EP2633153B1 - Process for the in situ extraction of bitumen or ultraheavy oil from oil sand deposits as reservoir - Google Patents
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Definitions
- water of low conductivity as the conductivity of water in the reservoir, can be introduced into the reservoir.
- the amount of water introduced and / or its conductivity should be determined depending on the value at which the temperature T L is to be limited, and in particular depending on the current / voltage used for induction through the conductor.
- the line inductance L is compensated in sections by discrete or continuous series capacitances C.
- the peculiarity of compensation integrated in the line is that the frequency of the HF line generator must be matched to the resonance frequency of the current loop. This means that the double line 10, 20 suitable for heating purposes, ie with high current amplitudes, only at this frequency can be operated.
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsand-Lagerstätten als Reservoir. Das Reservoir wird induktiv über wenigstens einen elektrischen stromdurchflossenen Leiter erwärmt, um eine Verringerung der Viskosität des Bitumens oder Schwerstöls zu erreichen. Über wenigstens eine perforierte Fluidführung, welche den wenigstens einen Leiter zumindest abschnittsweise umgibt oder umfasst, wird ein Fluid in das Reservoir über die Perforierung in der Fluidführung eingeführt.The present invention relates to a method of "in situ" production of bitumen or heavy oil from oil sands deposits as a reservoir. The reservoir is inductively heated via at least one electrical current-carrying conductor to achieve a reduction in the viscosity of the bitumen or heavy oil. A fluid is introduced into the reservoir via the perforation in the fluid guide via at least one perforated fluid guide which surrounds or comprises the at least one conductor at least in sections.
Zur Förderung von Kohlenwasserstoffen wie z.B. Schwerölen oder Bitumen aus Lagerstellen mit Ölsand- oder Ölschiefervorkommen, im Weiteren Reservoir genannt, können Tagebaumethoden oder "in-situ" Methoden verwendet werden.
Eine weitere "in-situ" Methode ist das SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage)-Verfahren. Dabei wird über ein Rohr Wasserdampf unter hohem Druck in das Erdreich durch ein innerhalb des Reservoirs horizontal verlaufendes Rohr eingebracht. Der Wasserdampf erwärmt das Schweröl oder Bitumen im Reservoir, wobei es fließfähig wird. Das erhitzte, fließfähige Schwerstöl oder Bitumen sickert über Gravität zu einem zweiten, z.B. etwa 5 m tiefer angeordneten Rohr, durch welches es abgepumpt bzw. gefördert wird. Alternativ oder unterstützend kann das Reservoir induktiv erwärmt werden, z.B. durch eine isolierte, stromdurchflossene Leiterschleife, welche in ihrer Umgebung Ströme im Erdreich des Reservoirs induziert. Die induzierten Ströme werden vor allem von der Ionenleitfähigkeit in Flüssigkeiten getragen. Der Betrag der magnetischen Flussdichte um den Leiter der Leiterschleife nimmt nährungsweise umgekehrt proportional mit dem Abstand zum Leiter ab. Bei homogener elektrischer Leitfähigkeit des umliegenden Erdreichs führt dies näherungsweise zu einer Abnahme der Heizleistungsdichte um den Leiter. Die Heizleistungsdichte um den Leiter ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands vom Leiter. Somit tritt in unmittelbarer Umgebung zum isolierten Leiter die höchste Heizleistungsdichte auf. Dies führt zunächst zu einer starken Erwärmung des Erdreichs in unmittelbarer Umgebung vom Leiter, was durch Wärmeleitung auch zu einer entsprechend hohen Temperatur TL des Leiters selbst führt. Dies erfolgt sogar, wenn die ohmschen Verluste im Leiter selbst sehr klein sind.Another "in situ" method is the SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) method. In this case, water vapor is introduced through a tube under high pressure into the soil through a pipe running horizontally within the reservoir. The steam heats the heavy oil or bitumen in the reservoir, making it flowable. The heated, flowable heavy oil or bitumen seeps over gravity to a second, for example, about 5 m deeper pipe through which it is pumped or promoted. Alternatively or supportively, the reservoir can be heated inductively, for example by an insulated, current-carrying conductor loop, which induces currents in the environment of the reservoir in its environment. The induced currents are mainly carried by the ionic conductivity in liquids. The amount of magnetic flux density around the conductor of the conductor loop decreases approximately inversely proportional to the distance to the conductor. With homogeneous electrical conductivity of the surrounding soil this leads approximately a decrease in the heating power density around the conductor. The heating power density around the conductor is inversely proportional to the square of the distance from the conductor. Thus, the highest heat density occurs in the immediate vicinity of the insulated conductor. This initially leads to a strong warming of the soil in the immediate vicinity of the conductor, which also leads by heat conduction to a correspondingly high temperature T L of the conductor itself. This happens even if the ohmic losses in the conductor itself are very small.
Der Leiter zur induktiven Erwärmung des Reservoirs, welcher auch Induktor genannt wird und z.B. aus der
Um über längere Zeiträume hinweg zuverlässig Schwerstöl und/oder Bitumen fördern zu können, mit Unterstützung durch induktive Erwärmung des Reservoirs über wenigstens eine Leiterschleife mit isoliertem elektrischem Leiter, muss die Temperatur des Leiters unterhalb einer kritischen Temperatur von z.B. 150°C gehalten werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Isolation und das Dielektrikum zeitlich thermisch stabil sind und der Leiter nicht durch hohe Temperaturen beschädigt wird. Dies ist gerade in Hinblick auf die hohen elektrischen Spannungen von größer 10 kV und Heizleistungen im Bereich von MW schwierig.In order to be able to reliably deliver heavy oil and / or bitumen for extended periods of time, with the assistance of inductive heating of the reservoir via at least one conductor loop with insulated electrical conductor, the temperature of the conductor must be below a critical temperature of e.g. 150 ° C are kept. Only in this way can it be ensured that the insulation and the dielectric are thermally stable over time and that the conductor is not damaged by high temperatures. This is difficult especially in view of the high electrical voltages of greater than 10 kV and heat outputs in the range of MW.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren anzugeben, bei welchem die Temperatur eines Leiters zur induktiven Erwärmung des Erdreichs eines Reservoirs einen kritischen Wert nicht übersteigt.Object of the present invention is therefore to provide a method in which the temperature of a conductor for inductive heating of the soil of a reservoir does not exceed a critical value.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrnes zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsand-Lagerstätten als Reservoir mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The stated object is achieved with respect to the method for the "in situ" promotion of bitumen or heavy oil from oil sands deposits as a reservoir with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsand-Lagerstätten als Reservoir gehen aus den zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.Advantageous embodiments of the inventive method for "in situ" promotion of bitumen or heavy oil from oil sands deposits as a reservoir will be apparent from the associated dependent claims. In this case, the features of the main claim with features of the subclaims and features of the subclaims can be combined with each other.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsand-Lagerstätten als Reservoir umfasst, dass das Reservoir induktiv über wenigstens einen elektrischen stromdurchflossenen Leiter zur Verringerung der Viskosität des Bitumens oder Schwerstöls erwärmt wird, und dass über wenigstens eine perforierte Fluidführung, welche den wenigstens einen Leiter zumindest abschnittsweise umgibt oder umfasst, ein Fluid in das Reservoir über die Perforierung in der Fluidführung eingeführt wird. Das Fluid verringert eine elektrische Leitfähigkeit im Reservoir, zumindest in der Umgebung der Fluidführung und/oder des Leiters. Mit den Leiter zumindest abschnittsweise umfassen ist unter anderem zu verstehen, dass der Leiter und die Fluidführung selbst benachbart angeordnet sind und z.B. umgeben sind von einer gemeinsamen Isolierung gegenüber dem Erdreich, welche die gleiche und/oder die selbe Perforierung wie die Fluidführung aufweist oder für Fluide zumindest partiell durchlässig ist.The inventive method for "in situ" promotion of bitumen or heavy oil from oil sands reservoirs as a reservoir comprises that the reservoir is inductively heated via at least one electric current-carrying conductor to reduce the viscosity of the bitumen or heavy oil, and that at least one perforated fluid guide which at least partially surrounds or comprises the at least one conductor, a fluid is introduced into the reservoir via the perforation in the fluid guide. The fluid reduces electrical conductivity in the reservoir, at least in the vicinity of the fluid guide and / or the conductor. To include the conductors at least in sections, inter alia, is understood to mean that the conductor and the fluid guide itself are arranged adjacent to each other, and e.g. are surrounded by a common insulation against the soil, which has the same and / or the same perforation as the fluid guide or is at least partially permeable to fluids.
Durch Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit in der Umgebung der Fluidführung wird der vom stromdurchflossenen Leiter induzierte Strom in der Umgebung der Fluidführung bzw. des Leiters reduziert. Dadurch wird die induktiv erzeugte Heizleistung in der Umgebung des Leiters bzw. der Fluidführung verringert und die Temperatur des Leiters bzw. der Fluidführung, insbesondere durch Wärmeleitung von induktiv erzeugter Wärme in der unmittelbaren Umgebung, wird begrenzt.By reducing the electrical conductivity in the vicinity of the fluid guide, the current induced by the current-carrying conductor in the vicinity of the fluid guide or of the conductor is reduced. As a result, the inductively generated heat output in the vicinity of the conductor or the fluid guide is reduced and the temperature of the conductor or the fluid guide, in particular by heat conduction of inductively generated heat in the immediate vicinity, is limited.
Als Fluid kann Wasser mit einer geringen Leitfähigkeit, als die Leitfähigkeit von im Reservoir befindlichem Wasser, in das Reservoir eingeführt werden. Die Menge des eingeleiteten Wassers und/oder dessen Leitfähigkeit sollte abhängig von dem Wert bestimmt werden, auf welchen die Temperatur TL begrenzt werden soll, und insbesondere abhängig von der verwendeten Stromstärke/Spannung zur Induktion durch den Leiter.As the fluid, water of low conductivity, as the conductivity of water in the reservoir, can be introduced into the reservoir. The amount of water introduced and / or its conductivity should be determined depending on the value at which the temperature T L is to be limited, and in particular depending on the current / voltage used for induction through the conductor.
Alternativ oder zusätzlich kann als Fluid Gas in das Reservoir eingeführt werden. Dabei ist Luft als Gas besonders kostengünstig und einfach zu verwenden. Es kann aber auch als Gas Kohlendioxid und/oder Stickstoff verwendet werden oder das Gas kann Kohlendioxid und/oder Stickstoff umfassen.Alternatively or additionally, gas can be introduced into the reservoir as fluid. Air as a gas is particularly inexpensive and easy to use. However, carbon dioxide and / or nitrogen may also be used as the gas, or the gas may comprise carbon dioxide and / or nitrogen.
Als Fluid kann auch eine Lösung aus chemischen Substanzen in das Reservoir eingeführt werden, dessen chemische Substanzen zu einem schwerlöslichen Salz im Reservoir reagieren und dadurch zu einer Ausfällung von Ionen im Reservoir führen. Dabei ist es von Vorteil, wenn eine chemische Analyse vor dem Einführen der Lösung in das Reservoir erfolgt. Es kann wenigstens ein Fluid, insbesondere Wasser, aus dem Reservoir verwendet werden, um Ionen in dem aus dem Reservoir entnommenen Fluid zu bestimmen und abhängig von den bestimmten Ionen die chemischen Substanzen in der Lösung auszuwählen. Auch Konzentrationsbestimmungen können dazu beitragen die richtige Zusammensetzung der Lösung zu erstellen, mit welcher die Temperatur der direkten Umgebung des Leiters und damit des Leiters selbst bei einer bestimmten Bestromung der Leiter auf einen vorgegebenen Wert bzw. unterhalb eines Grenzwertes gehalten werden kann. Die Konzentration und Art der Ionen in der Lösung sollte dazu führen, dass mit der Lösung Ionen im Reservoir z.B. in Form eines schwerlöslichen Salzes ausgefällt werden, und so die Gesamtionenkonzentration der frei beweglichen, geladenen und somit induktiv über den Stromdurchflossenen Leiter bewegbaren Ionen auf einen Wert verringert wird, welcher bei vorgegebenem Aufbau und Bestromung des Leiters zu einer vorgegebenen Temperatur TL in seiner direkten Umgebung führt. Durch Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit im Reservoir wird die induktive Erwärmung über den stromdurchflossenen Leiter verringert.As a fluid, a solution of chemical substances in the reservoir can be introduced, the chemical substances react to a sparingly soluble salt in the reservoir and thereby lead to precipitation of ions in the reservoir. It is advantageous if a chemical analysis is carried out before introducing the solution into the reservoir. At least one fluid, in particular water, may be used from the reservoir to determine ions in the fluid withdrawn from the reservoir and to select the chemicals in the solution depending on the particular ions. Concentration determinations can also help to create the correct composition of the solution, with which the temperature of the direct environment of the conductor and thus of the conductor can be kept at a predetermined value or below a limit even with a certain energization of the conductors. The concentration and type of ions in the solution should cause the solution to precipitate ions in the reservoir, for example in the form of a sparingly soluble salt, and thus the total ion concentration of the freely mobile, charged and thus inductively through the current Ladder movable ions is reduced to a value which leads to a predetermined temperature T L in its immediate vicinity with a given structure and energization of the conductor. By reducing the electrical conductivity in the reservoir, the inductive heating is reduced via the current-carrying conductor.
Die Temperatur T in der direkten oder indirekten Umgebung des Leiters und/oder der Fluidführung kann auf einen maximalen Wert beschränkt werden, insbesondere auf einen Wert kleiner 150°C. Dabei kann eine zuvor beschriebene Fluideinleitung ins Reservoir oder eine Kombination der zuvor beschriebenen Arten an Fluideinleitung verwendet werden. Die Temperatur kann auf einen maximalen Wert beschränkt werden, bei welchem Komponenten einer Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsand-Lagerstätten als Reservoir, insbesondere Isolationsmaterialien des Leiters, Dielektrika zwischen Leiterkomponenten und/oder Materialien der Fluidführung, temperaturstabil sind. Bei einer Temperatur von kleiner 150°C sind Materialien wie Dielektrika und Isolierstoffe, z.B. PFA, PTFE und/oder PEEK in der Regel thermisch stabil und werden nicht mit der Zeit thermisch beschädigt. Dadurch wird eine Schädigung des Leiters durch hohe Temperaturen in seiner direkten Umgebung vermieden, indem die Temperaturen unterhalb eines Grenzwertes gehalten werden.The temperature T in the direct or indirect environment of the conductor and / or the fluid guide can be limited to a maximum value, in particular to a value less than 150 ° C. In this case, a previously described fluid introduction into the reservoir or a combination of the types of fluid introduction described above can be used. The temperature may be limited to a maximum value at which components of a device for "in situ" production of bitumen or heavy oil from oil sands deposits as a reservoir, particularly insulation materials of the conductor, dielectrics between conductor components and / or materials of the fluid conduit, are temperature stable , At a temperature of less than 150 ° C, materials such as dielectrics and insulating materials, e.g. PFA, PTFE and / or PEEK are usually thermally stable and will not be thermally damaged over time. This avoids damage to the conductor caused by high temperatures in its direct environment by keeping the temperatures below a limit.
Das Fluid kann die elektrische Leitfähigkeit in der Umgebung der Fluidführung insbesondere im Bereich von 3 m um die Fluidführung herum verringern. Dies kann ausreichend sein, um über die Umgebung durch Wärmeleitfähigkeit transportierte Wärme zum Leiter hin so zu verringern bis hin zu verhindern, dass die Temperatur TL des Leiters einen kritischen Grenzwert bei induktiver Erwärmung der Leiterumgebung nicht überschreitet.The fluid can reduce the electrical conductivity in the vicinity of the fluid guide, in particular in the region of 3 m around the fluid guide. This may be sufficient to reduce the heat transported through the environment by thermal conductivity to the conductor so as to prevent that the temperature T L of the conductor does not exceed a critical limit for inductive heating of the conductor environment.
Der elektrische Leiter kann von einem Wechselstrom mit einer Stromstärke im Bereich von mehr als 100 A, insbesondere 270 A, und/oder mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 100 kHz, insbesondere 75 kHz, durchflossen werden, wodurch insbesondere das Erdreich des Reservoirs in der Umgebung des elektrischen Leiters durch induzierte Ströme im Erdreich erwärmt wird. Dabei kann eine Heizleistung im Bereich von mehreren MW erzeugt werden, bei Spannungen über den elektrischen Leiter im Bereich von größer 10 KV. Es sind auch andere Werte möglich, insbesondere abhängig von der Ausführungsform des Leiters, der Bodenbeschaffenheit, dem zu fördernden Schwerstöl oder Bitumen und weiteren bei der Ölförderung über induktives Heizen beteiligten Parametern.The electrical conductor may be of an alternating current with a current in the range of more than 100 A, in particular 270 A, and / or with a frequency in the range of 10 kHz to 100 kHz, in particular 75 kHz, are flowed through, whereby in particular the soil of the reservoir in the vicinity of the electrical conductor is heated by induced currents in the ground. In this case, a heating power in the range of several MW can be generated at voltages across the electrical conductor in the range of greater than 10 KV. Other values are also possible, in particular depending on the embodiment of the conductor, the nature of the soil, the heavy oil or bitumen to be transported and other parameters involved in oil production via inductive heating.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.Preferred embodiments of the invention with advantageous developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the figures, but without being limited thereto.
Es wird in den Figuren dargestellt:
- Figur 1
- ein Schnitt durch ein Ölsand-
Reservoir 100 mit Injektions- 101 undFörderrohr 102, Figur 2- ein perspektivischer Ausschnitt aus einem ÖlsandReservoir 1 mit einer horizontal im Reservoir verlaufenden
elektrischen Leiterschleife 2, Figur 3- ein perforierter,
rohrförmiger Leiter 3 mit integrierten Kondensatoren und einer Vorrichtung zur Elektrolyteinbringung.
- FIG. 1
- a section through an
oil sand reservoir 100 withinjection 101 anddelivery tube 102, - FIG. 2
- a perspective section of an oil sand reservoir 1 with a horizontally running in the reservoir
electrical conductor loop 2, - FIG. 3
- a perforated
tubular conductor 3 with integrated capacitors and an electrolyte injection device.
In den
Bei Realisierung des SAGD-Verfahrens ist gemäß
In
Typische Abstände zwischen den Hin- und Rückleitern 10, 20 sind 5 bis 60 m bei einem Außendurchmesser der Leiter von 10 bis 50 cm.Typical distances between the return and return
Eine elektrische Doppelleitung 10, 20 in
Es lässt sich zeigen, dass die simulierte Verlustleistungsdichteverteilung in einer Ebene senkrecht zu den Leitern - wie sie sich bei gegenphasiger Bestromung des oberen und unteren Leiters ausbildet - radial abnimmt.It can be shown that the simulated power loss density distribution in a plane perpendicular to the conductors - as it forms in opposite-phase energization of the upper and lower conductor - decreases radially.
Für eine induktiv eingebrachte Heizleistung von 1 kW pro Meter Doppelleitung wird bei 50 kHz eine Stromamplitude von etwa 350 A für niederohmige Reservoirs mit spezifischen Widerständen von 30 Ω·m und etwa 950 A für hochohmige Reservoirs mit spezifischen Widerständen von 500 Ω·m benötigt. Die erforderliche Stromamplitude für 1 kW/m fällt quadratisch mit der Anregungsfrequenz. d.h. bei 100 kHz fallen die Stromamplituden auf 1/4 der obigen Werte.For an inductively introduced heating power of 1 kW per meter of double cable, a current amplitude of about 350 A for low-resistance reservoirs with resistivities of 30 Ω · m and about 950 A for high-resistance reservoirs with resistivities of 500 Ω · m is required at 50 kHz. The required current amplitude for 1 kW / m falls quadratically with the excitation frequency. i.e. at 100 kHz, the current amplitudes fall to 1/4 of the above values.
Bei einer mittleren Stromamplitude von 500 A bei 50 kHz und einem typischen Induktivitätsbelag von 2 µH/m beträgt der induktive Spannungsabfall etwa 300 V/m.With an average current amplitude of 500 A at 50 kHz and a typical inductance of 2 μH / m, the inductive voltage drop is about 300 V / m.
Um den gesamten induktiven Spannungsabfall über eine Leiterschleife 2 auf Werte kleiner 100 kV in der Summe zu beschränken, und um damit Isolationsprobleme zu vermeiden, wird die Leitungsinduktivität L abschnittsweise durch diskret oder kontinuierlich ausgeführte Serienkapazitäten C kompensiert. Eigenart bei einer in die Leitung integrierten Kompensation ist, dass die Frequenz des HF-Leitungsgenerators auf die Resonanzfrequenz der Stromschleife abgestimmt werden muss. Dies bedeutet, dass die Doppelleitung 10, 20 für Heizzwecke zweckmäßig, d.h. mit hohen Stromamplituden, nur bei dieser Frequenz betrieben werden kann.In order to limit the total inductive voltage drop across a
Dadurch wird eine Addition der induktiven Spannungen entlang der Leitung verhindert. Werden beim oben genannten Beispiel - d.h. 500 A, 2 µH/m, 50 kHz und 300 V/m - beispielsweise alle 10 m je ein Kondensator Ci in Hin- und Rückleiter von 1 µF Kapazität eingebracht, kann der Betrieb dieser Anordnung bei 50 kHz resonant erfolgen. Damit sind die auftretenden induktiven und entsprechend kapazitiven Summenspannungen auf 3 kV begrenzt.As a result, an addition of the inductive voltages along the line is prevented. If in the above example -
Wird der Abstand zwischen benachbarten Kondensatoren Ci verringert, müssen die Kapazitätswerte umgekehrt proportional zum Abstand steigen - bei proportional zum Abstand verringerter Anforderung an die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren -, um dieselbe Resonanzfrequenz zu erhalten.If the distance between adjacent capacitors C i is reduced, the capacitance values must increase in inverse proportion to the distance-proportional to the distance of the reduced voltage-resistance requirement of the capacitors-to obtain the same resonant frequency.
Eine vorteilhafte, in
Für das Dielektrikum des Kondensators C sind neben einer hohen Spannungsfestigkeit weiterhin eine hohe Temperaturbeständigkeit zu fordern, da sich der Leiter im induktiv geheizten Reservoir 100, das eine Temperatur von z.B. 250°C erreichen kann, befindet und die resistiven Verluste in den Leitern 10, 20 zu einer weiteren Aufheizung der Elektroden führen können. Die Anforderungen an das Dielektrikum 33 werden von einer Vielzahl von Kondensatorkeramiken erfüllt.For the dielectric of the capacitor C in addition to a high dielectric strength continue to demand a high temperature resistance, since the conductor in the inductively
Beispielsweise weisen die Gruppe der Aluminiumsilicate, d.h. Porzellane, Temperaturbeständigkeiten von mehreren 100°C und elektrische Durchschlagsfestigkeiten von > 20 kV/mm bei Permittivitätszahlen von 6 auf. Damit können obige Zylinderkondensatoren mit der erforderlichen Kapazität realisiert werden und eine Baulänge von beispielsweise 1 bis 2 m haben.For example, the group of aluminum silicates, i. Porcelains, temperature resistances of several 100 ° C and electrical breakdown strengths of> 20 kV / mm at Permittivitätszahlen of 6 on. Thus, the above cylinder capacitors can be realized with the required capacity and have a length of, for example, 1 to 2 m.
Wenn die Baulänge kürzer ausfallen soll, ist eine Ineinanderschachtelung mehrerer koaxialer Elektroden vorzusehen. Dies ist der Einfachheit halber in den Fig. nicht dargestellt. Auch andere übliche Kondensatorbauformen können in die Leitung integriert werden, solange diese die erforderliche Spannungs- und Temperaturbeständigkeit aufweisen.If the overall length should be shorter, a nesting of several coaxial electrodes is to be provided. This is not shown in the figures for the sake of simplicity. Other common capacitor designs can be integrated into the line, as long as they have the required voltage and temperature resistance.
In der
Es können auch mehrere rohförmige Elektroden parallel geschaltet sein. Vorteilhafterweise kann die Parallelschaltung der Kondensatoren zur Erhöhung der Kapazität oder zur Erhöhung ihrer Spannungsfestigkeit genutzt werden.It can also be connected in parallel several raw-shaped electrodes. Advantageously, the parallel connection of the capacitors can be used to increase the capacitance or to increase its dielectric strength.
Bei einer Anordnung gemäß
Weiterhin kann das eingebrachte Wasser zur Kühlung des Leiters dienen. Werden die Austrittsöffnungen durch Ventile ersetzt, kann die Leitfähigkeitsänderung zeitlich und räumlich abschnittsweise gezielt erfolgen.Furthermore, the introduced water can be used to cool the conductor. If the outlet openings are replaced by valves, the change in conductivity can take place temporally and spatially in sections.
Die Erhöhung der Leitfähigkeit dient der Steigerung der induktiven Heizwirkung, ohne die Stromamplitude in den Leitern erhöhen zu müssen.Increasing the conductivity serves to increase the inductive heating effect without having to increase the current amplitude in the conductors.
In
Selbstverständlich ist auch eine kompensierte Elektrode mit verteilten Kapazitäten in Kombination mit einer Vorrichtung zur Elektrolyteinbringung einsetzbar.Of course, a compensated electrode with distributed capacitances in combination with a device for electrolyte introduction can be used.
Im Deckgefüge, durch das Hin- und Rückleiter zum Reservoir 100 vertikal geführt sind, ist eine Heizwirkung unerwünscht: Im vertikalen Bereich der Doppelleiter 10, 20, die noch nicht im Reservoir 100 liegt, sondern zu diesem hinunterführt, können Hinleiter 10 und Rückleiter 20 in einem kleinen Abstand von beispielsweise 1 bis 3 m platziert werden, wodurch sich deren Magnetfelder bereits in geringerem Abstand von der Doppelleitung kompensieren und die induktive Heizwirkung entsprechend verringert wird.In the deck structure, are guided vertically through the forward and return conductors to the
Als Alternative können Hinleiter 10 und Rückleiter 20 durch eine beide Leiter umschließende Schirmung aus hochleitfähigem Material umgeben werden, um die induktive Erhitzung des umliegenden Erdreichs des Deckgefüges zu vermeiden.Alternatively,
In weiterer Alternative ist eine koaxiale Leiteranordnung in vertikalen Bereich von Hin- und Rückleiter denkbar, die zu einer vollkommenen Auslöschung der Magnetfelder im Außenbereich und damit zu keinerlei induktiven Erhitzung des umliegenden Erdreichs führt. Der dabei erhöhte Querkapazitätsbelag kann für die Ausführung eines Gyrators, der gemäß dem Stand der Technik eine Spannung eines spannungseinprägenden Stromrichters in einen Wechselstrom umsetzt, mit zu Hilfe gezogen werden.In a further alternative, a coaxial conductor arrangement in the vertical region of the forward and return conductors is conceivable, which leads to complete extinction of the magnetic fields in the outer region and thus to no inductive heating of the surrounding soil. The increased cross-capacitance coating can be used to implement a gyrator, which converts a voltage of a voltage impressing converter into an alternating current according to the prior art, with help.
Bei allen drei genannten Methoden ist eine Kompensation des jeweiligen Induktivitätsbelags der Leiteranordnung einschließlich der evtl. vorhandenen Schirmung notwendig.For all three mentioned methods, a compensation of the respective inductance coating of the conductor arrangement including the possibly existing shielding is necessary.
Der Leistungsgenerator 60 in
Wie bereits erwähnt, ist bei einem solchen Generator für den bestimmungsgemäßen Gebrauch ein Betrieb unter Resonanzbedingungen erforderlich, um eine Blindleistungskompensation zu erreichen. Gegebenenfalls ist die Ansteuerfrequenz im Betrieb geeignet nachzustellen.As already mentioned, in such a generator for the intended use an operation under resonance conditions is required in order to achieve a reactive power compensation. If necessary, the drive frequency is suitably adjusted during operation.
Bei einer Leiterschleife 10, 15, 20 gemäß
Wie zuvor beschrieben und aus dem Stand der Technik bekannt, kann über Einbringung von Elektrolyt ins Erdreich eine gezielte Steigerung der Heizwirkung erfolgen. Es kann beispielsweise Wasser oder eine elektrisch leitfähige wässrige Salzlösung oder andere Elektrolyte in das Reservoir eingebracht werden, um die Leitfähigkeit des Reservoirs zu erhöhen.As described above and known from the prior art, a targeted increase in the heating effect can take place via the introduction of electrolyte into the ground. For example, water or an electrically conductive aqueous salt solution or other electrolytes may be introduced into the reservoir to increase the conductivity of the reservoir.
Problematisch dabei, wie auch ohne Einbringung von Elektrolyt, ist die Erwärmung des Leiters 3 bzw. der Leiterschleife 10, 20, 15 durch Wärmeleitung vom Erdreich zum Leiter 3. Wie zuvor erwähnt sind die Materialien wie Isolator und Dielektrikum nur bis zu bestimmten Temperaturen stabil, abhängig von der Materialwahl. Bei hohen Heizleistungen kann deshalb alternativ oder zusätzlich (zeitlich folgend), über Einbringung eines Fluids in das Erdreich erfindungsgemäß die Leitfähigkeit der Umgebung der Leiter 3 gezielt herabgesetzt werden. Als Fluide dienen dabei unter anderem Wasser, und/oder Gase wie Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, und/oder Lösungen aus chemischen Substanzen, welche im Reservoir zu schwerlöslichen Salzen reagieren und dadurch zu einer Ausfällung von Ionen im Reservoir führen.The problem here, as well as without the introduction of electrolyte, is the heating of the
Dadurch kann bei induktiver Heizung des Erdreichs über den Leiter 3 die Heizleistung in unmittelbarer Umgebung des Leiters 3 reduziert werden. Durch das Fluid wird die Leitfähigkeit in der Umgebung, z.B. bis hin zu 3 m um den Leiter 3 herum, herabgesetzt. Die Abnahme der Leitfähigkeit ist besonders stark in unmittelbarer Umgebung vom Leiter 3, dort wo die meiste Heizleistung durch Induktion auftritt. Die induzierten Ionenströme im Erdreich um den Leiter 3 herum werden durch das Fluid bzw. die Herabsetzung der Leitfähigkeit im Erdreich verringert. In weiter entfernten Bereichen des Leiters 3, wo die Heizleistung durch Induktion geringer ist, erfolgt weniger bis hin zu keiner Herabsetzung der Leitfähigkeit durch das Fluid. Dieses wird zwar auch in entfernteren Bereichen des Erdreichs durch z.B. Diffusion eingebracht, jedoch in einem viel geringerem Ausmaß als in unmittelbarer näher um den Leiter 3 herum. Dadurch wird die geringere Heizleistung, welche in vom Leiter 3 entfernteren Bereichen des Erdreichs auftritt, nicht weiter reduziert bzw. nur geringfügig reduziert. In unmittelbarer Umgebung, mit der Entfernung vom Leiter 3 hin abnehmend, wird die Leitfähigkeit, damit die induzierte Heizleistung und somit die Erwärmung reduziert. Die geringere Wärmemenge in der Umgebung des Leiters 3 führt zu einer geringeren Wärmeleitung zum Leiter 3 hin und somit zu einer geringeren Erwärmung des Leiters 3 selbst. Die Temperatur TL des Leiters 3 kann so auf einen maximalen Wert beschränkt werden, bei welchem die einzelnen Materialien des Leiters 3 thermisch nicht geschädigt werden und langzeitstabil sind.As a result, in the case of inductive heating of the ground via the
Durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren wird die Heizleistung in der Umgebung des elektrischen Leiters 3 vergleichmäßigt. In direkter Umgebung wird bei hohen induzierten Feldstärken um den Leiter 3 herum durch Verringerung der Leitfähigkeit die Heizleistung verringert, während weiter entfernt die Leitfähigkeit nicht bzw. nur geringfügig geändert wird und somit die Heizleistung im Wesentlichen gleich bleibt. Bei gleicher elektrischer Leistung für die Induktion über den Leiter 3 wird der Leiter 3 weniger stark erwärmt, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Dadurch kann die Leistung solange weiter gesteigert werden, solange der kritische Temperaturwert am Leiter 3 nicht erreicht wird, bei welchen Materialien wie z.B. Isolation oder Dielektrikum beschädigt werden. So wird erreicht, dass entfernt vom Leiter 3 über mehr Induktion eine bessere Erwärmung des Erdreichs erfolgt und somit eine bessere Verflüssigung bzw. Fließbarmachung des Schwerstöls oder Bitumen. Über Reduktion der Leitfähigkeit in der Umgebung des Leiters 3 wird gleichzeitig weniger Erwärmung in der direkten Umgebung des Leiters 3 erreicht und somit ein geringerer Wärmetransport zum Leiter 3 hin, was eine geringere Erwärmung des Leiters 3 selbst zur Folge hat. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Schädigung des Leiters 3 in einer größeren Umgebung des Leiters 3 Schwerstöl oder Bitumen verflüssigt werden und eine Fördermenge erhöht werden.By the method according to the invention described above, the heating power in the vicinity of the
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschränkt. Auch Kombinationen von Verfahren aus dem Stand der Technik mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind möglich. So ist z.B. ein zeitlich aufeinander folgendes Einbringen von Elektrolyt zur Erhöhung der Leitfähigkeit, gefolgt von einer Einbringung von Fluid zur Verringerung der Leitfähigkeit in der Umgebung des Leiters 3 möglich. Dadurch kann z.B. eine erste Förderung von Schwerstöl und Bitumen in der direkten Umgebung des Leiters 3 bei geringerer Induktion und Heizleistung erfolgen. Darauffolgend, nach Einbringung des Fluids zur Verringerung der Leitfähigkeit, kann bei höherer Leistung ohne Schädigung der Leitung 3 Schwerstöl oder Bitumen entfernter von der Leitung 3 verflüssigt und somit gefördert werden.The invention is not limited to the previously described embodiment of the method. Combinations of prior art methods with the method according to the invention are also possible. For example, e.g. a time sequential introduction of electrolyte to increase the conductivity, followed by an introduction of fluid to reduce the conductivity in the vicinity of the
Auch ein wiederholt, abwechselndes Einbringen von Elektrolyt zur Erhöhung der Leitfähigkeit und von Fluid zur Verringerung der Leitfähigkeit ist möglich. Dadurch kann zeitweise eine Abkühlung der Leitung 3 erreicht werden. Auch ein pulsweises, wiederholtes Einbringen nur von Fluid zur Verringerung der Leitfähigkeit ist möglich.A repeated, alternating introduction of electrolyte to increase the conductivity and of fluid to reduce the conductivity is possible. This can temporarily a Cooling of the
Ein Einbringen von Elektrolyt zur Erhöhung der Leitfähigkeit, gefolgt von einer Einbringung von Fluid zur Verringerung der Leitfähigkeit in der Umgebung des Leiters 3 kann auch von Vorteil sein, wenn in entfernteren Bereichen vom Leiter 3 eine gute Förderung von Schwerstöl oder Bitumen erreicht werden soll. So kann der Elektrolyt zur Erhöhung der Leitfähigkeit in entferntere Bereiche eingebracht werden, z.B. durch hohen Druck und/oder Diffusion, und in der direkten Umgebung des Leiters 3 kann das darauffolgend eingebrachte Fluid zur Verringerung der Leitfähigkeit den Elektrolyt zur Erhöhung der Leitfähigkeit verdrängen. Dadurch wird in entfernteren Bereichen die induzierte Heizleistung erhöht, während in der direkten Umgebung des Leiters 3 und am Leiter 3 selbst die Erwärmung verringert wird. Dabei kann gerade von Vorteil sein, dass ein flüssiger Elektrolyt Wärme besser leitet als z.B. ein Gas. So kann entfernt vom Leiter die geringere Induktion kompensiert werden durch eine bessere Leitfähigkeit und unmittelbar in der Umgebung des Leiters 3 kann ein Gas zu einem verringertem Wärmetransport zum Leiter 3 hin führen.An introduction of electrolyte to increase the conductivity, followed by an introduction of fluid to reduce the conductivity in the vicinity of the
Die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren führen selbst oder in Kombination zu einer verbesserten Schwerstöl- oder Bitumen-Förderung, durch hohe einsetzbare elektrische Leistung und damit verbundene Induktion bei verringerter Gefahr der thermischen Schädigung des Leiters 3 bzw. der Materialien seiner Komponenten, wie z.B. Dielektrikum und/oder Isolation.The above-described inventive methods, even or in combination, lead to improved heavy oil or bitumen production, by high usable electrical power and associated induction with reduced risk of thermal damage to the
Claims (11)
- Process for the "in situ" extraction of bitumen or ultraheavy oil from oil-sand deposits (100) as a reservoir (1), wherein the ground of the reservoir (1) is inductively heated by means of at least one electrical current-passing conductor (3) by currents induced in the ground in the area surrounding the electrical conductor (3) to reduce the viscosity of the bitumen or ultraheavy oil, and wherein at least one perforated fluid guide (30), which surrounds or encloses the at least one conductor (3) at least in certain portions, is used to introduce a fluid (45) into the reservoir (1) via the perforation (41, 42, 43) in the fluid guide (30), characterized in that the fluid (45) reduces an electrical conductivity in the reservoir (1) in the area surrounding the fluid guide (30).
- Process according to Claim 1, characterized in that water with a lower conductivity than the conductivity of water located in the reservoir (1) is introduced into the reservoir (1) as the fluid (45).
- Process according to one of the preceding claims, characterized in that gas is introduced into the reservoir (1) as the fluid (45).
- Process according to Claim 3, characterized in that air is used as the gas or the gas comprises air.
- Process according to Claim 3, characterized in that carbon dioxide and/or nitrogen is used as the gas or the gas comprises carbon dioxide and/or nitrogen.
- Process according to one of the preceding claims, characterized in that a solution of chemical substances, the chemical substances of which react to form a scarcely soluble salt in the reservoir (1) and thereby lead to a precipitation of ions in the reservoir (1), is introduced into the reservoir (1) as the fluid (45).
- Process according to Claim 6, characterized in that a chemical analysis of at least one fluid from the reservoir (1) is used in order to determine ions and the chemical substances in the solution (45) are selected on the basis of the ions determined, in order then, with the solution (45), to precipitate ions in the reservoir (1).
- Process according to one of the preceding claims, characterized in that, by reducing the electrical conductivity in the reservoir (1), the inductive heating by means of the current-passing conductor (3) is reduced.
- Process according to Claim 8, characterized in that the temperature T in the area directly or indirectly surrounding the conductor (3) and/or the fluid guide (30) is restricted to a maximum value.
- Process according to Claim 9, characterized in that the temperature T is restricted to a maximum value at which components of an apparatus for the "in situ" extraction of bitumen or ultraheavy oil from oil-sand deposits (100) as a reservoir (1) are thermally stable.
- Process according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical conductor (3) is passed through by an alternating current with a current intensity in the range of over 100 A and/or with a frequency in the range from 10 kHz to 100 kHz.
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