DE3543827A1

DE3543827A1 - Oel-gewinnungsverfahren

Info

Publication number: DE3543827A1
Application number: DE19853543827
Authority: DE
Inventors: Billy Gauvain Lancaster Tex. Holmes
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1985-01-17
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1986-07-17
Also published as: US4651826A; AT384859B; CA1252383A; ATA362185A

Description

Mobil Oil Corporation

New York N. Y. ( V. St. A.)

Öl-Gewinnungsverfahren.

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbringung bzw. Gewinnung von öl aus unterirdischen Öltragenden Formationen und insbesondere auf ein thermisches Öl-Gewinnungsverfahren, bei dem ein In situ-Verbrennungsverfahren eingesetzt wird.

Bei der Gewinnung von Erdöl aus unterirdischen Lagerstätten ist es für gewöhnlich möglich, lediglich einen Teil des Öls zu gewinnen, welches sich ursprünglich an Ort und Stelle in der Lagerstätte befand, wenn die sog. primären Gewinnungsmethoden eingesetzt werden, d.h. Methoden, die die Formationsenergie zur Ölproduktion einsetzen. Eine Vielzahl von zusatz—liehen Gewinnungsverfahren, die allgemein als verbesserte oder weiterentwickelte öl-Gewinnungsverfahren bezeichnet werden, sind eingesetzt worden, um den Anteil des gewonnenen Öls zu erhöhen. Bei diesen Verfahren wird der

Lagerstätte zusätzliche Energie hinzugeführt, um eine Antriebskraft für die Erhöhung des gewonnenen ölanteils zu schaffen. Thermische Gewinnungsverfahren, beispielsweise in situ-Verbrennung (Feuer-Flutungsverfahren) sind eine Art ölgewinnungsverfahrens dieser Art und diese Verfahren sind insbesondere zweck-

mäßig für die Gewinnung von schwerem oder viskosem Erdöl in Lagerstätten aus Teersanden oder aus anderen Lagerstätten, welche auf andere Art und Weise nicht wirtschaftlich abgebaut werden können. Die am weitesten verbreitete an situ-Verbrennungstechnik ist das gleichzeitige Verbrennungsverfahren oder das

Vorwärtsverbrennungsverfahren, bei welchem eine Injektionssonde und eine Produktionssonde ±n die unterirdische ölhaltige Formation eingebracht werden und die Kohlenwasserstoffe in der Formation um die Injektionssonde herum gezündet werden. Ein sauerstoff haltiges Gas, beispielsweise Luft,:ait Sauerstoff angereichtertt» Luft oder im wesentlichen reiner Sauerstoff, wird

dann in die Formation durch die Injektionssonde eingegeben, um den Verbrennungsvorgang der Kohlenwasserstoffe in der Formation zu unterstützen. Eine Verbrennungsfront wird in der Formation um die Injektionssonde herum erzeugt und wenn der Verbrennungsvorgang fortfährt, schreitet diese Front durch die Lagerstätte in Richtung auf die Produktionssonde fort. Der Verbrennungsfront läuft eine Zone mit hoher Temperatur voraus, die für gewöhnlich als Retortenzone bezeichnet wird und in welcher das Lagerstättenöl erwärmt wird, um eine Viskositätsverringerung herbeizuführen, und in welcher das öl verschiedenen thermischen Prozessen unterworfen wird, beispielsweise einer Destillation und einem Crack-Vorgang. Flüssige Kohlenwasserstoffe unter Einschluß von erwärmtem oder erhitztem Rohöl und die Destillations- und Crackprodukte des Rohöls, werden dann in Richtung auf die Produktionsbohrung bewegt, von welcher aus sie an die Oberfläche gefördert werden können.

Kohlendioxid wird als eines der Verbrennungsprodukte erzeugt, und die VerbrennungsfrontSschreitet durch die Formation fort, wobei das erzeugte Kohlendioxid durch die Formation in Richtung auf die Produktionssonde verdrängt wird und da es in Richtung auf die Produktionssonde bewegt wird, löst es sich in dem Lagerstättenöl und verringert dessen Viskosität und erhöht infolgedessen die Mobilität des Öls. Demzufolge sind eine Anzahl von unterschiedlichen Wirkungen vorhanden, welche zu einer verbesserten Ölgewinnung während der Durchführung dieses Verfahrens beitragen, unter Einschluß der thermischen Viskositätsverringerung, der Destillation, des Crackens und der Kohlendioxidlösung. Weil diese Effekte insbesondere nützlich sind, wenn das Rohöl in der Lagerstätte ein viskoses schweres öl ist, hat es sich empfohlen, die In situ-Verbrennung bei Lagerstätten einzusetzen, beispielsweise in Teersanden, welche diese Art von öl enthalten.

Um den volumetrischen Flutwirkungsgrad des Verfahrens zu erhöhen, ist es erwünscht, die Verbrennungsfront durch die Formation in einer gleichförmigen Art und WEise hindurch vorzubewegen, vorzugsweise so, daß die Front während ihres Fortschreitens

von der Injektionssonde in Richtung auf die Produktionssonde vertikal ausgerichtet bleibt, jedoch ist es aus einer Anzahl von Gründen in der Praxis unwahrscheinlich, daß dieser ideale Zustand erreicht wird. Erstens tendiert das Sauerstoff enthaltende Gas dahin, in die Formation in der Art von engen, fingerartigen Bereichen einzudringen, in welchen die Verbrennung vor der Hauptverbrennungsfront voranschreitet. Falls diese Finger rasch in Richtung auf die Produktionssonde vordringen, können sie einen Weg bilden, über den Sauerstoff direkt von der Injektionssonde zur Produktionssonde strömt, ohne daß es irgendeinen bemerkenswerten Anteil an der Verbrennung in der Formation erbringt. Außerdem rufen diese fingerartigen Bereiche in der Verbrennungsfront Instabilitäten hervor, die den Fortschritt der Front weniger gleichmäßig und vorhersehbar machen, wie dies erwünscht wäre. Ein anderes Problem liegt darin, daß die Verbrennungsfront dahin tendiert, sich schneller im oberen Bereich der Lagerstätte als im unteren Bereich fortzubewegen, weil das sauerstoffhaltige Gas, die Verbrennungsprodukte und die Kohlenwasserstoffe, die durch den Vorgang freigesetzt werden, dahin tendieren, eine geringere Dichte zu haben als das Rohöl in der Lagerstätte. Demzufolge steigen sie auf und bewegen sich im oberen Bereich der Lagerstätte, während das nicht beeinflußte Rohöl im unteren Bereich der Lagerstätte verbleibt, insbesondere in dem Bereich der Produktionssonde. Weil diese Probleme dahingehend wirken, den volumetrischen Flutwirkungsgrad des Verfahrens zu verringern, d. h. den Wirkungsgrad, mit welchem das Öl aus der Lagerstätte verdrängt wird, wäre es erwünscht, die Verbrennungsfront zu stabilisieren und deren Fortbewegungsvorgang durch die Lagerstätte in ihrem Charakter besser vorhersehbar und gleichförmiger zu machen.

Es ist gefunden worden, daß die Verbrennungsfront stabilisiert werden kann und die Verdrängung des Öls aus der Lagerstätte verbessert werden kann, indem eine zyklische Veränderung des Anteils des sauerstoffhaltigen. Gases realisiert wird, welches in die formation eingegeben wird. Der Anteil des sauerstoffhaltigen Gases wird von der notwendigen Menge her periodisch verringert, die erforderlich ist, um den Fortbewegungsvorgaag

der Verbrennungsfront durch die Formation aufrechtzuerhalten, und zwar auf einen gering:erenAnteil, nämlich typischerweise 5 bis 20 % der Normalmenge, so daß, während die Verbrennung aufrechterhaltenn bleibt, die Front sich stabilisiert und die vertikale Gleichförmigkeit so verbessert wird, daß eine bessere Verdrängung des Öls erhalten wird. Die Verringerung des Sauerstoffstromes verringert die Gassättigung in der Formation und ermöglicht, daß der Flüssigkeits- oder Gasstrom dadurch zur Produktionssonde sich erhöht, so daß eine Verbesserung des Gewinnungsverfahrens folgt.

Gemäß der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung von Öl aus unterirdischer, ölhaltiger Formation geschaffen worden, welches einen in situ-Verbrennungsvorgang einsetzt, in welchem ein sauerstoffhaltiges Gas durch eine Injektionssonde in die Formation eingeleitet wird, um eine Verbrennungsfront zu bilden und aufrechtzuerhalten, welche durch die Formation von der Injektionsbohrung in Richtung auf die Produktionssonde fortschreitet, aus welcher das Öl gefördert wird, die Injektionsmenge des sauerstoffhaltigen Gases wird immer dann reduziert, wenn dies notwendig ist, um die Verbrennungsfront im Laufe ihres Fortschreitens von der Injektions- in Richtung auf die Produktionssonde zu stabilisieren. Wenn sich die Front stabilisiert hat, kann die Einführung des sauerstoffhaltigen Gases mit der ursprünglichen Menge wieder aufgenommen werden, so daß die Front fortfährt, durch die Formation weiter vor zuschreiten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte, senkrechte Querschnittsansicht einer Öllagerstätte, in welcher ein in situ-Verbrennungs-Gewinnungsverfahren stattfindet.

Fig. 2 ist eine vereinfachte, senkrechte Querschnittsansicht der Lagerstätte, die die Einwirkung der Verringerung der Sauerstoffeinführung zeigt.

Das gegenwärtige in situ-Verbrennungsverfahren ist insbesondere bei der Gewinnung von viskosen, schweren Ölen nützlich, beispielsweise für viskoses Petroleum-Rohöl, welches beispielsweise eine Dichte von 0,966 ( API 15) oder niedriger hat oder bei schweren viskosen, teerähnlichen Kohlenwasserstoffen, welche in Teersanden vorhanden sind, obgleich das Verfahren auch bei anderen Ölen eingesetzt werden kann. Die das Öl enthaltene Formation wird durch eine oder mehrere Injektionsbohrungen und eine oder mehrere Produktionsbohrungen durchsetzt, welche sich von der Oberfläche der Erde in die Lagerstätte erstrecken. Die Produktionssonden werden jeweils in einem horizontalen Abstand bzw. zu der Injektionssonde versetzt angeordnet, wobei sowohl die Injektions- als auch die Produktionssonden in einem Muster angeordnet weren, welches für das Terrain und andere Faktoren zweckmäßig ist. Beispielsweise können die Bohrungen in einem linienförmigen Muster angeordnet werden, in welchem eine Anzahl von Injektionssonden und Produktionssonden in Reihen ausgerichtet werden, die im Abstand voneinander angeordnet sind.

Als Alternative könnte auch eine Anzahl von Produktionssonden um eine zentrale Injektionssonde angeordnet werden, oder eine Anzahl von Injektionssonden könnte um eine zentrale Produktions· bohrung angeordnet werden. Typisch für in Reihen angeordnete Bohrungen sind Muster mit 5, 7, 9 und 13 Punkten oder deren umgekehrte Formationen. Diese und andere Muster sind für sich bei in situ-Verbrennungsverfahren bekannt. Zur Vereinfachung der Darstellung wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf lediglich eine Injektionsbohrung und eine Produktionsbohrung in dem Gewinnungsmuster beschrieben, jedoch kann im praktischen Einsatz des Verfahrens eine andere Zahl von Injektions- und Produktionssonden, wie oben beschrieben, verwendet werden.

Ein gasförmiges Oxidationsmittel wird in die Formation durch die Injektionssonde eingeleitet, um den Verbrennungsvorgang zu unterstützen. Dieses Oxidanz ist ein molekulares sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder im wesentlichen reiner Sauerstoff, von denen der reine Sauerstoff bevorzugt wird, weil er eine rasche Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in dem Rohöl bewirkt, das Volumen des Gases verringert, welches eingegeben werden muß und die Zufuhr von inerten, unlöslichen Gasphasen, wie beispielsweise Stickstoff, in die Lagerstätte vermeidet, was ansonsten mit dem Kohlendioxid in den Verbrennungsprodukten in demPcrenhohlraum im Behälter konkurrieren würde. Falls mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet wird, enthält diese vorzugsweise wenigstens 75 Vol. % Sauerstoff.

Eine Verbrennung in der Ölformation wird um die Injektionssonde eingeleitet und die fortgesetzte Einführung des Oxidanz bewirkt eine Verbrennungsfront, welche durch die formation in Richtung auf die Produktionssonde fortschreitet. ■ Wenn die Verbrennungsfront durch die Formation fortschreitet, werden gasförmige Verbrennungsprodukte, im wesentlichen Kohlendioxid und Wasser, durch die Formation vor der Verbrennungsfront und der erhitzten Retortenzone, wenn diese voranschreiten, verdrängt. Wie bereits oben erwähnt, durchläuft das Rohöl in der Lagerstätte eine thermische Verringerung seiner Viskosität, und zwar zusammen mit anderen Vorgängen, wie Destillation und Cracken, was zu verschiedenen niedrigviskosen Kohlenwasserstoffen führt, die in die Formation vor der Verbrennungszone freigegeben werden. Zusammen mit den Verbrennungsprodukten werden diese in Richtung auf die Produktionssonde gedrückt und wirken daher als Heizmittel und Verdrängungsflüssigkeit. Das durch den Verbrennungsvorgang erzeugte Kohlendioxid tendiert dahin, in den verschiedenen Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, die in der Lagerstätte vorhanden sind, in Lösung zu gehen, und erzeugt auf diese Art und Weise eine Phase niedriger Viskosität mit verbesserter Mobilität, wobei diese leicht in Richtung auf die Produktionssonde verdrängt werden kann.

Das Einführen des Oxidanz durch die Injektionssonde und das Ausbringen des Öls und weiterer Flüssigkeiten aus der Produktionssonde erzeugt einen Druckgradienten in der Formation, wobei ein höherer Druck im Bereich der Injektionssonde und ein relativ geringer Druck um die Produktionssonde vorhanden ist. Dieser Druckgradient ist einer der Faktoren, welche die Instabilitäten in der Verbrennungsfront verstärken, weil der unter hohem Druck stehende Sauerstoff hinter der Front dazu tendiert, in den Bereich des niedrigen Drucks in der Umgebung der Produktionssonde einzudringen, insbesondere in Bereiche von gerinaerer Permeabilität in der Formation. Auf diese Art und Weise werden finger- oder streifenartige Bereiche in der Formation erzeugt, durch welche der Sauerstoff rasch hindurchtreten kann, wodurch die Verbrennung in den Bereichen, die diese streifenartigen Bereiche unmittelbar umgeben, verstärkt wird, ohne jedoch ein breites, ebenes Fortschreiten der Verbrennungsfront zu fördern. Falls eine ausreichende Anzahl dieser streifenartigen Bereiche bis zur Produktionssonde vordringen würde, wird ein Weg mit hoher Durchdringbarkeit direkt zwischen der Injektions- und der Produktionssonde hergestellt, den der Sauerstoff ohne mit einem bemerkenswerten Grad die Verbrennung in der Formation zu fördern, durchläuft, was.,zu Verlusten an Sauerstoff in dem Verfahren führt. Weil zusätzlich der Sauerstoff, die gasförmigen Verbrennungsprodukte und die niedrigviskosen Ölphasen allgemein, eine geringere Dichte als das ursprüngliche Rohöl haben, tendieren sie dazu,in der Lagerstätte während ihrer Bewegung in Richtung auf die Produktionssonde nach oben aufzusteigen. Wenn dieser Vorgang fortschreitet, hat dies die Wirkung, eine allgemein nach oben gerichtete Bewegung der Verbrennungsfront und ihrer Produkte in der Lagerstätte zu bewirken, so daß ein Teil des Rohöls in der Formation in Form eines Bypasses umgangen wird, es sei denn, es werden Vorkehrungen getroffen, um diese Situation zu korrigieren. Dieses vertraute Problem wird mit dem Schlagwort "Override" bezeichnet.

Es ist nun gefunden worden, daß, falls die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz zyklisch oder periodisch verringert wird, die Verbrennungsfront stabilisiert wird und die Verdrängung verbessert wird. Dies kann unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erklärt werden, in welcher ein senkrechter Schnitt einer unterirdischen Formation gezeigt ist, in welcher ein in situ-Verbrennungsvorgang durchgeführt wird. In der Fig. 1 ist die ölhaltige Formation 10 mit einer Injektionssonde 11 und einer Produktionssonde 12 durchbracht worden, ο welche sich in die Formation von der Erdoberfläche her durch die darüber liegende Schicht 13 erstrecken. Das gasförmige Oxidanz wird durch die Injektionssonde 11 eingeführt und verläßt die Injektionssonde durch Perforationen 14 und tritt in die Fornation 10 ein. Das Oxidanz geht dann durch die Formation hindurch, bis es den Bereich erreicht, wo die Verbrennungsfront 15 sich in ^ Richtung auf die Produktionssonde 12 vorbewegt. Die Verbrennungsprodukte unter Einschluß des aus der Formation gelösten Öls ·. treten dann in die Produktionssonde durch Perforationen 16 ein. Viie aus der Fig. 1 zu sehen, erstreckt sich die Verbrennungsfront 15 in unregelmäßiger Art und Weise von der Injektionssonde in Richtung auf die Produktionssonde 12 mit einer Gesamttendenz, die unteren Bereiche der Formation, welche sich näher an der Produktionssonde 12 befinden, zu übergehen. Zusätzlich bildet sich eine Anzahl von finger- oder streifenförmigen Bereichen, in welchen Sauerstoff in der Formation rasch in einer Anzahl von engen Kanälen eindringt,Um die Verbrennungsfront zu stabilisieren, wird die Menge des eingegebenen Oxidanz periodisch verringert, üblicherweise auf einen Wert von 5 bis 25%, vorzugsweise auf 5 bis ~\5% der normalen Einspritzmenge, so daß der Fortschritt der Verbrennungsfront durch die Formation überwacht und korrigiert wird. Wenn dies stattfindet, verringert sich der Druckgradient in der Formation, der Druck normalerweise von dem Bereich der Injektionssonde in Richtung auf die Produktionssonde abnimmt, und zwar so, daß er verringert

j^r5 oder sogar teilweise umgekehrt wird, so daß eine umgekehrte ■'

— "1

ι .

Ütrömungsnoigung Ln dor Formation aufgebaut wird. Wenn dies stattfindet, strömen die Formationsflüssigkeiten, die in der Lagerstätte vor der Verbrennungsfront vorhanden sind, in Richtung auf die Front zurück und treten in den Bereich ein, der diese umgibt, so wie dies durch die Pfeile in Fig. 2 angezeigt ist. Auf diese Art und Weise wird die Front zurückge-*· drängt, um sie in eine mehr oder weniger senkrechte, ebene Konfiguration zurückzubringen, während die Formationsflüssigkeiten zur gleichen Zeit in die durchgebrannten streifenförmigen Bereiche einzudringen, die durch die Ausbreitung oder den Verlauf des Sauerstoffs in der Formation vor der Verbrennungsfront gebildet worden sind. Auf diese Art und Weise wird nicht allein der allgemeine Aufbau der Verbrennungsfront in eine bessere vertikale Form gebracht, um eine größere Ausbeute zu erzielen, sondern auch ein Rückwärtsstrom der Formationsflüssigkeiten entsteht, wodurch die durchgebrannten fingerförmigen Bereiche zusammenfallen, wenn der Druck in der abgebrannten Zone sich verringert und sich mit dem in der umgebenden Formation ausgleicht.

Weil die Verbrennungsfront durch einen rückwärts gerichteten Strom an Formationsflüssigkeiten stabilisiert wird, wird das Verfahren am besten in Formationen arbeiten, welche durch eine äußere Quelle unter Druck gesetzt werden, beispielsweise durch Wasserdruck, was dazu führt, daß d?r Formationsdruck auf seinem ursprünglichen Wert gehalten wird, wenn die Flüssigkeiten durch die Produktionssonde abgezogen werden oder bei Vorgängen, wo der gleiche Effekt durch Wasserinjektion erhalten wird. Jedoch werden durch das Verfahren auch dann Verbesserungen in der Formation erzielt, wenn diese nicht von außen her unter Druck gesetzt wird. Der frontale Stabilisierungsvorgang kann so oft durchgeführt werden, wie dies notwendig ist, um den Verbrennungsvorgang zu verbessern. Die Häufigkeit, mit welcher er durchgeführt wird, wird von dem Fortschritt bei der Ölgewinnung abhängen, und dies wiederum hängt von einer Anzahl von Faktoren, unter Einschluß der Verteilung der Durchdringbarkeit der Formation, der Dicke und des Produktionsintervalls, den

Abständen der Sonden, der eingeführten Menge des Oxidanz, der Ölsättigung, des Lagerstättendrucks und dergl. ab. Das FortschiSLten des Verbrennungsvorganges kann durch überwacht werden, daß aus der Produktionssonde austretende Verbrennungsprodukte überwacht werden und die Produktionsmenge an Öl und anderen Flüssigkeiten periodisch gemessen wird. Falls der Anteil an Kohlendioxid in den gasförmigen Verbrennungsprodukten bei einem lediglich kleinen Anteil an Kohlenmonoxid relativ hoch ist, kann angenommen werden, daß die Verbrennung ganz allgemein eine hohe Qualität hat. Falls Mengen von Sauerstoff, der nicht reagiert hat, in dem geförderten Gas gefunden werden, kann dies dahingehend ausgelegt werden, daß fingerartige oder streifenartige Bereiche von Sauerstoff die Formation vor der Hauptverbrennungsfront durchdrungen haben, so daß der Sauerstoff die Produktionsbohrungen vor der Hauptfront erreicht. Die Produktionsmenge an Öl zeigt, ob tatsächlich eine Verschiebung und Verdrängung des Öls durch den Verbrennungsvorgang auftritt. Falls beispielsweise gefunden wird, daß lediglich ein begrenztes Ansprechen auf eine Verbrennung mit hoher Qualität stattfindet, kann dies darauf zurückgeführt werden, daß die Verbrennungsfront durch das verdrängte Öl, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, umgangen wird, wobei die Verbrennungsfront das Öl übergreift, welches in den unteren Bereichen der Lagerstätte verbleibt. Falls angenommen wird, daß dies stattfindet, kann es zweckmäßig sein, die Verbrennungsfront zu stabilisieren, indem der Sauerstofffluß für eine bestimmte Zeitspanne verringert wird, bis eine gleichmäßigere Vertikalkonfiguration der Front erreicht wird. Wenn dies durchgeführt worden ist, kann die volle Höhe des Sauerstoffflusses wieder eingestellt werden, so daß erneut das Fortschreiten der Verbrennungsfront durch die Formation stattfindet, dieses Mal jedoch mit einer mehr oder weniger vertikalen Konfiguration der Front, so daß der volumetrische Flutwirkungsgrad verbessert wird Zu diesem Zeitpunkt sollte festgestellt werden, daß die Ölgewinnung erhöht worden ist, was anzeigt, daß ein geringerer Teil

der Formation in Form eines Bypasses umgangen wird. Sie Einführung von Gas bzw. Sauerstoff mit der vollen Höhe kann fortgeführt werden, bis die Überwachung des Fördervorganges anzeigt, daß wiederum eine Frontstabilisierung notwendig ist. Im allgemeinen kann die Stabilisierung der Verbrennungsfront auf diese Art und Weise über eine Zeitspanne erreicht werden, die sich üblicherweise von einer Woche bis zu vier Wochen erstreckt, obwohl dies von einer Anzahl von Faktoren abhängig ist, wie u. a von der Dicke des Produktionsintervalls, der Porosität der Formation, der Viskosität des Rohöls und dergl., was zeigt, daß die Stabilisierung der Front in jedem Fall empirisch festgelegt werden sollte. Falls Luft als Oxidanz verwendet wird, können diese Zeitspannen wegen der größeren Gasmenge, die nötig ist, um die gleiche Intensität der Verbrennung zu erbringen, langer dauern. In diesem Fall können die Zeitspannen verringerter Gaszufuhr länger sein, üblicherweise bis zu 6 Monaten.

Der Verbrennungsvorgang kann auch als ein nasser Verbrennungsvorgang durchgeführt werden, in welchem Dampf oder Wasser zusammen mit dem gasförmigen Oxidanz eingeführt wird, um den Wärmeübergang zur Formation und zu dem in ihr enthaltenen Rohöl zu verbessern. Dies ist jedoch nicht wesentlich für den Vorgang. Die nasse Verbrennung ist insbesondere in Formationen erwünscht, welche nicht von außen her unter Druck stehen, um das Flüssigkeitsgleichgewicht in der Lagerstätte wieder herzustellen.

Wenn die Injektionsmenge des Oxidationsmittels verringert wird, verringert sich die Gassättigung in der Formation und die mit dieser einhergehende Erhöhung in der Sättigung der Flüssigkeit (Öl, Wasser) führt zu einer Erhöhung der Menge an produzierten Flüssigkeiten. Zur gleichen Zeit wird die Flüssigkeitssättigung in den Bereichen wieder hergestellt, wo der Sauerstoff in die Lagerstätte vor der Hauptverbrennungsfront eingedrungen ist. In dieser Hinsicht ist der Effekt des Stabilisationsvorganges ähnlich zu dem des WAG - Verfahrens, bei welchem Gas und

Wasser sich abwechseln, bei welchem das Eindringen des Kohlendioxidgases in die ölgesättigten Formationensporen durch den nachfolgenden Wasserschwall vergrößert wird, allerdings mit der Ausnahme, daß im vorliegenden Fall das Eindringen des Gases durch eine in Rückwärtsrichtung stattfindende Strömung in die Brennzone verstärkt wird. Wenn die Menge des eingeführten Oxydationsmittels wieder erhöht wird, können sich die Instabilitäten in der Front wieder aufbauen, jedoch nicht notwendigerweise an der gleichen Stelle, jedoch wird in der Zwischenzeit die Ölströmung zur Produktionsbohrung durch die verringerte Gasströmung erleichtert.

Die Erfindung wird anhnad des nachfolgend aufgeführten Beispiels erläutert.

Eine in situ-Verbrennung wurde in einer ölhaltigen Formation mit den nachfolgenden Eigenschaften durchgeführt:

Eigenschaften der Formation

Bereich 7,0 acres= 2,8 ha

Nettomächtigkeit 40 %

Porosität 30 %

ÖlSättigung 40 %

Spez. Sauerstoffbedarf 2.0 MMSCF/acre-ft = 4,5 9m³

Spez. Kraftstoffbedarf 200.0 BBLS/acre-ft =25,7 l/ia³ Vorhandene Ölsättigung 930.0 BBLS/acre-ft =119,7 l/n³ Insgesamt eingeleitete Sauer-

stoffmenge 34.0 MMSCF = 0,9-1O⁶ m³

Gesamtvolumen 280.0 acre-ft = 0,35-1O⁶ m³

BrennstoffSättigung 8.6 VoI.-%

Die in situ-Verbrennung unter Verwendung von Sauerstoff als Oxidanz ist bis zu einem Punkt vorangeschritten, an welchem ungefähr 21 χ 10³ m³ ( 17 acre-ft) ausgebrannt worden sind und ungefähr 1,9 χ 1O⁶ 1 öl ( 12.000 BBLS ) thermisch verdrängt worden

ist, wobei 6,1% des Mustervolumens abbrannten. An diesem Punkt war der erzeugte Kohlendioxidgehalt ungefähr bei 8Q%, wobei 2,5% Kohlenmonoxid vorhanden waren. Dieses hohe Kohlendioxid/Kohlenmonoxid-Verhältnis zeigt an, daß ein Verbrennungsvorgang mit hoher Qualität erhalten werden konnte, jedoch daß geringe Mengen von Sauerstoff, der nicht reagiert hat, und zwar für einige der Produktionssonden bis zu 10% in dem erzeugten Gas, vorhanden war. Jedoch konnte keine bemerkenswerte Erhöhung der ölproduktion festgestellt werden, was anzeigt, daß aus der Formation verdrängtes Öl von dem Verbrennungsvorgang in Form eines Bypasses, wie in Fig. 1 gezeigt, umgangen wurde.

Die Sauerstoffzuführmenge wurde auf 6,8 χ 10³ m³/Tag (240 MSCF/day) auf 0,57 χ 10³ m³/Tag ( 20 MSCF/day) für zwei Wochen verringert, um die Front zu stabilisieren und um die Verdrängung zu verbessern, wobei zu diesem Zeitpunkt der Sauerstoffgehalt auf 1% oder weniger mit einer darauffolgenden Erhöhung der Produktionsmenge von ungefähr 60% verringert wurde. Nachdem dies durchgeführt worden war, wurde die eingeführte Sauerstoffmenge auf ihren Anfangswert von 6,8 χ 10³ m³/Tag ( 240 MSCF/day ) erhöht.

Claims

HAMBURG DIPL-ING. J. GLAESER

MÜNCHEN DR. E. HILTL

DR. E. WIEGAND (1932-1980)

DIPL-ING. W. NIEMANN 0937-1982) DR. M. KÖHLER (19Ä5-1984)

KDNIGSTRASSE 28

D-2000 HAMBURG

TELEFON (040) 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX 212979 KARP D TELEFAX (040) 3 80 92 88

11. Dezember 1985

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von öl aus einer ölhaltigen unterirdischen Lagerstätte, die durch mindestens eine Injektionssonde und mindestens eine Produktionssonde durchsetzt ist, aufweisend die folgenden Stufen:

1. Anlegen einer Verbrennungsfront in der Lagerstätte

in der Nähe der Injektionssonde durch Einleiten einer in situ-Verbrennung in die Lagerstätte.

2. Einführen eines gasförmigen Oxidanz in die Lagerstätte durch die Injektionssonde, um die in situ-Verbrennung zu unterstützen,

3. Verringerung der Menge, mit welcher das gasförmige Oxidanz in die Formation durch die Injektionssonde eingeführt wird, um die Verbrennungsfront zu stabilisieren,

4. Erhöhung der Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz in die Lagerstätte durch die Injektionssonde und

5. Gewinnung von Flüssigkeiten unter Einschluß von Öl aus der Produktionssonde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung und die Erhöhung der Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz zyklisch durchgeführt wird, um die Verbrennungsfront periodisch zu stabilisieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Oxidanz Sauerstoff aufweist.

4. Verfahren nach einem der Aj^prüche 1 bis 3, dadurch gegekennzeichnet, daß die Lagerstätte von außen her unter Druck gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz auf einen Betrag verringertwird, bei welchem Formationsflüssigkeiten aus dem Bereich vor der Verbrennungsfront in Richtung auf die Verbrennungsfront zurückströmen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz auf 5 bis 25% der Menge vor der Verringerung herabgesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz auf 5 bis 15% der Menge vor der Verringerung herabgesetzt wird.

8. Verfahren zur Gewinnung von öl aus einer ölhaltigen unterirdischen Lagerstätte, die durch mindestens eine Ir.jektions- und eine Produktionssonde durchsetzt ist, in-dem ein gasförmiges Oxidanz durch die Injektionssonde eingeführt wird, um eine in situ-Verbrennung in der Lagerstätte mit einer Verbrennungsfront zu unterstützen, die von der Injektionssonde in Richtung auf die Produktionssonde fortschreitet, um Öl aus der Formation in Richtung auf die Produktionssonde zu verdrängen und öl aus der Productionssonie zu fördern, „ dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz zyklisch verändert wird, um die Verbrennungsfront zu stabilisieren.

9. Verfahren nach Anspruch.?,dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz zyklisch auf einen unteren Wert verringert wird, clie Verbrennungsfront zu stabilisieren und dann auf einen höheren Wert erhöht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz auf 5 bis 25% der Menge vor der Verringerung herabgesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz auf 5 bis 25% der Menge vor der Verringerung herabgesetzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmenge des gasförmigen Oxidanz nach der Verringerung auf den Wert vor der Verringerung erhöht wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Oxidanz Sauerstoff enthält bzw. umfaßt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Formation von außen her unter Druck gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Formation von außen her durch Wasser unter Druck gehalten wird.