DE60115873T2

DE60115873T2 - Verfahren zur behandlung von erdöllagerstätten

Info

Publication number: DE60115873T2
Application number: DE60115873T
Authority: DE
Inventors: Eric De Rouffignac; Lee Scott WELLINGTON; J. Harold VINEGAR; Leo George STEGEMEIER; Emil Ilya BERCHENKO; Albert Kevin MAHER
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: EP1276958B1; ATE276428T1; EA004089B1; EP1276965B1; CN1272523C; CA2406742C; CN1278015C; EP1276965A1; CA2407232C; DE60116078D1; CN1430697A; EA003540B1; CA2407232A1; EP1276958A1; AU6024301A; NZ522213A; DE60116078T2; DE60116077T2; AU777152B2; CA2407228C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in situ-Behandlung einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation und zur Produktion eines Kohlenwasserstofffluids aus der Formation durch Pyrolysieren von in der Formation vorliegenden Kohlenwasserstoffen.
Kohlenwasserstoffe, die aus unterirdischen Formationen gewonnen werden, werden oft als Energieressourcen, als Einsatzstoffe und als Produkte für Endverbraucher verwendet. Bedenken hinsichtlich der Erschöpfung vorhandener Kohlenwasserstoffressourcen haben zur Entwicklung von Verfahren zur effizienteren Gewinnung, Verarbeitung und Verwendung vorhandener Kohlenwasserstoffressourcen geführt. In situ-Verfahren können verwendet werden, um Kohlenwasserstoffmaterialien aus unterirdischen Formationen zu entfernen. Chemische und/oder physikalische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffmaterial in einer unterirdischen Formation müssen unter Umständen verändert werden, um Kohlenwasserstoffmaterial einfacher aus der unterirdischen Formation entfernen zu können. Die chemischen und physikalischen Veränderungen können in situ-Reaktionen umfassen, die entfernbare Fluide, Löslichkeitsänderungen, Phasenänderungen und/oder Viskositätsänderungen des Kohlenwasserstoffmaterials in der Formation hervorrufen. Ein Fluid kann, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Emulsion, eine Aufschlämmung und/oder ein Strom von festen Teilchen mit Strömungseigenschaften ähnlich einem Flüssigkeitsstrom sein.
Beispiele für in situ-Verfahren, die Untertageheizeinrichtungen verwenden, sind in den US-A-2,634,961, US-A-2,732,195, US-A-2,780,450, US-A-2,789,805, US-A-2,923,535 und US-A-4,886,118 veranschaulicht.
Zum Beispiel wird in der US-A-2,923,535 und der US-A-4,886,118 die Anwendung von Wärme auf Ölschieferformationen beschrieben. Darin wird Wärme auf die Ölschieferformation angewandt, um Kerogen innerhalb der Ölschieferformation zu pyrolysieren. Die Wärme bricht auch die Formation, um die Permeabilität der Formation zu erhöhen. Die erhöhte Permeabilität erlaubt, dass Kohlenwasserstofffluide zu einer Produktionsbohrung strömen, wo das Fluid aus der Ölschieferformation entfernt wird.
In den US-Patenten 4,306,621 und 4,662,439 sind unterirdische Kohlevergasungsverfahren beschrieben, worin ein erhöhter Druck angewandt wird und ein Verbindungspfad zwischen einer Injektionsbohrung für ein Oxidans und einer Produktionsbohrung durch Aufbrechen oder Explosionsstoffe hergestellt wird, welcher Verbindungspfad anschließend als eine Konvektionswärmequelle dient.
Es gab bedeutende Anstrengungen, um Verfahren und Systeme zu entwickeln, damit Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und/oder weitere Produkte aus Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formationen kostengünstig produziert werden können. Derzeit gibt es jedoch noch immer viele Kohlenwasserstoffe enthaltende Formationen, aus denen Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und/oder weitere Produkte nicht kostengünstig produziert werden können. Somit besteht noch immer ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zur Produktion von Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und/oder weiteren Produkten aus verschiedenen Kohlenwasserstoff enthaltenden Formationen.
Es wurde nun festgestellt, dass durch Anwenden von Druck bei der Pyrolyse einer kohlenwasserstoffhältigen Formation, welche durch eine Wärmequelle erhitzt wird, die für eine konduktive Erwärmung während der Herstellung von Kohlenwasserstofffluiden geeignet ist, unerwartete Vorteile erzielt werden können.
Ein erhöhter Druck in der Formation führt zur Produktion verbesserter Kohlenwasserstofffluide. Wenn der Druck in der Formation erhöht wird, umfassen die Kohlenwasserstofffluide, die aus der Formation produziert werden, einen größeren Anteil an nicht-kondensierbaren Komponenten. Auf diese Weise umfaßt eine signifikante Menge (z.B. ein Großteil) der bei einem solchen Druck produzierten Kohlenwasserstofffluide eine leichtere, kondensierbare Komponente von höherer Qualität als Kohlenwasserstofffluide, die bei geringerem Druck produziert werden.
Es hat sich gezeigt, dass das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der erhitzten Formation im wesentlichen die Produktion von Kohlenwasserstofffluiden mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von größer als z.B. etwa 25 und/oder Mehrring-Kohlenstoffverbindungen verhindert. Es hat sich auch gezeigt, dass das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der erhitzten Formation zu einer Erhöhung der API-Schwerkraft von Kohlenwasserstofffluiden, die aus der Formation produziert werden, führt. Somit können höhere Drücke die Produktion von relativ kurzkettigen Kohlenwasserstofffluiden, die höhere API-Schwerkraft-Werte aufweisen können, erhöhen.
Ferner verhindert das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der Formation eine Absenkung der Formation. Das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der Formation zielt auch darauf ab, die notwendigen Dimensionen von Sammelleitungen, die verwendet werden, um kondensierbare Komponenten zu befördern, zu reduzieren. Das Aufrechterhalten eines erhöhten Druckes in der Formation kann auch die Gewinnung von Elektrizität aus produzierten nicht-kondensierbaren Fluiden erleichtern. Zum Beispiel können die produzierten nicht-kondensierbaren Fluide durch eine Turbine geleitet werden, um Elektrizität zu gewinnen.
Diese Vorteile sind unerwartet, beispielsweise im Hinblick auf US-A-2,923,535. Darin wurde Druck angewandt, indem alle Gasauslassventile zum Zweck des Testens der Porosität und Permeabilität der Formation für Gase und Dämpfe geschlossen wurden. In US-A-2,923,535 findet sich kein Hinweis auf einen erhöhten Druck während der Produktion von Gasen und Dämpfen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur in situ-Behandlung einer kohlenwasserstoffhältigen Formation und zur Ausbildung eines Kohlenwasserstofffluids aus der Formation, welches Verfahren ein Pyrolysieren von in der Formation vorliegenden Kohlenwasserstoffen bei einem Druck von wenigstens 2 bar und weniger als 70 bar umfaßt, und worin die Formation durch eine Wärmequelle erhitzt wird, die zum konduktiven Erwärmen wenigstens eines Teiles der kohlenwasserstoffhältigen Formation mit einer Aufheizgeschwindigkeit vor weniger als 0,7°C/Tag geeignet ist.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Produktion von Synthesegas bereit, umfassend das Bereitstellen einer erfindungsgemäß behandelten Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation und das Umsetzen der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation mit einem Synthesegas generierenden Fluid.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Produktion von Kohlenwasserstoffen bereit, umfassend das Bereitstellen eines nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellten Synthesegases und das Umwandeln des Synthesegases in Kohlenwasserstoffe.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Energiegewinnung bereit, umfassend das Bereitstellen eines nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellten Synthesegases und das Expandieren und/oder Verbrennen des Synthesegases.
In US-A-5,236,039 ist ein Verfahren zur in-situ-Behandlung einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation unter Verwendung von Radiofrequenzheizquellen zum Erhitzen der Formation auf Pyrolysetemperatur beschrieben. In diesem Dokument findet sich keine allgemeine Lehre hinsichtlich des Einflusses des Drucks auf das Verfahren oder auf dessen Ergebnisse. Es findet sich jedoch eine zufällige Offenbarung von 50 psi in Kombination mit Pyrolysetemperaturen bis zu 575°F im Zusammenhang mit einer Simulation der betreffenden Erfindung (siehe darin Tabelle 1). Die Anwendung eines Drucks von 3, 52 bar (50 psi) bei Temperaturen bis zu 301,7°C (575°F) in Kombination mit der Anwendung von Radiofrequenzheizungen im Behandlungsverfahren der Erfindung wird vom Schutzumfang dieser Erfindung ausgeschlossen.
Sofern nicht anders angegeben, wird der Ausdruck "Druck" hierin als auf Absolutdruck bezogen betrachtet. Der Druck, welcher während der Produktion von Kohlenwasserstofffluid aus der Formation oder während der Produktion von Synthesegas herrscht, wird als in einer Produktionsbohrung in direkter Nähe zu dem relevanten Teil der Formation, wo die Pyrolyse oder die Produktion von Synthesegas stattfindet, gemessen angesehen.
Vorzugsweise enthält die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation für die Verwendung in dieser Erfindung Kerogen. Kerogen setzt sich aus organischem Material zusammen, welches infolge eines Reifungsprozesses umgewandelt wurde. Kohlenwasserstoffe enthaltende Formationen, die Kerogen umfassen, sind z.B. Kohle enthaltende Formationen und Ölschiefer enthaltende Formationen. Alternativ können Kohlenwasserstoffe enthaltende Formationen behandelt werden, die kein Kerogen umfassen, z.B. Formationen, die schwere Kohlenwasserstoffe enthalten (z.B. Teersande).
Kohlenwasserstoffe enthaltende Formationen können auf der Grundlage von Eigenschaften von wenigstens einem Teil der Formation zur in situ-Behandlung ausgewählt werden, so dass diese zur Produktion von qualitativ hochwertigen Fluiden aus der Formation führt. Beispielsweise können Kohlenwasserstoffe enthaltende Formationen, die Kerogen umfassen, auf der Grundlage der Vitrinitreflexion des Kerogens für eine Behandlung bewertet oder ausgewählt werden. Die Vitrinitreflexion steht oft mit dem Verhältnis von elementarem Wasserstoff zu Kohlenstoff eines Kerogens und mit dem Verhältnis von elementarem Sauerstoff zu Kohlenstoff des Kerogens in Beziehung. Vorzugsweise liegt die Vitrinitreflexion im Bereich von 0,2% bis 3%, noch bevorzugter von 0,5% bis 2,0%. Solche Bereiche der Vitrinitreflexion neigen dazu, anzuzeigen, dass qualitativ relativ höherwertige Kohlenwasserstofffluide aus der Formation produziert werden.
Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation kann auf der Grundlage des Gehalts an elementarem Wasserstoff der Kohlenwasserstoffe in der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation für eine Behandlung ausgewählt werden. Beispielsweise kann ein Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation typischerweise umfassen, dass eine Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation für eine Behandlung ausgewählt wird, die einen Gehalt an elementarem Wasserstoff von größer als 2 Gew.-%, vorzugsweise größer als 3 Gew.-%, oder noch bevorzugter größer als 4 Gew.-%, gemessen auf trockener, aschefreier Basis, aufweist. Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation weist vorzugsweise ein Verhältnis von elementarem Wasserstoff zu Kohlenstoff im Bereich von 0,5 bis 2, insbesondere von 0,70 bis 1,7 auf. Der Gehalt an elementarem Wasserstoff kann die Zusammensetzung der produzierten Kohlenwasserstofffluide signifikant beeinflussen, z.B. durch die Bildung von molekularem Wasserstoff. Somit werden dann, wenn in der Formation zu wenig Wasserstoff vorhanden ist, die Menge und die Qualität der pro duzierten Fluide negativ beeinflußt werden. Es ist von Vorteil, einen Wasserstoffpartialdruck aufrecht zu erhalten, und wenn zu wenig Wasserstoff natürlich vorhanden ist, dann kann der Formation Wasserstoff oder ein anderes reduzierendes Fluid zugesetzt werden.
Die Kohlenwasserstoffe in der Formation können typischerweise einen Gewichtsprozentanteil an elementarem Sauerstoff von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15% und noch bevorzugter weniger als 10%, gemessen auf trockener, aschefreier Basis, aufweisen. Typischerweise beträgt das Verhältnis von elementarem Sauerstoff zu Kohlenstoff weniger als 0,15. Auf diese Weise kann die Produktion von Kohlendioxid und weiteren Oxiden aus einem in situ-Umwandlungsvorgang von Kohlenwasserstoffe enthaltendem Material verringert werden. Häufig liegt das Verhältnis von elementarem Sauerstoff zu Kohlenstoff im Bereich von 0,03 bis 0,12.
Das Erhitzen der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation umfaßt im allgemeinen die Bereitstellung einer großen Energiemenge an Heizquellen, die innerhalb der Formation angeordnet sind. Kohlenwasserstoffe enthaltende Formationen können Wasser enthalten. Wasser, das in den Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formationen vorhanden ist, wird dazu neigen, die Energiemenge, die erforderlich ist, um die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation zu erhitzen, weiter zu erhöhen, da eine große Energiemenge erforderlich sein kann, um Wasser aus der Formation zu verdampfen. Es können daher übermäßige Mengen an Wärme und/oder Zeit erforderlich sein, um eine Formation mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt zu erhitzen. Vorzugsweise beträgt der Wassergehalt der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation weniger als 15 Gew.-%, noch bevorzugter weniger als 10%.
Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation oder der Abschnitt davon, der einer Pyrolyse unterzogen wird, kann eine Breite von z.B. wenigstens 0,5 m oder wenigstens 1,5 m oder wenigstens 2,4 m oder sogar wenigstens 3,0 m aufweisen. Die Breite kann bis zu 100 m oder bis zu 1000 m oder sogar bis zu 2000 m oder mehr betragen. Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation oder der Abschnitt davon, der einer Pyrolyse unterzogen wird, kann eine Schichtdicke von z.B. wenigstens 2 m, noch typischer im Bereich von 4 m bis 100 m und noch typischer von 6 m bis 60 m besitzen. Die überlagernden Schichten der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation können eine Dicke von z.B. wenigstens 10 m, noch typischer im Bereich von 20 m bis 800 m oder bis zu 1000 m oder mehr aufweisen.
Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation kann gemäß Verfahren nach dem Stand der Technik auf eine Temperatur erhitzt werden, die für eine Pyrolyse von in der Formation vorhandenen Kohlenwasserstoffen ausreichend ist, indem eine oder mehrere in Heizbohrungen angeordnete Heizquellen verwendet werden.
Die Heizbohrungen können in der Nähe der oder vorzugsweise in der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation angeordnet sein. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Heizquellen verwendet, so dass eine große (ein großer Abschnitt einer) Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation erhitzt werden kann, und vorzugsweise derart, dass eine Überlagerung (Überlappung) der von den Heizquellen erzeugten Hitze erfolgt. Eine Überlagerung von Hitze kann die Zeit verringern, die erforderlich ist, um Pyrolysetemperaturen zu erreichen. Eine Überlagerung von Hitze kann einen relativ großen Abstand zwischen benachbarten Heizquellen erlauben, was wiederum für eine relativ langsame Aufheizgeschwindigkeit der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation sorgt. Eine Überlagerung von Hitze wird auch für eine gleichmäßige Erhitzung sorgen, so dass die Temperaturen geregelt werden können, um Fluide mit wünschenswerten Eigenschaften überall in (einem großen Abschnitt) der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation zu erzeugen.
Der Abstand zwischen Heizquellen kann typischerweise im Bereich von 5 m bis 20 m, vorzugsweise von 8 m bis 12 m liegen. Eine Anordnung von im wesentlichen äquidistanten Heizquellen in einem dreieckigen Muster wird bevorzugt, da dies ein gleichförmigeres Erhitzen der Formation im Vergleich mit anderen Mustern wie z.B. Sechsecken gewährleistet. Zusätzlich neigt ein dreieckiges Muster im Vergleich mit anderen Mustern wie Sechsecken dazu, ein schnelleres Aufheizen auf eine vorbestimmte Temperatur zu gewährleisten.
Es kann eine beliebige herkömmliche Heizquelle angewendet werden. Es wird bevorzugt, Heizquellen anzuwenden, die für ein konduktives Erwärmen geeignet sind, z.B. jede beliebige Art von elektrischer Heizeinrichtung oder jede beliebige Art von Verbrennungs-Heizeinrichtung. Weniger bevorzugt sind Heizquellen, die Radiofrequenzerhitzung anwenden.
Da die Permeabilität und/oder Porosität in der erhitzten Formation relativ schnell erhöht werden, können produzierte Dämpfe mit relativ geringem Druckunterschied über beträchtliche Distanzen durch die Formation strömen. Zunahmen der Durchlässigkeit resultieren aus einer Abnahme an Masse des erhitzten Abschnitts auf Grund des Verdampfens von Wasser, der Entfernung von Kohlenwasserstoffen und/oder der Erzeugung von Rissen. Für die Produktion der Kohlenwasserstofffluide können Produktionsbohrungen vorzugsweise in der Nähe der Oberfläche der Formation vorgesehen sein. Fluid, das in der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation gebildet wird, kann als Dampf eine beträchtliche Distanz durch die Kohlenwasserstoff enthaltende Formation zurücklegen. Solch eine beträchtliche Distanz kann z.B. 50 m bis 1000 m umfassen. Der Dampf kann auf Grund der Permeabilität des erhitzten Abschnitts der Formation einen relativ geringen Druckabfall über die beträchtliche Distanz aufweisen. Auf Grund einer solchen Permeabilität kann eine Produktionsbohrung nur in jeder zweiten Heizquelleneinheit, oder in jeder dritten, vierten, fünften oder sechsten Heizquelleneinheit, von denen eine jede mehrere Heizbohrungen, z.B. zwei, drei oder sechs umfassen kann, vorgesehen sein. Die Produktionsbohrungen können ausgekleidete Schächte sein, die ein Produktionssieb oder perforierte Auskleidungen aufweisen können. Zusätzlich können die Produktionsbohrungen von Sand oder Kies umgeben sein, um den Druckabfall von Fluiden, die in die Auskleidung eintreten, zu verringern.
Zusätzlich können Wasserpumpbohrungen oder Vakuumbohrungen eingerichtet werden, um flüssiges Wasser aus der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation zu entfernen. Beispielsweise können mehrere Wasserbohrungen die gesamte oder den Abschnitt der Formation, die/der erhitzt werden soll, umgeben.
Das produzierte Kohlenwasserstofffluid ist ein Material, das in seiner Molekularstruktur Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Es kann auch andere Elemente wie Halogene, Metallelemente, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel umfassen.
Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der Pyrolyse stattfinden kann. Der Temperaturbereich für die Pyrolyse kann Temperaturen bis zu beispielsweise 900°C umfassen. Ein Großteil von Kohlenwasserstofffluiden kann innerhalb eines Pyrolysetemperaturbereiches von 250°C bis 400°C, bevorzugter im Bereich von 260°C bis 375°C produziert werden. Eine Temperatur, die ausreichend ist, um schwere Kohlenwasserstoffe in einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation mit relativ geringer Permeabilität zu pyrolysieren, kann innerhalb eines Bereiches von 270°C bis 300°C liegen. Bei weiteren Ausführungsformen kann eine Temperatur, die ausreichend ist, um schwere Kohlenwasserstoffe zu pyrolysieren, innerhalb eines Bereiches von 300°C bis 375°C liegen. Wenn eine Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation über den gesamten bei den gesamten Pyrolysetemperaturbereich erhitzt wird, kann die Formation in Richtung der Obergrenze des Pyrolysetemperaturbereiches nur geringe Mengen an Wasserstoff fördern. Nachdem der verfügbare Wasserstoff aufgebraucht ist, kann eine geringe Kohlenwasserstoffproduktion aus der Formation erfolgen.
Vorzugsweise werden die zur Pyrolyse vorgesehene Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation oder die Abschnitte davon bei einer niedrigen Aufheizgeschwindigkeit erhitzt. Im allgemeinen wird die Aufheizgeschwindigkeit höchstens 50°C/Tag betragen. Typischerweise beträgt die Aufheizgeschwindigkeit weniger als 10°C/Tag, noch typischer weniger als 3°C/Tag, insbesondere weniger als 0,7°C Tag. Häufig wird die Aufheizgeschwindigkeit mehr als 0,01°C/Tag betragen, insbesondere mehr als 0,1°C/Tag. Derart niedrige Aufheizgeschwindigkeiten werden insbesondere im Pyrolysetemperaturbereich angewendet. Noch spezieller können erhitzte Abschnitte der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation mit einer solchen Geschwindigkeit für eine Zeitdauer von mehr als 50% der Zeit erhitzt werden, die erforderlich ist, um den Pyrolysetemperaturbereich zu überspannen, vorzugsweise mehr als 75% der Zeit, die erforderlich ist, um den Pyrolysetemperaturbereich zu überspannen, oder noch bevorzugter mehr als 90% der Zeit, die erforderlich ist, um den Pyrolysetemperaturbereich zu überspannen.
Die Geschwindigkeit, mit der die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation erhitzt wird, kann die Quantität und die Qualität der aus der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation produzierten Kohlenwasserstofffluide beeinflussen. Zum Beispiel kann das Aufheizen mit hohen Aufheizgeschwindigkeiten eine größere Quantität an Fluiden aus der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation fördern. Die Produkte solcher Verfahren können jedoch eine deutlich geringere Qualität aufweisen, als wenn beim Aufheizen niedrigere Aufheizgeschwindigkeiten verwendet werden. Ferner sorgt die Regelung der Aufheizgeschwin digkeit mit weniger als 3°C/Tag im allgemeinen für eine bessere Regelung der Temperatur innerhalb der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation.
Die vorliegende Lehre, was Aufheizgeschwindigkeiten betrifft, ist auch anwendbar, wenn ein Druck unter 1,5 bar während der Produktion des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation angewandt wird.
Das Erhitzen einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation auf den Pyrolysetemperaturbereich kann erfolgen, bevor innerhalb der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation eine wesentliche Permeabilität erzeugt wurde. Ein anfängliches Fehlen von Permeabilität kann den Transport der erzeugten Fluide aus einer Pyrolysezone innerhalb der Formation verhindern. Auf diese Art und Weise kann, während zu Beginn Hitze von der Heizquelle an die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation übertragen wird, der Fluiddruck in der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation in der Nähe der Heizquelle ansteigen.
Der durch Expansion der in der Formation erzeugten Kohlenwasserstofffluide oder anderer Fluide erzeugte Druck kann zu Beginn ansteigen, da ein offener Pfad zu der Produktionsbohrung oder irgendeine andere Drucksenke in der Formation noch nicht bestehen kann. Zusätzlich kann der Fluiddruck den lithostatischen Druck überschreiten, so dass sich in der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation von den Heizquellen zu den Produktionsbohrungen Risse bilden können. Die Bildung von Rissen innerhalb des erhitzten Abschnitts reduziert dann auf Grund der Produktion von Kohlenwasserstofffluiden durch die Produktionsbohrungen den Druck.
Um den Druck innerhalb der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation während der Produktion von Kohlenwasserstofffluiden aufrecht zu erhalten, kann an der Produktionsbohrung ein Ge gendruck aufrecht erhalten werden. Der Druck kann mit Hilfe von Ventilen und/oder durch Injizieren von Gasen, z.B. Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickstoff oder Methan, oder Wasser oder Wasserdampf in die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation geregelt werden. Das Injizieren von Wasserstoff wird besonders bevorzugt.
Die Ventile können so ausgebildet sein, dass sie den Druck innerhalb der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation aufrechterhalten, ändern und/oder regeln. Zum Beispiel können Heizquellen, die innerhalb der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation angeordnet sind, mit einem Ventil gekoppelt werden. Das Ventil kann so ausgebildet sein, dass es Fluid aus der Formation durch die Heizquelle freisetzt, oder um ein Gas in die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation zu injizieren. Alternativ kann ein Druckventil mit den Produktionsbohrungen gekoppelt sein. Fluide, die von den Ventilen freigesetzt werden, können gesammelt und für eine weitere Verarbeitung und/oder Behandlung zu einer Einheit an der Oberfläche befördert werden.
In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird der Druck während der Pyrolyse und während der Produktion des Kohlenwasserstofffluides aus der Formation geregelt. Typischerweise wird ein Druck von wenigstens 1,5 bar angewandt, in noch typischerer Weise von wenigstens 1,6 bar, insbesondere von wenigstens 1,8 bar. Häufig kann, wenn die Pyrolysetemperatur wenigstens 300°C ist, ein Druck von wenigstens 1,6 bar angewandt werden und unter 300°C kann ein Druck von wenigstens 1,8 bar angewandt werden. Der obere Grenzwert des Druckes kann durch die Struktur und das Gewicht der darüberliegenden Schichten bestimmt werden. Häufig beträgt unter praktischen Bedingungen der Druck weniger als 70 bar, noch häufiger weniger als 60 bar und noch weniger als 50 bar. Der Druck kann vorteilhafterweise innerhalb eines Bereiches von 2 bar bis 18 bar oder 20 bar oder in alternativer Weise alternativer Weise innerhalb eines Bereiches von 20 bar bis 36 bar geregelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform, wie hier vorstehend angeführt, wird ein Partialdruck von Wasserstoff aufrechterhalten. Typischerweise beträgt der Partialdruck wenigstens 0,2 bar und vorzugsweise wenigstens 0,4 bar und bis zu 35 bar oder sogar bis zu 50 bar, in typischerer Weise im Bereich von 0,6 bis 20 bar, insbesondere im Bereich von 1 bar bis 10 bar, stärker bevorzugt im Bereich von 5 bar bis 7 bar. Das Aufrechterhalten eines Wasserstoffpartialdruckes innerhalb der Formation erhöht insbesondere die API-Schwerkraft der produzierten Kohlenwasserstofffluide und verringert die Produktion von langkettigen Kohlenwasserstofffluiden.
Die vorliegende Lehre im Hinblick auf den Partialdruck des Wasserstoffs ist auch anwendbar, wenn ein Druck unter 1,5 bar während der Herstellung des Kohlenwasserstofffluides aus der Formation angewandt wird.
Darüber hinaus besteht eine Präferenz zur Regelung des Drucks in Relation zur innerhalb des Pyrolysetemperaturbereiches angewandten Temperatur, durch welche die Quantität, die Zusammensetzung und die Qualität des produzierten Kohlenwasserstofffluides geregelt werden kann. In dieser Hinsicht können die Quantität, die Zusammensetzung und die Qualität der Kohlenwasserstofffluide durch eine oder mehrere relevante Eigenschaften wie die API-Schwerkraft, das Ethylen-zu-Ethan-Verhältnis, das Verhältnis von elementarem Kohlenstoff zu Wasserstoff, die Äquivalente an produzierten Flüssigkeiten (Gas und Flüssigkeit), die produzierten Flüssigkeiten, die Prozente des Fischer-Assays und das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen von mehr als 25 innerhalb der Kohlenwasserstofffluide definiert werden. Der Druck für eine ausgewählte Temperatur oder die Temperatur für einen ausgewählten Druck, welche Kohlenwasserstofffluide mit der relevanten Eigenschaft liefern können, können unter Verwendung einer Gleichung, das ist die hierin nachstehend angeführte "Gleichung 1" der Form:
bestimmt werden, worin P der Druck (in bar absolut), T die Temperatur (° Celsius) und A und B Parameter sind, welche sich auf die relevanten Eigenschaften beziehen und durch das Experiment ermittelt werden können. Die Dimensionen des Faktors 0,07 und der Parameter A und B sind derart, dass sie mit den Dimensionen P und T übereinstimmen.
Um ein Kohlenwasserstofffluid mit einem niedrigen Gehalt an Kohlenwasserstoffen mit einer Kohlenstoffzahl von 25 oder mehr, z.B. weniger als 25 Gew.-%, zu produzieren, wird bevorzugt, dass ein Druck angewandt wird, der wenigstens der Druck ist, der aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 14206 ist und B gleich 25,123 ist, stärker bevorzugt A gleich 15972 ist und B gleich 28,442 ist, im speziellen A gleich 17912 ist und B gleich 31,804 ist, noch spezieller A gleich 19929 ist und B gleich 35,349 ist, ganz speziell A gleich 21956 ist und B gleich 38,849 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen so zu arbeiten, dass der Druck höchstens der Druck ist, der aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 24146 ist und B gleich 43,349 ist.
In einem anderen Beispiel, um ein Kohlenwasserstofffluid mit einer hohen API-Schwerkraft, z.B. wenigstens 30°, zu produzieren, wird bevorzugt einen Druck anzuwenden, der wenigstens der Druck ist, der aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 30864 ist und B gleich 50,676 ist, stärker bevorzugt A gleich 21719 ist und B gleich 37,821 ist, insbesondere A gleich 16895 ist und B gleich 31,170 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen so zu arbeiten, dass der Druck höchstens der Druck ist, der aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 16947 ist und B gleich 33,603 ist.
In einem anderen Beispiel, um ein Kohlenwasserstofffluid mit einem niedrigen Ethylen/Ethan-Verhältnis, z.B. höchstens 0,1, zu produzieren, wird bevorzugt einen Druck anzuwenden, der wenigstens der Druck ist, der aus Gleichung 1 errechnet werden kann, worin A gleich 57379 ist und B gleich 83,145 ist, vorzugsweise A gleich 16056 ist und B gleich 27,652 ist, insbesondere A gleich 11736 ist und B gleich 21,986 ist. In der Praxis mag es oft ausreichen derart zu arbeiten, dass der Druck höchstens der Druck ist, welcher aus der Gleichung 1 berechnet werden kann, worin A gleich 5492,8 ist und B gleich 14,234 ist.
Die potenzielle Gesamtmenge an Kohlenwasserstofffluiden, die aus dem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Material produziert werden kann, kann durch das Fischer-Assay bestimmt werden. Das Fischer-Assay ist ein Standardverfahren, das das Aufheizen einer Probe aus Kohlenwasserstoffe enthaltendem Material auf ca. 500°C, das Sammeln von aus der erhitzten Probe erzeugten Produkten, und die Quantifizierung der Produkte beinhaltet. Um eine hohe Quantität an Kohlenwasserstofffluid aus der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation, z.B. wenigstens 60% des durch das Fischer-Assay angegeben Wertes, zu produzieren, wird es bevorzugt einen Druck anzuwenden, welcher höchstens der Druck ist, der aus Gleichung 1 berechnet werden kann, worin A 11118 entspricht und B 23,156 entspricht, stärker bevorzugt A 13726 entspricht und B 26,635 entspricht, insbesondere A 20543 entspricht und B 36,191 entspricht. In der Praxis mag es oft ausreichen, daß derart gearbeitet wird, daß der Druck wenigstens der Druck ist, welcher aus Gleichung 1 berechnet werden kann, worin A 28554 entspricht und B 47,084 entspricht.
In bestimmten Fällen kann es höchst vorteilhaft sein, den Druck und die Temperatur derart zu regeln, daß sie zu Werten A und B gehören, die Zustände relativ niedriger Vorzugsniveaus, wie hierin vorstehend angegeben, darstellen. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn eine bestimmte Kombination aus Quantität, Zusammensetzung und Qualität des Produktes erwünscht ist. Somit umfaßt die oben stehende Offenlegung auch alle möglichen Unterbereiche, die durch Kombinieren von Sätzen aus A und B, wie offengelegt, definiert werden können. Insbesondere kann es während der Produktion des Kohlenwasserstofffluids von Vorteil sein, eine relevante Eigenschaft im wesentlichen konstant zu halten, was dadurch erreicht werden kann, daß unter einem konstanten Wert der Parameter A und B gearbeitet wird.
Die vorliegende Lehre im Hinblick auf die Regelung der Temperatur im Zusammenhang mit dem Druck und vice versa ist auch anwendbar, wenn ein Druck unter 1,5 bar während der Produktion des Kohlenwasserstofffluids auf der Formation angewandt wird.
Wenigstens 20%, typischerweise wenigstens 25%, vorzugsweise wenigstens 35% des anfänglichen Gesamtgehaltes an organischem Kohlenstoff der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation oder des Abschnitts davon, die/der der Pyrolyse unterzogen wird, kann zu Kohlenwasserstofffluiden umgewandelt werden. In der Praxis können häufig höchstens 90% des Gesamtgehaltes an organischem Kohlenstoff der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation oder des Abschnitts davon, die/der einer Pyrolyse unterzogen wird, in Kohlenwasserstofffluide umgewandelt werden, häufiger können dies höchstens 80% oder höchstens 70% oder höchstens 60% sein.
In bestimmten Ausführungsformen kann nach der Pyrolyse Synthesegas aus Kohlenwasserstoffen, die in der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation zurückbleiben, produziert werden. Die Pyrolyse kann eine relative hohe, im wesentlichen einheitliche Permeabilität über die gesamte Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation oder den pyrolysierten Abschnitt davon erzeugen. Solch eine relativ hohe, im wesentlichen einheitliche Permeabilität erlaubt die Erzeugung von Synthesegas ohne die Produktion bedeutender Mengen von Kohlenwasserstofffluiden in dem Synthesegas. Der Abschnitt weist auch einen großen Oberflächenbereich und/oder einen großen Oberflächenbereich/Volumen auf. Der große Oberflächenbereich kann zulassen, daß Synthesegas generierende Reaktionen im wesentlichen bei Gleichgewichtsbedingungen während der Erzeugung von Synthesegas erfolgen. Im Vergleich mit einer Erzeugung von Synthesegas in einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation, die keiner Pyrolyse unterzogen wurde, kann die relativ hohe, im wesentlichen einheitliche Permeabilität zu einer relativ hohen Gewinnungseffizienz an Synthesegas führen. Diese Lehre ist auch anwendbar, wenn in der Stufe der Pyrolyse ein Druck unter 1,5 bar während der Produktion des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation angewandt wird.
Die Pyrolyse von wenigstens etwas Kohlenwasserstoffe enthaltendem Material kann bei einigen Ausführungsformen 20% des ursprünglich verfügbaren Kohlenstoffes umwandeln. Die Synthesegaserzeugung kann wenigstens zusätzliche 10% und typischerweise bis zu zusätzliche 70% des anfänglich verfügbaren Kohlenstoffes umwandeln. Auf diese Weise kann die in situ-Synthesegaserzeugung aus einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Formation die Umwandlung größerer Mengen an anfänglich in dem Abschnitt verfügbarem Kohlenstoff erlauben.
Das Synthesegas kann aus der Formation vor oder nach der Produktion von Kohlenwasserstofffluid aus der Formation produziert werden. Das Synthesegas kann, obwohl es im allgemeinen als ein Gemisch aus Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO) definiert ist, zusätzliche Komponenten wie Wasser, Kohlendioxid (CO₂), Methan und andere Gase umfassen.
Die Synthesegaserzeugung kann begonnen werden, bevor und/oder nachdem die Kohlenwasserstoffproduktion auf ein unwirtschaftliches Niveau abgesunken ist. Auf diese Weise kann Wärme, die für die Pyrolyse bereitgestellt wird, auch verwendet werden, um Synthesegas zu erzeugen. Wenn z.B. ein Abschnitt der Formation nach der Pyrolyse 375°C aufweist, so ist im allgemeinen weniger zusätzliche Hitze erforderlich, um einen solchen Abschnitt auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, um eine Synthesegaserzeugung zu unterstützen. In bestimmten Fällen kann Hitze von einer oder mehreren Heizquellen bereitgestellt werden, um die Formation auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreichend ist, um eine Synthesegaserzeugung zu erlauben (z.B. im Bereich von 400°C bis 1200°C oder höher). Am oberen Ende des Temperaturbereiches kann das Synthesegas hauptsächlich H₂ und CO umfassen, z.B. in einem Molverhältnis von 1:1. Am unteren Ende dieses Temperaturbereiches kann das erzeugte Synthesegas ein höheres H₂-zu-CO-Verhältnis aufweisen.
Heizbohrungen, Heizquellen und Produktionsbohrungen innerhalb der Formation zur Pyrolyse und zur Produktion von Kohlenwasserstofffluiden aus der Formation können während der Synthesegaserzeugung als eine Injektionsbohrung, um Synthesegas generierendes Fluid einzuleiten, als eine Produktionsbohrung, oder als eine Heizquelle, um die Formation zu erhitzen, verwendet werden. Heizquellen für die Synthesegaserzeugung können jede beliebige der hierin vorstehend beschriebenen Heizquellen umfassen. Alternativ kann das Erhitzen umfassen, daß Wärme von einem Wärmeübertragungsfluid, z.B. Wasserdampf oder Verbrennungsprodukte aus einem Brenner, übertragen wird, das innerhalb einer Vielzahl von Bohrlöchern innerhalb der Formation strömt.
Ein Synthesegas generierendes Fluid, z.B. flüssiges Wasser, Wasserdampf, Kohlendioxid, Luft, Sauerstoff, Kohlenwasserstof fe und Gemische daraus, kann der Formation bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das Synthesegas generierende Fluidgemisch Wasserdampf und Sauerstoff umfassen. Das Synthesegas generierende Fluid kann wäßriges Fluid umfassen, das durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffe enthaltendem Material innerhalb eines weiteren Abschnitts der Formation erzeugt wurde. Die Bereitstellung eines Synthesegas generierenden Fluids kann alternativ umfassen, daß ein Wasserspiegel der Formation angehoben wird, so daß Wasser in diese strömen kann. Synthesegas generierendes Fluid kann auch durch eine Injektionsbohrung bereitgestellt werden. Das Synthesegas generierende Fluid wird im allgemeinen mit dem Kohlenwasserstoff in der Formation reagieren, um H₂, Wasser (als Flüssigkeit oder als Dampf), CO₂ und/oder CO zu bilden.
Kohlendioxid kann von dem Synthesegas abgetrennt werden und kann mit dem Synthesegas generierenden Fluid wieder in die Formation injiziert werden. Durch eine Verschiebung der vorherrschenden chemischen Gleichgewichtsreaktionen kann dem Synthesegas generierenden Fluid zugesetztes Kohlendioxid eine weitere Produktion von Kohlendioxid während der Synthesegaserzeugung wesentlich hemmen. Das Kohlendioxid kann auch mit Kohlenstoff in der Formation reagieren und Kohlenmonoxid bilden.
Kohlenwasserstoffe wie Ethan können dem Synthesegas generierenden Fluid zugesetzt werden. Wenn die Kohlenwasserstoffe in die Formation eingeleitet werden, können sie cracken und Wasserstoff und/oder Methan bilden. Das Vorhandensein von Methan in dem produzierten Synthesegas kann dessen Heizwert erhöhen.
Synthesegas generierende Reaktionen sind typischerweise endotherme Reaktionen. Während der Synthesegaserzeugung kann der Formation Hitze zugeführt werden, um die Temperatur der Formation auf einem gewünschten Niveau zu halten. Hitze kann von Heizquellen und/oder aus der Einleitung von Synthesegas gene rierendem Fluid, das eine höhere Temperatur aufweist als die Temperatur der Formation, zugeführt werden. Als Alternative kann dem Synthesegas generierendem Fluid ein Oxidationsmittel, z.B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, andere oxidierende Fluide, oder Kombinationen daraus, zugesetzt werden. Das Oxidationsmittel kann mit Kohlenstoff innerhalb der Formation reagieren und Hitze erzeugen, und dies resultiert in der Produktion von CO₂ und/oder CO. In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Formation Sauerstoff und Wasser (oder Wasserdampf) z.B. in einem Molverhältnis von 1:2 bis 1:10, vorzugsweise von 1:3 bis 1:7, z.B. 1:4, bereitgestellt.
Die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation kann während der Synthesegaserzeugung bei einem relativ hohen Druck gehalten werden. Synthesegas kann in einem ableiten Druckbereich, z.B. zwischen 1 bar und 100 bar, typischer zwischen 2 bar und 80 bar, insbesondere zwischen 5 bar und 60 bar erzeugt werden. Hohe Betriebsdrücke können zu einer erhöhten Produktion von H₂ führen. Hohe Betriebsdrücke können die Gewinnung von Elektrizität ermöglichen, indem produziertes Synthesegas durch eine Turbine geleitet wird, und sie können kleinere Sammelleitungen für den Transport von produziertem Synthesegas ermöglichen.
Das Synthesegas kann in einem weiten Temperaturbereich wie z.B. von 400°C bis 1200°C, typischer von 600°C bis 1000°C, erzeugt werden. Bei einer relativ niedrigen Synthesegaserzeugungstemperatur kann ein Synthesegas produziert werden, das ein hohes H₂-zu-CO-Verhältnis aufweist. Eine relativ hohe Temperatur der Formation kann ein Synthesegas produzieren, das ein H₂-zu-CO-Verhältnis aufweist, das sich 1 nähert, und der Strom kann hauptsächlich (und in einigen Fällen im wesentlichen nur) H₂ und CO umfassen. Bei einer Formationstemperatur von ungefähr 700°C kann die Formation ein Synthesegas mit einem H₂-zu-CO-Verhältnis von 2 produzieren. Typischerweise kann Synthesegas erzeugt werden, das ein H₂-zu-CO-Molverhältnis im Bereich von 1:4 bis 8:1, typischer im Bereich von 1:2 bis 4:1, insbesondere im Bereich von 1:1 bis 2,5:1 aufweist. Bestimmte Ausführungsformen können umfassen, daß ein erstes Synthesegas mit einem zweiten Synthesegas vermischt wird, um ein Synthesegas mit einer gewünschten Zusammensetzung zu produzieren. Das erste und das zweite Synthesegas können aus verschiedenen Abschnitten der Formation produziert werden.
Man kann die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation oder den Abschnitt davon, der einer Pyrolyse und optional einer Synthesegaserzeugung unterzogen wurde, abkühlen lassen oder abkühlen, so daß eine abgekühlte erschöpfte Formation ausgebildet wird.
Nach der Produktion von Kohlenwasserstofffluiden und/oder Synthesegas kann ein Fluid (z.B. Kohlendioxid) innerhalb der Formation sequestriert werden. Um eine bedeutende Menge an Fluid innerhalb der Formation zu speichern, wird es oft notwendig sein, daß die Temperatur der Formation weniger als 100°C, z.B. bis hinunter auf 20°C, beträgt. Wasser kann in die Formation eingeleitet werden, um Wasserdampf zu erzeugen und die Temperatur der Formation zu verringern. Der Wasserdampf kann aus der Formation entfernt werden. Der Wasserdampf kann für verschiedene Zwecke genutzt werden, z.B., um einen weiteren Abschnitt der Formation zu erhitzen, um Synthesegas in einem benachbarten Abschnitt der Formation zu erzeugen, oder als Dampfeinpressung in einer Erdöllagerstätte. Nachdem die Formation abgekühlt ist, kann Fluid in der Formation unter Druck gesetzt und sequestriert werden. Das Sequestrieren von Fluid innerhalb der Formation kann zu einer deutlichen Abnahme oder Eliminierung von Fluid, das auf Grund des Durchführens des vorliegenden in situ-Verfahrens in die Umwelt freigesetzt wird, führen. Die erschöpfte Formation ist für diesen Zweck besonders nützlich, da sie eine Struktur hoher Porosität und Permeabilität für Fluide, insbesondere Gase, aufweist.
Das Fluid, das sequestriert werden soll, kann unter Druck, z.B. im Bereich von 5 bar bis 50 bar in die abgekühlte erschöpfte Formation injiziert werden und auf Kohlenwasserstoffe enthaltendem Material in der Formation adsorbiert werden. Ein nachfolgendes Zusetzen von Wasser zu der Formation kann eine Desorption von Kohlendioxid hemmen. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Sequestrieren von Kohlenstoffdioxid ist in der US-A-5 566 756 veranschaulicht.
Die hierin beschriebenen Synthesegase können zu Kohlenwasserstoffen, die Methanol umfassen, oder zu weiteren Produkten, z.B. Ammoniak, umgewandelt werden. Zum Beispiel kann ein Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren konfiguriert sein, um Synthesegas in Paraffine umzuwandeln. Das Synthesegas kann auch in einem katalytischen Methanisierungsverfahren verwendet werden, um Methan zu erzeugen. Alternativ kann das Synthesegas für die Erzeugung von Methanol, Benzin- und Dieselkraftstoff, Ammoniak und Mitteldestillaten verwendet werden.
Das Synthesegas kann auch als eine Energiequelle verwendet werden. Zum Beispiel kann es als Verbrennungskraftstoff verwendet werden, um die Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation zu erhitzen oder um Wasserdampf zu erzeugen und dann Turbinen zur Gewinnung von Elektrizität anzutreiben. Synthesegas kann zur Gewinnung von Elektrizität verwendet werden, indem der Druck des Synthesegases in Turbinen herabgesetzt wird, oder indem die Temperatur des Synthesegases verwendet wird, um Wasserdampf zu erzeugen und dann Turbinen anzutreiben. Synthesegas kann auch in einer Energieerzeugungseinheit, wie z.B. einer Brennstoffzelle mit geschmolzenem Carbonat, einer Brennstoffzelle mit festem Oxid oder einem anderen Brennstoffzellentyp, verwendet werden.
Das H₂-zu-CO-Molverhältnis für Synthesegas, das als ein Einsatzgas für eine Fischer-Tropsch-Reaktion verwendet wird, beträgt typischerweise ungefähr 2:1. Das Fischer-Tropsch-Verfahren liefert typischerweise verzweigte und unverzweigte Paraffine, die durch Hydrocracken umgewandelt werden können, um Kohlenwasserstoffprodukte zu erzeugen, die z.B. Diesel, Kerosin und Naphtha-Produkte umfassen. Beispiele von Verfahren zur Umwandlung von Synthesegas in Kohlenwasserstoffe in einem Fischer-Tropsch-Verfahren sind in den US-A-4 096 163, US-A-4 594 468, US-A-6 085 512 und US-A-6 172 124 veranschaulicht.
Es kann gewünscht sein, daß die Zusammensetzung eines produzierten Synthesegases, das als Einsatzgas für ein katalytisches Methanisierungsverfahren verwendet werden kann, ein H₂-zu-CO-Molverhältnis von 3:1 bis 4:1 aufweist. Beispiele für ein katalytisches Methanisierungsverfahren sind in US-A-3 992 148, der US-A-4 130 575 und US-A-4 133 825 veranschaulicht.
Beispiele für Verfahren zur Erzeugung von Methanol aus Synthesegas sind in US-A-4 407 973, US-A-4 927 857 und US-A-4 994 093 veranschaulicht.
Beispiele für ein Verfahren zur Erzeugung von Motorkraftstoffen sind in US-A-4 076 761, US-A-4 138 442 und US-A-4 605 680 veranschaulicht.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
Beispiel 1
Verschiedene Proben einer Ölschiefer-Lagerstätte am Green River in Colorado, USA, wurden bei verschiedenen Temperaturen und Drücken einer Pyrolyse unterzogen, um die Auswirkungen der Pyrolysetemperatur und des Pyrolysedruckes auf die Qualität und die Quantität der produzierten Kohlenwasserstofffluide zu bestimmen.
Ein Edelstahldruckgefäß wurde zum Halten einer Ölschieferprobe konfiguriert. Das Gefäß und an dem Gefäß angebrachte Strömungsleitungen wurden mit einem elektrischen Heizband umwickelt, um für ein im wesentlichen gleichmäßiges Erhitzen über das ganze Gefäß und die Strömungsleitungen zu sorgen. Die Strömungsleitungen umfaßten ein Gegendruckventil für Versuche bei erhöhten Drücken. Nach dem Durchströmen des Ventils wurden die Produkte bei Atmosphärendruck in einem herkömmlichen Laborkühler aus Glas gekühlt und analysiert. Die Testdaten wurden verwendet, um einen Zusammenhang zwischen Druck/Temperatur für eine spezifische Qualität und Ausbeuteaspekte des Produkts mittels der Gleichung 1 und der Parameter A und B, wie hierin vorstehend beschrieben, zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, daß durch Erhöhen des Druckes der Gehalt in Gewichtsprozent an Kohlenwasserstoffen mit einer Kohlenstoffanzahl von 25 oder mehr verringert wird, die API-Schwerkraft erhöht wird, das Ethylen/Ethan-Verhältnis verringert wird und die Ausbeute an Kohlenwasserstoffen relativ zum Fischer-Assay ebenfalls verringert wird.
Beispiel 2
Kohlenwasserstoffhältige Fluide wurden aus einer kohlehältigen Formation durch eine in situ-Pyrolyse hergestellt. Die Kohle war eine hochflüchtige bituminöse "C"-Kohle, die als Schicht von etwa 4,9 m Stärke vorlag. Es wurden drei Wärmequellen in der Kohleformation in dreieckiger Konfiguration angeordnet. Eine Produktionsbohrung war nahe zum Zentrum des Wärmequellenmusters und äquidistant von jeder der Wärmequellen angeordnet. Es wurde eine Abpreßwand um das Wärmequellenmuster und die Produktionsbohrungen ausgebildet, um das Einströmen von Wasser in den der Pyrolyse zu unterwerfenden Abschnitt der Formation zu vermeiden. Es wurden Temperaturbeobachtungsbohrungen innerhalb der dreieckigen Konfiguration der Heizbohrungen angeordnet.
Es wurden zwei Proben von hochflüchtiger bituminöser "C"-Kohle mit 10°C pro Tag in dem Edelstahldruckgefäß erhitzt, um die Pyrolyse zu ermöglichen. Die Kohlenwasserstofffluide wurden bei 1 bar Druck und bei 8 bar Druck in der Kohleformation innerhalb der dreieckigen Konfiguration gesammelt. Das kondensierbare Kohlenwasserstoffprodukt, das bei 1 bar Druck erhalten wurde, wies eine API-Schwerkraft von 23,1° auf, wogegen die API-Schwerkraft des kondensierbaren Kohlenwasserstoffprodukts, welches bei 8 bar Druck erhalten wurde, 31,3° betrug. Das bei 1 bar Druck erhaltene kondensierbare Kohlenwasserstoffprodukt enthielt etwa 2 Gew.-% an C₂₅-Kohlenwasserstoffen, wogegen der Gehalt an C₂₅-Kohlenwasserstoffen des kondensierbaren Kohlenwasserstoffprodukts, welches bei 8 bar Druck erhalten wurde, etwa 0,1 Gew.-% betrug.

Claims

Verfahren zur in situ-Behandlung einer kohlenwasserstoffhältigen Formation und zur Ausbildung eines Kohlenwasserstofffluids aus der Formation, welches Verfahren ein Pyrolysieren von in der Formation vorliegenden Kohlenwasserstoffen bei erhöhtem Druck während der Ausbildung des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmequelle angewendet wird, die zum konduktiven Erwärmen wenigstens eines Teiles der kohlenwasserstoffhältigen Formation mit einer Aufheizgeschwindigkeit von weniger als 0,7°C/Tag geeignet ist und daß der Druck wenigstens 2 bar und weniger als 70 bar beträgt, mit der Maßgabe, daß dann, wenn der Druck 3,52 bar beträgt und die Pyrolyse bei einer Temperatur von bis zu 301,7°C erfolgt, eine andere Heizquelle angewendet wird als eine ausschließlich Radiofrequenzerwärmung liefernde Heizquelle.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die kohlenwasserstoffhältige Formation ein Kerogen, wie Kohle oder Ölschiefer, oder schwere Kohlenwasserstoffe, wie einen Teersand, umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, worin die in der Formation vorliegenden Kohlenwasserstoffe durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 250°C bis 400°C, insbesondere im Bereich von 260°C bis 375°C pyrolysiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Abstand zwischen den Wärmequellen von 5 bis 20 m beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches Verfahren ein Pyrolysieren von in der Formation vorliegenden Kohlenwasserstoffen bei einem Druck von wenigstens 2 bar während der Ausbildung des Kohlenwasserstofffluids aus der Formation und in Gegenwart von Wasserstoff bei einem Wasserstoffpartialdruck von wenigstens 0,5 bar, beispielsweise im Bereich von 1 bar bis 10 bar, insbesondere von 5 bar bis 7 bar umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Druck wenigstens jener Druck ist, der aus der Gleichung
berechnet werden kann, worin P der Druck ist (in bar absolut), T die Pyrolysetemperatur ist (°C), A den Wert 14.206 aufweist und B den Wert 25,123 hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Druck wenigstens jener Druck ist, der aus der Gleichung
berechnet werden kann, worin P der Druck ist (in bar absolut), T die Pyrolysetemperatur ist (°C), A den Wert 30.864 aufweist und B den Wert 50,676 hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Druck wenigstens jener Druck ist, der aus der Gleichung
berechnet werden kann, worin P der Druck ist (in bar absolut), T die Pyrolysetemperatur ist (°C), A den Wert 57.379 aufweist und B den Wert 83,145 hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Druck wenigstens jener Druck ist, der aus der Gleichung
berechnet werden kann, worin P der Druck ist (in bar absolut), T die Pyrolysetemperatur ist (°C), A den Wert 11.118 aufweist und B den Wert 23,156 hat.
Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus einer kohlenwasserstoffhältigen Formation, die nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 behandelt worden ist, worin die behandelte kohlenwasserstoffhältige Formation mit einem Synthesegas generierenden Fluid umgesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen, umfassend das Bereitstellen eines Synthesegases, das gemäß Anspruch 10 hergestellt worden ist, und ein Umwandeln des Synthesegases zu Kohlenwasserstoffen.
Verfahren nach Anspruch 11, worin das Synthesegas nach einem Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsyntheseverfahren zu Paraffinen umgewandelt wird und die Paraffine in einem Hydrocracker umgewandelt werden.
Verfahren zur Energieerzeugung, umfassend das Bereitstellen eines Synthesegases, das gemäß Anspruch 10 hergestellt worden ist, und ein Expandieren und/oder Verbrennen des Synthesegases oder ein Anwenden des Synthesegases in einer Brennstoffzelle.