WO2014016067A2 - Vorrichtung und verfahren zur gewinnung von kohlenstoffhaltigen substanzen aus ölsand - Google Patents

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WO2014016067A2
WO2014016067A2 PCT/EP2013/062975 EP2013062975W WO2014016067A2 WO 2014016067 A2 WO2014016067 A2 WO 2014016067A2 EP 2013062975 W EP2013062975 W EP 2013062975W WO 2014016067 A2 WO2014016067 A2 WO 2014016067A2
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generator
oil sands
carbonaceous substances
electric
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Sten-Inge Lundgren
Olaf Schmidt
Simon SCHULZE
Matthias SCHÖNEICH
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2406—Steam assisted gravity drainage [SAGD]
    • E21B43/2408—SAGD in combination with other methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for obtaining carbonaceous substances, in particular bitumen, from oil sands.
  • Oil sands are a mixture of rock, clay, sand, water and bitumen or other heavy oils.
  • bitumen can be converted into synthetic crude oil.
  • Oil sands occurrences are, if they lower in Erdstoffen
  • Depth are preferably mined in the open pit. In many cases, however, are oil sands deposits in deeper layers of the earth, which are not accessible to open-pit mining or their mining would be unprofitable in open-pit mining. Typically, oil sands deposits are mined from depths of about 60m with so-called in situ method. Since in these methods, the degradation of the top layer, which is above the oil sands occurrence, is not necessary.
  • the most widely used in situ method is Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD).
  • SAGD Steam Assisted Gravity Drainage
  • the bitumen present in a soil in the soil is heated by superheated steam. Due to the heat effect, the long-chain hydrocarbons of the high-viscosity bitumen are split. The heating of the oil sand leads to a reduction in the viscosity of the bitumen, which thereby becomes flowable and can be conventionally pumped out of the deposit.
  • the apparatus for the sawing process comprises at least one injection pipe for feeding the hot steam into the deposit and a production pipeline through which the liquid bitumen from the deposit can be conveyed to the earth's surface.
  • Production pipelines are laid essentially parallel to each other and horizontally one above the other within the deposit.
  • the injection pipe and the production pipe usually have a distance of about 5m to 10m in the vertical direction to each other. In the horizontal direction, the pipes extend within the deposit on a length of several 100m and a few kilometers.
  • the injection tubing is typically above the production tubing. By heating and reducing the viscosity of the bitumen, the bitumen flows downwards due to gravity and thus to the production pipeline, where it can be pumped off in a simple manner and conveyed to the earth's surface.
  • the production can be achieved either with lifting oil pumps or by introducing an overpressure in the deposit.
  • the introduction of overpressure has the significant disadvantage that it may come in the vicinity of the deposit to the ground surface (blowout).
  • the layer of soil above the deposit is of small thickness.
  • the vapor pressure before introduction into the deposit is reduced by means of a throttle or a throttle valve to a pressure which is lower than the rock pressure in the region of the deposit.
  • the throttle valve is arranged between the steam generator and the injection pipeline. Since the vapor pressure is dissipated unused in the throttle valve, the process is not very effective.
  • EMGD Electro Magnetic Gravity Drainage
  • the heating of the deposit takes place by means of an electric / electromagnetic heating process, in which, in particular, an inductive heating takes place.
  • the EMGD method is disclosed in the German patent application 10 2007 040605.5 entitled “Device for in situ production of bitumen or heavy oil" by the applicant The EMGD method is also associated with a high expenditure of energy.
  • the object of the present invention is therefore to further develop the known in situ methods in such a way that the efficiency of the device is increased.
  • the object is achieved in terms of the device by the features of independent claim 1 and in terms of the method by the features of independent claim 4. Further embodiments and advantages of the invention, which are used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.
  • the inventive device for the production of carbonaceous substances, in particular bitumen, from oil sands comprising at least one steam generator, an injection pipe and a production pipeline, wherein via the injection pipe steam is introduced into the oil sand and
  • the carbonaceous substances can be discharged from the oil sand via the production pipeline, and at least one steam turbine, which is connected on the output side to a first generator for generating electricity, is arranged between the steam generator and the injection pipeline, characterized in that the device has an electric / electromagnetic heater Heating the oil sands summarized, which is operable with electric current, which is generated by means of the first generator.
  • the steam which is conducted from the steam generator to the steam turbine is relieved within the steam turbine to a pressure which is equal to or less than the rock pressure in the area of the deposit and at the same time the electric current generated by the steam turbine can be seen in addition to electrical / electromagnetic
  • Heating the deposit can be used. Due to the direct and immediate use of the electrical current from the first generator, which is arranged on the output side of the steam turbine, the electrical losses are reduced to a minimum and increases the efficiency of the entire device.
  • the device comprises at least one heat engine, in particular a gas turbine, which is connected on the output side with a second generator for generating electricity, and the electric current, which is generated by means of the second generator, for simultaneous or alternative heating of the Oil sands can be used by means of electrical / electromagnetic heating.
  • the heat engine can be chosen so that it covers the electrical needs as well as possible. In this case, the heat engine can also serve to generate electricity, which is in the system, especially for ancillaries needed.
  • a further embodiment of the invention provides that the Dam fer Wegung by means of heat exchangers, wherein the hot exhaust gas of the heat engine is used to generate steam.
  • the heat energy of the exhaust gas can preferably be removed by means of the heat exchanger to the steam cycle.
  • the exhaust gas flow is conducted in countercurrent to the steam of the steam cycle.
  • the inventive method is particularly effective due to the simultaneous heating of the deposit by the electrical / electromagnetic heating and the introduction of hot steam.
  • the electric current which from the first generator, which output side is connected to the steam turbine is generated, results in a particularly high efficiency of the process.
  • the efficiency of the method is further increased, characterized in that preferably a heat engine is used sets, the exhaust gas is used to generate steam in the steam cycle.
  • the inventive device and the inventive method for the production of carbonaceous substances, especially bitumen, from oil sands thus represents a significant increase in efficiency over the previously used devices and methods.
  • the vapor pressure must be reduced, is the first time to generate electricity for operating an electric / electromagnetic heating, used to heat the deposit.
  • the embodiment shows a schematic and simplified representation of the device according to the invention, in which the essential components of the invention are shown.
  • Figure 1 shows an embodiment of a device according to the invention for the recovery of carbonaceous substances, in particular bitumen from oil sands.
  • the oil sands are in a deposit 9 in the soil.
  • the deposit 9 lies at a depth in which the mining of oil sands in open pit economically not profitable. For this reason, the bitumen is degraded in-situ.
  • the device according to the invention for such a method comprises at least one steam generator 1, an injection tube line 2 and a production pipeline 3.
  • the injection pipeline 2 and the production pipeline 3 usually run horizontally within the reservoir 9 (not shown in FIG. 1).
  • the injection pipe 2 and the production pipe 3 run parallel and usually at a distance of about 5m to 10m to each other.
  • the tubes extend within the deposit 9 over a length of several 100m and a few kilometers.
  • the deposit 9 Before the bitumen can be transported out of the deposit 9, the deposit 9 must first be heated in order to reduce the viscosity of the bitumen present in the oil sands or in the oil rock. The warming leads to a splitting of the long-chain carbons, the high-viscosity bitumen, whereby the viscosity decreases and the bitumen becomes free-flowing.
  • the heating of the deposit 9 is carried out by introducing the steam generated in the steam generator 1 via the injection pipe 2.
  • the flowable bitumen falls due to gravity down and can then be promoted as bitumen-water emulsion to light.
  • To promote simple lifting oil pumps (not shown) are suitable.
  • the bitumen-water emulsion can then be separated in a corresponding treatment plant.
  • the water of the bitumen-water emulsion is largely recovered and fed back to the steam generator 1 via a corresponding return line 10.
  • the steam which is introduced via the injection pipe 2 into the deposit 9, must first be reduced to a pressure which is below the rock pressure, since otherwise it can lead to earth faults on the surface (blowout). This effect occurs in particular when the soil above the deposits 9 is of small thickness and density. Since the pressure of the steam behind the steam generator 1 is very high, the steam pressure can be used to drive a steam turbine 4. As a result, the pressure energy of the steam is converted into kinetic energy. After leaving the steam turbine 4, the steam can then be conducted via the injection pipeline 2 into the reservoir 9 become. On the output side, a first generator Gl is arranged on the steam turbine 4. The generator Gl generates electrical energy. The electrical energy generated by the generator Gl can be used directly to heat the deposit 9.
  • the device according to the invention comprises an electric / electromagnetic heater 5.
  • the electric / electromagnetic heater 5 is also laid in the ground 9 and heats the soil 9 in addition to the steam heater. This leads to a particularly good heating of the soil and thus to a particularly effective reduction of the viscosity of the bitumen and to a particularly effective splitting of the long-chain carbon compounds. As a result, the deposit can be mined particularly economically.
  • the device according to the invention preferably further comprises a gas turbine 6.
  • a second generator G2 is connected to the gas turbine 6 on the output side.
  • the second generator G2 likewise supplies power for the electrical / electromagnetic heating 5.
  • the electrical current produced by the generator G2 can be used for the system, in particular for ancillary units of the systems.
  • the gas turbine 6 is designed accordingly.
  • the steam turbine and the gas turbine sit on a shaft and operate a single generator.
  • the electrical / electromagnetic heating it is also possible for the electrical / electromagnetic heating to be fed simultaneously only by the generator G1 or only by the generator G2 or by both generators.
  • the exhaust gas flow of the heat engine (gas turbine) 6 is used to generate steam in the steam cycle.
  • the steam generator 1 is designed as a heat exchanger 7.
  • the hot exhaust gas of the heat engine 6 preferably flows through the heat exchanger 7 in countercurrent and thereby heats the water / steam in the steam cycle and thus ensures evaporation.
  • another firing of the steam be provided generator 1.
  • the process according to the invention for obtaining carbonaceous substances, in particular bitumen from oil sands will be briefly explained below by means of the device described above. First, steam is generated in the steam generator 1. The steam is then fed to the steam turbine 4.
  • the steam relaxes to a vapor pressure which is less than or equal to the rock pressure. Subsequently, the so-relaxed steam can be introduced via the injection pipe 2 into the reservoir 9 of the oil sands.
  • the first generator G1 which is located on the output side of the shaft of the steam turbine 4, generates electrical current. The electric current is used simultaneously to operate the electric / electromagnetic heater 5, which also heats the reservoir 9 of the oil sands. The heating of the oil sand by means of the steam and the electric / electromagnetic heater 5 ensures a
  • bitumen-water emulsion seeps down.
  • the bitumen-water emulsion is then conveyed via the production pipeline 3 to the earth's surface.
  • a lifting oil pump not shown in detail in FIG. 1 is used.
  • the bitumen-water emulsion passes from there to a processing plant 8.
  • the bitumen is separated from the water and then processed the bitumen to crude oil, on the other hand, the water is fed via a corresponding line 10 back to the evaporator 1 and can be evaporated there again.
  • the proportion of water that is lost to the steam cycle during the process is supplied to the process again by fresh water or live steam.
  • the evaporation in the evaporator 1 is effected by heating by means of an exhaust gas flow from the heat engine (gas turbine) 6.
  • the gas turbine 6 is connected to a second generator G2.
  • the second generator G2 also generates electric power which is used to operate the electric / electromagnetic heater 5.
  • the device according to the invention and the method according to the invention for obtaining carbonaceous substances, in particular bitumen from oil sands, are thus characterized by a particularly high level of efficiency.
  • the heating of the deposit of oil sands takes place on the one hand with the help of hot steam in SAGD method and in addition via an electrical / electromagnetic heating (EMGD method).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen aus Ölsanden. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Dampferzeuger (1), eine Injektionsrohrleitung (2) sowie eine Produktionsrohrleitung (3). Zwischen dem Dampferzeuger (1) und der Injektionsrohrleitung (2) ist wenigstens eine Dampfturbine (4) angeordnet, die antriebsseitig mit einem ersten Generator (G1) zur Stromerzeugung verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst eine elektrische/elektromagnetische Heizung (5) zum Beheizen der Ölsande, wobei die elektrische/elektromagnetische Heizung (5) mit elektrischem Strom, welcher mittels des ersten Generator (G1) erzeugt wird, betreibbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden mittels einer solchen Vorrichtung.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen aus Ölsand
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsand. Große Teile der weltweiten Ölreserven liegen in Form von Ölsand vor. Unter Ölsand versteht man eine Mischung aus Gestein, Ton, Sand, Wasser und Bitumen oder anderer Schwerölen. Nachfolgend soll stellvertretend für Schwer-, Schwerstöle oder allgemein langkettige Kohlenwasserstoffe lediglich von Bitumen gesprochen werden, welche typischerweise mit einer Viskosität von API 5° bis 15° lagerstättenmäßig vorkommen. Durch entsprechende Verfahrenschritte kann das Bitumen in synthetisches Rohöl umgewandelt werden. Ölsandvorkommen werden, wenn sie in Erdschichten geringer
Tiefe liegen bevorzugt im Tagebau abgebaut. Vielfach liegen Ölsandvorkommen aber in tieferen Erdschichten, die dem Tagebau nicht zugänglich sind bzw. deren Abbau im Tagebau unwirtschaftlich wäre vor. Typischerweise werden Ölsandvorkommen ab Tiefen von etwa 60m mit sogenannten In-Situ-Verfahren abgebaut. Da bei diesen Verfahren der Abbau der Deckschicht, welche über dem Ölsandvorkommen liegt, nicht notwendig ist.
Das am weitverbreitete In-Situ-Verfahren ist das Steam As- sisted Gravity Drainage (SAGD) . Beim SAGD-Verfahren wird das im Erdreich in einer Lagerstätte vorliegende Bitumen durch Heißdampf erhitzt. Durch die Hitzeinwirkung werden die lang- kettigen Kohlenwasserstoffe des hochviskosen Bitumens aufgespaltet. Die Erwärmung des Ölsandes führen zu einer Verringe- rung der Viskosität des Bitumens, welches dadurch fließfähig wird und konventionell aus der Lagerstätte abgepumpt werden kann . Die Vorrichtung für das SAGD-Verfahren umfasst mindestens eine Injektionsrohrleitung zum Zuführen des heißen Dampfes in die Lagerstätte und eine Produktionsrohrleitung, durch welche das flüssige Bitumen aus der Lagerstätte an die Erdoberfläche gefördert werden kann. Die Injektionsrohrleitung sowie die
Produktionsrohrleitung werden im Wesentlichen parallel zueinander und horizontal übereinander verlaufend innerhalb der Lagerstätte verlegt. Die Injektionsrohrleitung und die Produktionsrohrleitung weisen üblicherweise einen Abstand von etwa 5m bis 10m in vertikaler Richtung zueinander auf. In horizontaler Richtung erstrecken sich die Rohre innerhalb der Lagerstätte auf einer Länge zwischen mehreren 100m und wenigen Kilometern. Die Injektionsrohrleitung befindet sich typischerweise oberhalb der Produktionsrohrleitung. Durch die Er- wärmung und die Herabsetzung der Viskosität des Bitumens fließt das Bitumen aufgrund der Schwerkraft nach unten und damit zur Produktionsrohrleitung hin und kann dort auf einfache Weise abgepumpt und an die Erdoberfläche gefördert werden. Die Förderung kann entweder mit Anhebeölpumpen oder durch Einbringen eines Überdrucks in der Lagerstätte erzielt werden. Die Einbringung von Überdruck hat jedoch den wesentlichen Nachteil, dass es in der Umgebung der Lagerstätte zu Verwerfung an der Erdoberfläche (Blowout) kommen kann. Insbesondere dann, wenn die Erdschicht oberhalb der Lagerstätte von geringer Dicke ist. Aus diesem Grund wird üblicherweise der Dampfdruck vor Einleitung in die Lagerstätte mittels einer Drossel oder eines Drosselventils auf einen Druck reduziert, welcher geringer ist als der Gesteinsdruck im Bereich der Lagerstätte. Das Drosselventil ist dabei zwischen dem Dampferzeuger und der Injektionsrohrleitung angeordnet. Da der Dampfdruck ungenutzt im Drosselventil abgebaut wird, ist das Verfahren wenig effektiv.
Aus diesem Grund wird in der nicht vor vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2012 000092.8 mit dem Titel
„Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen aus Ölsanden" der Anmelderin vorgeschlagen, zwischen dem Dampferzeuger und der Injektionsrohrleitung we- nigstens eine Dampfturbine anzuordnen. Durch die Anordnung der Dampfturbinen zwischen dem Dampferzeuger und der Injektionsrohrleitung kann der Druckabbau, welcher üblicherweise ungenutzt über das Drosselventil erfolgt, zur Energierückgewin- nung benutzt werden. Hierzu ist die Dampfturbine vorzugsweise an einen Generator zur Stromerzeugung angeschlossen.
Ein weiteres gebräuchliches In-Situ-Verfahren ist das Elektro Magnetic Gravity Drainage (EMGD) . Beim EMGD-Verfahren erfolgt die Erwärmung der Lagerstätte mit einem elektrischen/elektromagnetischen Heizverfahren, bei dem insbesondere eine induktive Beheizung erfolgt. Das EMGD-Verfahren ist in der deutschen Patentanmeldung 10 2007 040605.5 mit dem Titel „Vorrichtung zur In-Situ-Förderung von Bitumen oder Schweröl" der Anmelderin offenbart. Auch das EMGD-Verfahren ist mit einem großen Energieaufwand verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten In-Situ-Verfahren derart weiterzubilden, dass der Wir- kungsgrad der Vorrichtung gesteigert wird. Gleichzeitig ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen aufzuzeigen . Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 4 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von kohlen- Stoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden, umfassend wenigstens einen Dampferzeuger, eine Injektionsrohrleitung sowie eine Produktionsrohrleitung, wobei über die Injektionsrohrleitung Dampf in den Ölsand einleitbar ist und über die Produktionsrohrleitung die kohlenstoffhaltigen Substanzen aus dem Ölsand abführbar sind und wobei zwischen dem Dampferzeuger und der Injektionsrohrleitung wenigstens eine Dampfturbine angeordnet ist, die abtriebsseitig mit einem ersten Generator zur Stromerzeugung verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung eine elektrische/elektromagnetische Heizung zum Beheizen der Ölsande um- fasst, die mit elektrischem Strom, welcher mittels des ersten Generators erzeugt wird, betreibbar ist. Durch die erfin- dungsgemäße Vorrichtung wird einerseits der Dampf, welcher vom Dampferzeuger zur Dampfturbine geleitet wird, innerhalb der Dampfturbine auf einen Druck entspannt, der gleich oder kleiner dem Gesteinsdruck im Bereich der Lagerstätte ist und gleichzeitig kann der von der Dampfturbine erzeugte elektri- sehe Strom zusätzlich zum elektrischen/elektromagnetischen
Beheizen der Lagerstätte verwendet werden. Durch die direkte und unmittelbare Verwendung des elektrischen Stroms vom ersten Generator, welcher abtriebsseitig auf der Dampfturbine angeordnet ist, werden die elektrischen Verluste auf ein Mi- nimum reduziert und der Wirkungsgrad der gesamten Vorrichtung gesteigert .
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung wenigstens eine Wärmekraftmaschine, insbesondere eine Gasturbine umfassend, die abtriebsseitig mit einem zweiten Generator zur Stromerzeugung verbunden ist, und das der elektrische Strom, welcher mittels des zweiten Generators erzeugt wird, zum gleichzeitigen oder alternativen Beheizen der Ölsande mittels der elektrischen/elektromagnetischen Heizung verwendbar ist. Durch die Verwendung einer zusätzlichen Wärmekraftmaschine, insbesondere Gasturbine, kann die elektrische Leistung und damit die elektrische Heizleistung der elektrischen/elektromagnetischen Heizung erhöht werden. Die Wärmekraftmaschine kann dabei so gewählt werden, dass sie möglichst gut den elektrischen Bedarf abdeckt. Dabei kann die Wärmekraftmaschine auch zur Erzeugung für elektrischen Strom dienen, welcher in der Anlage, insbesondere für Nebenaggregate, benötigt wird. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dam ferzeugung mittels Wärmetauscher erfolgt, wobei das heiße Abgas der Wärmekraftmaschine zur Dampferzeugung genutzt wird. Die Wärmeenergie des Abgases kann dabei bevorzugt, mittels des Wärmetauschers an den Dampfkreislauf abgeführt werden. Hierzu wird der Abgasstrom in Gegenstrom zum Wasserdampf des Dampfkreislaufes geführt. Durch die Nutzung des heißen Abgases der Wärmekraftmaschine zur Verdampfung des Wassers im Dampfkreislauf , wird der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verbessert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden mit- tels einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:
- Erzeugen von Dampf im Dampferzeuger;
Zuführen des Dampfes zur Dampfturbine;
- Entspannen des Dampfes in der Dampfturbine auf einem
Dampfdruck der kleiner oder gleich dem Gesteinsdruck der
Lagerstätte ist;
- Einleiten des Dampfes über die Injektionsrohrleitung in die Lagerstätte;
- Speisen der elektrischen/elektromagnetischen Heizung mit elektrischen Strom vom ersten und/oder zweiten Generator;
- Erwärmen des Ölsandes mittels des Dampfes und der elektrischen/elektromagnetischen Heizung und Aufspalten der langkettigen Kohlenwasserstoffe der kohlenstoffhaltigen Substanzen;
- Abführen der kohlenstoffhaltigen Substanzen über die
Produktionsrohrleitung .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der gleichzeiti- gen Erwärmung der Lagerstätte durch die elektrischen/elektromagnetischen Heizung sowie das Einleiten von heißem Dampf besonders effektiv. Durch die Verwendung des elektrischen Stroms, welcher vom ersten Generator, welcher abtriebsseitig mit der Dampfturbine verbunden ist, erzeugt wird, ergibt sich ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verfahrens. Der Wirkungsgrad des Verfahrens wird weiter gesteigert, dadurch dass bevorzugt eine Wärmekraftmaschine einge- setzt wird, deren Abgas zur Dampferzeugung im Dampfkreislauf verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden, stellt somit eine deutliche Wirkungsgradsteigerung gegenüber den bislang eingesetzten Vorrichtungen und Verfahren dar. Der Dampfdruck der abgebaut werden muss, wird erstmalig zur Erzeugung elektrischen Stroms zum Betreiben einer elektrischen/elektromagnetischen Heizung, zur Erwärmung der Lagerstätte genutzt.
Weitere Vorteile der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Das Ausführungsbeispiel zeigt dabei eine schematische und vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die für die Erfindung wesentlichen Bauteile dargestellt sind.
Für die detaillierte Beschreibung der Verfahren (SAGD und EMGD) wird an dieser Stelle auf den bereits in der Einleitung zitierten Stand der Technik hingewiesen, dessen Offenbarungs - gehalt die Erfindung umfasst.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen aus Ölsanden. Die Ölsande befinden sich dabei in einer Lagerstätte 9 im Erdreich. Die Lagerstätte 9 liegt dabei in einer Tiefe in der sich der Abbau der Ölsande im Tagebau wirtschaftlich nicht rentiert. Aus diesem Grund wird das Bitumen im In-Situ-Verfahren abgebaut.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein solches Verfahren umfasst wenigstens ein Dampferzeuger 1, eine Injektionsrohr- leitung 2 sowie eine Produktionsrohrleitung 3. Die Injektionsrohrleitung 2 sowie die Produktionsrohrleitung 3 verlaufen dabei üblicherweise horizontal innerhalb der Lagerstätte 9 (in Figur 1 nicht dargestellt) . Die Injektionsrohrleitung 2 und die Produktionsrohrleitung 3 verlaufen dabei parallel und üblicherweise in einem Abstand von ca. 5m bis 10m zueinander. In horizontaler Richtung erstrecken sich die Rohre innerhalb der Lagerstätte 9 über eine Länge zwischen mehreren 100m und wenigen Kilometern. Bevor das Bitumen aus der Lagerstätte 9 herausgefördert werden kann, muss die Lagerstätte 9 zunächst erwärmt werden, um die Viskosität der im Ölsand oder im Öl- stein vorhandenen Bitumen, herabzusetzen. Durch die Erwärmung kommt es zu einer Aufspaltung der langkettigen Kohlenstoffe, des hochviskosen Bitumens, wodurch die Viskosität abnimmt und das Bitumen fließfähig wird.
Das Aufheizen der Lagerstätte 9 erfolgt durch Einleiten des im Dampferzeuger 1 erzeugten Dampfes über die Injektionsrohrleitung 2. Das fließfähige Bitumen sinkt aufgrund der Schwerkraft nach unten und kann anschließend als Bitumen-Wasser- Emulsion zu Tage gefördert werden. Zur Förderung eignen sich einfache Anhebeölpumpen (nicht näher dargestellt) . Die Bitumen-Wasser-Emulsion kann anschließend in einer entsprechenden Aufbereitungsanlage getrennt werden. Das Wasser der Bitumen- Wasser-Emulsion wird dabei weitgehend zurück gewonnen und über eine entsprechende Rückführleitung 10 erneut dem Dampferzeuger 1 zugeführt.
Der Dampf, der über die Injektionsrohrleitung 2 in die Lagerstätte 9 eingebracht wird, muss zuvor auf einen Druck reduziert werden, welcher unterhalb des Gesteinsdrucks liegt, da es sonst zu Erdverwerfungen an der Oberfläche (Blowout) kommen kann. Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn das Erdreich oberhalb der Lagerstätten 9 von geringer Dicke und Dichte ist. Da der Druck des Dampfes hinter dem Dampferzeuger 1 sehr hoch ist, kann der Dampfdruck dazu genutzt werden, ei- ne Dampfturbine 4 anzutreiben. Hierdurch wird die Druckenergie des Dampfes in Bewegungsenergie umgewandelt. Der Dampf kann anschließend nach Austritt aus der Dampfturbine 4 über die Injektionsrohrleitung 2 in die Lagerstätte 9 geleitet werden. Abtriebsseitig ist an die Dampfturbine 4 ein erster Generator Gl angeordnet. Der Generator Gl erzeugt elektrische Energie. Die elektrische Energie die vom Generator Gl erzeugt wird, kann direkt zum Beheizen der Lagerstätte 9 verwendet werden. Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine elektrische/elektromagnetische Heizung 5. Die elektrische/elektromagnetische Heizung 5 ist ebenfalls im Erdreich 9 verlegt und erwärmt das Erdreich 9 zusätzlich zu der Dampferwärmung. Hierdurch kommt es zu einer besonders guten Erwär- mung des Erdreiches und damit zu einer besonders effektiven Herabsetzung der Viskosität des Bitumens und zu einer besonders effektiven Aufspaltung der langkettigen KohlenstoffVerbindungen. Hierdurch kann die Lagerstätte besonders wirtschaftlich abgebaut werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorzugsweise weiterhin eine Gasturbine 6. An die Gasturbine 6 ist abtriebsseitig ein zweiten Generator G2 angeschlossen. Der zweite Generator G2 liefert ebenfalls Strom für die elektri- sche/elektromagnetische Heizung 5. Zusätzlich kann der vom Generator G2 produzierte elektrische Strom für die Anlage, insbesondere für Nebenaggregate der Anlagen, genutzt werden. Je nach benötigtem elektrischem Energiebedarf, wird die Gasturbine 6 entsprechend ausgelegt. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Dampfturbine und die Gasturbine auf einer Welle sitzen und einen einzelnen Generator betreiben. Durch entsprechende Schaltungen ist es auch möglich, dass die elektrische/elektromagnetische Heizung jeweils nur vom Generator Gl oder nur vom Generator G2 oder von beiden Generato- ren gleichzeitig gespeist wird.
Der Abgasstrom der Wärmekraftmaschine (Gasturbine) 6 wird zur Dampferzeugung im Dampfkreislauf genutzt. Hierzu ist der Dampferzeuger 1 als Wärmetauscher 7 ausgebildet. Das heiße Abgas der Wärmekraftmaschine 6 durchströmt den Wärmetauscher 7 vorzugsweise im Gegenstrom und erhitzt dabei das Wasser/ Wasserdampf im Dampfkreislauf und sorgt damit für eine Verdampfung. Zusätzlich kann eine weitere Befeuerung des Dampf- erzeugers 1 vorgesehen sein. Durch die Nutzung des Abgases der Wärmekraftmaschine 6 wird eine weitere Wirkungsgradsteigerung der Vorrichtung erzielt. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen aus Ölsanden, mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung kurz erläutert. Zunächst wird im Dampferzeuger 1 Dampf erzeugt. Der Dampf wird anschließend der Dampfturbine 4 zugeführt. In- nerhalb der Dampfturbine 4 entspannt sich der Dampf auf einen Dampfdruck der kleiner oder gleich dem Gesteinsdruck ist. Anschließend kann der so entspannte Dampf über die Injektionsrohrleitung 2 in die Lagerstätte 9 des Ölsandes eingeleitet werden. Gleichzeitig erzeugt der erste Generator Gl welcher abtriebsseitig auf der Welle der Dampfturbine 4 sitzt, elektrischen Strom. Der elektrische Strom wird gleichzeitig zum Betreiben der elektrischen/elektromagnetischen Heizung 5 genutzt, welche ebenfalls die Lagerstätte 9 des Ölsandes erwärmt. Die Erwärmung des Ölsandes mittels des Dampfes und der elektrischen/elektromagnetischen Heizung 5 sorgt für eine
Aufspaltung der langkettigen Kohlenwasserstoffe der kohlenstoffhaltigen Substanzen und für eine Reduzierung der Viskosität. Aufgrund der Schwerkraft sickert die Bitumen-Wasser- Emulsion nach unten. Die Bitumen-Wasser-Emulsion wird an- schließend über die Produktionsrohrleitung 3 an die Erdoberfläche gefördert. Hierzu wird eine in Figur 1 nicht näher dargestellte Anhebeölpumpe verwendet. Die Bitumen-Wasser- Emulsion gelangt von dort zu einer Aufbereitungsanlage 8. In dieser wird zum einen das Bitumen vom Wasser getrennt und an- schließend das Bitumen zu Rohöl verarbeitet, zum anderen wird das Wasser über eine entsprechende Leitung 10 zurück zum Verdampfer 1 geführt und kann dort erneut verdampft werden. Der Wasseranteil der dem Dampfkreislauf während des Verfahrens verloren geht, wird dem Verfahren erneut durch Frischwasser bzw. Frischdampf zugeführt. Die Verdampfung im Verdampfer 1 erfolgt durch Erhitzung mittels eines Abgasstroms von der Wärmekraftmaschine (Gasturbine) 6. Die Gasturbine 6 ist mit einem zweiten Generator G2 verbunden. Der zweite Generator G2 erzeugt ebenfalls elektrischen Strom, welcher zum Betreiben der elektrischen/elektromagnetischen Heizung 5 verwendet wird . Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen insbesondere Bitumen aus Ölsanden zeichnet sich somit durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus. Die Erwärmung der Lagerstätte des Ölsandes erfolgt dabei zum einen mit Hilfe des heißen Dampfes in SAGD-Verfahren und zusätzlich über eine elektrische/elektromagnetische Heizung (EMGD-Verfahren) .
Durch den gleichzeitigen Einsatz des SAGD- und EMGD- Verfahrens erfolgt eine besonders gute Erwärmung der Lagerstätte, was zu einer besonders guten Ausbeute führt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden, umfassend wenigstens einen Dampferzeuger (1), eine Injektionsrohrleitung (2) sowie eine Produktionsrohrleitung (3), wobei über die Injektionsrohrleitung (2) Dampf in den Ölsand einleitbar ist und über die Produktionsrohrleitung (3) die kohlenstoffhaltigen Substanzen aus dem Öl- sand abführbar sind und wobei zwischen dem Dampferzeuger (1) und der Injektionsrohrleitung (2) wenigstens eine Dampfturbine (4) angeordnet ist, die Abtriebssei- tig mit einem ersten Generator (Gl) zur Stromerzeugung verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung eine elektrische/elektromagnetische Heizung (5) zum beheizen der Ölsande umfasst, die mit elektrische Strom welcher mittels des ersten Generators (Gl) erzeugt wird betreibbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung wenigsten eine Wärmekraftmaschine (6), insbesondere eine Gasturbine umfasst, die Abtriebssei- tig mit einem zweiten Generator (G2) zur Stromerzeugung verbunden ist,
und dass der elektrische Strom welcher mittels des zweiten Generators (G2) erzeugt wird, zum gleichzeitigen oder alternativen beheizen der Ölsande mittels der elektrischen/elektromagnetischen Heizung (5) verwendbar ist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampferzeugung mittels Wärmetauscher ( 7 ) erfolgt, wobei das heiße Abgas der Wärmekraftmaschine (6) zur Dampferzeugung genutzt wird.
4. Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Bitumen, aus Ölsanden mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1,
umfassend folgende Verfahrensschritte:
Erzeugen von Dampf im Dampferzeuger (1) ;
Zuführen des Dampfes zur Dampfturbine (4) ;
Entspannen des Dampfes in der Dampfturbine (4) auf einen Dampfdruck der kleiner oder gleich dem Gesteinsdruck ist,
Einleiten des Dampfes über die Injektionsrohrleitung (2) in den Ölsand;
Speisen der elektrischen/elektromagnetischen Heizung (5) mit elektrischem Strom vom ersten und/oder zweiten Generator (Gl, G2) ;
Erwärmen des Ölsandes mittels des Dampfes und der elektrischen/elektromagnetischen Heizung (5) und aufspalten der langkettigen Kohlenwasserstoffe der Kohlenstoffhaltigen Substanzen;
Abführen der kohlenstoffhaltigen Substanzen über die Produktionsrohrleitung (3) .
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007040605B3 (de) 2007-08-27 2008-10-30 Siemens Ag Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE832017A (fr) * 1975-07-31 1975-11-17 Nouveau procede d'exploitation d'un gisement de houille ou de lignite par gazefication souterraine sous haute pression
US4008762A (en) * 1976-02-26 1977-02-22 Fisher Sidney T Extraction of hydrocarbons in situ from underground hydrocarbon deposits
CA1063015A (en) * 1977-02-02 1979-09-25 Texaco Development Corporation Secondary recovery of oil by steam stimulation plus the production of electrical energy and mechanical power
US4160479A (en) * 1978-04-24 1979-07-10 Richardson Reginald D Heavy oil recovery process
US4679626A (en) * 1983-12-12 1987-07-14 Atlantic Richfield Company Energy efficient process for viscous oil recovery
US6016868A (en) * 1998-06-24 2000-01-25 World Energy Systems, Incorporated Production of synthetic crude oil from heavy hydrocarbons recovered by in situ hydrovisbreaking
DE102007008292B4 (de) * 2007-02-16 2009-08-13 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz unter Herabsetzung deren Viskosität aus einer unterirdischen Lagerstätte
DE102008047219A1 (de) * 2008-09-15 2010-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Förderung von Bitumen und/oder Schwerstöl aus einer unterirdischen Lagerstätte, zugehörige Anlage und Betriebsverfahren dieser Anlage
DE102010041329A1 (de) * 2010-09-24 2012-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Erwärmung von Erdreich
DE102012000092B4 (de) 2012-02-24 2014-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffhaltigen Substanzen aus Ölsanden

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007040605B3 (de) 2007-08-27 2008-10-30 Siemens Ag Vorrichtung zur "in situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl

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