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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flutverfahren zur Sekundärgewinnung
von Öl aus einer mit mindestens einer Injektionsbohrung und einer Produktionsbohrung
versehenen Lagerstätte unter Verwendung eines leichten Kohlenwasserstoffs in Verbindung
mit Kohlendioxyd als Verdrängungsmedium, das vor einem Treibmedium durch die Injektionsbohrung
in die Lagerstätte eingeführt wird.
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Bei Fertigstellung eines in eine unterirdische Lagerstätte führenden
Bohrloches wird das darin anwesende Öl normalerweise durch primäre Gewinnungsmethoden
durch das Bohrloch entfernt. Bei dieser Arbeitsweise wird die natürliche Lagerstättenenergie
in Form von Wasser oder Gas, das unter ausreichendem Druck vorhanden ist um das
Öl aus der Lagerstätte durch das Bohrloch zu der Erdoberfläche zu treiben,
ausgenutzt. Jedoch ist diese natürliche Lagerstättenenergie meistens lange vor dem
Zeitpunkt erschöpft, zu dem das gesamte in der Lagerstätte anwesende Öl aus
dieser entfernt worden ist. Eine weitere ölg gewinnung wird daher durch sekundäre
Gewinnungsverfahren erreicht, wobei der La"erstätte Energie von außen vor oder nach
der Erschöpfung der natürlichen Lagerstättenenergie zuaeführt wird.
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Bei dem Verdrängungsverfahren werden unter Anwendung einer
mischbaren Phase in die Lagerstätte durch eine Einführungsbohrung ein oder mehrere
Medien, die mit dem Lagerstättenöl mischbar sind, eingeführt, um das Öl aus
den Poren der Lagerstätte zu verdrängen und zu einem Produktionsbohrloch zu treiben.
Dabei wird das mischbare Medium mit einem ausreichend hohen Druck in das Einführungsbohrloch
eingeführt, so daß es durch die Lagerstätte getrieben werden kann, sich darin sammelt
und das Lagerstättenöl zu der Produktionsbohrun 'g treibt.
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Bei einer Ausführungsform der Arbeitsweise mit mischbarem Flutmittel
wird eine Bank oder Schicht aus verflüssigten Kohlenwasserstoffen innerhalb der
Lagerstätte ausgebildet, indem man durch das Einführunasbohrloch einen kondensierbaren
Kohlen-C wasserstoff, z. B. verflüssigtes Erdölgas, Propan oder Butan, bei einem
solchen Druck einführt, daß der Kohlenwasserstoff in die flüssige Phase übergeführt
wird oder in flüssiger Phase verbleibt. Es kann für diesen Zweck auch ein normalerweise
flüssiger Kohlenwasserstoff, z. B. leichtes Naphtha, eingeführt werden. Der verflüssigte
Kohlenwasserstoff, der mit dem Lagerstättenöl mischbar ist, wird zur Gewinnung des
Öls durch die Formation getrieben. Andere mischbare Materialien, beispielsweise
verdünnter Kohlenwasserstoff, die aus den vorstehend angegebenen kondensierbaren
Kohlenwasserstoffen in Verdünnuna, mit Naturgas bestehen, können ebenfalls zur Anwendune,
-elanaen, wobei das verdünnte Flutmittel flüssig oder in solchem Ausmaß verdünnt
sein kann, daß es in Form eines angereicherten Gases vorliegt, das mit dem Lagerstättenöl
mischbar ist.
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Bei dieser Arbeitsweise wird normalerweise hinter dem gasförmigen
oder flüssigen, mischbaren Kohlenwasserstoff ein Treibgas in die Formation eingeführt,
um ihn durch die Lagerstättenformation zu dem Produktionsbohrloch zu treiben. Im
allgemeinen wird die Arbeitsweise mit mischbarem Flutmittel bei einem Druck von
etwa 70 atü oder darüber durchgeführt.
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Bei der vorstehend geschilderten Arbeitsweise treten bisweilen ernsthafte
Schwierigkeiten bezüglich der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Flutungsfront
bei der Bewegung der Flüssigkeit durch die Formation zu dem Produktionsbohrloch
auf. Die Gleichmäßigkeit, in der das Flutungsgebilde gehalten werden kann,
d. h., die räumliche Ausbildung, die von der Masse oder dem Körper der Verdrängungsflüssigkeit
angenommen wird, wird im allgemeinen als die Austriebswirksamkeit der Flutung bezeichnet.
Beim Ausbrechen der Flutung aus einem Gebilde mit einer gleichmäßigen Frontgrenze
werden im allgemeinen ein Teil oder Teile der Flutung vorzeitig bis zu dem Produktionsbohrloch
vorbewegt, wodurch wesentliche Mengen des Lagerstättenöls zurückgelassen werden.
Diese Ungleichmäßigkeit der Flutungsgrenze wird häufig als »Fingerbildung« bezeichnet.
Die Austriebswirksamkeit eines Flutungsgebildes wird sowohl hinsichtlich der waagerechten
als auch der senkrechten Ausbildung betrachtet. Die räumliche Gestalt des Flutungsgebildes
in einer waagerechten Ebene, die sich zu den Einführungs- und Produktionsbohrlöchern
im rechten Winkel durch die Formation erstreckt, wird im allgemeinen als Flächenaustrieb
bezeichnet. Die Ausbildung des Flutungsgebildes in einer senkrechten Ebene, die
sich durch die Formation zwischen den Einführungs- und Produktionslöchern erstreckt,
wird als Vertikalaustrieb bezeichnet. Die waagerechte und vertikale Austriebswirksamkeit
werden durch verschiedene Faktoren beeinflußt, einschließlich des Bewegglichkeitsverhältnisses
des verdrängenden zu dem verdrängten Medium, wobei dieses Verhältnis ein Maß für
die relative Leichtigkeit darstellt, mit der sich die Medien durch die Formation
bewegen. Bei Verdrängung eines nicht sehr beweglichen Mediums durch ein sehr bewe-liches
Medium er(Yibt sich ein besonders schlechtes und unwirksames Austriebsgebilde, bei
dem rasch eine Fingerbildung entwickelt wird, wobei das sehr bewegliche Medium in
fingerförmigen Ausdehnun-en in und vor das Medium vorstößt, das gerade verdrängt
wird. Wenn z. B. ein Gas geringer Viskosität für die Verdrängung eines viskosen
Öls verwendet wird, bildet das Gas eine Anzahl von fincrerartiaen Mustern, die rasch
durch den Ölkörper vorstoßen und schließlich unter Zurücklassen eines erheblichen
Teiles des Öls das Produktionsbohrloch erreichen. Die Beweglichkeit des Lagerstättenöls
und der zur Verdrängung des Öls verwendeten Medien wird direkt durch die Viskosität
dieser Materialien beeinflußt. Eine Verbesserung des Fhitungsgebildes kann daher
erreicht werden, wenn eine Änderung der Viskosität der verdränaten und der verdrän-enden
Medien in einem Ausmaß möglich ist, daß Unterschiede irgendeiner Größe längs irgendeiner
besonderen Linie oder Zone in einer Flutun- auf ein Minimum zurückgeführt werden.
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Es ist eine Reihe von Arbeitsweisen bekannt, bei welchen Kohlendioxyd
in einem Lösungsmittel aufgelöst und die Lösung von Kohlendioxydgas und dem Lösun-smittel
in die Formation eingepreßt wird. C 4D Anschließend wird dann ein Treibmittel
in die Formation eingeführt, um die Lösung aus dem Lösungsmittel und Kohlendioxyd
durch die Formation zu bewegen. Als Lösungsmittel für das Kohlendioxyd wurden z.
B. Rohöl, leichte Kohlenwasserstoffe, verflüssigtes Erdölgas oder ein sauerstoffhaltiges
Lösungsmittel verwendet.
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Bei diesen bekannten Arbeitsweisen werden zwischen dem Öl und
dem Treibmedium zwei angrenzende
Flüssigkeitszonen geschaffen,
nämlich (1)
eine Lösung, die das verwendete Lösungsmittel, Kohlendioxyd und
Öl enthält, und (2) eine Lösung von Kohlendioxyd und dem Lösungsmittel. Da
nur zwei benachbarte Flüssigkeitszonen zwischen dem Öl und dem Treibmedium
vorhanden sind, wird keine geeignete Abstufung oder kein geeigneter allmählicher
übergang der Viskosität zwischen dem Öl
und dem Treibmedium erreicht, und
demgemäß sind diese bekannten Arbeitsweisen mit Bezug auf die gewünschte Verringerung
der Fingerbildung und Verbesserung der Austriebs- oder Ausspülwirksamkeit noch nicht
zufriedenstellend.
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Durch das Auflösen von Kohlendioxyd in einem Lösungsmittel wird offensichtlich
dessen Viskosität verringert. Demzufolge ist bei diesen bekannten Arbeitsweisen
ein großer Viskositätssprung zwischen dem Öl in der Lagerstätte und der ersten
flüssigen Zone vorhanden, wobei dieser Viskositätssprung sogar größer ist als bei
alleiniger Verwendung des Lösun 'gsmittels.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Verfahrens
zur Sekundärgewinnung von Öl aus einer mit mindestens einer Injektionsbohrung
und einer Produktionsbohrung versehenen Lagerstätte unter Verwendung eines leichten
Kohlenwasserstoffs in Verbindung mit Kohlendioxyd als Verdrängungsmedium, das vor
einem Treibmedium durch die Injektionsbohrung in die Lagerstätte eingeführt wird,
wobei verbesserte Austriebswirksamkeiten erzielt werden.
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Das Flutverfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß man nacheinander getrennt Kohlendioxyd, einen verflüssiolten Kohlen-C wasserstoff
und das Treibmedium durch die Injektionsbohrung in die Lagerstätte einpreßt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Kohlendioxyd
in verflüssigtem Zustand in das Einführunasbohrloch eingeführt, da dann weniger
Energie als bei Verwendung in gasförinigem Zustand erforderlich ist. Bei der Einführung
von flüssigem Kohlendioxyd durch das Einführungsbohrloch erfährt es naturgemäß eine
Temperatursteigerung, wobei es entweder in dem Bohrloch oder in der Formation in
unmittelbarer Nähe des Bohrloches in den gasförmigen Zustand übergeführt wird. Die
Temperatur der meisten Lagerstätten liegt oberhalb der kritischen Temperatur von
Kohlendioxyd, d. h. 40,01 C, und somit kann das flüssige Kohlendioxyd
in den meisten Fällen bei der Einführung rasch in den gasförmigen Zustand übererehen.
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Vorzugsweise wird das Kohlendioxyd bei einem Injektionsdruck eingeführt,
der ein Molvolumen des Kohlendioxyds im Bereich von 50 bis 625 dm3/Kmol
bei Lagerstättentemperatur ergibt.
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Das Kohlendioxyd wird durch die Formation in Berührung mit dem zu
verdrängenden Öl getrieben, in welchem es stark löslich und im allgemeinen
viel löslicher als in Wasser ist. Ein Teil des Kohlendioxyds geht daher in dem Lagerstättenöl
in Lösung, wodurch eine Viskositätsverringerung des Öls herbeigeführt wird. Zusätzlich
zu der Viskositätsabnahme findet eine bevorzugte Extraktion von leichten intermediären
Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen aus dem Öl durch
das Kohlendioxyd statt, wodurch eine intermediärreiche Kohlendioxydbank in der Nähe
der Berührungslinie zwischen dem Lagerstättenöl und dem Kohlendioxyd gebildet wird.
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In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Lag,erstättenmedien, insbesondere
bezüglich der Menge an Intermediärstoffen und unter geeigneten Bedingungen hinsichtlich
Temperatur und Druck kann die interinediärreiche Kohlendioxydbank vollständig mit
dem Lagerstättenöl mischbar sein. Außerdem tritt eine Aufquellung des Lagerstättenöls
infolge der Auflösung von Kohlendioxyd in dem Öl
ein.
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Das Kohlendioxyd wird in ausreichender Menge zur Schaffung einer übergangszone
aus einem fließenden Medium mit einer sich allmählich ändernden Viskosität von derjenigen
des Öls bis zu derjenigen des verdrängenden flüssigen Kohlenwasserstoffs eingeführt.
In dem dem Lagerstättenöl zunächst gelegenen Teil besteht die übergangszone aus
einer Kohlendioxyd-Lagerstättenöl-Mischung. Auf diesen Teil folgt fließendes Kohlendioxyd
im Phasengleichgewicht mit irgendeinem nicht fließenden Öl, in dem Kohlendioxyd
gelöst ist, anschließend eine Mischung aus Kohlendioxyd und flüssigem Kohlenwasserstoff,
die an die Masse aus reinem flüssigen Kohlenwasserstoff angrenzt. Der Fließbereich
der primären Kohlendioxydphase braucht nicht mehr als eine Spur zu betragen, da
der Hauptzweck die Schaffung eines glatten Viskositätsüberganges von dem Lagerstättenöl
zu dem flüssigen Kohlenwasserstoffverdrängungsmaterial ist. Die erforderliche Menae
an Kohlendioxyd, die von den Lagerstättenbedingungen bezüglich Temperatur und Druck
und den Eigenschaften der Lagerstättenmedien beeinflußt wird, kann nach bekannten
Arbeitsweisen durch Laboratoriumsflutun-"en unter simulierten Lagerstättenbedingungen
er mittelt werden.
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In der zweiten Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nach
der Einführung von Kohlendioxyd ein verflüssigtes Kohlenwasserstoffmaterial in die
Formation durch das Einführungsbohrloch eingeführt. Der hier verwendete Ausdruck
»verflüssigte Kohlenwasserstoffe« umfaßt derartige kondensierbare Kohlenwasserstoffe,
z. B. verflüssigtes Erdölgas, Propan, Butan und leichte Naphthas, die unter normalen
Bedingungen bezüglich Temperatur und Druck als Flüssigkeit vorliegen. Die kondensierbaren
Kohlenwasserstoffe, die bei einem Druck eingeführt werden, bei dem sie in verflüssigtem
Zustand verbleiben, werden in Berührune, mit dem Kohlendioxyd, mit dem sie eine
hohe gegenseitige Löslichkeit aufweisen, Cletrieben. Es bildet sich dabei eine Lösung
von Kohlendioxyd und verflüssigten Kohlenwasserstoffen, die wie vorstehend beschrieben
eine übergangszone von dem Kohlendioxyd zu den flüssigen Kohlenwasserstoffen schafft.
Durch die graduelle Mischung von dem Lagerstättenöl durchgehend bis zu dem verflüssigten
Kohlenwasserstoffposten wird die bei Verwendung von flüssigen Kohlenwasserstoffen
als Verdrängungsmaterial normalerweise beobachtete Fingerbildung auf ein Minimum
zurückgeführt, da auf diese Weise ausgeprägte Viskositätsunterschiede zwischen dem
Lagerstättenöl und dem verflüssigten Kohlenwasserstoff, die die Fingerbildung veranlassen,
vermieden werden.
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Infolge der Verbesserung der Austriebswirksarnkeit des verflüssigten
Kohlenwasserstoffs, die durch das vor dem Kohlenwasserstoff eingepreßte Kohlendioxyd
bewirkt wird, zusammen mit der Volumenvergrößerung oder Quellung des Lagerstättenöls
durch das Kohlendioxyd wird die zu einer wirksamen
Verdrängung
des Lagerstättenöls erforderliche Menge an verflüssigten Kohlenwasserstoffen beträchtlich
unter die normalen Anforderungen erniedrigt.
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Nach der Einführung der verflüssigten Kohlenwasserstoffe wird ein
Treibmedium durch das Einführungsbohrloch in die Formation geführt, um das Kohlendioxyd
und die verflüssigten, Kohlenwasserstoffe sowie das Lagerstättenöl durch die Formation
zu einem Produktionsbohrloch zu verdrängen, durch welches diese Medien zur Oberfläche
getrieben werden. Als Treibmedium wird vorzugsweise ein trokkenes Kohlenwasserstoffgas,
z.B. Separatorgas, das überwiegend aus Methan mit geringeren Mengen an Äthan und
Spurenmengen an höhersiedenden Kohlenwasserstoffen besteht, verwendet, wobei jedoch
auch ein aus einem Abgas oder Luft bestehendes Treibmedium eingesetzt werden kann.
In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die eingeführten verflüssigten Kohlenwasserstoffe
mit einer amphipatischen Flüssigkeit, d.h. einer Flüssigkeit mit einer gegenseitigen
Löslichkeit mit Wasser und einem Kohlenwasserstoffmedium, z. B. Alkohol mit
3 oder 4 Kohlenstoffatomen, und Aldehyd oder Keton, gefol von Wasser, zu
treiben. Die Einführung des gt C
Treibmediums wird fortgesetzt, um eine Verdrängung
des Lagerstättenöls durch das Produktionsbohrloch zu bewirken, bis entweder das
gesamte 01 aus der Formation verdrängt ist oder bis die wirtschaftliche Grenze
des Verhältnisses von Treibmedium zu Lagerstättenöl erreicht ist. Das vorstehend
beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung kann unter Anwendung eines einzigen Einführungs-
und Produktionsbohrloches, wie vorstehend erläutert, ausgeführt werden. Es ist jedoch
auch auf alle die verschiedenen bekannten Bohrlochmuster, beispielsweise das 5-Punkt-System
der Bohrlochanordnung, anwendbar.