DE945647C - Verfahren zur Gewinnung fluessiger oder gasfoermiger Brennstoffe aus bituminoesen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung fluessiger oder gasfoermiger Brennstoffe aus bituminoesen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen

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DE945647C
DE945647C DES26586A DES0026586A DE945647C DE 945647 C DE945647 C DE 945647C DE S26586 A DES26586 A DE S26586A DE S0026586 A DES0026586 A DE S0026586A DE 945647 C DE945647 C DE 945647C
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DES26586A
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Dr-Ing Fredrik Ljungstroem
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Svenska Skifferolje AB
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Svenska Skifferolje AB
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Mining & Mineral Resources (AREA)
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  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

  • Verfahren zur Gewinnung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe aus bituminösen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe aus bituminösen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen am Ort.
  • Es ist bereits bekannt, durch Aufspaltung der im Gestein bituminöser Schieferlager oder anderer brennstoffhaltiger geologischer Formationen vorhandenen organischen Verbindungen am Ort, d. h. an der natürlichen Lagerstätte des Gesteins, Öl in Form von ölhaltigen Gasen oder Dämpfen zu bilden. Die Aufspaltung der im Gestein vorhandenen organischen Verbindungen und damit die Bildung des Öles erfolgt hierbei mittels Erhitzung des Gesteins am Ort. Im Zusammenhang mit diesem Verfahren wurde früher vielfach der Ausdruck »Tieftemperaturverkokung« gebraucht, der jedoch, weil nicht völlig zutreffend, heute in Fachkreisen durch den Ausdruck »Pyrolyse« ersetzt ist. Unter dem nachfolgend gebrauchten Ausdruck »Pyrolyse« ist demzufolge die Bildung ölhaltiger Gase oder Dämpfe im Gestein durch Erhitzung desselben zu verstehen.
  • Bei der Herstellung bzw. Gewinnung von Öl und Gasen aus bituminösen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen unter Pyrolyse am Ort ist ferner bereits bekannt, das Gesteinslager auf elektrischem Wege zu erwärmen, um -die Temperatur zu erreichen, bei der im Lager eine Pyrolyse einsetzt. Bekannt ist auch, flüssige oder gasförmige Brennstoffe aus Steinkohle oder anderen brennbaren Materialien unter Mitwirkung von Sauerstoffgas zu gewinnen, das an geeigneten Stellen in die geologischen, brennstoffhaltigen Formationen hineingepreßt wird. Vorgeschlagen wurde nun. bereits, mittels des elektrothermischen Erwärmungsverfahrens in einem brennstoffhaltigen Gesteinslager zunächst einen schmalen porösen Strang oder Streifen in der Flächenerstreckung des Lagers zustande zu bringen und dann diesen gasdurchlässigen Strang oder Streifen dazu auszunutzen, Sauerstoff in das Lager einzuleiten und dadurch eine Verbrennung seiner übrigen brennbaren Teile zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß hat es sich als möglich erwiesen; Durchlässe durch beispielsweise ein Schieferlager für das Sauerstoffgas und für die zu gewinnenden Verbrennungsprodukte durch das bloße Zuführen von Sauerstoffgas zum Lager zu schaffen. Die Erfindung gründet. sich hierbei auf die Beobachtung, daß ein unter ein Schieferlager mit entsprechendem Druck gepreßtes Gas das Lager urn einige Millimeter zu heben vermag, und zwar über einen größeren Bereich um die Zuführstelle herum. Die Erfindung ist demzufolge im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoffgas in das Lager an seiner natürlichen Lagerstätte unter Druck solcher Größenordnung hineingepreßt wird, daß das Lager oder ein Teil von ihm gehoben wird, wodurch in der Flächenerstreckung des Lagers ein Spalt entsteht, der ein Ausbreiten des Sauerstoffgases und damit ein Fortpflanzen der Verbrennung in dieser Richtung innerhalb weiter Bereiche gestattet. Falls in dem Brennstoffhaltigen Lager bereits Spalten vorhanden sind, die mit Wasser angefüllt sind, wird dieses durch den hohen Gasdruck verdrängt.
  • Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines in der Zeichnung mehr oder weniger schematischen und beispielhaften Querschnittes durch übereinander gelagerte Gesteinsformationen, in denen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens angebracht sind, näher beschrieben werden. .
  • Ein Lager von Ölschiefer 2 ruht auf einem Bett 3 einer unbrennbaren geologischen Formation. Das Schieferlager 2 kann von einer Schicht aus beispielsweise Kalkstein q. überlagert sein. Durch das Kalksteinlager q. und das Schieferlager 2 sind Löcher gebohrt, und zwar in einer Anzahl, die von der Größe der auszubeutenden Fläche bestimmt sind. In der Zeichnung sind vier, mit 5 bis 8 bezeichnete Löcher dargestellt. In sämtliche Löcher sind Rohre 9, io, ii und 12 eingelassen, wobei zwischen ihrer Außenwand und der Lochwand, wie bei 13 angedeutet, eine fest gestampfte Sandschicht vorgesehen ist.
  • Die Rohre 9 und 12 sind für die Zuleitung bzw. Wegleitung von Gas zum bzw. vom Gestein bestimmt und deswegen mit Packungsflanschen 14, .25 versehen, welche den unter ihnen gelegener' Teil der Löcher freilassen und zusammen mit der darüber befindlichen Sandschicht diesen Teil der Löcher nach oben abdichten. Die Packung. 1q. ist an die untere Grenze des Schieferlagers :2 verlegt, die Packung 25 dagegen an dessen obere Grenze. Das Rohr 9 ist zweckmäßig mit einem Manometer 18 zur Beobachtung des Überdruckes versehen, der im Rohr herrscht, wenn Sauerstoffgas. durch das Rohr unter das Schieferlager 2 gepreßt wird. In den Rohren io und i i sind elektrische Heizwiderstände 17 runtergebracht, die zusammen mit dem zugehörigen Rohr über Leiter 15 und 16 in einen Wechselstromkreis eingeschaltet sind. Die Widerstände 17, die im unteren Teil der Rohre bzw. des Schieferlagers untergebracht sind; haben zur Aufgabe, das Schieferlager 2 örtlich zu erwärmen. Sie können durch gasbeheizte Heizkörper ersetzt werden.
  • Die Pyrolyse wird so eingeleitet, daß eine kleinere Zone des Schieferlagers 2, die durch die gestrichelte Linie i9 angedeutet ist, in der angegebenen Weise oder aber auch beispielsweise mittels überhitzten Dampfes erwärmt wird, bis eine Temperatur von beispielsweise 25o ° oder darüber erreicht ist. Danach oder aber auch bereits vorher wird Sauerstoff in Gas- oder flüssiger Form in die Leitung 9 eingelassen, und zwar unter einem Druck, der den dem Gewicht der Kalksteinschicht¢ und des Schieferlagers 2 entsprechenden statischen Druck übertrifft. Da Schieferlager und andere sedimentäre geologische Formationen sich leichter in waagerechter als in sonstiger Richtung spalten, entsteht ein im wesentlichen waagerechter Spalt2o, der sich über einen großen Bereich um die Einleitstelle herum ausweitet, wobei die oberhalb des Spalts liegenden Gesteinsmassen um z. B. einige Millimeter, je nach der Menge bzw. dem Druck des hineingepreßten Sauerstoffgases, angehoben werden. Sobald der Spalt 2o die Wärmezone i9 erreicht hat, strömt zu dieser Sauerstoffgas, in welchem sich die bereits erwärmten brennbaren Bestandteile des Schiefers dann entzünden, wodurch der Verbrennungsvorgang mit einer von der Sauerstoffgaszufuhr geregelten Intensität eingeleitet wird.
  • Bei Temperaturen zwischen 3oo und 40d" tritt eine Pyrolyse der bituminösen Substanzen ein, während welcher brennbare Gase, zur Hauptsache Kohlenwasserstoffe, gebildet werden. Diese Gase suchen mit Hilfe des dabei entstehenden Gasdruckes den Schiefer in verschiedenen Höhenlagen zu spalten. Sie strömen dabei hauptsächlich in waagerechter Richtung und werden an geeigneten Stellen, in der Zeichnung beispielsweise durch den unterhalb des Rohres 12 ausgebildeten Abzugskanal 2i, abgeleitet. Die Ableitung der Gase aus dem Schieferlager 2 und ihre weitere Verwertung erfolgt zweckmäßig im wesentlichen- nach den Richtlinien für die bekannte elektrothermische Schieferölherstellung. Nach dieser Entgasung wird der im Schiefer verbliebene Koksrückstand mit Hilfe des zugeführten Sauerstoffes verbrannt, wobei sich im wesentlichen Kohlensäure bildet Lind die Temperatur auf beispielsweise 5o0'°' ansteigt. Die strichpunktierte Linie 22 bezeichnet eine durch fortgesetzte Verbrennung erweiterte Wärmezone, und die Pfeile 23 deuten die Strömungsrichtung der Gase zwischen den Spalten des Schiefers an.
  • Es leuchtet ein, daß - abgesehen von der Einleitungsstufe des Verfahrens - der unter das Schieferlager :2 gepreßte Sauerstoff zunächst mit dem Schieferkoks- itr Berührung kommt, wobei dieser fast restlos zu Kohlensäure verbrennt, die ihrerseits dann diejenige Schicht des Schiefers durchdringt, in welcher die Pyrolyse stattfindet. Die Pyrolyse wird daher nicht durch Eindringen von Sauerstoff in unerwünschten Mengen gestört.
  • Gemäß der Erfindung kann durch zweckmäßige Bemessung der zugeführten Sauerstoffmengen der Verbrennungsvorgang so gesteuert werden, daß er sich langsam und kontinuierlich über sich immer weiter erstreckende Gebiete ausdehnt. Die Wärme im Schieferlager breitet sich durch Leitung oder Konvektion über die Verbrennungszone oder -tonen hinaus aus, wobei die Pyrolyse der bituminösen Substanzen des Schiefers unter ständigem Abzug der dabei erhaltenen Gase durch die Rohre 12 weitergeht. Diesen Gasen folgt die bei der Verbrennung des Schieferkokses gleichzeitig erzeugte Kohlensäure. Die für die Pyrolyse erforderliche Wärme wird überwiegend durch die N erbrennung des Schieferkokses erzeugt, während die wertvollen ölhaltigen Gase unverbrannt durch die Rohre 12 entweichen und in geeigneter Weise, z. B. in Waschtürmen, für ihre weitere Verwertung vorbereitet werden können.
  • Die Erfindung eignet sich besonders für die durch Pyrolyse erfolgende Ausbeutung ölarmer Schieferlager. Versuche haben ergeben, daß sich eine ausreichende Wärmemenge für die Durchführung des Verfahrens bei bituminösem Schiefer durch Verbrennung von nur der Hälfte des Schieferkoksrückstandes nach der Pyrolyse erhalten läßt.
  • Der Verbrennungsprozeß läßt sich unter geringem Kostenaufwand über große Bereiche ausdehnen. Hierzu trägt vor allem der Leitgedanke der Erfindung bei, das Sauerstoffgas unter so hohem Druck zuzuführen, daß die Spaltung der Schieferlager eine Ausbreitung des Gases in der waagerechten Richtung zuläßt. Falls die Schiefer-Lager Wasser enthalten, wird dieses gleichzeitig verdrängt, weil der Druck des Sauerstoffgases den Druck des Wassers übersteigt. Befindet sich beispielsweise das brennstoffhaltige Lager ioo m unter der Erdoberfläche, dann beträgt der Druck des Grundwassers etwa io Atm., während der für das Heben des Gesteins gemäß der Erfindung zwecks Hervorbringens des waagerechten Spaltes erforderliche Druck dem Gewicht des Gesteins in der Flächeneinheit entsprechen muß.
  • Denkbar ist auch, die Einleitung des Verbrennungsvorgangs, beispielsweise auf elektrischem Wege, direkt am unteren Ende des Rohres 9 ertolgen zu lassen. In diesem Fall besteht das Rohr 9 zweckmäßig aus Kupfer. Das Rohr kann auch mit einem Kühlmantel ausgestattet sein, der die Verbrennung des Rohres bei Berührung mit dem Sauerstoffgas verhindert. Auch in diesem Fall läßt sich der Verbrennungsvorgang unter der Einwirkung des gemäß der Erfindung angewendeten Uberdruckes mit zweckdienlich bemessener Geschwindigkeit die Schieferlager entlang ausbreiten.
  • Bei mit ölarmem Schiefer durchgeführten Versuchen ergab es sich, daß die Schieferasche ungefähr 75 °lo des Schiefergewichtes betrug und zur Hauptsache aus Ton bestand, der dem gemäß der Erfindung gewünschten langsamen Verbrennungsvorgang einen gleichmäßigen Verlauf erteilt. Falls nämlich beispielsweise an einer Stelle die Verbrennungstemperatur auf zwischen 5oo und 6oo° ansteigt, wird der Ton mehr oder weniger von ungebranntem in gebrannten Ton verwandelt. Für das Austreiben des Lehmwassers wird in dem in Rede stehenden Temperaturbereich eine ungefähr doppelt so große Wärmemenge verbraucht, als zur Erwärmung von Schiefer auf 4oo°» erforderlich ist. Gleichzeitig vergrößert sich bei der gesteigerten Temperatur die prozentuale Entstehung von Kohlenoxyd im Verbrennungsprozeß, wobei sich die auf jedes Kubikmeter Sauerstoffgas erhaltenen exothermischen Kalorien rasch vermindern. Die große Menge Ton im Schiefer bildet auf diese Weise einen Regler für den Verbrennungsvorgang, der eine Ausgleichung der auftretenden Temperaturen bewirkt.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform allein begrenzt, sondern sie läßt sich im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden Erfindungsgedankens abwandeln.

Claims (2)

  1. r ATENTANSPRIJCHE: i*. Verfahren zur Gewinnung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe aus bituminösen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen mittels eines Verbrennungsvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in das Lager an seiner natürlichen Lagerstätte unter Druck einer solchen Größenordnung eingepreßt wird, daß das Lager oder ein Teil desselben gehoben wird, wodurch in der Flächenerstreckung des Lagers ein Spalt oder Riß entsteht, der ein Ausbreiten des Sauerstoffgases und damit ein Fortpflanzen der Verbrennung in dieser Richtung innerhalb weiter Bereiche gestattet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsvorgang zwischen dem Sauerstoffgas und dem Gesteinslager an mehreren Stellen des Lagers mittels Erwärmung durch elektrischen Strom oder mittels einer anderen Wärmequelle, beispielsweise eines brennenden Gases oder eines überhitzten Dampfes, eingeleitet wird.
DES26586A 1950-02-23 1951-02-23 Verfahren zur Gewinnung fluessiger oder gasfoermiger Brennstoffe aus bituminoesen Schieferlagern oder anderen brennstoffhaltigen geologischen Formationen Expired DE945647C (de)

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