 1 benachbart dem Bohrloch 2, das diese geologische Formation durchsetzt, zu erhöhen.

Die Vorrichtung umfaßt eine Leitung 3, deren oberes Ende mit Einrichtungen zum Einspritzen 4 eines Wärmeträgerfluids verbunden ist, bei dem es sich vorzugsweise um ein gas­ förmiges Fluid handelt, bei dem es sich aber auch um eine Flüssigkeit wie Wasser handeln kann. Diese Einblas- oder Einspritzvorrichtungen bestehen beispielsweise aus einem Kompressor. Am unteren Ende der Leitung 3 ist ein elektri­ sches Heizorgan 5 für das über die Leitung 3 eingeführte Fluid befestigt. Dieses Organ ist mit einer elektrischen Energiequelle 6 über ein Kabel 7 verbunden.

Bei seiner Verwendung wird das Organ 5 in das Bohrloch 2 hinabgelassen und liefert heißes Fluid in Höhe der geolo­ gischen Schicht 1, um allmählich die Temperaturen dieser Formation bis auf den gewünschten Wert, wie weiter unten angegeben wird, zu erhöhen.

Die Leitung 3, die so ausgebildet ist, daß sie ohne Schaden eine erhöhte Temperatur aushalten kann, kann eine flexible Leitung oder eine steife Leitung, bestehend aus stirnseitig aneinander befestigten Elementen, sein.

Der Querschnitt der Leitung 3 wird vom Techniker so gewählt, daß er das Einführen des gewünschten Fluiddurchsatzes in das Bohrloch sicherstellt. Vorzugsweise und wie Fig. 1 zeigt, wählt man eine Leitung 3, deren Durchmesser kleiner als der des Organs 5 ist. Allgemein ist der Außendurchmesser des Organs 5 höchstens gleich 9/10 des Bohrlochdurchmessers und liegt vorzugsweise zwischen 8/10 und 5/10 des Bohrloch­ durchmessers.

Fig. 2 zeigt schematisch und im Schnitt eine erste Ausführungs­ form des Organs 5.

Dieses Organ verfügt über ein röhrenförmiges Gehäuse 8, das am Ende der Leitung 3, beispielsweise beim Gewinde 9 derart befestigt ist, daß die Bohrung des Gehäuses 8 dauernd mit der Leitung 3 in Verbindung steht. Im Innern des Gehäuses 8 und koaxial hierzu ist ein zylindrisches Stütz­ glied 10 angeordnet, das beispielsweise durch Radialarme 11, 12 an seinem Ort gehalten wird. Auf dem Stützorgan 10 sind drei Heizelemente 13, 14, 15 aufgewickelt. Diese Heiz­ elemente können von an sich bekannter Art sein. Beispiels­ weise, wie Fig. 3 zeigt, umfaßt jedes Heizelement einen Draht R, der einen bestimmten elektrischen Widerstand aufweist. Dieser Draht lagert in einem Schutzrohr T, das mit einem elektri­ schen Isoliermittel I gefüllt ist. Der Widerstandsdraht R besteht beispielsweise aus Nickel-Chrom, die Isolierung I aus Magnesiumoxid und das Schutzrohr aus einer Legierung, wie sie beispielsweise unter dem Handelsnamen Inconel bekannt ist.

Im unteren Teil des Stützelementes 10 dringen die drei Heiz­ elemente in eine dichte Kammer 16, die druckbeständig ist, ein, wo sie elektrisch miteinander verbunden sind. Das andere Ende jedes Elementes ist mit einem elektrischen Speiseleiter verbunden. In Fig. 2 ist ein einziger Leiter 17 dargestellt. Der Leiter 17 ist mit dem Heizelement 13 über eine elektri­ sche Verbindungseinrichtung verbunden, die für die Dichtheit zwischen dem Heizelement und dem Leiter sorgt. Die Verbin­ dungseinrichtung 18 kann von an sich bekannter Art sein und ist beispielsweise, wie im Schnitt Fig. 4 zeigt, aufgebaut. Der elektrische Leiter 17 ist über einen Teil nackt, der an das Ende des Widerstandselementes R geschweißt ist. Eine Hülse 19 wird verwendet, um gleichzeitig die Enden des Kabels 17 und des Heizelementes 13 zu umhüllen. Ein Isoliermaterial 20 ist in die Hülse 19 eingeführt. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um ein Epoxyharz, ein Kunststoff­ material etc. handeln.

Die drei Heizelemente in Sternschaltung sind mit dreiphasigem elektrischem Strom gespeist.

Die Vorrichtung umfaßt wenigstens zwei Thermoelemente 21 und 22, die jeweils die Temperatur des aus dem Gehäuse 8 aus­ tretenden Fluids sowie die Temperatur der Heizelemente messen. Die Anzeigen dieser Thermoelemente ermöglichen es, den Speise­ strom der Heizelemente zu regeln oder einzustellen, um an ihnen eine Überhitzung zu vermeiden und um die Erwärmung des bei der gewünschten Temperatur eingeführten Fluids sicherzu­ stellen.

Die Funktionsweise der Vorrichtung läßt sich leicht verstehen. Wünscht man die Verbrennung eines in der Formation enthaltenen Fluids auszulösen, so führt man als Wärmeträgerfluid ein Sauerstoffträgerfluid, beispielsweise Luft, ein. Die mit elektrischem Strom gespeisten Heizelemente erhöhen die Tem­ peratur der über die Leitung 3 zugeführten Luft. Bei Eindrin­ gen in die geologischen Formation 1 (Fig. 1) erhöht die Warm­ luft allmählich die Temperatur dieser Formation, bis sie Flammtemperatur erreicht.

Soll nur die Temperatur der Formation erhöht werden, um die Produktion eines in der geologischen Formation enthaltenen, viskosen Produktes zu stimulieren, so kann man als Wärmeträger­ fluid ein neutrales Gas wie Stickstoff verwenden. Die Ver­ wendung jedes anderen Fluids wie Luft oder einer Flüssigkeit wie Wasser ist möglich, vorausgesetzt, daß die von den Heizelementen gelieferte Wärmemenge geregelt wird, damit die Temperatur der Formation unter der Flammtemperatur des in der geologischen Formation 1 enthaltenen Produktes bleibt.

Fig. 5 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung, wonach die Leitung 3 bis in das Innere des Gehäuses 8 über ein Verlängerungsrohr 23 verlängert ist. Ein röhren­ förmiges in seinem unteren Teil verlängertes Stützglied 24 ist zwischen Verlängerungsrohr 23 und Gehäuse 8 derart zwischengeschaltet, daß zwischen dem röhrenförmigen Gehäuse 24 und dem Verlängerungsrohr 23 ein erster Ringraum 25 ver­ bleibt, der mit der Bohrung des Verlängerungsrohres 23 in Verbindung steht und zwischen der röhrenförmigen Abstützung 24 und dem Gehäuse 8 ein zweiter Ringraum 26, der mit dem ersten Ringraum in Verbindung steht.

Die röhrenförige Abstützung 24 wird durch Radialarme 27-28 an ihrem Ort gehalten.

Die Heizelemente werden spiralförmig auf die röhrenförmige Abstützung gewickelt. Jede Spirale wird unter Abstand zu den benachbarten Spiralen durch einen bei 29 schematisch dargestellten Trenndraht gehalten. Im Rahmen der Erfindung kann man auch an der Oberfläche der röhrenförmigen Abstützung 24 Nuten einarbeiten, in welchen die Heizelemente Platz finden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine solche Ausführungsform des Organs 5 maximale Heizleistungen des über den Kanal 3 eingeführten Wärmeträgerfluids ermöglicht.

So kann man beispielsweise in weniger als 24 Stunden eine Ver­ brennung in einer aus Kohlenstoff bestehenden geologischen Formation auslösen, indem man drei Widerstände R von 15 Ohm in Sternschaltung verwendet und die mit Drei-Phasen-Strom von 550 V gespeist sind, indem man Luft als Sauerstoffträger verwendet.

Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres möglich. So kann man an das freie Ende der Vorrichtung ein Verlängerungsrohr 30 befestigen, das es ermöglicht, das Wärmeträgerfluid auf einem unteren Niveau des Bohrlochs einzuführen.

Ebenfalls ist es möglich, die Innenwand des Gehäuses 8 mit einem thermisch isolierenden Produkt, beispielsweise einem feuerfesten Produkt auf Aluminiumoxidbasis oder aus feuerfesten Fasern, wie beispielsweise Steinwolle, zu ver­ kleiden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erhöhung der Temperatur einer geologischen von einem Bohrloch (2) durchsetzten Formation, mit Ein­ richtungen (4) zum Einführen eines Wärmeträgerfluids in die geologische Formation (1) sowie Einrichtungen (5) zur Erhitzung dieses Fluids, mit wenigstens einem Heizelement (13-15), das mit einer elektrischen Stromquelle (6) ver­ bunden ist sowie einer mit der Einführungsvorrichtung für das Wärmeträgerfluid (4) verbundenen Leitung (3), dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende der Leitung (3) ein röhrenförmiges Gehäuse (8) befestigt ist, dessen Bohrung mit der Leitung (3) in Verbindung steht und innerhalb dessen ein Heizelement (13-15) an einem koaxialen umströmten Element (10; 24) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Gehäuses (8) mit einem wärmeiso­ lierenden Produkt, insbesondere einem feuerfesten Produkt oder aus feuerfesten Fasern verkleidet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser des röhren­ förmigen Gehäuses (8) kleiner als ⁹/₁₀ des Durchmes­ sers des Bohrlochs (2), in welches die Vorrichtung ein­ geführt ist, beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser des röhren­ förmigen Gehäuses (8) zwischen ⁸/₁₀ und ⁵/₁₀ des Durch­ messers des Bohrlochs (2), in welche die Vorrichtung ein­ geführt wird, beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außendurch­ messer der Leitung (3) kleiner als der des röhrenförmi­ gen Gehäuses (8) ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (3) eine flexible Leitung ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine steife Leitung ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, ge­ kennzeichnet durch ein Verlängerungsrohr (23) für die Leitung (3) im Innern des Gehäuses (8) und durch eine im unteren Teil geschlossene röhrenförmige Abstützung (24), die zwischen dem Verlängerungsrohr (23) und dem röhrenförmigen Gehäuse (8) angeordnet ist, wobei die röhrenförmige Abstützung (24) mit dem Verlängerungs­ rohr (23) einen ersten Ringraum (25) begrenzt, der mit der Bohrung des Verlängerungsrohres (23) in Verbindung steht und mit dem röhrenförmigen Gehäuse (8) einen zweiten Ringraum (26) begrenzt, der mit dem ersten Ring­ raum (25) in Verbindung steht, wobei das Heizelement (13-15) spiralförmig um die röhrenförmige Abstützung (24) herumgewickelt ist.