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Im Erdölbergbau haben die Verminderung der Erdölförderung der Sonden sowie die mit primärer Lagerstättenenergie erreichbare kleine ölausbeute die Ausarbeitung sekundärer und tertiärer Ausbeutungsverfahren notwendig gemacht. Das Wesen dieser bekannten Verfahren besteht im allgemeinen darin, dass in die zur Produktion erbohrte Lagerstätte von der Produktionsstelle entfernt verschiedene Materialien eingepresst werden und dadurch die Strömung der Kohlenwasserstoffe in Richtung der Fördersonde beschleunigt wird. Zu ähnlichem Zwecke wurden schon Versuche mit der Entzündung der Kohlenwasserstoffe an einem entfernten Punkt der Lagerstätte durchgeführt, darüber hinaus wurde auch die Anlegung von die Kohlenwasserstoffe aus der Lagerstätte austreibenden Mikroorganismenstämmen versucht.
Die Anwendung solcher Verfahren wurde einerseits durch die Erschöpfung der in der primär gewinnbaren Tiefe (2000 bis 4000 m) befindlichen Vorräte, anderseits zur Erhöhung der Ausbeute der Sonden begründet. Mit Hilfe dieser Verfahren kann das Restöl der primär ausgebeuteten Lagerstätten versiecht werden, darüber hinaus können auch diejenigen mikroporösen Schichten ausgewonnen werden, aus welchen sonst die Kohlenwasserstoffe wegen der kleinen Strömungsgeschwindigkeiten wirtschaftlich nicht ausgewonnen werden können.
Der Nachteil der durch Einpressen von Wasser durchgeführten Austriebsverfahren besteht darin, dass die Kohlenwasserstoffe in Form von Einschlüssen zurückbleiben und das Wasser gegenüber dem Gestein keine grössere Affinität als die Kohlenwasserstoffe besitzt, so dass die Kohlenwasserstoffe aus den Mikroporen nicht erfolgreich ausgetrieben werden können. Ähnlich liegt der Fall beim Einpressen von Kohlenwasserstoffgasen, die noch dazu einen bedeutenden Wert als Energieträger besitzen, so dass deren Einpressung in die Lagerstätte einen bedeutenden Verlust darstellt.
Weitverbreitet sind Verfahren, die Chemikalien verwenden. Bei diesen Verfahren werden oberflächenaktive Materialien in die Lagerstätte eingepresst, deren Affinität dem Gestein gegenüber wesentlich höher ist als die der Kohlenwasserstoffe. Nach der Zufuhr der notwendigen Menge an Chemikalien wird der so zustandegekommene "Chemikalienpfropfen"in der Lagerstätte mittels Wasser vorwärts getrieben.
Schliesslich wurde auch schon Kohlendioxyd im in Wasser gelösten Zustand zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Wassereinpressens, zur Verdampfung des öls sowie in Form von Kohlendioxydstopfen verwendet. Hiezu wurde im allgemeinen reines Kohlendioxyd verwendet, welches aus grösserer Entfernung angeliefert werden musste, wodurch die Kosten des Verfahrens bedeutend erhöht wurden.
In Ungarn kommt natürliches Kohlendioxyd im Gemisch mit mehr oder weniger Kohlenwasserstoffgasen in Lagerstätten vor. Wenn in solchem Naturgas der Anteil an Kohlenwasserstoffgas hoch ist, kann daraus das Kohlendioxyd nicht wirtschaftlich gewonnen werden, umgekehrt ist das Gas auch als Kohlenwasserstoffquelle nicht wirtschaftlich verwendbar. Hier sucht die Erfindung Abhilfe zu schaffen.
Es ist eine bekannte Eigenschaft des Kohlendioxyds, in Wasser sehr gut, aber in öl noch besser löslich zu sein. In praktischen und Laborversuchen wurde festgestellt, dass sich ein solches Gas mit 50 Vol.-% CO bei 700C und bei einem Druck von 100 at fünfmal und ein Gas mit einem CO2-Gehalt von 80% unter denselben Bedingungen zehnmal so gut in öl löst als in Wasser, was im öl gelösten Gasmengen von 90 bzw. 140 Nm3/m3 Öl entspricht.
Das im Öl gelöste Kohlendioxyd hat die folgenden Wirkungen : - es steigert das Volumen, was eine Steigerung der relativen Ölsättigung und daher eine bessere
Pumpenergiebigkeit bedeutet ; - es vermindert die Oberflächen- und Grenzflächenspannung und vergrössert auch dadurch die
Pumpenergiebigkeit ; - es verringert die Olviskosität und vergrössert damit seine Strömungsfähigkeit ; - es bewirkt die Auflösung von Kalk, sei es als Gestein, sei es als Bindemittel für den Quarz im
Kalksandstein und steigert damit die Permeabilität.
Ziel der Erfindung ist demnach ein neues Ausbeutungsverfahren für Erdöllagerstätten, welches je nach der Terminologie in der Praxis entsprechend der Lebensdauer der Lagerstätte am Beginn von dessen Produktion oder zu einem späteren Zeitpunkt angewendet werden kann, so dass es als ein sekundäres oder auch als tertiäres Förderverfahren angesprochen werden kann.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass a) in die Lagerstätte ein Gemisch von Erdgas mit einem Gehalt von mindestens 65 Viol.-%
Kohlendioxyd eingepresst wird, wobei das Volumen des eingepressten Gasgemisches das Mehrfache des Lagerstättenvolumens des geförderten Erdöls, Gases und Wassers beträgt, und im Laufe des
Gaseinpressens der Druck am Sondenkopf auf das 1, 3 bis 1, 5-fache des zu erreichenden
Lagerstättendruckes eingestellt wird und der Lagerstättendruck durch das Einpressen derart erhöht wird, dass sich das Verhältnis von Erdgas zu Kohlendioxyd auf mindestens 1 : 1 einstellt, welches einem Druck bis zu 100 at entspricht ;
b) sodann die mit Kohlendioxyd gesättigten Lagerstättenflüssigkeiten-wie Erdöl und Wasser-durch
Einpressen von Wasser verdrängt werden und das Wassereinpressen so lange fortgesetzt wird, bis ein
Wasser/Öl-Verhältnis-Wert von 40 nach dem Durchbruch in die Fördersonde erreicht wird ;
c) in den Fördersonden der durch Gaseinpressen erhöhte Lagerstättendruck durch Regulierung der
Förderrate auf einem nahezu konstanten Wert, vorzugsweise über 100 at, gehalten wird, so dass das
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eingepresste und entnommene Lagerstättenvolumen ungefähr gleich ist, wobei der Druck in den Lagerstätten nur derart vermindert wird, dass aus den Lagerstättenflüssigkeiten kein freies Gas entweicht, wobei das Schliessen von Fördersonden das erste Mal durchgeführt wird, wenn das
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d) sodann jene Fördersonden geschlossen werden, deren Gas-öl-Verhältnis das 3- bis 4fache des gelösten Gasgehaltes erreicht, und diese Fördersonden so lange geschlossen bleiben, bis das Gas-öl-Verhältnis auf das 1,
5- bis 2fache der erwähnten gelösten Gasmenge gefallen ist (was durch eine Versuchsförderung-l bis 2 Tage-festgestellt wird).
Durch das maximale Einpressen eines 65 Vol.-% und mehr Kohlendioxyd enthaltenden Naturgases in den ölkörper der Lagerstätte wird der gesamte Raum der Lagerstätte mit Kohlendioxyd bei Lagerstättentemperatur gesättigt und der Lagerstättendruck auf mindestens 100 at gebracht. Dabei soll das Volumen der Gase in der Lagerstätte zusammen mit dem Volumen der mit dem kohlensäurehaltigen Gas eingepressten Kohlenwasserstoffgase höchstens gleich dem Volumen des eingepressten Kohlendioxyds-auf Atmosphärendruck bezogen-sein ; als Ergebnis dieser Hochdruckgaseinpressung entsteht eine Lösungsmittelfront. Danach werden die gesättigten Lagerstättenflüssigkeiten durch Wasser verdrängt.
Diese Verdrängung der mit Kohlendioxyd gesättigten Lagerstättenflüssigkeiten erfolgt bei erhöhtem Druck, d. h. dieser sollte nicht mehr als bis zu einem Wert fallen, bei dem das Gassättigungsgleichgewicht unterschritten wird.
Im Falle von gemischtem Gas ist die untere Druckgrenze bei einem bestimmten Kohlendioxydgehalt des gemischten Gases durch die Kohlenwasserstoffgas-Reserve-gelöst und frei-der Lagerstätte gegeben. In der
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- Bo - undeinpresst ; 100% CO benötigen bloss etwa 80 at (5). In den Lagerstätten enthalten Rohöle immer in einem kleineren oder grösseren Ausmass Gas in Lösung, die leichten öle enthalten auch im erschöpften Zustand der Lagerstätte etwas gelöste und freie Gase, so dass auch beim Einpressen von reinem Kohlendioxyd in der Lagerstätte ein Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen und Kohlendioxyd vorhanden sein wird.
Man wird demnach dann, wenn in der Lagerstätte eine geringe Menge an Kohlenwasserstoffgasen vorhanden ist, mit einem
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COMit einem Mischgas mit 80 bis 85 Vol.-% C02 erhält man, wenn in der Lagerstätte noch Kohlenwasserstoffgase vorhanden sind, ein Komponentenverhältnis von 60 bis 65 Vol.-% CO wobei gemäss der Erfindung ein Druck von 100 bis 120 at (87) die partielle Mischfähigkeit gewährleistet.
Diese Vorgänge finden während des Einpressens von Gas in der Nähe der Einpressbohrung und auch zwischen der Einpress- und der Förderbohrung statt.
Die Einpressung von 50000 bis 100000 m3 Mischgas täglich bewirkt in unmittelbarer Nähe der Einpressbohrung auf eine Entfernung von 15 bis 20 m in einer 8 bis 10 m mächtigen Schicht eine sehr hohe Gasfliessgeschwindigkeit, durch welche das dort früher lagernde Gas vollständig mitgenommen wird, sodann das öl und das fliessfähige Wasser. Das öl wird bei seiner Verdrängung zuerst seine leichteren Komponenten abgeben und danach die immer schwereren. So wird unter dem Einfluss der hohen Fliessgeschwindigkeit und des Kohlendioxyds das öl von der unmittelbaren Nähe der Bohrung entfernt und nur das Randwasser bleibt zurück.
Gemäss der Erfindung muss der Einpressvorgang des Mischgases so lange fortgesetzt werden, bis das Verhältnis Cor : CH mindestens 1 : 1 beträgt. In einer erschöpften Lagerstätte wird durch das Einpressen von Mischgas mit einem CO-Gehalt von 80 Vol.-% ein 100 bis 120 at betragender Lagerstättendruck erzielt.
Während der Einpressung kann es vorkommen, dass das eingepresste Gas zur Förderbohrung durchbricht. Wird so ein Fall festgestellt, d. h. falls beim Beginn des Einpressens das Gas-Öl-Verhältnis 1, 5 bis 2mal so gross gemessen wird und gleichzeitig der C02-Gehalt im geförderten Gas auf 50% ansteigt, müssen diese Bohrlöcher geschlossen werden, bis das Gas-Öl-Verhältnis auf einen bestimmten Wert gesunken ist, d. h. auf das 1, 5 bis 2fache des bei dem gegebenen Druck gelösten Gases. Die Bohrung kann dann wieder in Betrieb genommen werden, u. zw. unabhängig davon, ob der Gaseinpressvorgang fortgesetzt wird oder nicht.
Wenn jedoch das Gas-Öl-Verhältnis neuerlich ansteigt und den 3- bis 4fachen Wert der gegebenen Gaslösung erreicht, muss die Bohrung neuerlich geschlossen werden, wonach weiter wie oben verfahren wird. Wenn der Lagerstättendruck mindestens 120 bis 130 at erreicht hat, wird die Gaseinpressung gestoppt und der Wassereinpressvorgang begonnen.
Aus dem vorstehend Gesagten folgt, dass-wenn man nach einer 4- bis 6wöchigen Pause wieder zu fördern beginnt-der Lagerstättendruck kleiner und das spezifische Gewicht des geförderten Öles grösser wird als zur Schliesszeit. Das spezifische Gewicht des Öls weist im Laufe der Förderzeit eine fallende Tendenz auf, während das Verhältnis der leichteren Komponenten, die bei der atmosphärischen Destillation bis 250 C anfallen-innerhalb der Messbereichsfehler-konstant bleibt bzw. über eine längere Förderzeit - 18 bis 36 Monate-leicht steigt.
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Nach dem Gaseinpressvorgang muss das Ausmass des Wassereinpressvorganges sowie der Förderung so gewählt werden, dass, trotz des erwähnten Druckabfalls, ein Lagerstättendruck von über 100 at erhalten bleibt. In der Erfindung spielt zwar Wasser die Rolle des Austreibungsmittels, jedoch-das muss besonders erwähnt werden-ist der Verdrängungsvorgang mit Wasser ein neuer. Unterscheidend von der bekannten Art der Wassereinpressung und im Gegensatz zur Verdrängung mit karbonisiertem Wasser (dem Kohlendioxyd-Wässer-Stopfen) ist das eingepresste Wasser von der Einpressbohrung zur Förderbohrung innerhalb der Lagerstätte selbst in ständigem Kontakt mit einem kohlendioxydreichen Gas, das Randwasser und das eventuelle freibeweglich Wasser mit Kohlendioxyd gesättigt, ebenso das Restöl, aus welchem sich das Kohlendioxyd im eingepressten Wasser auflöst.
Daraus resultiert, dass es ohne spezielle oder zusätzliche Massnahmen mit Kohlendioxyd gesättigt wird und auch nach einem Durchbruch bis zum Ende der Förderung bzw. des Verfahrens so bleibt.
Die automatische Sättigung des Wassers mit Kohlendioxyd, welches die Lagerstättenflüssigkeiten verdrängt, findet auch dort statt, wenn es aus der das Öllager umgebenden Wassermasse stammt, oder auch aus der teilweise oder unbegrenzt einfliessenden Wassermasse. Im letzteren Fall ist es alsdann nur notwendig, das Mischgas einzupressen und die Förderung unbedingt zu überwachen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass beim Einpressen des Gasgemisches das eingepresste
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aber da sie in den nächsten Querschnitten am intensivsten ist-nämlich dort, wo die Fliessgeschwindigkeit am grössten ist-kann sie die absolute Permeabilität der Lagerstätte 1, 5 bis 2mal vergrössern ; dadurch wird die
Produktion jeder einzelnen Förderbohrung schon kurze Zeit nach dem Einpressbeginn des gemischten Gases bzw. nachdem das Kohlendioxyd in der Förderbohrung zum Vorschein kommt, wesentlich vergrössert. Dieser Vorteil wirkt sich sehr günstig auf die Fördermengenerhöhung, auf die Gewinnungszeitverkürzung und damit auf die
Wirtschaftlichkeit aus.
Zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erfordern die Bohrungen keine besondere
Ausgestaltung. Korrosionsschutz der Bohrungen kann erfolgreich nach den bekannten und allgemein verwendeten
Methoden durchgeführt werden, die sicherste und wirtschaftlichste Methode ist die Olspülung der
Einpressbohrung mit dem Öl aus der Lagerstätte selbst, die in der Praxis einen langen und guten Schutz gegen das feuchte Kohlendioxyd und auch gegen Schwefelwasserstoff gewährt.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens können die berechneten Reserven einer Lagerstätte mit besserem Wirkungsgrad gefördert werden, da störende Erscheinungen, wie Quellung der Tone, Ausscheidungen von Asphalt, nicht vorkommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wurde praktisch im Budafa-Feld an einer seiner kleineren Lagerstätten erprobt, dort ist ein Erdgas in grossen Mengen vorhanden, das aus 82 Vol-% COz, 0, 4 Vol. -% HzS, 14 Vol. -%
CH4, Rest Stickstoff und schwerere Kohlenwasserstoffe besteht.
Die für den Versuch ausgewählte Lagerstätte liegt in einer Tiefe von 1000 bis 1100 m, sie kommt in einem Teil ihrer Abschnitte mit Wasser in Berührung, das es mit ausgekeilten Teilen begrenzt. Die Lagerstätte hat eine Porosität von 21, 5%, eine Permeabilität von 25 bis 30 md, eine durchschnittliche Mächtigkeit von 8 m und sie besteht aus Quarzsandstein mit 26% Kalkstein als Bindemittel und es lagert gesättigtes klares Leichtöl.
Nach der Primärförderung wurde eine Kohlenwasserstoffeinpressung und nach dieser eine Wassereinpressung durchgeführt. Die Einpressung von Kohlenwasserstoffen hat den Ausbeutungsfaktor um 8, 8% und die Wassereinpressung um 3, 8% gesteigert.
Während des Versuches wurde das erwähnte Gasgemisch durch eine alte Gaseinpressbohrung, eine ausgewaschene Förderbohrung und eine alte Wassereinpressbohrung in die Lagerstätte eingepresst. Diese Gaseinpressung wurde fortgesetzt, bis ein Lagerstättendruck von 100 bis 120 at gemessen wurde. Danach wurde die Gaseinpressung gestoppt und nachdem die Bohrungen auf Wassereinpressung umgerüstet waren, begann sofort die Wassereinpressung, die bis zur Beendigung des Versuches fortgesetzt wurde. Während des ersten Monates des Versuches wurden 50000 bis 100000 Nm3 gemischtes Gas pro Tag in jede einzelne Bohrung eingepresst. Diese Menge wurde allmählich herabgesetzt, nachdem rund um die Einpressbohrung ein Rückdruck festgestellt werden konnte, der einem Lagerstättendruck von 80 bis 90 at entsprach.
Der Grund dafür lag darin, dass das eingepresste Gas mit grosser Geschwindigkeit einen Pfropfen aus den Flüssigkeiten-Öl und Wasser-geformt hatte, u. zw. in unmittelbarer Nähe der Bohrung ; durch dessen schnelle Ausbreitung und seinen Durchbruch entstand ein Widerstand, der sich wie ein Lagerstättendruck von 80 bis 90 at auswirkte. Durch den raschen Durchbruch des Gases zu den Förderbohrungen in den Gasfingern und bei einem Abstand der Bohrungen von 150 bis 250 m erhöhte sich der tatsächliche Lagerstättendruck erst nach 3 bis 6 Wochen auf 80 bis 90 at. Bohrlöcher, an denen ein Gasdurchbruch auftrat, wurden geschlossen, so dass das Gas auch zu andern Lagerstättenteilen fliessen konnte. Am Ende der Gaseinpressung betrug die tägliche Menge 30000 bis 40000 Nm3.
Als Folge der erwähnten Gaseinpressung trat auch im Abstand von 20 bis 40 m in der Lagerstättenmächtigkeit von 6 bis 10 m eine sehr hohe Gasfliessgeschwindigkeit auf. Bei dieser Fliessgeschwindigkeit des Gases mit 65% CO2 verdampft das Öl. Die leichteren ölkomponenten treffen auf die von der Bohrung zurückweichenden Gase und kondensieren wieder zu öl.
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Während des praktischen Versuchs und bei einem Druck von 100 bis 120 at erreichte der CO-Gehalt in den betroffenen Teilen 65 Vol.-%, so dass in 1 m3 Tanköl ein Anteil von 112 bis 138 Nm3 gelösten Gases enthalten war, aus welchem sich der Anteil an CO2 von 68, 8 bis 89, 7 Nm3 ergibt. Der Volumensfaktor des öls - Bo - erreichte den Wert von 1, 325 bis 1, 395.
Das Ergebnis des Versuches stellt sich zusammengefasst wie folgt dar :
Nach dem Einpressen des Gases stieg innerhalb von 3 bis 6 Wochen die tägliche Ölproduktion rasant an der Wassergehalt ging ebenso stark zurück, der CO-Gehalt im geförderten Gas stieg dabei auf über 65 Vol.-%, ein starker Anstieg des Gas/öl-Verhältnisses zeigte einen Durchbruch des Gases an, worauf die Förderbohrung
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unter 100 at sank, nach Einstellung der Förderung stieg er aber wieder auf über 120 at an, so dass die Förderung fortgesetzt werden konnte. Insgesamt konnte eine Ausbeutesteigerung von 23% erreicht werden, das bedeutet eine 50 bis 300% ige Steigerung der Ausbeute gegenüber den herkömmlichen Wasserflutungsoperationen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur sekundären Ausbeutung von Erdöllagerstätten durch Einpressen eines Gasgemisches, enthaltend Erdgas und Cl-2, in die Erdöllagerstätten, wobei eine oder mehrere bereits abgeteufte oder noch abzuteufende Bohrungen als Einpress- und Fördersonden verwendet werden, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass a) in die Lagerstätte ein Gemisch von Erdgas mit einem Gehalt von mindestens 65 Vol.-%
Kohlendioxyd eingepresst wird, wobei das Volumen des eingepressten Gasgemisches das Mehrfache des Lagerstättenvolumens des geförderten Erdöls, Gases und Wassers beträgt, und im Laufe des
Gaseinpressens der Druck am Sondenkopf auf das 1, 3 bis 1,
5fache des zu erreichenden
Lagerstättendruckes eingestellt wird und der Lagerstättendruck durch das Einpressen derart erhöht wird, dass sich das Verhältnis von Erdgas zu Kohlendioxyd auf mindestens 1 : 1 einstellt, welches einem Druck bis zu 100 at entspricht ; b) sodann die mit Kohlendioxyd gesättigten Lagerstättenflüssigkeiten-wie Erdöl und Wasser-durch
Einpressen von Wasser verdrängt werden und das Wassereinpressen so lange fortgesetzt wird, bis ein
Wasser/Öl-Verhältnis-Wert von 40 nach dem Durchbruch in die Fördersonde erreicht wird ;
c) in den Fördersonden der durch Gaseinpressen erhöhte Lagerstättendruck durch Regulierung der
Förderrate auf einem nahezu konstanten Wert, vorzugsweise über 100 at, gehalten wird, so dass das eingepresste und entnommene Lagerstättenvolumen ungefähr gleich ist, wobei der Druck in den
Lagerstätten nur derart vermindert wird, dass aus den Lagerstättenflüssigkeiten kein freies Gas entweicht, wobei das Schliessen von Fördersonden das erste Mal durchgeführt wird, wenn das Gas-Öl-Verhältnis um 30% höher ist als der Anfangswert beim Einpressen und der
Kohlendioxydgehalt des geförderten Gases 30-50 Vol.-% erreicht ;
d) sodann jene Fördersonden geschlossen werden, deren Gas-Öl-Verhältnis das 3- bis 4fache des gelösten Gasgehaltes erreicht, und diese Fördersonden so lange geschlossen bleiben, bis das Gas-Öl-Verhältnis auf das 1, 5- bis 2fache der erwähnten gelösten Gasmenge gefallen ist (was durch eine Versuchsförderung-l bis 2 Tage-festgestellt wird).
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