EP2886792A1 - Verfahren für das Einbringen einer Induktorschleife in eine Gesteinsformation - Google Patents

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EP2886792A1
EP2886792A1 EP13198018.7A EP13198018A EP2886792A1 EP 2886792 A1 EP2886792 A1 EP 2886792A1 EP 13198018 A EP13198018 A EP 13198018A EP 2886792 A1 EP2886792 A1 EP 2886792A1
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EP
European Patent Office
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inductor
bore
electrically conductive
cutting
loop
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13198018.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Blendinger
Vladimir Danov
Dirk Diehl
Andreas Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2014/068796 priority patent/WO2015090649A1/de
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2401—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/30—Specific pattern of wells, e.g. optimising the spacing of wells
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    • E21B43/305—Specific pattern of wells, e.g. optimising the spacing of wells comprising at least one inclined or horizontal well

Definitions

  • the present invention relates to a method for introducing an inductor loop into a rock formation for heating an oil reservoir and to a corresponding induction device.
  • a disadvantage of using the superheated steam method is that the heat distribution within the oil reservoir is difficult or impossible to predetermine.
  • the introduction of the inductor cable is particularly difficult. So it is imperative for the induction heating to form a so-called inductor loop.
  • an annular or otherwise closed form of Induktorccis must be introduced into the oil reservoir. This is done, for example, in flat bores in the area of about 40 m below the surface of the rock formation.
  • the so-called Bananaloopclar can be used, in which along a curved path two substantially parallel holes are performed.
  • Each of these bores has an inlet opening and an outlet opening, so that the two outlet openings on the surface of the rock formation can serve to connect the two ends of the two inductor arms together again to the inductor loop on the surface.
  • a drilling method can only be used in areas near the surface for the oil reservoir. For deep drilling in areas up to 800 m or 1000 m below the surface of the rock formation, such a drilling method is not possible. This is particularly due to the fact that when drilling a hole, the weight of the drill pipe itself is supportive. If it were now necessary, for example in the case of the bananaloop method, to drill this section upwards again from a depth of about 1000 m, the corresponding drill pipe would no longer act together with the drilling pressure on the drill head, but instead would relieve it.
  • the two steps of introducing the fluid and the introduction of the two inductor arms can also be performed in reverse order or even parallel to each other. However, it is preferred if the electrically conductive fluid is introduced through the still empty inductor bore or through both still empty inductor bores.
  • the cut region can be formed directly or indirectly for closing the inductor loop. So is in addition to the direct formation of an approximation of the two Induktorbohritch also conceivable that the cutting area is extended by an optional separate cutting bore, as will be explained later in more detail.
  • an inductor bore is carried out in each case for the first inductor arm and the second inductor arm.
  • three or more inductor arms can also be used.
  • a separate inductor bore is generated for each Induktorarm.
  • the inductor bores partially overlap with each other.
  • the inductor bores are all created by a common inductor bore so that all or some of the inductor bores are coextensive in the initial region of the respective bore.
  • the individual inductor bores run apart and in particular parallel to one another, in order to open up an area in which the inductively generated eddy currents can carry out the heating of the oil reservoir.
  • the already mentioned at least one optional cutting bore provided.
  • This cut hole now serves to expand the cut area to bridge larger distances between the two inductor arms for closing the inductor loop.
  • the cutting bore is drilled as close as possible to the ends of the individual inductor bores.
  • a finding means can be used to detect the respective ends of the inductor arms during drilling can also.
  • a sectional area between the respective Induktorbohronne is generated.
  • a cut area is to be understood as an area which is preferably less than or equal to approximately 1 m. This means that in this section region the distance between the cutting bore and the inductor bore, preferably the end of the inductor bore, is less than or equal to approximately 1 m. There may even be a real overlap between the respective inductor arms. However, it is sufficient for the electrical closing of the inductor loop by the connecting arm when the cutting area has a size as described above with less than about 1 m. By using the electrically conductive fluid even larger distances between the two inductor arms can be overcome to close the inductor loop. If the distance for a direct closing of the inductor loop is too great also by means of the fluid, the already mentioned cutting bore can be used.
  • the inductor arms and for the connecting arm in the form of the cut bore have been carried out and introduced the electrically conductive fluid, the introduction of the individual arms can take place.
  • the inductor arms are used. These are now in their fullest possible extent within the oil reservoir and up to the corresponding control unit or control unit on the surface of the rock formation.
  • one or more connecting arms can now be used. Thus, with two inductor arms, one connecting arm and, with four inductor arms, two connecting arms, etc. become necessary.
  • Such connecting arms do not extend over the entire length of the cut hole, but extend only over sections of this cut bore.
  • the connecting arms thus have a length which corresponds to the length of the cutting bore between the two corresponding or correlating cutting areas with the two inductor arms.
  • the introduction takes place in such a way that a electrically conductive connection between the respective ends or at other locations of the inductor arms in the respective inductor bore. This can therefore be done by introducing the electrically conductive fluid at both ends of the connecting arm. It is also conceivable that, instead of the connecting arm, this region of the cutting bore is completely filled with the electrically conductive fluid in order to form the inductor loop.
  • the method according to the preceding paragraph can be further developed such that at least one transverse bore is introduced into the intersection areas of at least one of the inductor bores for the introduction of the electrically conductive fluid.
  • bores can be made transversely, in particular perpendicular to the drilling axis of the inductor bore, in order to provide an opening in the cutting area.
  • a complete transverse bore to an overlap and thus a passage between cut bore and adjacent Inductor hole to provide. This area is filled up with the electrically conductive fluid or the surrounding rock is impregnated with the electrically conductive fluid.
  • the electrically conductive fluid is introduced in the form of an electrically conductive liquid.
  • a fluid in the form of a liquid entails simplifications in the nature of the introduction. For example, simpler pumps can be used for the introduction of liquids than for gases. Gravity also has an effect on the introduction of a liquid.
  • the electrically conductive liquid is in particular an incompressible liquid.
  • the list above is a non-exhaustive list.
  • combinations of different materials as a suspension are conceivable.
  • the suspension is made on the surface of the rock formation and then introduced ready in the rock formation to the intersection.
  • Other materials, especially stabilizers, can also be used to maintain the stability of the distribution of the powder grains in the suspension during the introduction and over a long period of use in the cutting area.
  • the first inductor bore and the second inductor bore are drilled through a common inductor bore.
  • the individual inductor bores run separately within the oil reservoir. They thus clamp the induction field or the heating field in the oil reservoir.
  • the common sections of the inductor bores preferably have an enlarged bore cross-section in order to be able to accommodate the total number of inductor arms to be passed through this common inductor bore.
  • Another advantage is that in this embodiment, as little heating power as possible takes place within the vertical drilling direction of the inductor bores. The heating power depends on the distance between the individual inductor arms. The greater the distance between the Induktorarmen, the greater the heating power is formed.
  • the inductor arms in their vertical sections as close to each other, for Example led in a common vertical Induktorbohrung, this leads to a low or very low heat output in these sections.
  • the inductor arms Only after splitting into the individual separate inductor bores the inductor arms bring a distance between them, so that now the heating power is provided to a greater extent and exactly at the desired location within the oil reservoir.
  • the branching for separating the individual inductor bores from each other can take place, for example, at different heights within the rock formation. Even at different positions on a common height or even in different radial directions, a separation of the individual inductor bores from each other is conceivable.
  • the inductor bores have at least one deflection point, in particular exactly one deflection point.
  • the inductor bores are formed substantially with a vertical and with a substantially horizontal or inclined portion.
  • the vertical sections mean that the inductor arms can be introduced as vertically as possible into the rock formation. Vertical holes are particularly cost effective, quick and easy to execute.
  • the use of at least one deflection point means that now a horizontal or angled section can be provided for the respective inductor bore.
  • These horizontal or angled sections of the inductor bores now preferably extend into the oil reservoir.
  • the actual orientation of the respective deflection point preferably depends on the respective geometric design of the oil reservoir within the rock formation. This deflection is preferably designed such that a deflection into the horizontal or at an angle downwards from the horizontal takes place. This avoids that drilling upwards with the disadvantages already described would be necessary.
  • an optionally used cutting bore has at least one deflection point, in particular sections, is drilled along a curved path.
  • a deflection point for the cutting bore brings about the same advantages as have already been explained with regard to the deflection point for the inductor bores.
  • a curved path that is to say a continuous deflection point, preferably in an angled or horizontal plane, results in that a radially star-shaped distributed network of inductor arms or inductor bores can be achieved with a single cutting bore. This results in that a particularly homogeneous heating of a substantially radially formed oil reservoir with only a few holes in accordance with the invention is possible.
  • a locating means is arranged at the bore end of at least one of the inductor bores for detection of this boring end in the bore of the other inductor bore and / or the cutting bore.
  • a detection means can emit radiation in the form of radioactive radiation or electromagnetic radiation.
  • acoustic signaling for example in the form of ultrasound, may be provided for the finder.
  • a magnetic training of the finder is conceivable. It is crucial that the shape of the signals emitted by the finder be transportable through the rock. In this way it becomes possible, when drilling the other inductor bore and / or cutting bore, for example by means of a detection device, to perceive the actual location of the respective locating means.
  • control or the orientation of the drill bit for the cutting bore can be aligned with this drill end, so that the cutting area is hit with a higher probability.
  • a further advantage can be achieved if, in a method according to the invention, the inductor bores within the oil reservoir are drilled at a uniform or essentially uniform distance of, in particular, more than approximately 50 m. These are, in particular, the horizontal or angled sections of the inductor bores within the oil reservoir. A distance that is uniformly leads to uniform heating power within the oil reservoir. Unwanted heat islands in parts of the oil reservoir are avoided in this way. Distances of about 50 m and more lead to a particularly advantageous and strong heating power for a sufficient reduction of the viscosity of the oil in the oil reservoir.
  • an induction device for heating an oil reservoir in a rock formation for oil production.
  • This induction device is in particular formed by a method according to the invention and has a first inductor arm in a first inductor bore and a second inductor arm in a second inductor bore.
  • An induction device according to the invention is characterized in that the two inductor bores have a cutting area with each other, in which an electrically conductive fluid for forming an electrically conductive connection of the inductor arms is arranged for closing the inductor loop.
  • a frequency generator can be provided in a method according to the invention, which feeds the inductor loop with a frequency between 1 kHz and 500 kHz.
  • the inductor loop in particular in the form of an electrical conductor, can be designed as an induction line, so that it can carry the high-frequency current, operated with little loss as a resonant circuit. Since both ends are preferably connected to the frequency generator, the induction line forms an inductor loop. The technical realization of the electrical line is performed as a resonant circuit.
  • the frequency generator can be designed as a frequency converter, which converts a voltage having a frequency of 50 Hz or 60 Hz from the mains into a voltage with a frequency in the range of 1 kHz to 500 kHz.
  • the frequency converter can be installed on a day-to-day basis.
  • At least one production well may preferably be drilled into the storage zone zone heated by the inductor loop, that is to say the oil reservoir.
  • the energization of the conductor thus the inductive heating underground and the oil reservoir begins with the resulting formation of a heating zone, which is characterized by an elevated temperature.
  • a conductor of an inductor loop may have a longitudinal inductance of 1.0 to 2.7 ⁇ H / m (micro Henry per meter length).
  • the cross-capacitance coating is, for example, 10 to 100 pF / m (pico Farad per meter length).
  • the characteristic frequency of the array is due to the loop length and shape and the transverse capacitance across the inductor loop.
  • the inductor loop acts as an induction heater during operation to inject additional heat into the deposit.
  • the active region of the inductor loop may describe a nearly closed loop (ie an oval) in the substantial horizontal direction within the reservoir.
  • the active area may be adjoined by an end area, possibly located above ground.
  • the above-ground portions of the inductor loop start and end regions may be electrically contacted with a power source - a frequency generator. It is preferably provided that the line inductance of the inductor loop is compensated in sections by discrete or continuously executed series capacitances. It can be provided for the inductor loop with integrated compensation that the frequency of the frequency generator is tuned to the resonant frequency of the inductor loop.
  • the capacitance in the inductor loop may be formed by cylindrical capacitors between a tubular outer electrode of a first cable section and a tubular inner electrode of a second cable section, between which a dielectric is located. Likewise, the adjacent capacitor is formed between the following cable sections.
  • the dielectric of the capacitor is chosen so that it meets a high dielectric strength and high temperature resistance.
  • the entire electrode may already be surrounded by an insulation.
  • the insulation against the surrounding soil is advantageous in order to prevent resistive currents through the ground between the adjacent cable sections, in particular in the region of the capacitors.
  • the insulation furthermore prevents a resistive current flow between the forward and return conductors.
  • tubular electrodes can be connected in parallel.
  • the parallel connection of the capacitors can be used to increase the capacitance or to increase its dielectric strength.
  • a compensation of the longitudinal inductance by means of predominantly concentrated cross-capacitances can be carried out: Instead of introducing more or less short capacitors as concentrated elements in the line, and the capacitance - can be a two-wire line such.
  • B. provide a coaxial line or multi-wire cables anyway over their entire length - are used to compensate for the L jossinduktterrorismen.
  • the inner and outer conductors are alternately interrupted at equal intervals, thus forcing the flow of current through the distributed transverse capacitances.
  • the structural design of the inductor loop can be made as a cable design or as a solid conductor design. However, the design is irrelevant to the electrical operation described above.
  • a frequency generator for driving the electrical conductor of the inductor loop is preferably designed as a high-frequency generator.
  • the frequency generator can be constructed in three phases and advantageously include a transformer coupling and power semiconductors as components.
  • the circuit may include a voltage impressing inverter. Such a generator may require operation under resonant conditions for its intended use to achieve reactive power compensation. If necessary, the drive frequency is suitably adjusted during operation.
  • the following components may be present to control the conductor of the inductor loop: Starting from the 3-phase AC mains voltage source z. B. 50Hz or 60 Hz, for example, a three-phase rectifier is controlled, which is followed by a DC link with capacitor, a three-phase inverter, which generates periodic square wave signals suitable frequency. Inductors are controlled as output via a matching network of inductors and capacitors. A waiver of the matching network is possible, however, if the inductor is designed as an inductor loop, which allows the adjustment of the required resonant frequency due to their inductance and the capacitive coating.
  • the described frequency generators can basically be used as voltage-impressing power converters or, accordingly, as current-impressing power converters.
  • the temperature in the heating zone depends on the applied electromagnetic power resulting from the geological and physical (eg electrical conductivity) parameters of the deposit, as well as the technical parameters of the electrical arrangement, in particular consisting of conductor of the inductor loop and the high-frequency generator, results.
  • This temperature can reach up to 300 ° C and is adjustable by changing the current through the inductor loop.
  • the regulation takes place via the frequency generator.
  • the electrical conductivity of the reservoir may be increased by injecting additional water or another fluid, e.g. As an electrolyte can be increased.
  • an activation of the conductor of the inductor loop can take place over a period of time, initially no removal of the heated fluids has yet taken place.
  • the temperature development is initially due to the induction of eddy currents in the electrically conductive areas of the substrate.
  • temperature gradients that is, places of higher temperature, than the original one Reservoir temperature.
  • the places of higher temperature arise where eddy currents are induced.
  • the starting point of the heat is therefore not the inductor loop or the electrical conductor, but it is the eddy currents induced by the electromagnetic field in the electrically conductive layer.
  • Due to the temperature gradient that occurs over time heat conduction also occurs depending on the thermal parameters such as thermal conductivity, which compensates for the temperature profile. With a greater distance to the conductor of the inductor loop, the strength of the alternating field decreases, so that only a lower heating is possible there.
  • the design of the electrical arrangement is therefore preferably chosen so that the penetration depth of the electromagnetic field typically corresponds to half the distance of the horizontally formed inductor arms. This ensures that the electromagnetic field of a return conductor of the conductor is not compensated and on the other hand, the number of holes in relation to the thickness of the reservoir can be kept optimally low.
  • the electromagnetic field reaches electrically conductive layers further away from the Induktorarm and induces eddy currents there.
  • the advantage is that it is a self-penetrating effect, which means that the absolutely introduced power into the reservoir is always kept constant can be, for. In the range of a few 100kW to several mega watts, e.g. B. 1 MW.
  • the highest specific power density is near the inductor arm, but as soon as the fluids are removed, the lower radius has a lower specific power density, but in a larger volume, with the result that the absolute power introduced is even remains the same, z. Eg 1MW.
  • the oil flows due to reduced viscosity in the production wells or in each case installed delivery pipe.
  • the Fig. 1 to 3 describe a method according to the invention with the optional cutting bore 140.
  • two inductor bores 120 and 130 are separately introduced here via two inductor bores 160. After a first vertical course, the two are via a deflection 170 Induktorbohrept 120 and 130 in a horizontal plane at different heights in the oil reservoir 110 in the rock formation 100 deflected.
  • Both inductor bores 120 and 130 are blind holes, each having a bore end 122 and 132.
  • the distance A within the oil reservoir 110 is preferably constant and greater than about 50 m.
  • At least one, in this embodiment exactly one, cutting bore 140 is performed here. This takes place here purely vertically, since the two inductor bores 120 and 130 are arranged at different heights in a vertically oriented plane.
  • the cutting bore 140 thereby generates cutting regions 150 in the region of the respective bore end 122 and 132.
  • the two inductor arms 20 and 30 are inserted into the two inductor bores 120 and 130.
  • a connecting arm 40 is now arranged, which closes the inductor loop 90 and thus forms the induction device 10.
  • a control unit which provides the corresponding energization for the heating process for the inductor loop 90.
  • Fig. 4 shows a variant of the embodiment of Fig. 1 to 3 in which the two inductor arms 20 and 30 do not run at different heights but laterally spaced from each other at an equal height within the oil reservoir 110. This makes it necessary that now also the cutting bore 140 is deflected around a deflection point 170.
  • the other features of this embodiment correspond to the embodiment of Fig. 1 to 3 ,
  • Fig. 5 the drilling process for the second inductor bore 130 is shown.
  • a locator 50 located at the bore end 122 of this first inductor bore 120 is a locator 50 having signals, for example, in a magnetic or radiation-like form.
  • the drill head 200 which generates the second inductor bore 130, has a detection device 210 for receiving these signals.
  • tracer process is likely to achieve a situation as they Fig. 6 shows.
  • the cutting region 150 between the second inductor bore 130 and the first inductor bore 120 is formed as an overlapping cutting region 150.
  • FIGS. 7 and 8 show a situation that is achievable without a finder 50.
  • the cutting region 150 is formed as an approximation or as a minimum distance between the second inductor bore 130 and the first inductor bore 120. This minimum distance is preferably less than or equal to about 1 m.
  • an electrically conductive fluid 60 will be introduced by means of transverse bores 142. This may be, for example, an electrically conductive liquid, in particular in the form of a suspension of electrically conductive particles.
  • FIG. 9 shows a variant with a radial distribution of a total of three first Induktorarmen 120 and three second Induktorarmen 130.
  • a cutting bore 140 is provided which extends to the deflection point 170 on a circular path 152 .
  • Fig. 10 a variant is shown, which has a radial spreading of two inductor arms 120 and 130 after the deflection point 170. This is, similar to Fig. 4 , a distribution on a common horizontal level possible.
  • a common Induktorbohrö réelle 160 used so that the Induktorarme 120 and 130 in the vertical section through a common bore.
  • Fig. 11 shows a variant in which the inductor arms 120 and 130 are distributed via deflection points 170 to different heights within the rock formation 100.
  • a common Induktorbohrötechnik 160 could find again use.
  • an embodiment according to the Fig. 12 which provides a separate inductor bore 160 for each inductor bore 120 and 130, with a common cutting bore 140 providing the desired electrical conductivity interconnect for closing the inductor loops 90.
  • the Fig. 13 shows the simplest solution according to the invention of the arrangement of two inductor bores 120 and 130 without the use of an additional optional cutting bore 140.
  • the inductor loop 90 is here directly closed by the use of the electrically conductive fluid 60 in the cutting region 150, as for example in the Fig. 8 is shown.
  • a conductor loop can be easily closed, which can be operated by a frequency converter in operation.
  • the inductor arms 20,30 have means which generate an electromagnetic field during operation, which extends into the oil reservoir and which in turn acts inductively on the oil or hydrocarbons in the oil reservoir.
  • the electrically closed part of the conductor loop which consists of the electrically conductive fluid, contains no means that generate a pronounced electromagnetic field in a special way. This is also not necessary, since the fluid is essentially intended to complete the conductor loop. This results in a coherent conductor loop, consisting of two inductor arms 20, 30 and the fluid for connecting these two inductor arms 20, 30.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Einbringen einer Induktorschleife (90) in eine Gesteinsformation (100) für das Aufheizen eines Ölreservoirs (110) in der Gesteinsformation (100) zur Ölförderung, aufweisend die folgenden Schritte: Bohren einer ersten Induktorbohrung (120) für das Einbringen eines ersten Induktorarms (20); Bohren einer zweiten Induktorbohrung (130) für das Einbringen eines zweiten Induktorarms (30) unter Erzeugung eines Schnittbereichs (150) mit der ersten Induktorbohrung (120); Einbringen eines elektrisch leitfähigen Fluids (60) in den Schnittbereich (150) für die Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung der beiden Induktorarme (20, 30) zum Schließen der Induktorschleife (90); Einbringen des ersten Induktorarms (20) in die erste Induktorbohrung (120) und des zweiten Induktorarms (30) in die zweite Induktorbohrung (130). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Induktionsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für das Einbringen einer Induktorschleife in eine Gesteinsformation für das Aufheizen eines Ölreservoirs sowie eine entsprechende Induktionsvorrichtung.
  • Es ist bekannt, dass für die Förderung aus schwierigen Öllagerstätten neue Methoden eingesetzt werden sollen. Dabei sind beispielsweise Ölreservoire in Gesteinsformationen vorliegend, in welchen das Öl in Sand in gebundener Weise vorliegt. Um die Förderung des auf diese Weise gebundenen Öls zu ermöglichen, ist es notwendig, dass das Öl aufgeheizt wird und eine verringerte Viskosität erhält. Nur auf diese Weise ist es möglich, das Öl fließfähig aus einem solchen Ölreservoir zu pumpen. Um dieses Aufheizen zu ermöglichen, sind unterschiedliche Techniken bekannt. So ist beispielsweise die Dampfinjektionsmethode einsetzbar, welche durch das Einbringen von Heißdampf in das Ölreservoir in der Lage ist, dieses aufzuheizen und damit die Viskosität des zu fördernden Öls zu reduzieren. Weiter ist es bekannt, dass Induktorkabel eingebracht werden, welche durch die Erzeugung von elektromagnetischen Wirbelströmen im Ölreservoir ein Aufheizen desselben bewirken.
  • Nachteilhaft bei der Verwendung der Heißdampfmethode ist es, dass die Wärmeverteilung innerhalb des Ölreservoirs nur schwer beziehungsweise überhaupt nicht vorgebbar ist. Hinsichtlich der bekannten Induktionsheizung für das Ölreservoir ist insbesondere die Einbringung der Induktorkabel schwierig. So ist es für die Induktionsheizung zwingend erforderlich, eine sogenannte Induktorschleife auszubilden. Mit anderen Worten muss eine ringförmige oder in anderer Weise geschlossene Form des Induktorkabels in das Ölreservoir eingebracht werden. Dies wird zum Beispiel durchgeführt bei Flachbohrungen im Bereich von ca. 40 m unterhalb der Oberfläche der Gesteinsformation. Dabei kann das sogenannte Bananaloopverfahren eingesetzt werden, bei welchem entlang einer Kurvenbahn zwei im Wesentlichen parallele Bohrungen durchgeführt werden. Jede dieser Bohrungen hat eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung, so dass die beiden Austrittsöffnungen auf der Oberfläche der Gesteinsformation dazu dienen können, die beiden Enden der beiden Induktorarme wieder miteinander zur Induktorschleife an der Oberfläche zu verbinden. Ein solches Verfahren ist jedoch nur in oberflächennahen Bereichen für das Ölreservoir einsetzbar. Bei Tiefenbohrungen in Bereichen von bis zu 800 m oder 1000 m unterhalb der Oberfläche der Gesteinsformation ist ein solches Bohrverfahren nicht möglich. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, dass beim Bohren einer Bohrung die Gewichtskraft des Bohrgestänges selbst unterstützend wirkt. Wäre es nun erforderlich, wie beispielsweise bei dem Bananaloopverfahren, aus ca. 1000 m Tiefe diese Strecke wieder nach oben zu bohren, würde das entsprechende Bohrgestänge nun nicht mehr gemeinsam mit dem Bohrdruck auf den Bohrkopf wirken, sondern vielmehr diesen entlasten. Ein entsprechender Vorschub wäre dementsprechend in einem solchen Fall nur in geringem Maße gewährleistet, dass der Aufwand einer derartig tiefen Bananaloopbohrung hinsichtlich Kosten, Zeit und Komplexität unglaublich groß wäre. Dementsprechend ist bisher die Verwendung von Induktorschleifen für das Aufheizen in Ölreservoirs, welche in tieferen Regionen in Gesteinsformationen vorhanden sind, nicht möglich.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Induktionsheizung auch für Tiefenbohrung einsetzbar zu machen.
  • Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Induktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Einbringen einer Induktorschleife in eine Gesteinsformation für das Aufheizen eines Ölreservoirs in der Gesteinsformation zur Ölförderung. Hierfür weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
    • Bohren einer ersten Induktorbohrung für das Einbringen eines ersten Induktorarms,
    • Bohren einer zweiten Induktorbohrung für das Einbringen eines zweiten Induktorarms unter Erzeugung eines Schnittbereichs mit der ersten Induktorbohrung,
    • Einbringen eines elektrisch leitfähigen Fluids in den Schnittbereich für die Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung der beiden Induktorarme zum Schließen der Induktorschleife,
    • Einbringen des ersten Induktorarms in die erste Induktorbohrung und des zweiten Induktorarms in die zweite Induktorbohrung.
  • Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die beiden Schritte des Einbringens des Fluids und des Einbringens der beiden Induktorarme auch in umgekehrter Reihenfolge oder sogar parallel zueinander ausgeführt werden können. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das elektrisch leitfähige Fluid durch die noch leere Induktorbohrung oder durch beide noch leeren Induktorbohrungen eingebracht wird.
  • Der Schnittbereich kann erfindungsgemäß direkt oder indirekt für das Schließen der Induktorschleife ausgebildet sei. So ist neben der direkten Ausbildung einer Annäherung der beiden Induktorbohrungen auch denkbar, dass der Schnittbereich durch eine optionale separate Schnittbohrung noch erweitert wird, wie sie später noch näher erläutert wird.
  • Erfindungsgemäß werden nun insgesamt zwei Bohrungen durchgeführt. Zum einen wird für den ersten Induktorarm und den zweiten Induktorarm jeweils eine Induktorbohrung durchgeführt. Selbstverständlich können bei komplexeren Geometrien des Ölreservoirs auch drei oder mehr Induktorarme eingesetzt werden. Dabei ist entscheidend, dass für jeden Induktorarm erfindungsgemäß eine eigene Induktorbohrung erzeugt wird. Jedoch ist es möglich, dass die Induktorbohrungen abschnittsweise miteinander überlappen. Mit anderen Worten kann es sein, dass die Induktorbohrungen alle durch eine gemeinsame Induktorbohröffnung erzeugt werden, so dass im Anfangsbereich der jeweiligen Bohrung alle oder einige der Induktorbohrungen gemeinsam verlaufen. Spätestens jedoch innerhalb des Ölreservoirs laufen die einzelnen Induktorbohrungen auseinander und insbesondere parallel zueinander, um eine Fläche aufzuspannen, in welcher die induktiv erzeugten Wirbelströme das Aufheizen des Ölreservoirs durchführen können.
  • Zusätzlich zu den notwendigen Induktorbohrungen für das Einbringen der Induktorarme ist es möglich, dass die bereits erwähnte wenigstens eine optionale Schnittbohrung vorgesehen. Diese Schnittbohrung dient nun dazu, den Schnittbereich zu erweitern, um auch größere Abstände zwischen den beiden Induktorarmen überbrücken zu können für das Schließen der Induktorschleife. Darunter ist zu verstehen, dass die Schnittbohrung möglichst nah an die Enden der einzelnen Induktorbohrungen herangebohrt wird. Hierfür kann neben üblichen Bohrmechaniken insbesondere ein Auffindmittel eingesetzt werden, um während des Bohrens die jeweiligen Enden der Induktorarme auch detektieren zu können.
  • Für die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, dass ein Schnittbereich zwischen den jeweiligen Induktorbohrungen erzeugt wird. Unter einem Schnittbereich ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bereich zu verstehen, welcher vorzugsweise kleiner oder gleich ca. 1 m ist. Das bedeutet, dass in diesem Schnittbereich der Abstand zwischen der Schnittbohrung und der Induktorbohrung, vorzugweise dem Ende der Induktorbohrung, kleiner oder gleich ca. 1 m ausgebildet ist. Es kann sogar eine reale Überschneidung zwischen den jeweiligen Induktorarmen vorhanden sein. Jedoch ist es für das elektrische Schließen der Induktorschleife durch den Verbindungsarm ausreichend, wenn der Schnittbereich eine Größe aufweist, wie sie voranstehend mit weniger als ca. 1 m beschrieben worden ist. Durch das Verwenden des elektrisch leitfähigen Fluids können auch noch größere Abstände zwischen den beiden Induktorarmen überwunden werden, um die Induktorschleife zu schließen. Ist der Abstand für ein direktes Schließen der Induktorschleife auch mittels des Fluids zu groß, kann die bereits erwähnte Schnittbohrung eingesetzt werden.
  • Sind die beschriebenen Bohrungen für die Induktorarme und für den Verbindungsarm in Form der Schnittbohrung durchgeführt worden und das elektrisch leitfähige Fluid eingebracht, kann das Einbringen der einzelnen Arme erfolgen. Über die Induktorbohrungen werden die Induktorarme eingesetzt. Diese befinden sich nun in ihrer möglichst vollen Erstreckung innerhalb des Ölreservoirs und bis zur entsprechenden Steuereinheit beziehungsweise Kontrolleinheit auf der Oberfläche der Gesteinsformation. In einer optionalen Schnittbohrung können nun ein oder mehrere Verbindungsarme eingesetzt werden. So werden bei zwei Induktorarmen ein Verbindungsarm und bei vier Induktorarmen zwei Verbindungsarme usw. notwendig. Solche Verbindungsarme erstrecken sich nicht über die gesamte Länge der Schnittbohrung, sondern erstrecken sich nur über Teilabschnitte dieser Schnittbohrung. Die Verbindungsarme weisen also eine Länge auf, welche der Länge der Schnittbohrung zwischen den zwei entsprechenden beziehungsweise korrelierenden Schnittbereichen mit den beiden Induktorarmen entspricht. Das Einbringen erfolgt in einer Weise, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den jeweiligen Enden oder an anderen Stellen der Induktorarme in der jeweiligen Induktorbohrung erfolgt. Dies kann erfolgt demnach durch das Einbringen des elektrisch leitfähigen Fluids an beiden Enden des Verbindungsarms. Auch ist es denkbar, dass anstelle des Verbindungsarms dieser Bereich der Schnittbohrung vollständig mit dem elektrisch leitfähigen Fluid ausgefüllt wird, um die Induktorschleife auszubilden.
  • Erfindungsgemäß ist nun eine einfache Bohrung für jede Induktorbohrung und auch für die optionale Schnittbohrung möglich. Entscheidend dabei ist, dass sämtliche dieser Bohrungen ausschließlich nach unten (also in vertikaler Richtung) beziehungsweise horizontal, innerhalb des Ölreservoirs, ausgerichtet sind. Entgegen den bekannten Bananaloopverfahren muss nun keine Aufwärtsbohrung mehr erfolgen, so dass auf einfache, kostengünstige und vor allem in relativ kurzer Zeit durchführbare Bohrtechniken zurückgegriffen werden kann. Dies führt dazu, dass erst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nun die Möglichkeit einer Induktionsaufheizung des Ölreservoirs auch in beliebiger Tiefe innerhalb der Gesteinsformation zur Verfügung steht. Insbesondere können auf diese Weise Ölreservoirs mit einer Induktionsheizung der Induktorschleife versehen werden, welche auch in Tiefbohrbereichen von circa 1000 m oder mehr unter der Oberfläche der Gesteinsformation angeordnet sind.
  • Das Verfahren gemäß dem vorstehenden Absatz kann dahingehend weitergebildet werden, dass in die Schnittbereiche zumindest einer der Induktorbohrungen wenigstens eine Querbohrung eingebracht wird für die Einbringung des elektrisch leitfähigen Fluids. Um die Verteilung des elektrisch leitfähigen Fluids noch gezielter durchführen zu können, können Bohrungen quer, insbesondere senkrecht zur Bohrachse der Induktorbohrung durchgeführt werden, um eine Öffnung in den Schnittbereich zur Verfügung zu stellen. Bevorzugt ist es sogar möglich, eine komplette Querbohrung zu einer Überschneidung und damit einem Durchgang zwischen Schnittbohrung und angrenzender Induktorbohrung zur Verfügung zu stellen. Dieser Bereich wird mit dem elektrisch leitenden Fluid aufgefüllt beziehungsweise das umgebende Gestein mit dem elektrisch leitfähigen Fluid getränkt. Damit wird die bereits beschriebene elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Verbindungsarm und Induktorarm hergestellt.
  • Es kann weiter von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das elektrisch leitfähige Fluid in Form einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit eingebracht wird. Die Verwendung eines Fluids in Form einer Flüssigkeit bringt Vereinfachungen hinsichtlich der Art der Einbringung mit sich. So können für Flüssigkeiten einfachere Pumpen für das Einbringen eingesetzt werden, als bei Gasen. Auch wirkt sich die Schwerkraft auf das Einbringen einer Flüssigkeit unterstützend aus. Bei der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um eine inkompressible Flüssigkeit.
  • Ein weiter Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren s elektrisch leitfähige Fluid in Form einer elektrisch leitfähigen Suspension eingebracht wird, insbesondere aufweisend zumindest eines der folgenden Feststoffpulver:
    • Graphit,
    • Chromoxid.
  • Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Insbesondere sind auch Kombinationen unterschiedlicher Materialien als Suspension denkbar. Die Suspension wird dabei an der Oberfläche der Gesteinsformation angefertigt und anschließend fertig in die Gesteinsformation zu dem Schnittbereich eingebracht. Es können auch noch weitere Materialien, insbesondere Stabilisatoren, eingesetzt werden, um die Stabilität der Verteilung der Pulverkörner in der Suspension während der Einbringung und über einen langen Zeitraum der Nutzung in dem Schnittbereich aufrecht zu halten.
  • Weiter kann es von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die folgenden Schritte durchgeführt werden:
    • Bohren wenigstens einer Schnittbohrung unter Erzeugung eines ersten Schnittbereichs mit der ersten Induktorbohrung und eines zweiten Schnittbereichs mit der zweiten Induktorbohrung,
    • Einbringen wenigstens eines Verbindungsarms in die Schnittbohrung zur elektrisch leitenden Verbindung mit den beiden Induktorarmen in den beiden Schnittbereichen zur Ausbildung der Induktorschleife.
  • Damit kann eine Erweiterung des Schnittbereichs erzielt werden, wie sie bereits optional weiter oben erläutert worden ist.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die erste Induktorbohrung und die zweite Induktorbohrung durch eine gemeinsame Induktorbohröffnung gebohrt werden. Wie dies bereits angedeutet worden ist, reicht es aus, wenn die einzelnen Induktorbohrungen innerhalb des Ölreservoirs separat voneinander verlaufen. Sie spannen damit das Induktionsfeld beziehungsweise das Heizfeld in dem Ölreservoir auf. Die Durchführung einer gemeinsamen Induktorbohröffnung, so dass anschließend an diese Induktorbohröffnung die Induktorbohrungen gemeinsam entlang einer gemeinsamen Induktorbohrachse verlaufen, führt zu einer Reduktion des Bohraufwandes. Über die gemeinsamen Abschnitte der Induktorbohrungen weisen diese vorzugsweise einen vergrößerten Bohrquerschnitt auf, um auch die Gesamtanzahl aller durch diese gemeinsame Induktorbohrung hindurchzuführenden Induktorarme aufnehmen zu können. Ein weiterer Vorteil ist es, dass bei dieser Ausführungsform möglichst wenig Heizleistung innerhalb der vertikalen Bohrrichtung der Induktorbohrungen erfolgt. Die Heizleistung ist abhängig vom Abstand zwischen den einzelnen Induktorarmen. Je größer der Abstand zwischen den Induktorarmen ist, desto größer ist auch die Heizleistung ausgebildet. Werden die Induktorarme in ihren vertikalen Abschnitten möglichst nah beieinander, zum Beispiel in einer gemeinsamen vertikalen Induktorbohrung geführt, so führt dies zu einer geringen beziehungsweise sehr geringen Heizleistung in diesen Abschnitten. Erst nach dem Aufspalten in die einzelnen separaten Induktorbohrungen bringen die Induktorarme einen Abstand zwischen sich, so dass nun die Heizleistung in vergrößertem Maße und exakt am gewünschten Ort innerhalb des Ölreservoirs zur Verfügung gestellt wird. Das Abzweigen für das Separieren der einzelnen Induktorbohrungen voneinander kann zum Beispiel auf unterschiedlichen Höhen innerhalb der Gesteinsformation erfolgen. Auch auf unterschiedlichen Positionen auf einer gemeinsamen Höhe oder sogar in unterschiedlichen radialen Richtungen ist eine Separierung der einzelnen Induktorbohrungen voneinander denkbar.
  • Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Induktorbohrungen wenigstens eine Umlenkstelle, insbesondere genau eine Umlenkstelle aufweisen. Mit anderen Worten, die Induktorbohrungen sind im Wesentlichen mit einem vertikalen und mit einem im Wesentlichen horizontalen oder schrägstehenden Abschnitt ausgebildet. Die vertikalen Abschnitte führen dazu, dass möglichst senkrecht in die Gesteinsformation die Induktorarme eingebracht werden können. Vertikale Bohrungen sind besonders kostengünstig, schnell und einfach auszuführen. Das Verwenden wenigstens einer Umlenkstelle führt dazu, dass nun ein horizontaler oder winkliger Abschnitt für die jeweilige Induktorbohrung vorgesehen werden kann. Diese horizontalen beziehungsweise winkligen Abschnitte der Induktorbohrungen erstrecken sich nun bevorzugt in das Ölreservoir hinein. Die tatsächliche Ausrichtung der jeweiligen Umlenkstelle hängt dabei vorzugsweise von der jeweiligen geometrischen Ausbildung des Ölreservoirs innerhalb der Gesteinsformation ab. Dieses Umlenken ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Umlenken in die Horizontale oder mit einem Winkel nach unten von der Horizontalen erfolgt. Damit wird vermieden, dass ein Aufwärtsbohren mit den bereits beschriebenen Nachteilen notwendig werden würde.
  • Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine optional eingesetzte Schnittbohrung wenigstens eine Umlenkstelle aufweist, insbesondere abschnittsweise entlang einer Kurvenbahn gebohrt wird. Eine Umlenkstelle für die Schnittbohrung bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bezüglich der Umlenkstelle für die Induktorbohrungen bereits erläutert worden sind. Eine Kurvenbahn, also eine andauernde Umlenkstelle vorzugsweise in einer winkligen oder horizontalen Ebene führt dazu, dass ein radial sternförmig verteiltes Netz von Induktorarmen beziehungsweise Induktorbohrungen mit einer einzigen Schnittbohrung erreicht werden kann. Dies führt dazu, dass ein besonders homogenes Aufheizen eines im Wesentlichen radial ausgebildeten Ölreservoirs mit nur wenigen Bohrungen in erfindungsgemäßer Weise möglich wird.
  • Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren an das Bohrungsende wenigstens einer der Induktorbohrungen ein Auffindmittel angeordnet wird für eine Detektion dieses Bohrendes bei der Bohrung der anderen Induktorbohrung und/oder der Schnittbohrung. So kann ein solches Auffindmittel zum Beispiel Strahlung in Form von radioaktiver Strahlung oder elektromagnetischer Strahlung aussenden. Auch eine akustische Signalisierung, zum Beispiel in Form von Ultraschall, kann für das Auffindmittel vorgesehen werden. Auch eine magnetische Ausbildung des Auffindmittels ist denkbar. Entscheidend ist, dass die Form der Signale, welche vom Auffindmittel abgegeben werden, durch das Gestein transportierbar ist. Auf diese Weise wird es möglich, beim Bohren der anderen Induktorbohrung und/oder Schnittbohrung, zum Beispiel mithilfe einer Detektionsvorrichtung, den tatsächlichen Ort des jeweiligen Auffindmittels wahrzunehmen. Damit kann die Steuerung beziehungsweise die Ausrichtung des Bohrkopfes für die Schnittbohrung auf dieses Bohrende ausgerichtet werden, so dass der Schnittbereich mit höherer Wahrscheinlichkeit getroffen wird. Insbesondere wird es auf diese Weise möglich, mit hoher Wahrscheinlichkeit eine tatsächliche Überschneidung zwischen der Schnittbohrung und dem jeweiligen Induktorarm zu erzielen.
  • Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Induktorbohrungen innerhalb des Ölreservoirs mit einem gleichmäßigen oder im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand von insbesondere mehr als circa 50 m gebohrt werden. Dabei handelt es sich insbesondere um die horizontalen beziehungsweise winkligen Abschnitte der Induktorbohrungen innerhalb des Ölreservoirs. Ein Abstand, der gleichmäßig ausgebildet ist, führt zu gleichmäßiger Heizleistung innerhalb des Ölreservoirs. Unerwünschte Hitzeinseln in Teilbereichen des Ölreservoirs werden auf diese Weise vermieden. Abstände von circa 50 m und mehr führen zu einer besonders vorteilhaften und starken Heizleistung für eine ausreichende Reduktion der Viskosität des Öls im Ölreservoir.
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Induktionsvorrichtung für das Aufheizen eines Ölreservoirs in einer Gesteinsformation zur Ölförderung. Diese Induktionsvorrichtung ist insbesondere ausgebildet durch ein erfindungsgemäßes Verfahren und weist einen ersten Induktorarm in einer ersten Induktorbohrung und einen zweiten Induktorarm in einer zweiten Induktorbohrung auf. Eine erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Induktorbohrungen miteinander einen Schnittbereich aufweisen, in welchem ein elektrisch leitfähiges Fluid für die Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung der Induktorarme angeordnet ist für ein Schließen der Induktorschleife. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bringt eine erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich zum erfindungsgemäßen Verfahren erläutert worden sind.
  • Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein Frequenzgenerator vorgesehen werden, welcher die Induktorschleife mit einer Frequenz zwischen 1kHz und 500kHz speist.
  • Die Induktorschleife insbesondere in Form eines elektrischen Leiters kann als Induktionsleitung ausgebildet sein, damit er den hochfrequenten Strom, verlustarm als Resonanzkreis betrieben, tragen kann. Da vorzugsweise beide Enden an den Frequenzgenerator angeschlossen werden, bildet die Induktionsleitung eine Induktorschleife. Die technische Realisierung der elektrischen Leitung wird als Resonanzkreis durchgeführt.
  • Der Frequenzgenerator kann als Frequenzumrichter ausgebildet werden, welcher eine Spannung mit einer Frequenz von 50Hz oder 60Hz aus dem Netz in eine Spannung mit einer Frequenz im Bereich von 1kHz bis 500kHz umwandelt. Der Frequenzumrichter kann Obertage installiert sein.
  • Weiterhin kann vorzugsweise in die durch die Induktorschleife erwärmte Lagerstättezone, also das Ölreservoir, mindestens eine Förderbohrung gebohrt werden.
  • Nach Verlegung der Induktorschleife in mindestens zwei Bohrungen und dem Anschluss der Induktorschleife an den Frequenzgenerator beginnt das Bestromen des Leiters, somit das induktive Erwärmen Untergrunds und des Ölreservoirs mit sich ergebener Bildung einer Erwärmungszone, die sich durch eine erhöhte Temperatur auszeichnet.
  • Ein Leiter einer Induktorschleife kann einen Längsinduktivitätsbelag von 1,0 bis 2,7 µH/m (micro Henry je Meter Länge) aufweisen. Der Querkapazitätsbelag liegt beispielsweise bei 10 bis 100 pF/m (pico Farad je Meter Länge). Die charakteristische Frequenz der Anordnung ist bedingt durch die Schleifenlänge und -form und den Querkapazitätsbelag entlang der Induktorschleife.
  • Die Beschreibung der elektrotechnischen Parameter der induktiven Heizungsanlage auf Basis einer Induktorschleife ist im Folgenden kurz erläutert:
  • Die Induktorschleife wirkt im Betrieb als Induktionsheizung, um zusätzliche Wärme in die Lagerstätte einzubringen. Der aktive Bereich der Induktorschleife kann in im wesentlicher horizontaler Richtung innerhalb der Lagerstätte eine nahezu geschlossenen Schleife (also ein Oval) beschreiben. An den aktiven Bereich kann sich ein - eventuell oberirdisch gelegener - Endbereich anschließen. Die oberirdisch gelegenen Teile des Anfangs- und Endbereiches der Induktorschleife können elektrisch mit einer Stromquelle - einem Frequenzgenerator - kontaktiert sein. Es ist vorzugsweise vorgesehen, die Leitungsinduktivität der Induktorschleife abschnittsweise durch diskret oder kontinuierlich ausgeführte Serienkapazitäten zu kompensieren. Dabei kann für die Induktorschleife mit integrierter Kompensation vorgesehen sein, dass die Frequenz des Frequenzgenerators auf die Resonanzfrequenz der Induktorschleife abgestimmt wird. Die Kapazität in der Induktorschleife kann von Zylinderkondensatoren zwischen einer rohrförmigen Außenelektrode eines ersten Kabel-Abschnitts und einer rohrförmigen Innenelektrode eines zweiten Kabel-Abschnitts gebildet, zwischen denen sich ein Dielektrikum befindet. Ganz entsprechend wird der benachbarte Kondensator zwischen den folgenden Kabel-Abschnitten gebildet. Das Dielektrikum des Kondensators wird dabei so gewählt, dass es eine hohen Spannungsfestigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit erfüllt.
  • Weiterhin ist denkbar, eine Ineinanderschachtelung mehrerer koaxialer Elektroden vorzusehen. Auch andere übliche Kondensatorbauformen können in die Leitung der Induktorschleife integriert werden.
  • Weiterhin kann die gesamte Elektrode bereits von einer Isolation umgeben sein. Die Isolierung gegen das umliegende Erdreich ist vorteilhaft, um resistive Ströme durch das Erdreich zwischen den benachbarten Kabel-Abschnitten insbesondere im Bereich der Kondensatoren zu verhindern. Die Isolation verhindert weiterhin einen resistiven Stromfluss zwischen Hin- und Rückleiter.
  • Mehrere rohrförmige Elektroden können parallel geschaltet werden. Vorteilhafterweise kann die Parallelschaltung der Kondensatoren zur Erhöhung der Kapazität oder zur Erhöhung ihrer Spannungsfestigkeit genutzt werden.
  • Weiterhin kann eine Kompensation der Längsinduktivität mittels vorwiegend konzentrierter Querkapazitäten erfolgen: Anstelle mehr oder weniger kurzer Kondensatoren als konzentrierte Elemente in die Leitung einzubringen, kann auch der Kapazitätsbelag - den eine Zweidrahtleitung wie z. B. eine Koaxialleitung oder Mehrdrahtleitungen ohnehin über ihre gesamt Länge bereitstellen - zur Kompensation der Längsinduktivitäten verwendet werden. Dazu wird in gleichen Abständen abwechselnd der Innen- und Außenleiter unterbrochen und so der Stromfluss über die verteilten Querkapazitäten erzwungen.
  • Die konstruktive Ausgestaltung der Induktorschleife kann als Kabelbauform oder als Massivleiterbauform erfolgen. Die Bauform ist jedoch unerheblich für die zuvor beschriebene elektrische Funktionsweise.
  • Weitere Informationen zur Ausgestaltung von Leitern, die auch für vorliegenden Erfindungsgegenstand einsetzbar sind, findet sich unter DE 10 2004 009 896 A1 und WO 2009/027305 A2 .
  • Ein Frequenzgenerator zum Ansteuern des elektrischen Leiters ist der Induktorschleife vorzugsweise als Hochfrequenzgenerator ausgebildet. Der Frequenzgenerator kann dreiphasig aufgebaut sein und vorteilhafterweise eine transformatorische Kopplung und Leistungshalbleiter als Bauelemente beinhalten. Insbesondere kann die Schaltung einen Spannung einprägenden Wechselrichter beinhalten. Bei einem solchen Generator kann für den bestimmungsgemäßen Gebrauch ein Betrieb unter Resonanzbedingungen erforderlich sein, um eine Blindleistungskompensation zu erreichen. Gegebenenfalls ist die Ansteuerfrequenz im Betrieb geeignet nachzustellen.
  • An der Oberfläche können zur Ansteuerung des Leiters der Induktorschleife folgende Komponenten vorhanden sein: Ausgehend von der 3phasigen Netzwechselspannungsquelle z. B. 50Hz oder 60 Hz, wird beispielsweise ein dreiphasiger Gleichrichter angesteuert, dem über einen Zwischenkreis mit Kondensator ein dreiphasiger Wechselrichter nachgeschaltet ist, der periodische Rechtecksignale geeigneter Frequenz generiert. Über ein Anpassnetzwerk aus Induktivitäten und Kondensatoren werden Induktoren als Ausgang angesteuert. Ein Verzicht auf das Anpassnetzwerk ist allerdings möglich, wenn der Induktor als Induktorschleife ausgebildet ist, welche aufgrund ihrer Induktivität und des kapazitiven Belages das Einstellen der erforderlichen Resonanzfrequenz ermöglicht.
  • Die beschriebenen Frequenzgeneratoren lassen sich grundsätzlich als spannungseinprägende Stromrichter oder entsprechend als stromeinprägenden Stromrichter einsetzen.
  • Die Temperatur in der Erwärmungszone hängt von der eingebrachten elektromagnetischen Leistung ab, welche sich aus den geologischen und physikalischen (z. B. elektrische Leitfähigkeit) Parametern der Lagerstätte, sowie den technischen Parametern der elektrischen Anordnung, insbesondere bestehend aus Leiter der Induktorschleife und dem Hochfrequenzgenerator, ergibt. Diese Temperatur kann bis zu 300°C erreichen und ist regelbar durch Änderung der Stromstärke durch die Induktorschleife. Die Regelung erfolgt über den Frequenzgenerator. Die elektrische Leitfähigkeit der Lagerstätte kann durch zusätzliches Injizieren von Wasser oder eines anderen Fluides, z. B. eines Elektrolytes, erhöht werden.
  • Beispielsweise kann eine Ansteuerung des Leiters der Induktorschleife über einen Zeitraum erfolgen, wobei zunächst noch kein Abtransport der erwärmten Fluide erfolgt ist. Die Temperaturentwicklung erfolgt zunächst aufgrund der Induktion von Wirbelströmen in den elektrisch leitfähigen Bereichen des Untergrunds. Im Verlauf der Erwärmung entstehen Temperaturgradienten, das heißt Orte höherer Temperatur, als der ursprünglichen Reservoirtemperatur. Die Orte höherer Temperatur entstehen dort, wo Wirbelströme induziert werden. Der Ausgangspunkt der Wärme ist daher nicht die Induktorschleife bzw. der elektrische Leiter, sondern es sind die durch das elektromagnetische Feld in der elektrisch leitfähigen Schicht induzierten Wirbelströme. Durch die im Laufe der Zeit entstehenden Temperaturgradienten kommt es in Abhängigkeit der thermischen Parameter wie thermischer Leitfähigkeit auch zur Wärmeleitung, wodurch sich das Temperaturprofil ausgleicht. Mit größerem Abstand zum Leiter der Induktorschleife verringert sich die Stärke des Wechselfeldes, so dass dort nur noch eine geringere Erwärmung ermöglicht wird.
  • Erfolgt dagegen ein Abtransport der Fluide oder der fluide gemachten elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten sofort, sobald sie fluide gemacht wurden, so erfolgt an den leergeförderten Stellen umso weniger Erwärmung durch elektrische Wirbelströme, je mehr das Erdreich mit seiner elektrischen Leitfähigkeit mit abtransportiert wurde. Zwar ist das elektromagnetische Feld immer noch da, jedoch können sich Wirbelströme nur dort ausbilden, wo noch Leitfähigkeit vorhanden sein wird. Allerdings kann ein Abfließen einer Flüssigkeit bewirken, dass andere Flüssigkeit nachfließt.
  • Das Design der elektrischen Anordnung wählt man vorzugsweise daher so, dass die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes typischerweise dem halben Abstand der horizontal ausgebildeten Induktorarme entspricht. Damit wird erreicht, dass sich das elektromagnetische Feld eines Hin- und Rückleiters des Leiters nicht kompensiert und auf der anderen Seite die Anzahl der Bohrungen im Verhältnis zur Dicke des Reservoirs optimal gering gehalten werden kann. Im Falle des sofortigen Abtransportes der fluide gemachten elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten erreicht das elektromagnetische Feld weiter entfernt vom Induktorarm elektrisch leitfähige Schichten und induziert dort Wirbelströme. Der Vorteil ist, dass es ein selbst-penetrierender Effekt ist, das heißt, dass die absolut eingebrachte Leistung in das Reservoir immer konstant gehalten werden kann, z. B. im Bereich von einigen 100kW bis einige MegaWatt, z. B. 1 MW. Am Anfang ist die höchste spezifische Leistungsdichte in der Nähe des Induktorarms, sobald jedoch die Fluide abtransportiert sind, ist im weiter außerhalb liegenden Radius eine zwar geringere spezifische Leistungsdichte, jedoch in einem größeren Volumen vorhanden, was zur Folge hat, dass die absolut eingebrachte Leistung eben gleich bleibt, z. B. 1MW.
  • Das kann durch andere elektrische Verfahren nicht erreicht werden: Z. B. bei einem Heizstab (im Aufbau vergleichbar mit einem Tauchsieder) ist die in die Umgebung einbringbare Leistung immer vom Temperaturgradienten sowie von der sich über der Temperatur veränderlichen thermischen Leitfähigkeit abhängig, weil der Heizstab der Ausgangspunkt der Temperatur ist.
  • Die Anzahl der zu installierenden Induktorarme -die zeitgleich oder nacheinander betrieben werden können - hängt von der Größe der Lagerstätte des Ölreservoirs ab und die Anzahl gleichzeitig in Betrieb befindlicher Induktorarme hängt beispielsweise von der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung ab.
  • Im Betrieb des Leiters der Induktorschleife, fließt das Erdöl aufgrund reduzierter Viskosität in die Förderbohrungen bzw. in ein jeweils darin installiertes Förderrohr.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgende Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1 einen ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • Fig. 2 einen zweiten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • Fig. 3 einen dritten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung,
    • Fig. 5 eine Darstellung der Wirkung eines Auffindmittels,
    • Fig. 6 eine Möglichkeit eines Schnittbereichs,
    • Fig. 7 eine weitere Möglichkeit eines Schnittbereichs,
    • Fig. 8 eine Möglichkeit der Verwendung eines elektrisch leitfähigen Fluides,
    • Fig. 9 eine geometrische Anordnung der einzelnen Bohrungen,
    • Fig. 10 eine weitere Möglichkeit der Anordnung der einzelnen Bohrungen,
    • Fig. 11 eine weitere Möglichkeit der Anordnung der einzelnen Bohrungen,
    • Fig. 12 eine weitere Möglichkeit der Anordnung der einzelnen Bohrungen, und
    • Fig. 13 eine weitere Möglichkeit der Anordnung der einzelnen Bohrungen.
  • Die Fig. 1 bis 3 beschreiben ein erfindungsgemäßes Verfahren mit der optionalen Schnittbohrung 140. So werden hier separat über zwei Induktorbohröffnungen 160 zwei Induktorbohrungen 120 und 130 eingebracht. Nach einem ersten vertikalen Verlauf werden über eine Umlenkstelle 170 die beiden Induktorbohrungen 120 und 130 in eine horizontale Ebene auf unterschiedlicher Höhe in das Ölreservoir 110 in der Gesteinsformation 100 umgelenkt. Dabei handelt es sich bei beiden Induktorbohrungen 120 und 130 um Sacklöcher, welche jeweils ein Bohrungsende 122 und 132 aufweisen. Der Abstand A innerhalb des Ölreservoirs 110 ist vorzugsweise konstant und größer als circa 50 m ausgebildet.
  • Anschließend an das Bohren der Induktorbohrungen 120 und 130 wird hier wenigstens eine, bei dieser Ausführungsform genau eine, Schnittbohrung 140 durchgeführt. Diese erfolgt hier rein vertikal, da die beiden Induktorbohrungen 120 und 130 auf unterschiedlichen Höhen in einer vertikal ausgerichteten Ebene angeordnet sind. Die Schnittbohrung 140 erzeugt dabei Schnittbereiche 150 im Bereich des jeweiligen Bohrungsendes 122 und 132.
  • Nachdem alle Bohrungen 120, 130 und 140 erzeugt worden sind, werden die beiden Induktorarme 20 und 30 in die beiden Induktorbohrungen 120 und 130 eingeführt. Am jeweiligen Bohrungsende 122 und 132 ist nun ein Verbindungsarm 40 angeordnet, welcher die Induktorschleife 90 schließt und damit die Induktionsvorrichtung 10 ausbildet. Auf der Oberseite der Gesteinsformation 100 kann dabei selbstverständlich noch eine Kontrolleinheit ausgebildet sein, welche die entsprechende Bestromung für den Heizvorgang für die Induktorschleife 90 zur Verfügung stellt.
  • Fig. 4 zeigt eine Variante der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3, bei welcher die beiden Induktorarme 20 und 30 nicht auf unterschiedlichen Höhen, sondern seitlich beabstandet voneinander auf einer gleichen Höhe innerhalb des Ölreservoirs 110 verlaufen. Dies macht es erforderlich, dass nun auch die Schnittbohrung 140 um eine Umlenkstelle 170 gelenkt wird. Die weiteren Merkmale dieser Ausführungsform entsprechen der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3.
  • In Fig. 5 ist der Bohrvorgang für die zweite Induktorbohrung 130 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich am Bohrungsende 122 dieser ersten Induktorbohrung 120 ein Auffindmittel 50, welches Signale, zum Beispiel in magnetischer oder strahlungsartiger Form aufweist. Der Bohrkopf 200, welcher die zweite Induktorbohrung 130 erzeugt, weist eine Detektionsvorrichtung 210 zum Empfang dieser Signale auf. Durch diesen sogenannten Tracer-Vorgang wird mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Situation erzielt, wie sie die Fig. 6 zeigt. Hier ist der Schnittbereich 150 zwischen der zweiten Induktorbohrung 130 und der ersten Induktorbohrung 120 als überlappender Schnittbereich 150 ausgebildet.
  • Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Situation, welche auch ohne ein Auffindmittel 50 erzielbar ist. Hier ist der Schnittbereich 150 als eine Annäherung beziehungsweise als minimaler Abstand zwischen der zweiten Induktorbohrung 130 und der ersten Induktorbohrung 120 ausgebildet. Dieser minimale Abstand ist vorzugsweise kleiner oder gleich circa 1 m. Um bei wenig elektrisch leitfähigen Gesteinsarten die Leitfähigkeit nicht zu behindern, wird zum Beispiel mithilfe von Querbohrungen 142 ein elektrisch leitfähiges Fluid 60 eingebracht werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit, insbesondere in Form einer Suspension elektrisch leitfähiger Partikel handeln.
  • In den Fig. 9 bis 12 sind unterschiedliche Geometrien für die Anordnung der einzelnen Bohrungen 120, 130 und der optionalen Schnittbohrung 140 dargestellt. Fig. 9 zeigt eine Variante mit radialer Verteilung von insgesamt drei ersten Induktorarmen 120 und drei zweiten Induktorarmen 130. Um die jeweiligen Arme 120 und 130 zu einer jeweiligen Induktorschleife 90 zu schließen, ist hier eine Schnittbohrung 140 vorgesehen, welche nach der Umlenkstelle 170 auf einer Kreisbahn 152 verläuft. In Fig. 10 ist eine Variante dargestellt, welche ein radiales Aufspreizen zweier Induktorarme 120 und 130 nach der Umlenkstelle 170 aufweist. Hierbei wird, ähnlich wie bei Fig. 4, eine Verteilung auf einer gemeinsamen horizontalen Ebene möglich. Jedoch wurde hier, genau wie bei den Fig. 9 und 11 auch, eine gemeinsame Induktorbohröffnung 160 verwendet, so dass die Induktorarme 120 und 130 im vertikalen Abschnitt durch eine gemeinsame Bohrung verlaufen.
  • Fig. 11 zeigt eine Variante, bei welcher die Induktorarme 120 und 130 über Umlenkstellen 170 auf unterschiedliche Höhen innerhalb der Gesteinsformation 100 verteilt werden. Auch hier konnte wieder eine gemeinsame Induktorbohröffnung 160 Verwendung finden. Hier reicht es sogar aus, eine einfache vertikale Bohrung als Schnittbohrung 140 durchzuführen. Bei besonders weitreichenden Ölreservoirs 110 kann auch eine Ausführungsform gemäß der Fig. 12 angewendet werden, welche für jede Induktorbohrung 120 und 130 eine eigene Induktorbohröffnung 160 vorsieht, wobei eine gemeinsame Schnittbohrung 140 die gewünschte Verbindung für die elektrische Leitfähigkeit für das Schließen der Induktorschleifen 90 zur Verfügung stellt.
  • Die Fig. 13 zeigt die erfindungsgemäß einfachste Lösung der Anordnung von zwei Induktorbohrungen 120 und 130 ohne die Verwendung einer zusätzlichen optionalen Schnittbohrung 140. Die Induktorschleife 90 wird hier direkt durch die Verwendung des elektrisch leitfähigen Fluids 60 im Schnittbereich 150 geschlossen, wie es zum Beispiel in der Fig. 8 gezeigt ist.
  • Es ist insbesondere ein Vorteil der Erfindung, dass eine Leiterschleife auf einfach Weise geschlossen werden kann, die im Betrieb von einem Frequenzumrichter betrieben werden kann. Die Induktorarme 20,30 weisen dabei Mittel auf, die im Betrieb ein elektromagnetisches Feld generieren, welches sich ins Ölreservoir erstreckt und welches wiederum induktiv auf das Öl bzw. auf Kohlenwasserstoffe im Ölreservoir wirkt. Der elektrisch geschlossene Teil der Leiterschleife, der aus dem elektrisch leitfähigen Fluid besteht, enthält keine Mittel, die auf besondere Weise ein ausgeprägtes elektromagnetisches Feld erzeugen. Dies ist auch nicht nötig, da das Fluid im wesentlichen dafür vorgesehen ist, die Leiterschleife zu vervollständigen. Es ergibt sich also eine zusammenhängende Leiterschleife, bestehend aus zwei Induktorarmen 20,30 und dem Fluid zur Verbindung dieser zwei Induktorarme 20,30.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelnen Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Verfahren für das Einbringen einer Induktorschleife (90) in eine Gesteinsformation (100) für das Aufheizen eines Ölreservoirs (110) in der Gesteinsformation (100) zur Ölförderung, aufweisend die folgenden Schritte:
    - Bohren einer ersten Induktorbohrung (120) für das Einbringen eines ersten Induktorarms (20),
    - Bohren einer zweiten Induktorbohrung (130) für das Einbringen eines zweiten Induktorarms (30) unter Erzeugung eines Schnittbereichs (150) mit der ersten Induktorbohrung (120),
    - Einbringen eines elektrisch leitfähigen Fluids (60) in den Schnittbereich (150) für die Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung der beiden Induktorarme (20, 30) zum Schließen der Induktorschleife (90),
    - Einbringen des ersten Induktorarms (20) in die erste Induktorbohrung (120) und des zweiten Induktorarms (30) in die zweite Induktorbohrung (130).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in den Schnittbereich (150) zumindest einer der Induktorbohrungen (120, 130) wenigstens eine Querbohrung (142) eingebracht wird für die Einbringung des elektrisch leitfähigen Fluids.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektrisch leitfähige Fluid (60) in Form einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit eingebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das elektrisch leitfähige Fluid (60) in Form einer elektrisch leitfähigen Suspension eingebracht wird, insbesondere aufweisend zumindest eines der folgenden Feststoffpulver:
    - Graphit,
    - Chromoxid.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es weiter die folgenden Schritte aufweist:
    - Bohren wenigstens einer Schnittbohrung (140) unter Erzeugung eines ersten Schnittbereichs (150) mit der ersten Induktorbohrung (120) und eines zweiten Schnittbereichs (150) mit der zweiten Induktorbohrung (130),
    - Einbringen wenigstens eines Verbindungsarms (40) in die Schnittbohrung (140) zur elektrisch leitenden Verbindung mit den beiden Induktorarmen (20, 30) in den beiden Schnittbereichen (150) zur Ausbildung der Induktorschleife (90).
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Induktorbohrung (120) und die zweite Induktorbohrung (130) durch eine gemeinsame Induktorbohröffnung (160) gebohrt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Induktorbohrungen (120, 130) wenigstens eine Umlenkstelle (170), insbesondere genau eine Umlenkstelle (170) aufweisen.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an das Bohrungsende (122, 132) wenigstens einer der Induktorbohrungen (120, 130) ein Auffindmittel (50) angeordnet wird für eine Detektion dieses Bohrungsendes (122, 132) bei der Bohrung der anderen Induktorbohrung (120, 130) und/oder einer Schnittbohrung (140).
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Induktorbohrungen (120, 130) innerhalb des Ölreservoirs (110) mit einem gleichmäßigen oder im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand (A) von insbesondere mehr als ca. 50m gebohrt werden.
  10. Induktionsvorrichtung (10) für das Aufheizen eines Ölreservoirs (110) in einer Gesteinsformation (100) zur Ölförderung, insbesondere ausgebildet durch eine Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend einen ersten Induktorarm (20) in einer ersten Induktorbohrung (120) und einen zweiten Induktorarm (30) in einer zweiten Induktorbohrung (130)
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Induktorbohrungen (120, 130) miteinander einen Schnittbereich (150) aufweisen, in welchem ein elektrisch leitfähiges Fluid (60) für die Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung der Induktorarme (20, 30) angeordnet ist für ein Schließen der Induktorschleife (90).
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