WO2012062592A1 - System und verfahren zum extrahieren eines gases aus einem gas-hydrat-vorkommen - Google Patents

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WO2012062592A1
WO2012062592A1 PCT/EP2011/068848 EP2011068848W WO2012062592A1 WO 2012062592 A1 WO2012062592 A1 WO 2012062592A1 EP 2011068848 W EP2011068848 W EP 2011068848W WO 2012062592 A1 WO2012062592 A1 WO 2012062592A1
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WO
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gas
hydrate
electrical conductor
occurrence
extracting
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PCT/EP2011/068848
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Inventor
Norbert Huber
Bernd Wacker
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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 DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0099—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 specially adapted for drilling for or production of natural hydrate or clathrate gas reservoirs; Drilling through or monitoring of formations containing gas hydrates or clathrates

Definitions

  • the invention relates to the extraction of a gas, in particular methane, from a gas-hydrate occurrence.
  • Natural gas is a combustible natural gas found in underground storage facilities. When natural gas is a mixed Gasge ⁇ whose chemical composition varies considerably depending on the archaeological site. An essential component of natural gas is highly flammable methane. The chemical formula for methane is CH 4 . Often, natural gas also contains propane, butane and ethene. In most cases, a natural gas also contains a portion of water vapor and an acidic fraction such as carbon dioxide or hydrogen sulphide.
  • Methane is originally produced in the deeper subsoil below the surface of the earth at high temperatures and pressures. Methane, which exits the deep seabed, can develop into solid methane hydrate due to high water pressure and / or low ambient temperatures. Methane hydrate is there ⁇ with methane, which is embedded in solidified water, WO with the water molecules surround methane complete. Further methane hydrate occurrences are found in the per- mafrost soils of the polar regions or in the ice sheet of Greenland and Antarctica. Methane hydrate is present here in differing ⁇ chen structure types.
  • hydrate originally referred kristalliganhal ⁇ term substances water of crystallization or water of hydration is a term for water, which is found bound in crystalline solids.
  • methane hydrate or gas hydrate is in this sense not a hydrate as defined above, but inclusion compounds or clathrates in which a guest molecule - eg methane - in a grid or cage from a host molecule - here water - is stored.
  • the gases are separated in the structure cavities of crystalline water.
  • the trapped atoms or molecules are trapped in the structure as if in a cage.
  • Gas hydrates can play a significant role in the future as a natural gas source.
  • the target ⁇ direction is to decompose the gas hydrates in the first geological underground.
  • the fixed in the water cages of the gas hydrates methane is released as gas, which can then be funded by drilling.
  • a system for extracting a Ga ⁇ ses from a gas hydrate deposits at least one at least partially introduced into the gas hydrate deposits electrical ⁇ shear head, as well as a production pipe for discharging a gas released from the gas hydrate deposits.
  • the electrical conductor is designed such that the gas hydrate occurrence can be heated by means of the electrical conductor, so that a gas is released from the gas hydrate occurrence by the heating of gas hydrates of the gas hydrate occurrence.
  • a first of the at least one electrical conductor is further designed such that this first electrical conductor causes an induction heating of the gas-hydrate occurrence under excitation. The released gas can then be removed via the production pipe or delivery pipe from the gas hydrate occurrence.
  • a natural gas is here as a gas in particular understood before ⁇ preferably methane, and propane, butane and / or ethene.
  • gas hydrate occurrences here is preferably a natural geological accumulation of gas hydrate, in particular understood terrestrially. In particular, deposits in Arctic permafrost regions should be considered.
  • the system according to the invention can also be used for occurrences lying on or in the deep sea bottom.
  • the gas hydrate reservoir or -reservoir is typically an underground deposits, are incorporated in the gas hydrates in sediments ⁇ th, which, in particular under a layer of more or less permeable solids are (sediments, ice cream, ).
  • the system according to the invention is advantageous in that electrical current flows into the reservoir via the electrical conductor, which then dissipates or dissipates directly in the electrical conductor and can ultimately be dissipated as heat to the environment of the electrical conductor, thereby producing the gas Hydrate occurrence can heat up.
  • the gas hydrate may be melted, so that the water portion becomes liquid or gaseous, and the trapped gas is released from the gas hydrate deposit.
  • the released gas is the natural gas to be extracted, ie in particular methane, possibly together with gaseous or liquid water and other constituents.
  • a saturated gas or a multiphase mixture is conveyed.
  • the stability of gas hydrates depends, in particular, on prevailing pressures, temperatures and molecular concentrations.
  • the method according to the invention exploits the fact that the methane hydrate is stable only in a specific temperature range, which is inevitable for an existing methane hydrate occurrence, and that in addition to the phase transformation by a relatively slight increase in the temperature - possibly only at 5 ° C or 10 ° C or 20 ° C - already a release of methane is possible.
  • a first of the at least one electrical conductor ⁇ rule is formed so that this first electrical conductor specific ⁇ under excitation - ie energized - causes an inductive heating.
  • the electrical conductor is designed in particular as a conductor loop or as a largely parallel pair of conductors within the gas-hydrate occurrence.
  • the natural conductivity of the Se ⁇ diments is preferably used, in which the gas hydrates are included.
  • the first electrical conductor is an inductor. It allows inductive heating of the gas-hydrate occurrence.
  • the conductive sediment forms a load in which We ⁇ belströme are generated, which are generated by an electromagnetic ⁇ cal alternating field, preferably in the range 500Hz to 300kHz.
  • An inductor according to the invention is preferably a single loop of lead laid in the gas hydrate deposit.
  • the inductor could also be designed as a flat coil or as a coil. Purpose of the inductor is to decouple Indukti ⁇ onser stiirmung of the inductor and to act on the gas hydrate deposits. It is advantageous that by induction, the gas hydrate occurrence that is not in direct contact with the inductor can be heated. In particular, the region of the gas-hydrate occurrence is heated, which is located within the conductor loop of the inductor.
  • the electrical conductor can be designed such that in a section of the electrical conductor an inductance of the conductor follows a series-arranged capacitance. This should preferably be repeated over the entire length of the conductor, so that the line inductance sections can be compensated by series capacities, whereby an undesirable reactive power can be avoided.
  • a compensation of the series inductance can be performed using mainly kon ⁇ centered cross capacities in the conductor. This essentially fulfills the function of a resonant circuit. Instead of more or less short capacitors as a concentrated elements in the conductor, and the capacity coating can be a two ⁇ wire line such.
  • B. a coaxial line or multi-wire cables anyway over their entire length provide for compensation of the longitudinal inductances are used.
  • the inner and outer conductors can be alternately interrupted at equal intervals, thus forcing the flow of current through the distributed transverse capacitances.
  • the alternating field can be generated by an oscillating circuit provided by the electrical conductor, which is designed as a compensated series element and can be fed by an earth-located AC generator in said frequency range.
  • the power which is introduced is preferably a few 10kW to 5MW per resonant circuit.
  • the inductive heating results in this embodiment, in particular by eddy currents in the gas hydrate occurrence.
  • a second of the at least one electrical conductor can be designed such that this second electrical conductor acts as a resistive heating conductor when excited. It is therefore as far as possible a heating of the electrical conductor per se.
  • the second electrical conductor may be formed in a section as a heating cartridge.
  • the inductive heating ⁇ tion can be additionally supported.
  • a combination of inductive heating via the first electrical conductor and resistive heating via the second electrical conductor is advantageous, for example, when resistive heating is used to initiate the physical Processes is used.
  • resistive heating can thus expand the space around the wellbore, ie, the production tubing, for permeability to remote wellbore spaces of the reservoir, thereby detecting and inducting the inductive heating farther away areas of the reservoir can be.
  • a further embodiment of the system for extracting a gas from a gas-hydrate occurrence can preferably be implemented such that a third and a fourth of the at least one electrical conductor are each formed as an electrode.
  • the between the electrodes Be ⁇ rich gas hydrate occurrence can thereby itself serve as a re sistor.
  • the inductive heating can be additionally supported.
  • the orientation of the electrical conductor and / or the production pipe is preferably to be designed according to the geological conditions.
  • the electrical conductor and / or the production pipe can be arranged at least in one section horizontally and / or vertically along an extension of the gas-hydrate occurrence.
  • the electrical conductor can be guided-preferably in the embodiment as a resistive heater-at least in a section within the production pipe.
  • the electrical conductor can lead a heating conductor and / or a heating cartridge within the production well.
  • an electrical conductor and a production pipe a plurality of electrical conductors and / or production pipes is also to be understood.
  • several cartridges can be arranged distributed in the deposit become.
  • several inductive conductor loops can be provided.
  • a power supply in particular a generator.
  • one or more conveying tubes for transporting the gas obtained, as well as collecting tanks and a pipeline station can be arranged on the surface.
  • a device in particular a compressor or a pump for evacuating the released gas via the production pipe and / or for lowering the pressure in the gas hydrate occurrence
  • the compressor is arranged above ground and designed as a screw or Kol ⁇ benmaschine. This serves on the one hand to the pressure ⁇ reduction in the deposit and / or other part, to Förde- tion of a multi-phase mixture consisting of gas and / or ge ⁇ surgitem gas and / or liquid components such as water.
  • the frequency converter converts in particular a fixed network frequency z. B. 50Hz or 60Hz - pronounced as a DC link converter - in a variable high frequency at the inverter output and thus feeds the load, i. the electrical conductor.
  • the power supply unit can be out ⁇ forms such that the electrical conductor with alternating current with a frequency between 500Hz and 300kHz can be energized.
  • an electromagnetic alternating field ausbil ⁇ the can within the gas hydrate deposit.
  • no further gases or liquids are injected into gas-hydrate deposits, which according to the prior art directly or implicitly cause a temperature increase of the gas hydrates.
  • a supply of substances into the reservoir is thus not provided or it can be dispensed with a supply of such substances.
  • the system according to the invention can preferably be free from a fluid feed into the gas-hydrate occurrence.
  • the embodiments of the invention are particularly advantageous in that no existing fabric inflows less proceedings ⁇ technical equipment such as boilers and compressors, etc., is required to ⁇ ground.
  • fluid supply lines and / or leads can also be used to improve the delivery rate in addition to the system according to the invention.
  • a ⁇ to additional fluid supply to the gas hydrate deposits - z. B. of CO 2 - be useful for the displacement of the released gas.
  • Further advantages may be a stabilization of the deposit, for example if the supplied fluid converts by Pha ⁇ senumwandlung into a solid, which can replace the volume of gas funded within the gas hydrate occurrence.
  • Such an additional fluid supply line may be formed as a further separate line or in ⁇ tegral with the electrical conductor or with the production pipe - for example coaxially connected.
  • electrical power can optionally be obtained by burning a portion of the extracted gas hydrate locally.
  • the transport of the recovered gas at the present low ambient temperatures through the production hole is largely uncritical, since the increased pressure is generated by the increase in volume in the heating of the gas hydrates.
  • the above-mentioned embodiments relate to a system for extracting a gas from a gas-hydrate occurrence.
  • a method for extracting the gas from the gas hydrate deposits comprises: a at least one at least partly mounted into the gas hydrate deposits electrical conductor is driven such that the gas hydrate deposits is heated by means of the electric conductor, so that a gas from the gas Hydrate occurrence is released by the heating of gas hydrates of the gas hydrate occurrence.
  • the released gas is discharged from the gas-hydrate occurrence via a production pipe.
  • Figure 1 is a phase diagram of methane At the deep sea bottom or in the underground;
  • Figure 2 is a first schematic construction of the system for extracting gas hydrates;
  • Figure 3 is a second schematic construction of the system for extracting gas hydrates
  • Figure 4 shows a third schematic construction of the system for extracting gas hydrates.
  • methane is considered as the gas or natural gas according to the invention.
  • the considered gas hydrate is consequently methane hydrate.
  • the invention relates to all possible gas hydrates and is not limited to methane hydrate.
  • FIG. 1 shows a phase diagram of methane in the underground.
  • the horizontal axis indicates an ambient temperature, the vertical axis pressures, the pressures being given by way of example in “atm.”
  • Atm corresponds to the unit sign for physical atmosphere, wherein 1 atm corresponds to the value of
  • phase boundary 200 between the form as hydrate and the gaseous formation is to be understood as an example only and depends on the type of structure of the gas methane hydrate, on further chemical elements present, e.g. Salts, etc.
  • the phase boundary 200 describes the boundary conditions depending on prevailing pressures and temperatures at which there is a transition between the gas form and the hydrate form of the methane. At lower pressures - ie above the phase boundary 200 - and / or at higher temperatures - that is right of the phase boundary 200 - the methane is in the gas phase. Furthermore, a phase boundary 201 is indicated in the diagram, which indicates the transition of water between the liquid state and the crystalline state, ie in the form of ice. This Transition is essentially due to the temperature at hand.
  • phase boundaries 200 and 201 share temperature-pressure value pairs into four sectors.
  • methane is in the gas phase and the water is formed as ice.
  • the methane continues to be in the gas phase even with increasing pressures.
  • the water is liquid.
  • a third sector 212 at temperatures below 0 ° C at low pressures - for example, pressures greater than 30 atm - methane and water is formed as a crystalline methane hydrate. Furthermore, further water molecules may be present in the form of ice without methane inclusions. Unless the temperature and / or pressure conditions change, the methane hydrate in this sector 212 is stable.
  • a fourth sector 213 at temperatures above 0 ° C at high pressures - for example at a temperature of 10 ° C and pressures greater than 60 atm - methane and water is still formed as a crystalline methane hydrate. Additional additional water molecules are in liquid form. Unless the temperature and / or pressure conditions change, the methane hydrate is also stable in this sector 213.
  • methane hydrates are natural sites that meet the conditions of the third sector 212, since these are present in a cold environment, but can already be present in a relatively small depth. For example, it is permafrost at depths between 200m and 1000m. As already mentioned, the methane hydrates are only at high levels
  • Permafrost soils can permanently set the desired conditions, so that in the underground accumulations of methane hydrates can form in ribbons.
  • FIG. 2 the basic structure of a system 100 for extracting methane 3 as gas from a methane hydrate deposit 1 as a gas-hydrate occurrence is explained.
  • An underground area 70 is shown, in which at least one methane hydrate deposit 1 is indicated.
  • Methane hydrate 4 is stored as a gas-hydrate a ⁇ , ie, the methane is stored in water molecules.
  • FIG. 2 schematically indicated by a latticed Ele ⁇ ment with reference numeral 4, in which a further Mo ⁇ lekül - namely methane - is included.
  • the system 100 allows to split methane hydrates 4 from the methane hydrate reservoir 1 by the crystalline structure of the water is broken and the therein gefange ⁇ ne methane can be released.
  • 3 This is done by introducing an electrical conductor 2A into the ground, at least part of which comes to lie within the methane hydrate deposit 1.
  • the electrical ⁇ cal conductor 2A is introduced as a substantially closed loop conductor in the methane hydrate deposit. 1
  • the electrical conductor 2A is intended to allow heating within the methane hydrate reservoir 1 so that methane 3 is released by heating within the methane hydrate reservoir 1.
  • a generator 10 is provided as a power supply unit and in particular to the surface over which the electrical conductor 2A is supplied with electricity, so that the electrical conductor 2A within the methane hydrate deposit 1 can emit energy, so that a heating of the methane hydrate deposit 1 is effected.
  • the electrical conductor 2A is shown in FIG. 1 in particular as an inductive conductor in the form of a conductor loop pronounced, wherein portions of the conductor loop run parallel to each other.
  • the generator 10 generates an alternating current, so that eddy currents are generated in the sediment of the methane hydrate deposit 1 via the inductive conductor.
  • the eddy currents cause heating of the deposit even in regions that do not come into direct contact with the electrical conductor 2A.
  • molecules of methane 3 dissolve under pressure, which are then transported, in particular due to pressure differences to the gas delivery pipe 20 - possibly together with other gaseous, liquid or solid particles. Subsequently, the liberated methane 3 can be conveyed to the surface via the gas delivery pipe 20.
  • the embodiment according to FIG. 2 is ⁇ geous in particular that fabric inflows are not needed to the reservoir. For that reason alone procedural From ⁇ armor is less needed.
  • FIG. 3 is largely unchanged from FIG. 2, but in addition a delivery head 21 (also referred to as Well Head) and a compressor 30 - a so-called well-head compressor - shown, wherein the methane 3 to be conveyed mixture by means of the compressor 30 via the gas delivery pipe 20 and the conveying head 21 is sucked towards the surface.
  • a delivery head 21 also referred to as Well Head
  • a compressor 30 - a so-called well-head compressor - shown, wherein the methane 3 to be conveyed mixture by means of the compressor 30 via the gas delivery pipe 20 and the conveying head 21 is sucked towards the surface.
  • the compressor 30 can then a promoted gas-water condensate mixture 40 to other components not shown for further processing, storage and / or transport forward, for example, collection tanks and / or a Pipe ⁇ linestation.
  • a resistive heating conductor 2B is provided as a further electrical conductor.
  • a resistive heating conductor 2B is now additionally introduced into the methane hydrate deposit 1, which can deliver heat to its environment with appropriate energization. While the electric conductor 2A large area penetrates as an inductive conductor a portion of the methane hydrate reservoir 1 in the form of a conductor loop through ⁇ , the resistive heating element 2B is in the present representation position a directly vertically laid conductors in the methane hydrate deposit 1 ends.
  • the resistive heating conductor 2B supplies a largely selective heat source, for example in that the end is designed as a heating cartridge 50.
  • a supply of electricity is necessary for the resistive heating element 2B . This can be done, for example of the tet generator 10 forward each the necessary current to the resistive heating element 2B, for example, by means of the power supply ⁇ 51st
  • the resistive heating conductor 2B is guided in the vicinity of the gas delivery pipe 20.
  • the heating cartridge 50 is located near the end of the gas delivery pipe 20 in the methane hydrate deposit 1. This has the advantage that at least when commissioning the system 100, the delivery pipe and / or the inlet region of the gas delivery pipe 20 of ice and methane hydrate can be freed, so that a removal of the methane 3 also released by the inductive conductor 2A is guaranteed.
  • Resistive heating can also be used alone, without the presence of an inductive conductor. However, it turns out the combination of resistive and inductive heating, as shown in FIG. 4, in particular as advantageous in that the resistive heating used to initiate the system ⁇ who can, for example, to expand the space around the wellbore respect.
  • the methane in remotely located spaces of the deposit detected by inductive heating can then pass without hindrance to the gas delivery pipe.
  • the electrical conductor can be used as a resistive heating conductor for this purpose - in particular if the heating conductor extends along the production pipe - to cancel any icing on the production pipe, for example after a production stop.
  • the mentioned embodiments relate to deposits in arctic permafrost regions. However, there is no technological argument against providing the proposed system for extraction from deep-sea sediments or from regions where methane hydrate is less stable.
  • the presented method for heating by means of electrical cables or conductors can furthermore be assisted by known methods which additionally heat the region by supplying a gas or a liquid or by which a pressure reduction is made possible.
  • Several inductive conductor loops can be arranged next to one another, for example.
  • Several resistive heating element can be distributed - are introduced into the deposit - for example, in re ⁇ regular intervals.
  • the method according to the invention is particularly advantageous in that it acts neither as an electrode in the ground nor relies on a contact resistance to heat the directly in contact Mate rial of the deposit.
  • the inductor - the inductive conductor loop or electrical kausleitun ⁇ gene for conductor loop - completely independent of the spelllö ⁇ manuals in the reservoir can be introduced.
  • they can also be combined with the conveying tube, in which the inductor line or the connecting line is formed coaxially with the conveying tube. Then you can limit yourself to a few holes.
  • the delivery tube may in this case be formed as a slotted tube surrounding the inductor, wherein the slots for receiving and removing the gas is provided.
  • the production hole is non-metallic in this embodiment, so that the inductor can act on the environment by means of induction and is not shielded.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (100) und ein Verfahren zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1). Das System umfasst mindestens ein ins Gas-Hydrat-Vorkommen (1) zumindest teilweise eingebrachter elektrischer Leiter (2A, 2B), wobei der elektrische Leiter (2A, 2B) derart ausgebildet ist, dass mittels des elektrischen Leiters (2A, 2B) das Gas-Hydrat-Vorkommen (1) erwärmbar ist, so dass ein Gas (3) aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) durch das Erwärmen von Gas-Hydraten (4) des Gas-Hydrat-Vorkommens (1) freigesetzt wird. Ein erster des mindestens einen elektrischen Leiters (2A, 2B) ist weiterhin derart ausgebildet, dass dieser erste elektrische Leiter (2A) unter Anregung eine induktive Erwärmung des Gas-Hydrat-Vorkommens (1) bewirkt. Weiterhin ist ein Produktionsrohr (20) zum Abführen des freigesetzten Gases (3) aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) vorgesehen.

Description

Beschreibung
System und Verfahren zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen
Die Erfindung betrifft das Extrahieren eines Gases, insbesondere Methan, aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen.
Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen La- gerstätten vorkommt. Bei Erdgas handelt es sich um ein Gasge¬ misch, dessen chemische Zusammensetzung je nach Fundstätte beträchtlich schwankt. Ein wesentlicher Bestandteil von Erdgasen ist hochentzündliches Methan. Die chemische Formel für Methan ist CH4. Häufig enthält Erdgas darüber hinaus auch An- teile an Propan, Butan und Ethen. Meist enthält ein gefördertes Erdgas auch einen Wasserdampfanteil , sowie einen sauren Anteil wie Kohlendioxid oder Schwefelwasserstoff.
Methan entsteht ursprünglich im tieferen Untergrund unterhalb der Oberfläche der Erde bei hohen Temperaturen und Drücken. Methan, das am Tiefsee-Meeresgrund austritt kann sich durch hohen Wasserdruck und/oder durch tiefe Umgebungstemperaturen zu festem Methan-Hydrat ausbilden. Methan-Hydrat besteht da¬ bei aus Methan, das in erstarrtem Wasser eingelagert ist, wo- bei die Wassermoleküle das Methan vollständig umschließen. Weitere Methan-Hydrat-Vorkommen finden sich in den Per- mafrostböden der Polargebiete oder im Eisschild Grönlands und in der Antarktis. Methan-Hydrat kommt dabei in unterschiedli¬ chen Strukturtypen vor.
Der Begriff Hydrat bezeichnet ursprünglich kristallwasserhal¬ tige Substanzen, wobei Kristallwasser oder auch Hydratwasser eine Bezeichnung für Wasser ist, das in kristallinen Festkörpern gebunden vorkommt. Methan-Hydrat bzw. Gas-Hydrat ist in diesem Sinne zwar kein Hydrat nach vorstehender Definition, jedoch Einschlussverbindungen bzw. Clathrate, bei denen ein Gastmolekül - z.B. Methan - in ein Gitter oder Käfig aus einem Wirtsmolekül - hier Wasser - eingelagert ist. Die Einla- gerung der Gase erfolgt in den Struktur-Hohlräumen von kristallinem Wasser. Die eingeschlossenen Atome oder Moleküle sind wie in einem Käfig in der Struktur gefangen. Beim
Schmelzen des Wassers werden die Gase dann wieder freige- setzt.
Gas-Hydrate können zukünftig einen bedeutenden Beitrag als Erdgasquelle spielen. Zur Gewinnung von Erdgas ist die Ziel¬ richtung die Gas-Hydrate zunächst im geologischen Untergrund zu zersetzen. Dabei wird das in den Wasserkäfigen der Gas- Hydrate fixierte Methan als Gas freigesetzt, das dann über Bohrungen gefördert werden kann.
Zur Gewinnung von Methan aus Methan-Hydraten, sind dabei ver- schiedene Vorgehensweisen diskutiert worden, wobei alle Ver¬ fahren den Zweck anstreben, dass das Methan-Hydrat bereits im Methan-Hydrat-Vorkommen in einen gasförmigen Zustand überführt wird: 1. Temperaturerhöhung mittels Einspeisen von heißem Wasser oder Dampf. Dieser Ansatz wird beispielsweise in der Patent- Veröffentlichung US 2008/0268300 AI diskutiert.
2. Druckabsenken. Diese Vorgehensweise wird zum Beispiel im Patent US 7,530,392 B2 vorgeschlagen, sowie auch in der Pa- tent-Veröffentlichung WO 2009/155270 A2.
3. Einspritzen eines Inhibitors, eines Ersatzstoffes, von Kohlenstoffdioxidgas oder des Gefrierschutzmittels Methanol in die Lagerstätte. Diesbezügliche Verfahren sind unter ande¬ rem in den Veröffentlichungen DE 10 2009 007 453 AI,
US 7,222,673 B2 oder US 2010/0163246 AI weiter erläutert.
Weiterhin ist aus US-Patent US 3,916,993 bekannt, dass Elekt¬ roden ins Erdreich eingeführt werden können. Es kann sich ein Stromfluss ergeben und Hydrate aufschmelzen, so dass Gase entstehen, die gefördert werden können. Das Aufschmelzen erfolgt durch Stromfluss zwischen zwei im Untergrund einge¬ brachte Elektroden, wobei die Elektroden an einer Wechselstromquelle angeschlossen sind. Dabei erweisen sich viele der vorgeschlagenen Verfahren als verfahrenstechnisch aufwendig. Die Förderung der Gas-Hydrate ist mit einem Handhaben von Stoffströmen verschiedener Art verbunden, was in extrem kalten Regionen oder in sehr großen Tiefen mit großen technischen Schwierigkeiten verbunden sein kann. Häufig ist außerdem ein Stoff-Zustrom in die Lagerstätte nötig.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein System und ein Verfahren anzugeben, bei dem eine Erdgas-Förderung aus einem Gas-Hydrat- Vorkommen mit weniger Aufwand möglich wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unab¬ hängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Erfindungsgemäß umfasst ein System zum Extrahieren eines Ga¬ ses aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen mindestens eine ins Gas- Hydrat-Vorkommen zumindest teilweise eingebrachte elektri¬ scher Leiter, sowie ein Produktionsrohr zum Abführen eines freigesetzten Gases aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen. Der elektrische Leiter ist dabei derart ausgebildet, dass mittels des elektrischen Leiters das Gas-Hydrat-Vorkommen erwärmbar ist, so dass ein Gas aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen durch das Erwärmen von Gas-Hydraten des Gas-Hydrat-Vorkommens freigesetzt wird. Ein erster des mindestens einen elektrischen Leiters ist dabei weiterhin derart ausgebildet, dass dieser erste elektrische Leiter unter Anregung eine induktive Erwärmung des Gas-Hydrat-Vorkommens bewirkt. Das freigesetzte Gas kann daraufhin über das Produktionsrohr bzw. Förderrohr aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen abgeführt werden.
Als Gas wird hierbei insbesondere ein Erdgas verstanden, vor¬ zugsweise Methan, sowie Propan, Butan und/oder Ethen. Unter Gas-Hydrat-Vorkommen wird hierbei vorzugsweise eine natürliche geologische Ansammlung von Gas-Hydrat, insbesondere un- terirdisch verstanden. Insbesondere sind hierbei Lagerstätten in arktischen Permafrost-Regionen zu betrachten. Weiterhin ist das erfindungsgemäße System auch für am oder im Tiefsee- Meeresgrund liegende Vorkommen einsetzbar.
Die Gas-Hydrat-Lagerstätte bzw. -Reservoir ist üblicherweise ein unterirdisches Vorkommen, bei dem Gas-Hydrate in Sedimen¬ ten eingelagert sind, welche insbesondere unter einer Schicht aus mehr oder minder permeablen Feststoff liegen (Sedimente, Eis, ... ) .
Das erfindungsgemäße System ist dabei insofern vorteilhaft, als dass über den elektrischen Leiter elektrischer Strom ins Reservoir eindringt, der dann dissipiert bzw. direkt in dem elektrischen Leiter dissipert und letztlich als Wärme an die Umgebung des elektrischen Leiters abgegeben werden kann, so dass dadurch das Gas-Hydrat-Vorkommen erwärmen kann. Als Folge davon kann in einer erwärmten Region das Gas-Hydrat geschmolzen werden, so dass der Wasseranteil flüssig oder gas- förmig wird und das eingeschlossene Gas aus dem Gas-Hydrat- Vorkommen freigesetzt wird. Das freigesetzte Gas ist dabei das zu fördernde Erdgas, also insbesondere Methan, eventuell zusammen mit gasförmigem oder flüssigem Wasser und weiteren Bestandteilen. Gefördert wird somit insbesondere ein gesät- tigtes Gas bzw. ein Mehrphasengemisch.
Die Stabilität von Gas-Hydraten hängt insbesondere von vor¬ liegenden Drücken, Temperaturen und Molekülkonzentrationen ab. Insbesondere bei Methan wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen ausgenutzt, dass das Methan-Hydrat nur in einem en¬ gen Temperaturbereich stabil vorliegt, welcher für ein existierendes Methan-Hydrat-Vorkommen zwangsläufig gegeben ist, und dass neben der Phasenumwandlung durch eine relativ geringe Erhöhung der Temperatur - evtl. nur um 5°C oder 10°C oder 20°C - bereits ein Freisetzen des Methans ermöglicht wird.
Eine derartig geringe Temperaturerhöhung lässt sich dabei auf einfache Weise durch den elektrischen Leiter ermöglichen. Erfindungsgemäß ist ein erster des mindestens einen elektri¬ schen Leiters derart ausgebildet, dass dieser erste elektri¬ sche Leiter unter Anregung - d.h. Bestromung - eine induktive Erwärmung bewirkt. Der elektrische Leiter ist insbesondere als Leiterschleife bzw. als weitgehend parallel verlaufendes Leiterpaar innerhalb des Gas-Hydrat-Vorkommens ausgebildet. Dabei wird vorzugsweise die natürliche Leitfähigkeit des Se¬ diments genutzt, in dem die Gas-Hydrate enthalten sind. Der erste elektrische Leiter ist ein Induktor. Er ermöglicht ein induktives Beheizen des Gas-Hydrat-Vorkommens.
Erfindungsgemäß soll unter induktives Beheizen das zielge¬ richtet Ausnützen von Induktion zu verstehen sein, und nicht parasitäre Effekte, die evtl. bei jedem stromführenden Leiter gegeben sind.
Das leitfähige Sediment bildet dabei eine Last, in der Wir¬ belströme erzeugt werden, welche durch ein elektromagneti¬ sches Wechselfeld, vorzugsweise im Bereich 500Hz bis 300kHz, erzeugt werden.
Ein erfindungsgemäßer Induktor ist vorzugsweise eine einzelne Leitungswindung, die im Gas-Hydrat-Vorkommen verlegt ist. Alternativ könnte der Induktor auch als Flachspule oder als Spule ausgebildet sein. Zweck des Induktors ist es Indukti¬ onserwärmung aus dem Induktor auszukoppeln und auf das Gas- Hydrat-Vorkommen wirken zu lassen. Hierbei ist vorteilhaft, dass mittels Induktion auch das Gas-Hydrat-Vorkommen, dass nicht in unmittelbarer Berührung zum Induktor steht erwärmt werden kann. Insbesondere wird der Bereich des Gas-Hydrat- Vorkommens erwärmt, der sich innerhalb der Leiterschleife des Induktors befindet.
Der elektrische Leiter kann derart ausgebildet sein, dass in einem Abschnitt des elektrischen Leiters einer Induktivität des Leiters eine in Serie angeordnete Kapazität folgt. Dies soll vorzugsweise über die ganze Länge des Leiters wiederholt werden, so dass die Leitungsinduktivität abschnittsweise durch Serienkapazitäten kompensiert werden kann, wodurch eine unerwünschte Blindleistung vermieden werden kann. Eine Kompensation der Längsinduktivität kann mittels vorwiegend kon¬ zentrierter Querkapazitäten im Leiter erfolgen. Dies erfüllt im Wesentlichen die Funktion eines Schwingkreises. Anstelle mehr oder weniger kurzer Kondensatoren als konzentrierte Elemente im Leiter, kann auch der Kapazitätsbelag den eine Zwei¬ drahtleitung wie z. B. eine Koaxialleitung oder Mehrdrahtleitungen ohnehin über ihre gesamt Länge bereitstellen zur Kom- pensation der Längsinduktivitäten verwendet werden. Dazu kann in gleichen Abständen abwechselnd der Innen- und Außenleiter unterbrochen werden und so der Stromfluss über die verteilten Querkapazitäten erzwungen werden. Wie beschrieben, kann das Wechselfeld von einem durch den elektrischen Leiter bereitgestellten Schwingkreis erzeugt werden, der als kompensiertes Serienelement ausgeführt ist und von einem an der Erdoberfläche befindlichen Wechselstromgenerator im genannten Frequenzbereich gespeist werden kann. Die Leistung, welche eingebracht wird, beträgt vorzugsweise einige 10kW bis 5MW je Schwingkreis.
Die induktive Erwärmung ergibt sich in dieser Ausgestaltung insbesondere durch Wirbelströme im Gas-Hydrat-Vorkommen.
Zusätzlich zum induktiven Leiter, kann ein zweiter des mindestens einen elektrischen Leiters derart ausgebildet sein, dass dieser zweite elektrische Leiter unter Anregung als re- sistiver Heizleiter wirkt. Es erfolgt also weitestgehend eine Erwärmung des elektrischen Leiters an sich. Vorzugsweise kann dabei der zweite elektrische Leiter in einem Abschnitt als Heizpatrone ausgebildet sein. Somit kann die induktive Erwär¬ mung zusätzlich unterstützt werden. Eine Kombination aus induktivem Heizen über den ersten elektrischen Leiter und aus resistivem Heizen über den zweiten elektrischen Leiter ist dabei beispielsweise vorteilhaft, wenn das resistive Heizen zur Initiierung der physikalischen Prozesse genutzt wird. Außerdem kann somit durch das resisti- ve Heizen der Raum um das Bohrloch - d.h. dem Produktionsrohr - bezüglich der Durchlässigkeit für entfernter vom Bohrloch befindliche Räume der Lagerstätte erweitert werden, wobei und das induktive Erwärmen weiter entfernt befindliche Räume der Lagerstätte erfasst werden und Gase problemlos abgeleitet werden können.
Eine weitere Ausgestaltung des Systems zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen kann dabei vorzugsweise derart umgesetzt werden, dass ein dritter und ein vierter des mindestens einen elektrischen Leiters jeweils als Elektrode ausgebildet sind. Der zwischen den Elektroden liegende Be¬ reich des Gas-Hydrat-Vorkommens kann dabei selbst als Re- sistor dienen. Somit kann die induktive Erwärmung zusätzlich unterstützt werden.
Die Ausrichtung des elektrischen Leiters und/oder des Produktionsrohr ist vorzugsweise gemäß der geologischen Gegebenhei- ten zu gestalten. Insbesondere können der elektrische Leiter und/oder das Produktionsrohr zumindest in einem Abschnitt horizontal und/oder vertikal entlang einer Erstreckung des Gas- Hydrat-Vorkommens angeordnet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen, kann der elektrische Leiter - vorzugsweise in der Ausgestaltung als resistiver Heizer - zumindest in einem Abschnitt innerhalb des Produktionsrohrs geführt wird. Insbesondere kann der elektrische Leiter einen Heizleiter und/oder eine Heizpatrone innerhalb des Förderbohrlochs führen.
Obwohl vorstehend weitgehend von einem elektrischen Leiter und einem Produktionsrohr gesprochen wird, ist erfindungsge- mäß ebenfalls eine Mehrzahl von elektrischen Leitern und/oder von Produktionsrohren zu verstehen. Beispielsweise können mehrere Heizpatronen verteilt in der Lagerstätte angeordnet werden. Weiterhin können mehrere induktive Leiterschleifen vorgesehen sein.
Neben den bereits erwähnten Komponenten, die weitgehend un- terirdisch angeordnet sind, sind zur Förderung des Erdgases weitere vorzugsweise oberirdisch angeordnete Komponenten sinnvoll. Zur Bestromung des elektrischen Leiters kann vorzugsweise eine Stromversorgung, insbesondere ein Generator, vorgesehen sein. Weiterhin können ein oder mehrere Förderroh- re zum Transport des gewonnenen Gases, sowie Sammeltanks und eine Pipelinestation an der Oberfläche angeordnet werden.
Weiterhin kann eine Vorrichtung, insbesondere ein Kompressor oder eine Pumpe, zum Absaugen des freigesetzten Gases über das Produktionsrohr und/oder zum Absenken des Drucks im Gas- Hydrat-Vorkommen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Kompressor oberirdische angeordnet und als Schrauben- oder Kol¬ benmaschine ausgebildet. Dieser dient einerseits zur Druck¬ minderung in der Lagerstätte und/oder andererseits zur Förde- rung eines Mehrphasengemisches bestehend aus Gas und/oder ge¬ sättigtem Gas und/oder flüssigen Bestandteilen wie Wasser.
Zum Ansteuern bzw. Anregen des induktiv betriebenen elektrischen Leiters kann weiter ein oder mehrere Frequenzumrichter vorgesehen sein. Der Frequenzumrichter wandelt insbesondere eine feste Netzfrequenz z. B. 50Hz oder 60Hz - beispielsweise als Zwischenkreisumrichter ausgeprägt - in eine variable Hochfrequenz am Umrichterausgang und speist damit die Last, d.h. den elektrischen Leiter.
Vorzugsweise kann die Stromversorgungseinheit derart ausge¬ bildet sein, dass der elektrische Leiter mit Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 500Hz und 300kHz bestrombar ist. Bei geeigneter Bestromung kann sich dadurch innerhalb des Gas- Hydrat-Vorkommens ein elektromagnetisches Wechselfeld ausbil¬ den . Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen System keine weiteren Gase oder Flüssigkeiten in Gas-Hydrat-Vorkommen injiziert, die gemäß dem Stand der Technik direkt oder implizit eine Temperaturerhöhung der Gas-Hydrate bewirken. Eine Zuführung von Stoffen ins Reservoir ist somit nicht vorgesehen bzw. es kann auf eine Zuführung derartiger Stoffe verzichtet werden. In anderen Worten bedeutet dies, dass das erfindungs¬ gemäße System vorzugsweise frei von einer Fluid-Zuleitung ins Gas-Hydrat-Vorkommen sein kann. Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind dabei insbesondere vorteilhaft, als dass auf¬ grund nicht vorhandener Stoff-Zuströme weniger verfahrens¬ technische Ausrüstung wie Boiler oder Kompressoren, etc., benötigt wird.
Analog, kann auch eine zusätzliche Fluid-Ableitung - neben dem geförderten gewünschten Produktstrom -, wie sie teilweise im Stand der Technik zu finden ist um eine Druckverringerung im Gas-Hydrat-Vorkommen zu erzeugen, verzichtet werden.
Natürlich können Fluid-Zuleitungen und/oder -Ableitungen auch zu Verbesserung der Förderquote zusätzlich zum erfindungsgemäßen System eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine zu¬ sätzliche Fluid-Zuleitung ins Gas-Hydrat-Vorkommen - z. B. von CO2 - zur Verdrängung des freigesetzten Gases sinnvoll sein. Weitere Vorteile können eine Stabilisierung der Lagerstätte sein, z.B. wenn sich das zugeführte Fluid durch Pha¬ senumwandlung in einen Feststoff wandelt, welcher das geförderte Gas volumenmäßig innerhalb des Gas-Hydrat-Vorkommens ersetzen kann. Eine derartige zusätzliche Fluid-Zuleitung kann als weitere separate Leitung ausgebildet sein oder in¬ tegral mit dem elektrischen Leiter bzw. mit dem Produktionsrohr - z.B. koaxial - verbunden sein.
In Erweiterung zu den vorstehend genannten Ausführungsformen, sind Kombinationen mit weiteren Stimulationsmethoden denkbar. Zum Beispiel kann ein Absaugen der geförderten Gase in der Gas Phase - d.h. gesättigt mit dem aufgeschmolzenen Wasser - durch an der Oberfläche befindliche Kompressoren bewirkt wer¬ den .
Zur Stromerzeugung für die Pumpvorrichtung, der weiteren oberirdischen Komponenten oder für die Bestromung des elektrischen Leiters, kann elektrischer Strom optional durch die Verbrennung eines Teils des geförderten Gas-Hydrates vor Ort gewonnen werden.
Weiterhin ist für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, dass der Transport des gewonnen Gases bei den vorliegenden tiefen Umgebungstemperaturen durch das Förderloch weitgehend unkritisch ist, da der erhöhte Druck bei der Erwärmung der Gas-Hydrate durch Volumenzunahme erzeugt wird.
Die vorstehend genannten Aus führungs formen betreffen ein System zum Extrahieren eines Gases aus einem Gas-Hydrat- Vorkommen. Analog gilt das Genannte auch für ein Produktions¬ verfahren zum Extrahieren des Gases aus dem Gas-Hydrat- Vorkommen. Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Verfah¬ ren folgende Verfahrensschritte: Ein mindestens einer ins Gas-Hydrat-Vorkommen zumindest teilweise eingebrachter elektrischer Leiter wird derart angesteuert, dass mittels des elektrischen Leiters das Gas-Hydrat-Vorkommen erwärmt wird, so dass ein Gas aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen durch das Erwärmen von Gas-Hydraten des Gas-Hydrat-Vorkommens freigesetzt wird. Weiterhin wird das freigesetzte Gas aus dem Gas-Hydrat- Vorkommen über ein Produktionsrohr abgeführt.
Die vorliegende Erfindung und deren Weiterbildungen werden nachfolgend im Rahmen eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen in schematischer Darstellung
Figur 1 ein Phasendiagram von Methan Am Tiefseegrund bzw. im Untergrund; Figur 2 ein erster schematischer Aufbau des Systems zum Extrahieren von Gas-Hydraten;
Figur 3 ein zweiter schematischer Aufbau des Systems zum Extrahieren von Gas-Hydraten;
Figur 4 ein dritter schematischer Aufbau des Systems zum Extrahieren von Gas-Hydraten.
Dabei sind sich in den unterschiedlichen Figuren entsprechende Komponenten jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden wird Methan als das erfindungsgemäße Gas bzw. Erdgas betrachtet. Bei dem betrachteten Gas-Hydrat handelt es sich folglich um Methan-Hydrat. Die Erfindung bezieht sich natürlich auf alle möglichen Gas-Hydrate und ist nicht auf Methan-Hydrat beschränkt.
FIG. 1 zeigt ein Phasendiagram von Methan im Untergrund. Die horizontale Achse gibt dabei eine Umgebungstemperatur an, die vertikale Achse Drücke, wobei die Drücke beispielhaft in „atm" angegeben sind. „Atm" entspricht dem Einheitszeichen für physikalische Atmosphäre, wobei 1 atm dem Wert von
101,325 kPa entspricht (Pa: Pascal) . Die Phasengrenze 200 zwischen der Form als Hydrat und der gasförmigen Ausbildung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und ist abhängig vom Strukturtyp des Gas-Methanhydrats, von weiteren vorliegenden chemischen Elementen, z.B. Salzen, etc.
Die Phasengrenze 200 beschreibt die Grenzbedingungen abhängig von vorliegenden Drücken und Temperaturen, zu denen ein Über- gang zwischen Gasform und Hydratform des Methans stattfindet. Bei niedrigeren Drück - also oberhalb der Phasengrenze 200 - und/oder bei höheren Temperaturen - also rechts der Phasengrenze 200 - befindet sich das Methan in der Gasphase. Weiterhin ist im Diagramm eine Phasengrenze 201 angegeben, die den Übergang von Wasser zwischen flüssigem Zustand und kristallinen Zustand, d.h. in Form von Eis, angibt. Dieser Übergang ist im Wesentlichen durch die vorliegende Temperatur bedingt .
Diese beiden Phasengrenzen 200 und 201 Teilen Temperatur- Druck-Wertepaare in vier Sektoren. Im ersten Sektor 210 bei lediglich geringen Drücken und niedrigen Temperaturen ist Methan in der Gasphase und das Wasser ist als Eis ausgebildet. Im zweiten Sektor 211, bei zusätzlich höheren Temperaturen, befindet sich das Methan selbst bei ansteigenden Drücken wei- terhin in der Gasphase. Das Wasser ist flüssig.
In einem dritten Sektor 212 bei Temperaturen unter 0°C bei niedrigen Drücken - beispielweise Drücke größer 30 atm - ist Methan and Wasser als kristallines Methan-Hydrat ausgebildet. Weiterhin können weitere Wasser-Moleküle in Form von Eis ohne Methan-Einlagerungen vorhanden sein. Sofern sich die Temperatur- und/oder Druckbedingungen nicht ändern, ist das Methan- Hydrat in diesem Sektor 212 stabil. In einem vierten Sektor 213 bei Temperaturen über 0°C bei hohen Drücken - beispielweise bei einer Temperatur von 10°C und Drücken größer 60 atm - ist Methan and Wasser weiterhin als kristallines Methan-Hydrat ausgebildet. Zusätzliche weitere Wasser-Moleküle liegen in flüssiger Form vor. Sofern sich die Temperatur- und/oder Druckbedingungen nicht ändern, ist das Methan-Hydrat auch in diesem Sektor 213 stabil.
Von besonderem Interesse für den Abbau von Methan-Hydrat sind natürliche Fundstellen, die Bedingungen des dritten Sektors 212 erfüllen, da diese zwar in kalter Umgebung vorliegen, jedoch bereits in vergleichsweise geringer Bohrtiefe vorliegen können. Beispielsweise handelt es sich um Permafrostböden in Tiefen zwischen 200m und 1000m. Wie bereits genannt, sind die Methan-Hydrate nur bei hohen
Drücken und niedrigen Temperaturen stabil. In Permafrostböden können sich dauerhaft die gewünschten Bedingungen einstellen, so dass sich dort im Untergrund Ansammlungen von Methan- Hydraten in Bändern ausbilden können.
Im Folgenden wird nun die Förderung von Methan aus derartigen in Permafrostböden vorliegenden Methan-Hydrat-Lagerstätten betrachtet, wobei die diskutierten Verfahren neben Per- mafrostböden auch in anderen Umgebungen einsetzbar sein können . Gemäß FIG. 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines Systems 100 zum Extrahieren von Methan 3 als Gas aus einer Methan-Hydrat- Lagerstätte 1 als Gas-Hydrat-Vorkommen erläutert. Es ist ein unterirdischer Bereich 70 dargestellt, in dem zumindest eine Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 angedeutet ist. In dieser Methan- Hydrat-Lagerstätte 1 ist Methan-Hydrat 4 als Gas-Hydrat ein¬ gelagert, d.h. das Methan ist in Wassermolekülen eingelagert. Dies ist in FIG. 2 schematisch durch ein gitterförmiges Ele¬ ment mit Bezugszeichen 4 angedeutet, in dem ein weiteres Mo¬ lekül - nämlich Methan - eingeschlossen ist.
In die Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 reicht ein Gas-Förderrohr 20 als Produktionsrohr, um gefordertes Methan an die Oberfläche zu transportieren. Das System 100 erlaubt es, Methan-Hydrate 4 aus der Methan- Hydrat-Lagerstätte 1 aufzuspalten, indem die kristalline Struktur des Wassers aufgebrochen wird und das darin gefange¬ ne Methan 3 freiwerden kann. Dies erfolgt dadurch, dass ein elektrischer Leiter 2A ins Erdreich eingebracht wird, wobei zumindest ein Teil davon innerhalb der Methan-Hydrat- Lagerstätte 1 zu liegen kommt. Vorliegend wird der elektri¬ sche Leiter 2A als weitgehend geschlossene Leiterschleife in das Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 eingebracht. Der elektrische Leiter 2A ist dazu vorgesehen, eine Erwärmung innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 zu ermöglichen, so dass Methan 3 durch das Erwärmen innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 freigesetzt wird. Weiterhin ist in FIG. 1 ein Generator 10 als Stromversorgungseinheit vorgesehen und insbesondere an der Oberfläche angeordnet, über den der elektrische Leiter 2A mit Strom versorgt wird, so dass der elektrische Leiter 2A innerhalb der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 Energie abgeben kann, so dass eine Erwärmung der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 bewirkt wird.
Der elektrische Leiter 2A ist gemäß FIG. 1 insbesondere als induktiver Leiter in Form einer Leiterschleife ausgeprägt, wobei Abschnitten der Leiterschleife parallel zueinander ver- laufen. Der Generator 10 generiert einen Wechselstrom, so dass über den induktiven Leiter Wirbelströme im Sediment der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 erzeugt werden. Die Wirbelströme bewirken eine Erwärmung der Lagerstätte auch in Regionen, die nicht unmittelbar mit dem elektrischen Leiter 2A in Berührung kommen. Als Folge lösen sich Moleküle von Methan 3 unter Druckentwicklung, die daraufhin insbesondere aufgrund von Druckunterschieden zum Gas-Förderrohr 20 - evtl. zusammen mit weiteren gasförmigen, flüssigen oder festen Partikeln - transportiert werden. Über das Gas-Förderrohr 20 kann darauf- hin das freigesetzte Methan 3 an die Oberfläche gefördert werden .
Die Ausgestaltung gemäß FIG. 2 ist dabei insbesondere vor¬ teilhaft, dass Stoff-Zuströme ins Reservoir nicht benötigt werden. Schon deshalb wird weniger verfahrenstechnische Aus¬ rüstung benötigt.
Oberirdische Komponenten sind in FIG. 2 nicht weiter darge¬ stellt, wobei einzelne nun an Hand von FIG. 3 erläutert wer- den. FIG. 3 ist weitgehend unverändert zu FIG. 2, jedoch ist zusätzlich ein Förderkopf 21 (auch als Well Head bezeichnet) und ein Kompressor 30 - ein so genannter Well-Head-Kompressor - dargestellt, wobei das zu fördernde Methan 3 enthaltende Gemisch mittels des Kompressors 30 über das Gas-Förderrohr 20 und dem Förderkopf 21 in Richtung Oberfläche gesaugt wird.
Der Kompressor 30 kann daraufhin ein gefördertes Gas-Wasser- Kondensatgemisch 40 an weitere nicht dargestellte Komponenten zur Weiterverarbeitung, zur Lagerung und/oder zum Transport weiterleiten, beispielsweise Sammeltanks und/oder eine Pipe¬ linestation .
Mittels FIG. 4 wird nun eine Erweiterung des bisherigen Sys- tems 100 erläutert, bei dem zusätzlich zum induktiven Leiter 2A ein resistiver Heizleiter 2B als weiterer elektrischer Leiter vorgesehen ist. Zusätzlich zu den bisher erläutertem Aufbau, der unverändert weiter besteht, wird nun zusätzlich ein resistiver Heizleiter 2B in die Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 eingebracht, der bei entsprechender Bestromung Wärme an sein Umfeld abgeben kann. Während der elektrische Leiter 2A als induktiver Leiter großflächig einen Bereich der Methan- Hydrat-Lagerstätte 1 in Form einer Leiterschleife durch¬ dringt, ist der resistiver Heizleiter 2B in vorliegender Dar- Stellung ein direkt vertikal verlegter Leiter, die in der Methan-Hydrat-Lagerstätte 1 endet. Der resistive Heizleiter 2B liefert eine weitgehend punktuell vorliegende Wärmequelle, beispielsweise indem das Ende als Heizpatrone 50 ausgebildet ist .
Auch für den resistiven Heizleiter 2B ist eine Bereitstellung von Strom nötig. Dies kann beispielsweise mittels der Strom¬ zufuhr 51 erfolgen, die beispielsweise vom Generator 10 den benötigten Strom an den resistiven Heizleiter 2B weiterlei- tet.
Vorzugsweise wird der resistive Heizleiter 2B in der Nähe des Gas-Förderrohrs 20 geführt. Die Heizpatrone 50 befindet sich in der Nähe des Endes des Gas-Förderrohrs 20 in der Methan- Hydrat-Lagerstätte 1. Dies hat den Vorteil, dass zumindest bei Inbetriebnahme des Systems 100 das Förderrohr und/oder der Zulaufbereich des Gas-Förderrohrs 20 von Eis und Methan- Hydrat befreit werden kann, so dass ein Abtransport des auch durch den induktiven Leiter 2A freigesetzten Methans 3 garan- tiert wird.
Resistive Beheizung kann auch allein eingesetzt werden, ohne Vorhandensein eines induktiven Leiters. Jedoch erweist sich die Kombination von resistiven und induktiven Heizen, wie in FIG. 4 dargestellt, insbesondere als vorteilhaft, als dass das resistive Heizen zur Initiierung des Systems genutzt wer¬ den kann, um zum Beispiel den Raum um das Bohrloch bzgl. der Durchlässigkeit für vom Bohrloch entfernter befindliche Räume der Lagerstätte zu erweitern. Das Methan in durch induktives Erwärmen erfassten entfernter befindlichen Räumen der Lagerstätte kann dann ohne Behinderungen zum Gas-Förderrohr gelangen. Weiterhin kann der elektrische Leiter als resistiver Heizleiter dazu verwendet werden - insbesondere wenn sich der Heizleiter entlang des Produktionsrohrs erstreckt -, eine eventuelle Vereisung am Produktionsrohr, z.B. nach einem Produktionsstopp, rückgängig zu machen. Wie bereits erwähnt, betreffen die erwähnten Ausgestaltungen Lagerstätten in arktischen Permafrost-Regionen . Es spricht jedoch technologisch nichts dagegen, das vorgestellte System auch für die Förderung aus Tiefsee-Sedimenten oder aus Regionen vorzusehen, in denen Methan-Hydrat weniger stabil anzu- treffen ist.
Das vorgestellte Verfahren zum Erhitzen mittels elektrischer Kabel oder Leiter kann weiterhin durch bekannte Verfahren unterstützt werden, durch die zusätzlich eine Erhitzung der Re- gion durch Zufuhr eines Gases oder einer Flüssigkeit erfolgt oder durch die eine Druckverringerung ermöglicht wird. Zusätzlich mag es sinnvoll sein, einen Ersatzstoff für die ge¬ förderten Materialien in die Lagerstätte zu leiten. Dieser Ersatzstoff kann auch zur Verdrängung des Methans verwendet werden.
Die vorgestellten Ausgestaltungen beschränken sich beispielhaft auf ein Förderrohr und ein oder zwei elektrische Leiter. Für größere Lagerstätte ist jedoch sicherlich eine Implemen- tierung mit weiteren elektrischen Leitern und/oder weiteren
Förderrohren sinnvoll. Mehrere induktive Leiterschleifen können beispielsweise nebeneinander angeordnet werden. Mehrere resistive Heizleiter können verteilt - beispielsweise in re¬ gelmäßigen Abständen - in die Lagerstätte eingebracht werden.
Es sei noch einmal erwähnt, dass das erfindungsgemäße Verfah ren insbesondere dadurch vorteilhaft ist, als dass es weder als Elektrode im Erdreich wirkt noch auf einem Kontaktwiderstand angewiesen ist, um das direkt in Kontakt stehende Mate rial der Lagerstätte zu erwärmen.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Induktorleitungen - die induktive Leiterschleife bzw. elektrische Verbindungsleitun¬ gen zur Leiterschleife - völlig unabhängig von den Förderlö¬ chern in die Lagerstätte eingebracht werden können. Alternativ können sie allerdings auch mit dem Förderrohr kombiniert werden, in dem die Induktorleitung oder die Verbindungsleitung koaxial zum Förderrohr ausgebildet ist. Dann kann man sich auf wenige Bohrungen beschränken. Das Förderrohr kann in diesem Fall als geschlitztes Rohr ausgebildet sein, dass den Induktor umgibt, wobei die Schlitze für die Aufnahme und Abtransport des Gases vorgesehen ist. Vorzugs¬ weise ist in dieser Ausgestaltung das Förderloch nichtmetallisch ausgebildet, so dass der Induktor auf die Umgebung mittels Induktion wirken kann und nicht abgeschirmt wird.

Claims

Patentansprüche
1. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1), umfassend:
- mindestens ein ins Gas-Hydrat-Vorkommen (1) zumindest teilweise eingebrachter elektrischer Leiter (2A, 2B) , wobei der elektrische Leiter (2A, 2B) derart ausgebildet ist, dass mittels des elektrischen Leiters (2A, 2B) das Gas-Hydrat-Vorkommen (1) erwärmbar ist, so dass ein Gas (3) aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) durch das Erwärmen von Gas-Hydraten (4) des Gas-Hydrat-Vorkommens (1) frei¬ gesetzt wird, wobei ein erster des mindestens einen elektrischen Leiters (2A, 2B) derart ausgebildet ist, dass dieser erste elektrische Leiter (2A) unter Anregung eine induktive Erwärmung des Gas-Hydrat-Vorkommens (1) bewirkt ;
- ein Produktionsrohr (20) zum Abführen des freigesetzten Gases (3) aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) .
2. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein zweiter des mindestens einen elektrischen Leiters (2A, 2B) derart ausgebildet ist, dass dieser zweite elektrische Leiter (2B) unter Anregung als resistiver
Heizleiter wirkt.
3. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite elektrische Leiter (2B) in einem Ab¬ schnitt als Heizpatrone (50) ausgebildet ist.
4. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein dritter und ein vierter des mindestens einen elektrischen Leiters (2A, 2B) jeweils als Elektrode aus¬ gebildet sind.
5. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Leiter (2A, 2B) als Leiterschleife ausgebildet ist.
6. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Leiter (2A, 2B) zumindest in einem Abschnitt horizontal und/oder vertikal entlang einer Erstreckung des Gas-Hydrat-Vorkommens (1) angeordnet ist.
7. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Produktionsrohr ( 20 ) zumindest in einem Abschnitt horizontal und/oder vertikal innerhalb des Gas-Hydrat- Vorkommens (1) angeordnet ist.
8. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Leiter (2A, 2B) zumindest in einem Abschnitt innerhalb des Produktionsrohrs (20) geführt wird .
9. System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluß durch den elektrischen Leiter (2A, 2B) mittels einer Stromversorgungseinheit (10) erzeugbar ist.
System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromversorgungseinheit (10) derart ausgebildet ist, dass der elektrische Leiter (2A, 2B) mit Wechsel¬ strom mit einer Frequenz zwischen 500Hz und 300kHz bestrombar ist.
System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Leiter (2A, 2B) derart mit Wechsel¬ strom bestrombar ist, dass sich innerhalb des Gas-Hydrat- Vorkommens (1) ein elektromagnetisches Wechselfeld aus¬ bildet .
System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das System (100) frei von einer zusätzlichen Fluid- Ableitung zur Druckabsenkung im Gas-Hydrat-Vorkommen (1) ist .
System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das System (100) frei von einer Fluid-Zuleitung ins Gas-Hydrat-Vorkommen (1) ist, insbesondere frei von einer Fluid-Zuleitung zur Einspeisung eines Fluids mit erhöhter Temperatur . System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine zusätzliche Fluid-Zuleitung ins Gas-Hydrat- Vorkommen (1) zur Verdrängung des freigesetzten Gases (3) vorgesehen ist.
System (100) zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Vorrichtung (30), insbesondere ein Kompressor, zum Absaugen des freigesetzten Gases (3) über das Produktionsrohr (20) und/oder zum Absenken des Drucks vorgesehen im Gas-Hydrat-Vorkommen (1) ist.
Verfahren zum Extrahieren eines Gases (3) aus einem Gas- Hydrat-Vorkommen (1), wobei
eine mindestens ein ins Gas-Hydrat-Vorkommen (1) zumindest teilweise eingebrachter elektrischer Leiter (2A, 2B) derart angesteuert wird, dass mittels des elektrischen Leiters (2A, 2B) das Gas-Hydrat-Vorkommen (1) induktiv erwärmt wird, so dass ein Gas (3) aus dem Gas-Hydrat- Vorkommen (1) durch das induktive Erwärmen von Gas- Hydraten (4) des Gas-Hydrat-Vorkommens (1) freigesetzt wird;
das freigesetzte Gas (3) aus dem Gas-Hydrat-Vorkommen (1) über ein Produktionsrohr (20) abgeführt wird.
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