DE2636590A1 - Extraktion von kohlenwasserstoffen - Google Patents

Extraktion von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number
DE2636590A1
DE2636590A1 DE19762636590 DE2636590A DE2636590A1 DE 2636590 A1 DE2636590 A1 DE 2636590A1 DE 19762636590 DE19762636590 DE 19762636590 DE 2636590 A DE2636590 A DE 2636590A DE 2636590 A1 DE2636590 A1 DE 2636590A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
deposit
hydrocarbons
temperature
extraction
deposits
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19762636590
Other languages
English (en)
Inventor
Sydney T Fisher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FISHER CHARLES B
Original Assignee
FISHER CHARLES B
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FISHER CHARLES B filed Critical FISHER CHARLES B
Priority to DE19762636590 priority Critical patent/DE2636590A1/de
Publication of DE2636590A1 publication Critical patent/DE2636590A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2401Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

  • E x t r a k t i o n v o n K o h l e n w a s s e r -
  • stoffen.
  • Die Erfindung betrifft die Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus unterirdischen Kohlenwasserstoff-Ablagerungen.
  • Im nördlichen Teil der kanadischen Provinz Alberta befinden sich Lagerstätten sogenannter "Teersande" (, die man wahrscheinlich richtiger bituminöse Sande nennen sollte). Gelegentlich liegen die Lagerstätten an der Oberfläche frei, sind jedoch im allgemeinen von einer Bodenschicht unterschiedlicher Dicke bedeckt. Die bituminösen Sande enthalten einen großen Anteil Quarzsand von z.B. 80%, kleine Mengen Ton, ungefähr 5% Wasser und ungefähr 15, häufig jedoch auch weniger Gewichtsprozent Bitumen. Man schätzt, daß die bituminösen Sand-Ablagerungen mehr als 1012 Barrels Öl enthalten, Schon seit Jahren werden Anstrengungen zur Gewinnung des öls unternommen. Verschiedene Gewinnungsverfahren sind vorgeschlagen worden. Zu diesen geHört der Vorschlag, den Sand abzubauen und anschließend das Rohöl aus dem Sand zu extrahieren. Mit dem Abbau und der zugeordneten Extraktion sind jedoch unvertretbar hohe Kapitalinvestitionen, hoher Energieeinsatz, ökologische Schäden und Kosten für Extraktion und Raffination verbunden.
  • Weitere Vorschläge gehen dahin, daß Rohöl aus den Sanden an Ort und Stelle, d.h. in situ ohne vorherigen Abbau des Sandes zu extrahieren. Unter Berücksichtigung der Erkenntnis, daß die meisten abbauwürdigen Rohöllager sehr viel tiefer als die bituminösen Sande in Alberta liegen und daher höheren Temperaturen und Drücken als diese ausgesetzt sind, wurde der Vorschlag gemacht, auf künstlichem Wege in den bituminösen Sanden Albertas gleiche Bedingungen zu erzeugen. Kein Erfolg brachte der Einsatz von Wechselstrom, der an zwei in eine bituminöse Sand-Ablagerung eingebettete Elektroden angelegt wurde, um einen Abschnitt der bituminösen Sand-Ablagerung durch Stromwärme zu erwärmen. Dies lag gewöhnlich an der Bildung verkohlter Strompfade zwischen den Elektroden, wodurch die Stromstärke begrenzt wurde. Da die thermische Leitfähigkeit der Ablagerungen relativ klein ist, konnte durch Erwärmung einzelner Pfade relativ kleiner Abmessungen innerhalb einer bituminösen Sand-Ablagerung auch keine Erhöhung der Gesamttemperatur der Ablagerung oder wenigstens eines ausreichend großen Volumens derselben auf einen gewünschten Wert erzielt werden.
  • Ein weiterer Vorschlag geht dahin, Rohöl aus unterirdischen bituminösen Sand-Ablagerungen durch gewaltsames Einleiten von Dampf in die Ablagerung zu extrahieren und das Bitumen zu emulgieren. Der Einsatz von Dampf erfordert jedoch die Erzeugung großer Mengen Prozeßwärme an der Oberfläche. Außerdem gibt es das Problem, daß der Dampf nicht immer im zum ausreichenden Maß auf denjenigen Abschnitt der Abl-agerung beschränkt werden kann, aus welchem das Rohöl extrahiert werden soll. Der Dampf hat vielmehr dic Neigung, aus behandelten Ablagerung auszublasen. Bin zu einer halben Tonne Dampf war zur Gewinnung eines Barrels Rohöl erforderlich. Außerdem zeigen die heiben Emulsionen, die einen hohen pH-Wert haben, die Neigung, Quarz zu lösen und Ton @u verdrängen, woraus sich Fließ- und Trennungsprobleme er@@-ben.
  • Weiterhin Ist auch vorgeschlagen worden, einen-Teil des Rohöls an Ort und Stelle abzubrennen und dadurch so viel Wärme zu erzeugen, daß sich die Temperatur des verbleibenden Teils des Rohöls ausreichend genug erhöht, daß es in geeignete Bohrungen fließen kann, aus denen es sich dann extrahieren oder abziehen läßt. Diese Verfahren sind jedoch bis heute im großen und ganzen unbefriedigend geblieben und würden selbst bei zufriedenstellender praktischer Durchführbarkeit einen großen Teil der im unterirdischen Rohöl gespeicherten Energie aufgrund des Verbrennungsvorganges vergeuden.
  • Auch Kernexplosionen, allerdings ohne experimentelle Überprüfung,sind schon erwogen worden, um die Temperatur und den Druck in einer unterirdischen Ablagerung zu erhöhen und dadurch die Gewinnung mindestens eines Teils des Rohöls zu ermöglichen. Sicherlich jedoch würde das Rohöl durch eine Kernexplosion mindestens teilweise verkohlt. Außerdem wäre der überwiegende Anteil oder sogar das gesamte Rohöl, das sich mit einem solchen Verfahren, wenn es überhaupt praktikabel wäre, gewinnen liesse, radioaktiv verseucht.
  • In Cotorado und anderen Gebieten der Vereinigten Staaten befinJ*n sich große 1schiefer-Lager. Manchmal liegen die Olschie-fer-Ablagerungen an der Oberfläche frei, sind jedoch im altgemeinen von anderen Formationen überdeckt. In den Glschinfern ist Kerogen eingeschlossen oder angebunden.
  • Auch kier ist die Extraktion des öles aus dem Schiefer bis heute wirtschaftlich nicht attraktiv wegen der schwierigen Probleme im Zusammenhang mit der Trennung des öls vom Schiefer.
  • Schließlich gibt es in vielen Teilen Nordamerikas beträchtliche unterirdische Lignit-Ablagerungen. Eine wirtschaftlich rentable Methode zur Gewinnung des Lignits ist nicht bekannt. Der mechanische Abbau hat sich in der überwiegenden Anzahl der Fälle als unmöglich oder extrem gefährlich erwiesen wegen der ernsthaften Gefahr, daß öl oder Gas, die häufig in Verbindung mit Lignit-Ablagerungen angetroffen werden, explodiert. Die Lignit-Ablagerungen stellen eine große potentielle Kohlenwasserstoff-Reserve dar, und es existiert ein Bedürfnis für eine sichere und befriedigende Methode zur Gewinnung dieser Kohlenwasserstoffe.
  • Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem auch solche Kohlenwasserstoffe in sicherer und ökonomischer Weise gewonnen werden können, die mit den bisherigen Verfahren nicht abbauwürdig waren.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Extraktion und auch Verarbeitung unterirdischer Kohlenwasserstoffe, die sich in einer unterirdischen Kohlenwasserstoff- oder kohlenwasserstoffhaltigen Ablagerung befinden, daß durch elektrische Induktionserwärmung eines bestimmten Abschnittes der Ablagerung an Ort und Stelle auf eine Temperatur, die zur Verdampfung oder Vergasung mindestens einiger der Kohlenwasserstoffe in dem Abschnitt ausreicht, und durch anschließendes Sammeln der verdampften oder vergasten Kohlenwasserstoffe an Ort und Stelle gekennzeichnet ist.
  • Unter "Kohlenwasserstoffen" werden eine oder mehrere Bestandteile natürlich vorkommender Ablagerungen von Rohöl, Kerogen, Lignit u.s.w. verstanden, die aus den Elementen Wasserstoff und Kohle, manchmal unter Einschluß zusätzlicher anderer Elemente, zusammengesetzt sind.
  • Innerhalb der ökonomisch gegebenen Grenzen wird die Erwärmung vorzugsweise ungefähr gleichförmig im ganzen Abschnitt der Ablagerung bewirkt. Dadurch erreicht man, daß alle Teile der Ablagerung die gleichen Fraktionen der abgelagerten Kohlenwasserstoffe nach einer gleichen oder ungefähr gleichen Zeitspanne abgeben, und kann so zum Beispiel weitgehend das Problem vermeiden, daß ein Teil der Ablagerung verkokt, während ein anderer Teil noch verdampfende leichte Fraktionen bei relativ niedriger Temperatur abgibt und in einem wiederum anderen Teil der Ablagerung die flüchtigen Fraktionen bereits vollständig erschopft sind, so daß Freiräume vorhanden sind, durch die Sauerstoff eindringen kann, welcher Brände verursacht und dadurch die Gewinnung maximal möglicher Kohlenwasserstoff-Mengen verhindert. Die Induktionserwärmung der Ablagerung scheint das beste Mittel zur Erzielung einer annehmbar gleichmäßigen Erwärmung unter gleichzeitiger-Vermeidung der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe zu sein. hierzu wird für Einzelheiten auf die am gleichen Tage eingereichte Patentanmeldung "Erwärmung von Kohlenwasserstoff-Ablagerungen" der gleichen Anmelder hingewiesen, deren Offenbarung hiermit auch zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
  • In vielen Fällen zeigt die Kohlenwasserstoff-Ablagerung eine Neigung zur Verkokung bei ausreichend erhöhten Temperaturen. Die Verkokungsprodukte werden jedoch häufig bei weiterer Erwärmung ausreichend gekrackt, so daß die Kohlenwasserstoff-Bestandteile als gasförmige oder verdampfte Fraktionen ausgetrieben werden können. Für das Kracken kann ein Katalysator hilfreich oder notwendig sein; in einem solchen Fall läßt sich ein geeigneter Katalysator über geeignete Injektions-Bohrungen in die Ablagerung einleiten. So können also zuerst die leichten Fraktionen, die bei Temperaturen unterhalb der Verkokungs-Temperatur in Dampf- oder Gasform übergehen, aus üblichen Gas- oder Destillat-Extraktions-Bohrungen gesammelt werden, und anschließend kann die Temperatur der Ablagerung auf die Verkokungs-Temperatur und noch weiter auf die Krack-Temperatur angehoben werden, um danach zusätzliche gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoff-Fraktionen aus den gleichen Extraktions-Bohrungen sammeln zu können.
  • Während des gesamten Vorganges können einige Kohlenwasserstoffe als Flüssigkeiten fließen oder aus verdampften Fraktionen kondensieren und dann aus Flüssigkeits-Sammel-Bohrungen gewonnen werden.
  • Mit der Erfindung wird der bedeutende Vorteil erreicht, daß nicht nur die eigentliche Extraktion, sondern auch mindestens ein Teil der Raffination unterirdisch geschieht. Hierdurch wird die in den Untergrund eingegebene Wärme sehr weitgehend wirksam genutzt. Außerdem werden einige der ernsthafteren Raffinations-Probleme vermieden, mit denen bisher gerechnet werden mußte; hierzu gehören das Problem der Trennung suspendierten Tones von Rohöl, das aus einem bituminösen Sand-Lager gewonnen wurde.
  • Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, nach dem Sammeln anderer Fraktionen, die im Anschluß an das Kracken der Verkokungsprodukte ausgetrieben werden konnten, Luft in die unterirdische Ablagerung einzuleiten oder zu injizieren und dadurch eine Verbrennung der nichtextrahierbaren Kohlenwasserstoff-Reste zum Zwecke der Wärmeerzeugung zu bewirken. Diese Wärme kann beispielsweise durch Wärmeaustausch mit den Abgasen gewonnen werden oder durch Injektion von Wasser in die heiße unterirdische Masse und Rückgewinnung des Wassers in Form von Dampf. Der Dampf kann dann z.B. zum Antrieb von Turbinen für die Erzeugung von Elektrizität oder als Prozeßdampf für anschließende Raffinations-Stufen verwendet werden. Andere Verwendungsmöglichkeiten für die aus dem Untergrund gewonnene Wärme dürften für den Fachmann auffindbar sein. Es ist allerdings anzumerken, daß die unterirdischen Reste sehr häufig einen hohen Schwefelgehalt aufweisen dürften, so daß durch Abbrennen der Reste Schwefeldioxid und möglicherweise andere gasförmige schwefelhaltige Verbindungen entstehen, -was unerwünscht sein kann. Daher kann der letzte Verfahrensschritt des Abbrennens gewünschtenfalls auch weggelassen werden.
  • Alternativ kann der in den Gasen enthaltene Schwefel mit bekannten Methoden als elementarer Schwefel gewonnen werden.
  • Aus Obigem ergibt sich außerdem, daß die Erfindung nicht nur eine Möglichkeit zur Extraktion von öl aus Sanden oder Schiefer, sondern auch von Kohlenwasserstoffen aus Lignit-Ablagerungen bietet1 die bisher in der Praxis der Menschheit nicht zur Verfügung standen. Die Erwärmung einer unterirdischen Lignit-Ablagerung kann ebenfalls mit der Induktionsmethode bewirkt werden, wie sie in der bereits zitierten anderen Patentanmeldung der Anmelder im einzelnen erläutert ist.
  • Auch das Lignit hat wie andere Rohöl-Ablagerungen die Neigung, bei erhöhter Temperatur zu verkoken; es kann danach in gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoff-Fraktionen gekrackt werden, die sich dann in Extraktions-Bohrungen im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der Extraktion von Rohöl-Gasen oder kondensierten Destillaten sammeln lassen.
  • Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 - eine schematisierte Seitenansicht eines leitfähigen Weges und zugeordneter elektrischer Geräte an der Oberfläche zur Induktionserwärmung eines bestimmten Abschnittes einer bituminösen Sand-Ablagerung oder dergleichen, Figur 2 - eine schematisierte Draufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 1, Figur 3 - eine Schemaansicht eines Musters geradliniger Bohrlöcher,.die so angeordnet sind, daß der leitfähige Weg gemäß Figur 1 simuliert wird, Figuren 4 und 5 - jeweils eine schematisierte isometrische Ansicht eines alternativen unterirdischen leitfähigen Weges für die Induktionserwärmung eines Volumens bituminösen Sandes oder dergleichen.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich in der Regel auf bituminöse Sand-Ablagerllngen. Hierin soll jedoch keine Beschränkung gesehen werden; das zur erläuternde Verfahren und die zu erläuternde Vorrichtung nach der Erfindung können sinngemäß auch auf andere unterirdische Kohlenwasserstoff-Ablagerungen angewandt werden.
  • Gemäß Figur 1 liegt eine bituminöse Sandschicht 1 zwischen einem Deckgebirge 2 und einem Felsboden 3. Innerhalb der bituminösen Sandschicht verläuft ein elektrischer Leiter 11 längs eines ungefähr Bchraubenlinien- bzw. wendelförmigen Weges, der das Volumen ABCD innerhalb der bituminösen Sandschicht im wesentlichen umschließt. In der Draufsicht auf den gleichen Bereich gemäß Figur 2 ist das gleiche Volumen mit ABEF bezeichnet. An jedem Ende der Schraubenlinie bzw. der Wendel erstreckt sich der Leiter 11 längs je eines Weges bzw. mit je einem Abschnitt 11a bzw. 11b vertikal nach oben bis zur Erdoberfläche 4.
  • Von dort ist der Leiter auf der Erdoberfläche mit zwei weiteren, freiliegenden Abschnitten 11c und 11d zur Sekundärwicklung eines Transformators 15 geführt. Dieser ist so dicht wie möglich an der Austrittsstelle des Leiters aus der Erde angeordnet, um ohmsche Oberflächen-Verluste kleinzuhalten.
  • Der Transformator 15 ist ein Abspanntransformator, der den unterirdischen Leiter 11 mit einer relativ niedrigen Spannung und einer hqhen Stromstärke beaufschlagt. Primärseitig wird der Transformator 15 mit Wechselstrom aus einer Hochspannungs-Fernleitung 17 über einen Umformer 19 zur Frequenzwandlung und Wellenformänderung und eine Steuereinheit 21 gespeist.
  • Mit dem wendelförmigen Leiter 11 liegt ein Kondensator 13 in Serie, der Resonanz des Leiters 11, welcher aufgrund seiner Gestalt eine beträchtliche Induktivität hat, bei der gewählten Betriebsfrequenz bewirkt.
  • Experimentelle Untersuchungen lassen erwarten, daß die induktive Wärmeentwicklung in der bituminösen Sandschicht von der Frequenz des im Leiter 11 fließenden Wechselstromes und auch von der Gestalt seiner Wellenform abhängt, wobei eine zusätzliche Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Parametern während der Erwärmung der unterirdischen Masse gegeben sein kann. Aus diesem Grunde ist der Umformer 19 vorgesehen; mit ihm lassen sich Frequenz und Gestalt der Wellenform des dem Leiter 11 zugeführten Wechselstromes in gewünschter Weise beeinflussen. Sollte sich jedoch später zeigen, daß Frequenz und Wellenform-Gestalt des von der Fernleitung 17 gelieferten Wechselstromes unmittelbar richtig sind, kann der Umformer 19 weggelassen und stattdessen der Transformator 15 über die Steuereinheit 21 unmittelbar an die Fernleitung 17 angeschlossen werden. (In Nordamerika wird die Fernleitung 17 gewöhnlich Wechselstrom mit einer Frequenz von 60Hz und sinusförmiger Wellenform führen).
  • Die Steuereinheit 21 soll die Einstellung der Stromstärke ermögliche, mit welcher der Transformator 15 den unterirdischen Leiter 11 beaufschlagt. Nach einer angemessenen Zeitspanne wird die Temperatur mindestens eines bedeutenden Anteil es des Volumens ABCD innerhalb der bituminösen Sandschicht fortschreitend einen solchen Wert erreichen,bei welchem sich die Fließfähigkeit des Rohöls soweit verbessert hat, daß es in einer Sammelbohrung oder dergleichen zusammenfließt. Daher ist mindestens ein Thermoelement 23 an geeigneter Stelle innerhalb des Volumens ABCD angeordnet und über Zuleitungsdrähte 25 mit der Steuereinheit 21 verbunden. Das Thermoelement 23 erfaßt die Temperatur der bituminösen Sandschicht in dem vom Leiter 11 umschlossenen Abschnitt. In ihrer einfachsten Ausbildung kann die Steuereinheit 21 einen temperaturempfindlichen Schalter aufweisen, der sich schließt, wenn die vom Thermoelement 23 festgestellte Temperatur unter eine bestimmte untere Grenze fällt, und der sich öffnet, wenn die festgestellte Temperatur über eine vorbestimmte obere Grenze ansteigt.
  • Bei industriellen Induktionswärme-Geräten wird eine zylindrisch-wendelförmige Spulen-Konfiguration häufig angetroffen, da das elektromagnetische Feld innerhalb der Wendel am stärksten und gleichförmig ist und seine Intensität außerhalb der Wendel-Spule abnimmt, Wenn das Material innerhalb des von der Wendel umschlossenen Volumens ebenfalls relativ gleichförmig ist, kann daher erwartet werden, daß die induktive Wärmeenergie zu praktisch allem Material, das von der Spule umschlossen ist, übertragen und eine gleichförmige Erwärmung des gesamten Materials erzielt wird. Das Obengesagte trifft auch auf eine Toroid-Spule zu, wobei mit einem Toroid zusätzlich noch die bei einer Wendel auftretenden Endverluste vermieden sind. Wenn es sich in der jeweiligen Situation ökonomisch rechtfertigen läßt, kann daher ein Toroid oder ein simulierter Toroid anstelle einer Wendel angewandt werden.
  • Das Maß der Energieabsorption aus dem bendelförmigen leitfähigen Weg nimmt mit der Intensität des erzeugten elektromagnetischen Feldes zu, außerdem mit der Leitfähigkeit des energieabsorbierenden oder -aufnehmenden Materials, das innerhalb des Wendels angeordnet ist. Das Maß der Energieabsorption nimmt außerdem innerhalb bestimmter Grenzen mit ansteigender Frequenz zu. Aufgrund von Resonanzeffekten kann sich für eine bestimmte Situation bezüglich der Energieabsorption eine optimale Frequenz ergeben, welche sich aber ersichtlicherweise während der Dauer der Erwärmung und während des Extraktionsvorganges ändern kann.
  • Eine Wendel,die rechtwinklig zu der Wendel gemäß Figuren 1 und 2 orientiert ist, läßt sich möglicherweise leichter als die Wendel gemäß Figuren 1 und 2 herstellen. Figur 4 zeigt einen solchen wendelförmigen Weg, der im wesentlichen den Abschnitt bzw. das Volumen GHIJ umschließt, welches durch Induktion erwärmt werden soll.
  • Jedenfalls läßt sich die Wendel gemäß Figuren 1 und 2 durch eine Anzahl untereinander verbundener geradliniger leitfähiger Wege simulieren, die sich in der aus Figur 3 ersichtlichen Weise herstellen lassen. Die leitfähigen Wege gemäß Figur 3 sind in geradlinigen, mit einander verbundenen Bohrlöchern ausgebildet. Es werden vertikale Bohrlöcher 31 und 71 hergestellt. Bohrlöcher 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 und 69 werden unter geeigneten Winkeln gegenüber der Erdoberfläche so hergestellt, daß sich diese Bohrlöcher gegenseitig und mit den vertikalen Bohrlöchern 31 und 71 an Punkten 73, 75, 77, -79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111 und 113 schneiden, wodurch ein simulierter wendelförmiger oder schraubenlinienförmiger Weg entsteht, welcher am Punkt 73 beginnt und am Punkt 113 endet. Einzelne Leiter können in den jeweils richtigen Abschnitten, z.B. zwischen den Schnittpunkten und zwischen der Erdoberfläche und den Punkten 73 und 113, der genannten Bohrlöcher angeordnet und an den genannten Schnittpunkten untereinander so verbunden werden, daß ein durchgehender leitfähiger Weg gebildet ist, welcher mit dem vertikalen Abschnitt 31 beginnt und mit dem vertikalen Abschnitt 71 endet.
  • Alternativ können gemäß Figur 5 mehrere, ungefähr rechteckige leitfähige Schleifen gebildet werden, von denen jede innerhalb einer Ebene liegt und die Ebenen der einzelnen Schleifen parallel zueinander sind, so daß ein umschlossenes Volumen KLMNOP definiert wird. Natürlich bleiben die rechteckigen Schleifen an einer Stelle, z.B. an einer Ecke, offen, damit ein Stromfluß.durch die Schleife möglich ist. Die Schleifen werden dann an der Oberfläche in der aus Figur 5 ersichtlichen Weise untereinander so verbunden, daß zwischen dem an der Oberfläche freiliegenden Anschluß 123 und dem freiliegenden Anschluß 125 ein durchgehender Stromkreis entsteht. Weitere mögliche Anordnungen aus untereinander in Serie oder parallel verbundenen Schleifen dürften vom Fachmann auffindbar sein.
  • Das Deckgebirge und der Felsboden, welche die unterirdischen bituminösen Sandschichten in Alberta nach oben und nach unten begrenzen, haben regelmäßig eine deutlich niedrigere thermische Leitfähigkeit als der bituminöse Sand.
  • Entsprechend darf erwartet werden, daß Wärmeverluste aus den Rohöl-Ablagerungen klein bleiben. Wärmeverluste aus dem vom Leiter umschlossenen Volumen des bituminösen Sandes werden im allgemeinen in Querrichtung auftreten, und zwar in Bereiche des bituminösen Sandes, die außerhalb des vom Leiter umschlossenen Volumens liegen. Diese "Verluste" lassen sich zum Vorteil nutzen, wenn auch die benachbarten Volumina oder Abschnitte des bituminösen Sandes induktiv erwärmt werden, so daß der "Verlust'§ eines bestimmten, umschlossenen Volumens bituminösen Sandes in nützlicher Weise zur Erhöhung der Temperatur eines benachbarten umschlossenen Volumens bituminösen Sandes, aus welchem Rohöl extrahiert werden soll, beiträgt.
  • In der Tat wird daran gedacht, eine ganze Anordnung induktiv erwärmter Volumina bituminösen Sandes gleichzeitig zu bearbeiten und sich nach einem Programm für fortlaufende Bohrungen, Leiterverlegung, Induktionserwärmung und Rohöl-Extraktion fortschreitend auf benachbarte Volumina der rohölhaltigen bituminösen Sand-Ablagerungen auszubreiten.
  • Wenn es aus bestimmten Gründen angestrebt wird, ein spezielles Volumen bituminösen Sandes für längere Zeit auf einer erhöhten Temperatur zu halten, kann die Steuereinheit 21 den Strom, welcher dem unterirdischen Leiter 11 zugeführt wird, so verstellen, daß gerade nur die Wirbelstrom-Wärmeenergie an das umschlossene Volumen bituminösen Sandes abgegeben wird, die zur Kompensation der im Laufe der Zeit auftretenden kleinen Wärmeverluste ausreicht.
  • Hierfür dürfte wegen der niedrigeren thermischen Leitfähigkeit der oben und unten liegenden Erd- und Felsformationen ein relativ kleiner Energieeinsatz ausreichen.
  • Obwohl der simulierte wendelförmige leitfähige Weg gemäß Figur 3 oder andere anwendbare mögliche Konfigurationen, z.B. gemäß Figur 5, kein vollständig gleichförmiges elektromagnetisches Feld in dem vom leitfähigen Weg umschlossenen Volumen erzeugen, kann der leitfähige Weg innerhalb annehmbarer Grenzen doch so ausgelegt werden, daß das elektromagnetische Feld im Volumen mit so ausreichender Annäherung gleichförmig ist, daß der Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur, die im umschlossenen Volumen anzutreffen sind, hingenommen werden kann.
  • Das Bitumen hat im natürlichen Zustand eine relativ niedrige Temperatur,bei der es sehr viskos ist und kaum fließt. Nach einer Erhöhung der Temperatur des Bitumens durch die Induktionserwärmung auf ungefähr 95°C hat es eine Viskosität von 2 Poise,was ungefähr der Viskosität eines SAE-20-Motoröls bei Raumtemperatur entspricht. Es ist möglich, daß bei dieser Temperatur etwas Bitumen in flüssiger Phase in Extraktionsbohrungen einfließt, die an verschiedenen Stellen des erwärmten Abschnittes der unterirdischen bitumenhaltigen Ablagerung in üblicher Weise niedergebracht sein können. Vermutlich jedoch wird das einfache Anheben der Temperatur auf einen Wert in der Größenordnung von 95°C nicht ausreichen, um eine große Menge Bitumen mit reduzierter Viskosität extrahieren zu können. Außerdem wird alles bei dieser Temperatur erhältliche Bitumen wahrscheinlich noch suspendierte Tonteilchen und andere Verunreinigungen enthalten, die unerwünscht sind und deshalb aus dem Bitumen in einem anschließenden Raffinationsschritt entfernt werden müssen.
  • Wenn die Temperatur der erwärmten Masse über 95 0C hinaus ansteigt und den Siedepunkt des Wassers erreicht, wird der Wasserfilm, der die einzelnen Sandteilchen der bituminösen Sand-Ablagerungen in der Regel umgibt, sieden und in Dampfform zu entweichen suchen. Diese Dampferzeugung dürfte sowohl einen positiven wie auch einen negativen Einfluß auf den gesamten Extraktionsvorgang haben. Im positiven Sinne wird der Dampf innerhalb der erwärmten Maße Druck erzeugen mit dem Resultat, daß durch den auf das Bitumen ausgeübten Dampfdruck das Abfließen des Bitumens in Extraktions-Bohrungen erleichtert wird. Andererseits trägt das die einzelnen Quarz-Sandteilchen umschließende Wasser zur relativ hohen Leitfähigkeit der induktiv erwärmten Masse bei, weshalb die Masse sehr viel weniger Energie aus dem angelegten elektromagnetischen Feld absorbieren kann, wenn das Wasser in Dampfform entweichen darf. Letzteres läßt geeignete Kompensationsmaßnahmen geraten erscheinen. Hierzu gehört z.B. die Zurückführung des Dampfes, so daß eine gewisse Wassermenge in Form von Dampf innerhalb der erwärmten Masse verbleibt. Außerdem kann es notwendig sein, weitere leitfähige Stoffe über Injektions-Bohrungen in die erwärmte Masse einzuleiten. Solche weiteren leitfähigen Stoffe sollten vorzugsweise als Flud, d.h. entweder als Gas, Flüssigkeit o'er Dampf, oder als ein Feststoff-Flud aus Feinteilchen vorliegen. Auch kann es notwendig sein, die Stärke des angelegten elektromagnetischen Feldes zur Kompensation des zu erwartenden Abfalls der Leitfähigkeit der erwärmten Masse zu erhöhen.
  • Bei Erwärmung der Masse auf ungefähr 1750C werden einige der leichteren Fraktionen der abgelagerten Kohlenwasserstoffe in Dampf oder Gasform übergehen und können dann über übliche Extraktions-Bohrungen, die zum Sammeln dieser Fraktionen niedergebracht wurden, abdestilliert werden.
  • Entsprechende Extraktionsmethoden sind im Stand der Technik bekannt. Nach weiterem Anstieg der Temperatur der erwärmten Masse von 1750C auf ungefähr 3150C wird in der Regel mindestens die Hälfte des vorhandenen Bitumen in Form leichter Fraktionen als Gas oder Dampf wegdestilliert sein. Oberhalb 3150C wird sich das restliche Bitumen in Koks umwandeln, was eine extrem viskose,nahezu feste Substanz ist. Wenn die Temperatur des Kokses erhöht wird, spaltet sich der Koks bei ungefähr 370 0C in gasförmige oder dampfförmige Fraktionen.
  • Es können an sich bekannte Katalysatoren durch geeignete Injektions-Bohrungen in die Masse injiziert werden, um das Kracken des Kokses zu unterstützen.
  • Zum Erhalt der meisten, wenn nicht aller Fraktionen, die durch Kracken und Destillieren des Kokses erzeugt werden können, braucht die Masse auf nicht mehr als 5400C erwärmt zu werden. Bei dieser Temperatur sind dann vermutlich nur noch ungefähr 15% der ursprünglichen Bitumen-Masse in der Ablagerung verblieben.
  • Da die Temperatur der Masse mit der Induktionserwärmung praktisch gleichförmig und stetig von der natürlichen Temperatur auf beispielsweise 5400C erhöht werden kann, werden die verfügbaren Kohlenwasserstoff-Fraktionen in regelmäßiger Folge wegdestillieren, weshalb der erläuterte Extraktionsprozeß teilweise auch als Raffinationsprozeß angesehen werden muß. Natürlich können die gesammelten Fraktionen in einem oberirdischen üblichen Raffinationsprozeß noch weiterer Reinigung, Fraktionierung u.s.w.
  • unterzogen werden. Es darf jedoch erwartet werden, daß die abdestillierten und dann gesammelten Rohöl-Fraktionen von vielen Verunreinigungen, z.B. suspendiertem Ton, frei sind, die beim Sammeln der Fraktionen in flüssiger Phase vorhanden wären. Weiterhin kann das Rohöl an der Erdoberfläche mit relativ hoher Temperatur zur Verfügung gestellt werden, wodurch die TTärmemenge, die für die Vollendung der Rohöl-Raffination an der Erdoberfläche notwendig istlgegenüber dem Normalfall reduziert wird.
  • Natürlich steht es dem Benutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens frei, nur die leichteren Fraktionen des eingeschlossenen Bitumens bei Temperaturen unterhalb von 315 0C abzudestillieren. Aus ökonomischen Gründen kann es günstiger sein, nur diese leichteren Fraktionen zu extrahieren und den Rest in der Erde zu belassen, ohne den erläuterten Verkokungs--und Krackprozeß zu durchlaufen. Dem Anwender stellt sich natürlich das Problem 1einen bestimmten, erwünschten Katalysator gleichmäßig in die Ablagerung zu injizieren. Bei einigen unterirdischen Ablagerungen kann dieses Problem so ernsthaft sein, daß sich die Induktionserwärmung der Masse auf Temperaturen über 3150C sinnvollerweise verbietet.
  • Geht man jedoch davon aus, daß mindestens in einigen Fällen der Koks zur Erzielung der entsprechenden Destillate gekrackt wird, dürften die 15% Rest-Bitumen durch weitere Erwärmung allein ökonomisch nicht gewinnbar sein. Wenn erst das Wasser und der Großteil des Bitumens aus dem Sand entfernt sind, ist dieser ersichtlicherweise relativ trocken und erlaubt das Durchblasen von Druckluft. Entsprechend können die restlichen 15% des Bitumens abgebrannt werden, und zwar bei einer Brenntemperatur von ungefähr 760°C, in-dem die Formation mit Druckluft beaufschlagt wird. Diese als "Feuer-Flutung" an Ort und Stelle bekannte Methode kann möglicherweise zur Ausbeute weiterer gewinnbarer Kohlenwasserstoffe führen; in jedem Fall aber kann die erzeugte Wärme nutzbar gemacht werden. Die heißen Abgase können über die qleichen Bohrungen, welche zum Sammeln der zuvor gewonnenen destillierten Fraktionen benutzt worden waren, zu Wcirmetauschern geleitet werden. Nach dem Abbrennen verbleibt eine erhitzte Sandmasse mit einer Temperatur von ungefähr 760°C. Der warmeverlust des Sandes an die Deckgebirgsschichten und den Boden dürften wegen der sehr kleinen Wärmeleitfahigkeit, welche diese Schichten typischerweise haben, relativ klein sein. Auch könnte über Injektions-Bohrungen Wasser injiziert und anschließend in Form von Dampf wiedergewonnen werden, der anfänglich eine Temperatur in der Nähe von 760°C hätte, allerdings bei weiterem Finpumpen von Wasser in die Sand-Ablagerung in der Temperatur abnehmen würde. Gleichwohl könnte der gewonnene Dampf zum Antrieb von Turbinen für die Erzeugung von Elektrizität z.B. zur Durchführung der Induktionserwärmung eingesetzt werden. Der Dampf könnte auch als Prozeßdampf für anschließende Reinigungs- und Raffinationsprozesse an der Erdoberfläche benutzt werden. Andere Anwendungsformen für die zur Verfügung stehende Wärmeenergie dürften für den Fachmann auffindbar sein.
  • Es ist zu erwarten, daß ein Extraktionsprozeß der oben beschriebenen Art auch bei den blschiefer-Ablagerungen angewandt werden kann, obwohl der Verkokungs- und Krackvorgang wahrscheinlich bei Ölschiefern nicht benutzt werden würde, weil das Kerogen der Olschiefer aus leichteren Ol-Fraktionen zusammengesetzt ist und deshalb der größte Anteil des Kerogens bei Temperaturen unter 5400C ohne Verkokung wegdestillieren würde. Andererseits dürfte die Anordnung der Bohrungen bei ölschiefern deutlich problematischer als bei den bituminösen Sanden in der Provinz Alberta sein, da fludförmige Stoffe relativ leicht und gleichmäßig in den Sand eindringen und durch ihn hindurchfließen können, was von Schiefern nicht unbedingt gesagt werden kann.
  • Im wesentlichen der gleiche Extraktionsprozeß, wie er oben unter Bezugnahme auf bituminöse Sand-Ablagerungen beschrieben wurde, kann auch bei mindestens einigen der unterirdischen Lignit-Ablagerungen verwendet werden. Die Lignit-Ablagerungen, welche den größten Teil der existierenden Kohlereserven darstellen, sind durch die gleiche relativ hohe Leitfähigkeit wie die unterirdischen Rohöl-Ablagerungen in bituminösen Sanden gekennzeichnet, weshalb die elektrische Induktionserwärmung der Lignit-Ablagerungen mit gleichförmiger Erhöhung der Temperatur auf den gewünschten Wert möglich wäre. Bei Erwärmung der Lignit-Ablagerungen werden wahrscheinlich einige der leichteren Kohlenwasserstoff-Fraktionen abdestillieren, bevor Koks gebildet wird; der wesentliche Teil jedoch wird als Koks zurückbleiben, von dem die Kohlenwasserstoff-Fraktionen nach dem Kracken in praktisch gleicher Weise, wie es oben unter Bezugnahme auf die bituminösen Sande erläutert wurde, abdestilliert werden können.
  • Auch hier ist die Möglichkeit gegeben, nichtextrahierbare Reste an Ort und Stelle abzubrennen, wobei sich möglicherweise eine weitere Ausbeute von Kohlenwasserstoffen ergibt, jedenfalls aber Wärme erzeugt wird, die mittels geeigneter Wärmetausch-Methoden, z.B. dem einleiten von Wasser und dem Abziehen des Wassers in Dampf form, gewonnen werden kann.
  • Im wesentlichen ähnliche Extraktionsmethoden können auch zur Gewinnung weiteren Rohöls aus zuvor schon abgebauten Ablagerungen benutzt werden, die mit den üblichen Methoden erschöpft wurden.
  • In manchen Fällen, insbesondere bei Lignit-Ablagerungen, wird die Extraktion der Kohlenwasserstoffe zu unterirdischen Hohlräumen führen mit der Folge unerwünschter Bodensenkungen.
  • Solche Hohlräume könnten mit Raffinationsabfall, Schlamm oder Wasser vollgepumpt werden und als Senke für unerwünschte Wärme niedriger Temperatur genutzt werden.
  • ... Patentansprüche

Claims (13)

  1. AnsprüeIie, Verfahren ur Extraktion von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Kohlenwasserstoff-Ablagerung, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h elektrische Induktionserwärmung eines bestimmten Abschnittes der Ablagerung an Ort und Stelle auf eine Temperatur, die zur Verdampfung oder Vergasung mindestens einiger der Kohlenwasserstoffe in dem Abschnitt ausreicht, und durch Sammeln der verdampften oder vergasten Kohlenwasserstoffe.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man den Abschnitt der Ablagerung auf eine Temperatur erwärmt, die zur Krackung der Kohlenwasserstoffe in Fraktionen ausreicht, welche als Gase oder Dämpfe abdestilliert und -dann gesammelt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die Ablagerung auf eine Temperatur erwärmt, die zum Abdestillieren leichterer Kohlenwasserstoff-Fraktionen ausreicht, welche gesammelt werden, daß man die Ablagerung auf eine Temperatur erwärmt, bei der es zur Verkokung zurückgebliebener Kohlenwasserstoffe in der Ablagerung kommt, daß man die Ablagerung weiter auf eine Temperatur erwärmt, die zur Krackung der verkokten Kohlenwasserstoffe ausreicht, und daß man gekrackte Kohlenwasserstoff-Fraktionen abdestilliert und sammelt
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man zur Erleichterung des Rrackens der verkokten Kohlenwasserstoffe einen Katalysator in die Ablagerung injiziert.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Ablagerung in ihrem natürlichen Zustand angebundenes Wasser besitzt, d a d u r c h g e k e n.n z e i c h -n e t , daß man Wasser in die Ablagerung injiziert, nachdem die Temperatur der Ablagerung den Siedepunkt des angebundenen Wassers erreicht hat.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß man das Wasser in Dampfform injiziert.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Extraktion an einer Ablagerung ausführt, welche in Sand gebundenes Bitumen enthält.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Extraktion an einer Ablagerung ausführt, welche in Schiefer gebundenes Kerogen enthält.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man die Extraktion an einer lignithaltigen Ablagerung ausführt.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man im Anschluß an das Sammeln der gekrackten Kohlenwasserstoff-Fraktionen den im Abschnitt verb liebenen Kohlenwasserstoff-Rest an Ort und Stelle abbrennt.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man während oder nach dem Abbrennen der Ablagerung durch Wärmetausch Wärme entzieht.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die entzogene Wärme in mechanische Energie umsetzt.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß man die entzogene Wärme als Prozeßwärme für die anschließende Raffination der gesammelten Kohlenwasserstoffe verwendet.
DE19762636590 1976-08-13 1976-08-13 Extraktion von kohlenwasserstoffen Pending DE2636590A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19762636590 DE2636590A1 (de) 1976-08-13 1976-08-13 Extraktion von kohlenwasserstoffen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19762636590 DE2636590A1 (de) 1976-08-13 1976-08-13 Extraktion von kohlenwasserstoffen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2636590A1 true DE2636590A1 (de) 1978-02-16

Family

ID=5985418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19762636590 Pending DE2636590A1 (de) 1976-08-13 1976-08-13 Extraktion von kohlenwasserstoffen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2636590A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US8739866B2 (en) 2008-09-15 2014-06-03 Siemens Aktiengesellschaft Method for extracting bitumen and/or ultra-heavy oil from an underground deposit, associated installation and operating method for said installation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3972372A (en) Exraction of hydrocarbons in situ from underground hydrocarbon deposits
DE60115873T2 (de) Verfahren zur behandlung von erdöllagerstätten
DE2421581C2 (de) Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus unterirdischen Formationen mittels eines Heizmediums und eines Lösungsmittels für das Erdöl
DE1917248C3 (de) Verfahren zur Gewinnung bestimmter mineralischer Bestandteile in situ aus einer Erdformation durch Verdampfung mittels Wärme
DE60224793T2 (de) Verfahren zur in situ gewinnung aus einer teersandformation und ein nach diesem verfahren hergestellter mischungszusatz
RU2487236C2 (ru) Способ обработки подземного пласта (варианты) и моторное топливо, полученное с использованием способа
DE3040778A1 (de) Verfahren zur gewinnung von schwerem erdoel
DE60121744T2 (de) Verfahren zur behandlung von erdöllagerstätten
US4418752A (en) Thermal oil recovery with solvent recirculation
DE60111842T2 (de) Verbesserte ölrückgewinnung durch in-situ-vergasung
DE2938045A1 (de) Verfahren zum gewinnen von fluessigen gasfoermigen brennstoffen aus oelschiefer und teersaenden
DE2652213A1 (de) Verfahren zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus kohle
DE112013001734T5 (de) Elektrische Frakturierung von Gesteinsformationen
WO2009019197A2 (de) Vorrichtung zur in-situ-gewinnung einer kohlenwasserstoffhaltigen substanz
DE2615874B2 (de) Anwendung eines Verfahrens zum Gewinnen von Erdöl und Bitumen aus unterirdischen Lagerstätten mittels einer Verbrennungfront bei Lagerstätten beliebigen Gehalts an intermediären Kohlenwasserstoffen im Rohöl bzw. Bitumen
DE2117691A1 (de) Verfahren zum verzögerten Verkoken von Pyrolysebrennstoffölen
US3989107A (en) Induction heating of underground hydrocarbon deposits
EP0061111B1 (de) Verfahren zur Untertagevergasung fester Brennstoffe
DE3543827A1 (de) Oel-gewinnungsverfahren
DE2636590A1 (de) Extraktion von kohlenwasserstoffen
DE2634136A1 (de) Extraktion von kohlenwasserstoffen
DE102012212626A1 (de) Verfahren zur in situ-Extraktion von Kohlenwasserstoff-Materialien
DE3242298A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erhitzen von fluessigen medien
DE2634137A1 (de) Erwaermung einer kohlenwasserstoff- ablagerung
DE2636565A1 (de) Erwaermung einer kohlenwasserstoff- ablagerung

Legal Events

Date Code Title Description
OHJ Non-payment of the annual fee