DE3603243A1

DE3603243A1 - Schaum- und widerstands-gesteuerte dampfinjektion bei der oelgewinnung aus unterirdischen formationen

Info

Publication number: DE3603243A1
Application number: DE19863603243
Authority: DE
Inventors: Michael Houston Tex. Prats; Paul Bruce Bakersfield Calif. Ritter
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1985-02-04
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1986-08-07
Also published as: CA1242139A; US4601338A

Description

_ / O DR.-ING. DIETER BEHRENS

»J ζ) U ό ί* H O DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SHELL INTERNATIONALE RESEARCH SCHWEIGERSTRASSE 2

IA-ßO 032 telefon: (089) 6620 51 TELEGRAMM: PROTECTPATENT

Telex: j24070

TELEFAX: VIA (089) 2716063 (ill)

Schaum- und Widerstands-gesteuerte Dampfinjektion bei der ölgewinnung aus unterirdischen Formationen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampfinjektion für die ölgewinnung, wobei ein fließfähiges Medium in Form von Gasen und/oder Dämpfen (Dampfinjektion) in eine unterirdische Lagerstätte, insbesondere in einen bestimmten Bereich einer Formation, eingeführt wird.

Es sind die verschiedensten Verfahren zur Dampfinjektion bekannt. Aus der US-PS 33 54 958 ist es bekannt, eine Packung zur Abdichtung des Ringraums zwischen dem Förderrohrstrang und der Verrohrung oberhalb der Perforationen in der Verrohrung anzuwenden. Eine solche bevorzugte Dampfinjektion in einen tieferen Teil einer Lagerstätte hängt ab von der guten Abdichtung zwischen Packung, Verrohrung und Lagerstätte. Aus der US-PS 34 10 344 ist ein Dampfinjektionsverfahren bekannt, bei dem keine Packung zur Anwendung gelangt, sondern eine Schaumsäule in dem Ringraum zwischen Förderrohrstrang und Verrohrung so eingepreßt wird, daß der Ort der Dampfinjektion durch die Tiefe der Schaumsäule bestimmt wird. Dies ist schwierig und aufwendig, da der Ort des Säulenbodens schwer festzustellen ist und leicht Schwankungen durch geringe Druckunterschiede des Dampfs oder Schaums unterworfen ist. Aus der US-PS 44 45 573 ist ein Dampfinjektionsverfahren bekannt, welches ohne Packung arbeitet und bei dem eine Vor- oder Gleich-Injektion eines Schaums eines nicht-kondensierbaren Gases vorgenommen wird, um bevorzugt die durchlässigsten Zonen der Lagerstätte zu verstopfen, bevor in diese beträchtliche Dampfmengen eintreten.

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Die Erfindung betrifft ein Injektionsverfahren für gasförmiges, fließfähiges Medium (Dampf), bei dem der Dampf durch den Förderrohrstrang injiziert wird, welcher umgeben ist von einer f\ Leitung mit einer durchlässigen Wand, so daß eine bevorzugte .\ Injektion des fließfähigen Mediums in einen bestimmten Bereich der Lagerstätte möglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an einem Ort, der zumindest in der Nähe jedoch oberhalb dem liegt, an welchem die bevorzugte Injektion vorgenommen werden soll, ein Granulat eingeführt in den Raum zwischen der durchlässigen Führung und der Formation in einem solchen Ausmaß, daß die vertikale Permeabilität innerhalb dieses Raums nicht wesentlich größer ist als die Permeabilität, die auf den Zwischenräumen zwischen einer Masse von Teilchen in der Größe von Kies oder Schotter beruht. Ein mechanischer Widerstand gegen das Fließen des fließfähigen Mediums zwischen dem Förderrohrstrang und der diesen umgebenden durchlässigen Führung an einer Stelle unmittelbar über der, an welcher das gasförmige fließfähige Medium bevorzugt in die Lagerstätte eingeführt werden soll, wird gebildet. Der Fließwiderstand führt zu einem beträchtlichen Anstieg der Behinderung des vertikalen Fließens durch diese Zone. Ein fließfähiges Medium, welches beträchtlich viskoser ist als das gasförmige fließfähige Medium, wird in den Zwischenraum zwischen Förderrohr und umgebender durchlässiger Führung mit solcher Geschwindigkeit unter solchem Druck eingeführt, daß zumindest in der Nähe des mechanischen Fließwiderstands der Druck auf das viskose Medium den Druck übersteigt, mit welchem das gasförmige Medium in die Lagerstätte injiziert wird. Das gasförmige Medium wird über den Förderrohrstrang in die Lagerstätte unterhalb des mechanischen Fließwiderstandes injiziert.

Die Erfindung wird nun an beiliegender Zeichnung, die schematisch ein Bohrloch und die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, näher erläutert.

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Das erfindungsgeraMße Verfahren beruht zumindest teilweise auf folgenden Feststellungen. Eine zufällige Kombination besteht zwischen den Fließeigenschaften von (a) einem fließfähigen Medium aus einer einzigen Komponente, das sich für die Verdrängung von öl in unterirdischen Lagerstätten eignet, (b) Medien, die deutlich viskoser sind als ein solches gasförmiges Medium im Hinblick auf das Fließen durch öffnungen, die zumindest so klein wie die Zwischenräume zwischen dem Granulat einer im wesentlichen homogenen Kiesschüttung bei der Temperatur ist, bei der das gasförmige fließfähige Medium in die unterirdische Formation injiziert wird, und (c) den Zwischenräumen in und um einen mechanische Fließwiderstand, welcher zwischen einem Förderrohrstrang und der umgebenden durchlässigen Führung innerhalb der Bohrung eingebracht werden kann. Wenn eine im allgemeinen homogene Masse eines Granulats aus zumindest so kleinen Teilchen wie in einer Kiespackung oder die installiert wird innerhalb des Raums zwischen so einem Förderrohrstrang und der Führung, kann zumindest in der Nähe und oberhalb eines solchen Fließwiderstands ein derartiges fließfähiges Medium gegen diese Masse gepreßt werden mit einem Druck, der den überschreitet, mit welchem die Dampfinjektion stattfindet und dazu führt, daß im wesentlichen das gesamte gasförmige, fließfähige Medium unterhalb des Fließwiderstands in die Lagerstätte eintritt.

Im Gegensatz zu den Problemen der bekannten Verfahren zur Erreichung einer bevorzugten Dampfinjektion treten keine oder nur mehr geringfügige Probleme durch Schwankungen auf, da sie vermeidbar sind, durch die Drücke des dampfförmigen Mediums und des relativ viskosen Mediums. Die Einschränkung des Fließens durch die Abdichtung innerhalb des und um den Fließwiderstand und die Verrohrung braucht nicht größer zu sein als die, die von einer Sand- oder Kiespackung bewirkt wird.

Ist beispielsweise das gasförmige Medium Dampf und das relativ viskose Medium ein Dampfschaum, so kann der Druck auf die Säule

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des Dampfschaums geringfügig über dem Injektionsdruck des Dampfes gehalten werden. Ein solcher Dampf führt nur zum Fließen einer geringen Schaummenge unterhalb des mechanischen Fließwiderstands oder in die Lagerstätte, während verhindert wird, daß der Dampf durch den mechanischen Fließwiderstand oder aufwärts in den Raum zwischen der durchlässigen Führung und der Formation fließt. Ein Aufwärtsfließen des Dampfes wird verhindert durch die Gegenwart des Schaums in zumindest den obersten oder innersten Teilen der Hohlräume zwischen dem Granulat und den festen Bauteilen des mechanischen Fließwiderstands. Darüber hinaus wird in dem Ausmaß, in dem der Schaum in die Lagerstätte fließt, er jeden ölführenden Teil der Lagerstätte, in den er eindringt, erwärmen, und wenn es ein Dampfschaum ist, wird die Mobilität größer als Folge der Abkühlung des Teils der Lagerstätte, in welchem er sich befindet. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, einen Dampfschaum zu verwenden, der relativ geringe Anteile von einen Dampfschaum bildenden oberflächenaktiven Mitteln enthält und der dazu neigt, in die Lagerstätte zu fließen und ein sich radial erstreckendes Hindernis für die Aufwärtsbewegung des unter den mechanischen Fließwiderstand injizierten Dampfes zu bilden.

Nach der Zeichnung ist das Bohrloch (1) in einem Intervall innerhalb einer ölführenden Lagerstätte (R) mit größerer Permeabilität im oberen Bereich durch eine umgebende "an Dampf verarmten Zone" (A) komplettiert, die relativ ölfrei geworden ist. Das Bohrloch enthält eine Führung (2) mit durchlässiger Wand, wie eine geschlitzte Auskleidung, um den Förderrohrstrang (3), in welchen Dampf injiziert wird. Die Auskleidung (2) ist umgeben von einer Kiespackung (4), in welcher im wesentlichen die gesamte Permeabilität auf die Zwischenräume zwischen den Kiesteilchen beschränkt ist. In dem unteren Bereich des Lagerstättenintervalls befindet sich in dem Ringraum zwischen Förderrohrstrang und Auskleidung ein Fließwiderstand (5), wie eine Packung oder eine oder mehrere gummielastische Kappe(n).

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In der dargestellten Situation wird in den Ringraum zwischen Förderrohrstrang (3) und Verrohrung (6) vorgebildeter Dampfschaum (F) injiziert. Dieser fließt zwischen Förderrohrstrang (3) und Auskleidung (2) mit solcher Geschwindigkeit und solchem Druck, daß der Druck auf den Schaum in unmittelbarer Nachbarschaft des Fließwiderstands (5) den Druck übersteigt, mit dem der Dampf in die Lagerstätte injiziert wird. Der Fließwiderstand des Schaums durch die Hohlräume zwischen den Kiesteilchen der Packung (4) und in und um den Fließwiderstand (5) ist derart, daß die Schaumbeweglichkeit einstellbar ist, um den Hauptanteil des Schaums innerhalb oder benachbart zu dem Bohrloch in einer Tiefe, über welcher sich der Fließwiderstand befindet, zu halten.

Wenn gewünscht, kann ein gewisser Teil des Dampfschaums (F) in die Lagerstätte oberhalb des Fließwiderstands eingeführt werden. Es ist nicht nachteilig, wenn etwas Schaum durch die Kiespackung tritt, solange dies nicht die Dampfverdrängung nachteilig beeinflußt. Wesentlich ist, daß ein kleiner Anteil des eingeführten Dampfes (S) durch die Kiespackung und um den Fließwiderstand und in den Teil der Lagerstätte oberhalb des Fließwiderstands (5) eintritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im wesentlichen für alle unterirdischen Lagerstätten und ist besonders geeignet für Schweröl-Lagerstätten, in denen die effektive Permeabilität für Dampf beträchtlich größer ist im oberen Teil der Lagerstätte, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß der injizierte Dampf das öl überströmen würde.

Ein Granulat für die Einbringung, wenn erforderlich, in die Räume zwischen einer durchlässigen Führung, wie einer Auskleidung, einem Sieb oder einer perforierten Verrohrung, braucht nur angewandt zu werden, wo im wesentlichen feststoffreie und vertikal sich erstreckende Räume in ausreichendem Umfang vorliegen, daß der Boden der Dampfschaumsäule steigen oder fallen kann, abhängig von relativ geringen Schwankungen zwischen dem

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Druck des Dampfschaums oder dem Injektionsdruck. Derartige Granulate können im wesentlichen beliebige relativ inerte Feststoffe sein, wie man sie beispielsweise für Sand- oder Kiespackungen in Bohrungen o.dgl. verwendet. Vorhandene Sand- oder Kiespackungen können zur Anwendung gelangen, solange sie in einem solchen Ausmaß relativ homogen sind, daß sie frei von beträchtlichen Anteilen vertikal sich erstreckender feststofffreier Kanäle oder Hohlräume sind.

Für den Fließwiderstand zur Einbringung zwischen Förderrohrstrang und umgebender perforierter Führung kann man erfindungsgemäß eine beliebige Einrichtung heranziehen, welche in das Bohrloch auf die gewünschte Stelle einzubringen ist und einen beträchtlichen Fließwiderstand gegenüber einem vertikalen Fließen zu ergeben vermag, wie elastomere Abdeckkappen, dampfbeständige Dichtungen o.dgl. Dampfbeständige Elastomere oder gummielastische Abdeckkappen sind besonders geeignet.

Der Fließwiderstand und die Umgebungsmasse des Granulats kann oben, unten oder in der Mitte des die Formation durchdringenden Bohrlochs angeordnet sein.

Das relativ viskose Medium, welches gegen die Masse des Granulats um den Fließwiderstand gedrückt wird, kann im wesentlichen jedes Produkt sein, welches (a) im wesentlichen viskoser ist als das zu injizierende gasförmige Medium im Hinblick auf das Fließen durch öffnungen, die zumindest so klein sind wie die Hohlräume im Granulat bei einer im wesentlichen homogenen Kiespackung, bei der Temperatur, bei der Dampf injiziert wird, und (b) verträglich ist mit den Medien und Feststoffen, mit denen es in und um das Bohrloch in Berührung kommt. Die relativ viskose Flüssigkeit kann ein Schaum und/oder eine Emulsion von relativ inerten Gasen, wie Dampf, Stickstoff, Kohlendioxid, Abgase u.dgl., mit Flüssigkeiten, wie relativ inerte wässrige Flüssigkeiten, flüssige Kohlenwasserstoffe u.dgl. sein.

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Besonders geeignete fließfähige Medien sind Dampf oder Heißwasserschäume (US-PSen 40 86 964, 41 61 217 und 43 93 937).

Die erfindungsgemäß zu injizierenden gasförmigen flüssigen Medien können beliebige Stoffe enthalten vorausgesetzt, daß sie relativ nicht-viskos sind. Bevorzugt wird ein im wesentlichen aus einer Komponente bestehendes Medium, wie Naßdampf, Sattdampf oder überhitzter Dampf, Dämpfe von einem oder mehreren Kohlenwasserstoff(en), CO ο.dgl.

Claims

PATENTANWÄLTE dr.-ing. franz wuesthoff WUESTHOFF-v. PECHMANN-BEHRENS-GOETZ "-«"-.freda ™esThoff D1PL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN 3603243 DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING. DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ D-8000 MÜNCHEN 90 SHELL INTERNATIONALE RESEARCH srHWFirFR^R^p, MAATSCHAPPIJ B.V. SCHWEIGERSTRASSE 2 IA-60 032 telefon: (089)6620 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT telex: j 24070 telefax: via (089) 2 71 60 63 (in) Patentansprüche :

1. Verfahren zur Behandlung eines Bohrlochs innerhalb einer Lagerstätte, bei der ein gasförmiges, fließfähiges Medium injiziert wird durch einen Rohrstrang, umgeben von einer Führung mit durchlässiger Wand, derart, daß ein bevorzugtes Einströmen in einen bestimmten Teil der Lagerstätte stattfindet, dadurch gekennzeichnet , daß man an eine Stelle nahe der, jedoch oberhalb der, an welcher das Medium in die Lagerstätte injiziert werden soll, in den Raum zwischen der Führung mit durchlässiger Wand und der Lagerstätte ein festes Granulat in einem solchen Ausmaß einbringt, daß die vertikale Permeabilität in diesem Raum nicht wesentlich größer ist als die Permeabilität aufgrund der Hohlräume innerhalb einer Schüttung von Teilchen in der Größe von Kies, man in den Ringraum zwischen Rohrstrang und der Führung auf einer Tiefe unmittelbar oberhalb der, an der das gasförmige, fließfähige Medium in die Lagerstätte eingeführt werden soll, einen mechanischen Fließwiderstand für das Medium anordnet, man ein Medium, welches deutlich viskoser ist als das gasförmige, fließfähige Medium ist, durch den Ringraum oberhalb des mechanischen Fließwiderstands unter solchen Bedingungen der Menge und des Drucks injiziert, daß der Schaumdruck in der Nähe des Fließwiderstands den Druck übersteigt, mit dem das gasförmige, fließfähige Medium in die Lagerstätte injiziert wird, und man schließlich durch den Rohrstrang und in die Lagerstätte unterhalb des mechanischen Fließwiderstands das gasförmige, fließfähige Medium injiziert.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als Führung mit durchlässiger Wand eine durchbrochene Auskleidung oder ein Netz in der Tiefe des Lagerstättenintervalls anwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß man für die Füllung des Ringraums zwischen der Führung und der Lagerstätte ein Granulat verwendet, welches eine vorher eingebrachte Kiespackung war.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man für den Fließwiderstand zwei gummielastische Kappen anwendet.

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5. Verfahren nach Anspruch 1,

ι dadurch gekennzeichnet ,

• daß man als Führung mit durchlässiger Wand eine durchbrochene oder geschlitzte Auskleidung oder ein Sieb um eine durchbrochene Verrohrung anwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als Fließwiderstand eine Packung oder einen Behälter anwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als deutlich viskoseres Medium als das gasförmige Medium Dampfschaum verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dampfschaum verwendet, der durch Mischen von Dampf, Wasser, einem oberflächenaktiven Mittel, einem Elektrolyten und einem nicht-kondensierbaren Gas hergestellt worden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß man die Viskosität des Dampfschaums so einstellt, daß ein merkliches Fließen des Dampfschaums in die Lagerstätte möglich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß man das Verfahren für die ölgewinnung mit Hilfe von Dampfinjektion anwendet.