DE2808690C2 - Einrichtung zur Erzeugung von Heißdampf für die Gewinnung von Erdöl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von Heißdampf für die Gewinnung von Erdöl, mit einer Brennkammer, in die Leitungen für Wasser von Umgebungstemperatur, Brennstoff und vorgeheizten chemischen Sauerstoff bzw. einen Sauerstoffträger einmünden und die eine Auslaßdüse für Heißdampf aufweist, wobei der Brennstoff zentral sowie der Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger radial in den Brennkammerkopf einleitbar sind.

Ein besonderes Problem bei der Gewinnung von Erdöl besteht mit Rücksicht auf die in absehbarer Zeit zur Neige gehenden weltweiten Vorräte darin, daß die vorhandenen Lagerstätten derzeit nur zu etwa 33% technisch ausgebeutet werden können. Bis 1985 rechnet man mit einer Steigung des Entölungsgrades auf etwa 36%. Im Hinblick auf die heute bekannten Lagerstätten und den gegebenen Erdölverbrauch kommt eine Erhöhung des Entölungsgrades um 1% einem Wekjahresverbrauch gleich. Hieraus erkennt man die Bedeutung der Erhöhung des Entölungsgrades.

Zur Forcierung dieses wichtigen Faktors wird schon seit längerer Zeit die sogenannte tertiäre Förderungstechnik betrieben, bei der in die bereits primär und sekundär ausgebeuteten Lagerstätten über mehrere Bohrangen große Mengen von Heißdampf mit etwa 350⁰C und 150 bar Druck eingepreßt werden, wodurch die Lagerstätten erwärmt werden und das noch verbleibende zähflüssige Erdöl flüssiger gemacht wird. Es handelt sich dabei um Wasserdampfmengen von etwa

J5 10 Tonnen pro Stunde über einen Zeitraum von mehreren Jahren. Ein besonderes Problem bildet dabei natürlich die Erzeugung dieser riesigen Dampfmengen, die mit Hilfe von konventionellen stationären Feuerungskesseln oder durch Brennkammern, wie sie bei Raketen- triebwerken im Einsatz sind, produziert werden, wie z. B. in der US-PS 35 95 316 beschrieben. Hiernach ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Heißdampf für die Sekundärgewinnung von Erdöl bekannt, mit einer Brennkammer, in die Leitungen für Wasser von Umgebungstemperatur, Brennstoff und vorgeheizten chemischen Sauerstoff bzw. einen Sauerstoffträger einmünden und die eine fuislaßdüse für Heißdampf aufweist Dabei werden der Brennstoff zentral und Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger radia! in den Brennkammerkopf eingeleitet

Wie bereits erwähnt, sind für die in Rede stehende tertiäre Erdölgewinnung erhebliche Mengen an Heißdampf über einen langen Zeitraum erforderlich. Die dabei benötigten relativ großen Wassermengen belasten den in der Brennkammer stattfindenden Reaktionsprozeß zwischen dem Brennstoff und dem Sauerstoff verbrennungstechnisch besonders, da es schwierig ist, einerseits die Verbrennung mit gutem Wirkungsgrad fortlaufend in Gang zu halten und ,.andererseits die gro-Ben Wassermengen beizumischen, ohne die Güte des Brennprozesses zu beeinträchtigen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Heißdampferzeuger zu schaffen, der die vorerwähnten Forderungen in Einklang bringt und mit hoher spezifischer Leistung und großem Produktionsvolumen verbrennungstechnisch zufriedenstellend arbeitet

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Brennkammer zwei axial hintereinander angeordnete Einschnürungen aufweist, von denen die rückwärtige Einschnürung eine rückwärts vom Brennraum liegende Drallkammer abteilt, in deren Bereich eine erste Teilmenge des Umgebungstemperatur aufweisenden Wassers und der erwärmte Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger in die Brennkammer einleitbar sind, und die vordere Einschnürung den Brennraum der Brennkammer in zwei miteinander verbundenen Einzelkammern unterteilt, von denen die rückwärts der Einschnürung liegende Kammer als Reaktionskammer und die vorwärts dieser Einschnürung liegende Kammer als Verdampfungskammer ausgebildet sind, wobei in die Verdampfungskammer die zweite, restliche Teilmenge des Wassers einleitbar ist und der Austritt des Brennstoffs aus seiner Zuführungsleitung unmittelbar vorwärts des engsten Querschnitts im divergierenden Bereich der rückwärtigen Einschnürung angeordnet ist.

In Ausgestaltung hierzu wird weiter vorgeschlagen, nur die Wand der Verdampfungskammer durch den

Sauerstoff zu kühlen.

Die Maßnahmen nach der Erfindung garantieren bezüglich der gegebenen Rotationsströmung des zumindest schon teilweise gasförmigen Sauerstoffs und im Hinblick auf die zentrale Einspritzung des Brennstoffs die Reaktionsfähigkeit zwischen den beiden Treibstoffkomponenten und stellen eine ausreichende filmartige (unmittelbare) Wandkühlung durch die erste Teilmenge an Wasser sicher, die für diesen Zweck nur eine Minimalmenge darzustellen braucht, um einen Flammenkern hoher Temperatur zu ermöglichen, wodurch ein schneller Ausbrand gewährleistet und nur eine kurze Baulänge für die Reaktionskammer erforderlich ist Der Gesamtprozeß wird also erfindungsgemäß aufgeteilt in einen stromaufwärtigen Reaktionsprozeß ynd in einen nachfolgenden eigentlichen Dampferzeugungsvorgang.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Einrichtung und Hilfsaggregate zum Betrieb dieser Einrichtung mobil verladen. Im einzelnen geschieht dies erfindungsgemäß auf die Weise, daß für die Installierung der Brennkammer, eines Sauerstoffbehälters and eines Brennstoffbehälters, eines Elektromotors und <;iner von diesem angetriebenen Sauerstoffpumpe, Wasserpumpe und Brennstoffpumpe sowie einer Brennkraftmaschine, eines von dieser angetriebenen elektrischen Generators und von Steuergeräten jeweils eigene Fahrzeuge vorgesehen sind.

Nach der US-PS 38 33 059 und der GB-PS 2 86 519 sind zwar schon mobile Geräte zur Erzeugung von Heißgas bekannt, doch handelt es sich hierbei um relativ einfache Einrichtungen, die aus Brennstoff und Luftsauerstoff mit einem entsprechenden Überschuß an Luft Verbrennungsgase entsprechender Temperatur zum Erhitzen von Ollagerstätten erzeugen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine geologische Formation mit einer erschlossenen Erdöllagerstätte in Schema,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer in Schema und

F i g. 3 eine mobile Dampferzeugungsanlage.

Einer bereits primär und sekundär ausgebeuteten Erdöllagerstätte 1 wird über mehrere Bohrungen 2 zur Erwärmung der Lagerstätte 1 Heißgas G zugeführt Dadurch wird das verbleibende, von Natur aus zähflüssige Erdöl £ dünnflüssiger und durch eine oder mehrere Bohrungen 3 ausgetrieben bzw. über diese ausgepumpt

Wie in Fig.2 dargestellt, dient zur Erzeugung von Heißgas G eine Brennkammer 4, die eine vordere Ein- so schnürung 5 und eine mittlere Einschnürung 6 aufweist Die vordere Einschnürung 5 dient zur Bildung einer Drallkammer 7, in die über eine Leitung 8 Sauerstoff O tangential eingeleitet wird. Ferner wird der Brennkammer 4 über eine Leitung 9 Wasser W zugeführt Dabei wird über den Leitungszweig 9a in die Drallkammer 7 nur eine Teilmenge Wi des Wassers ^tangential eingeführt

Die zweite Einschnürung 6 teilt die Brennkammer 4 in eine vorne liegende Reaktionskammer 4a und in eine hintere Verdampfungskammer 4b, die einen Kühlmantel 10 aufweist, durch den der flüssige Sauerstoff O geschickt wird, der sich dabei erwärmt Über die mittlere Einschnürung 6 wird in die Verdampfungskammer 4b die andere Teilmenge WI des Wassers Weingespritzt, die über die Zweigleitung 9b zugeführt wird. In die Reaktionskammer 4a wird noch Brennstoff B, insbesondere Dieselöl über eine Dralldüse Ii fein zerstäubt eingespritzt Dabei befindet sich die Mündung der Dralldüse etwa im engsten Querschnitt der vorderen Einschnürung 5, so daß der Brennstoff?/ ,gel im Bereich des divergierenden Abschnitts der Reaki? onskammer 4a liegt, wo ihn die Rotationsströmung des gasförmigen Sauerstoffwirbels erfaßt und sich beide Treibstoffkomponenten schnell vermischen und zur Reaktion kommen. D<es ist förderlich für den Ausbrandgrad und verkürzt die Ausbrandstrecke und damit die Länge der Brennkammer. Gekühlt wird die Reaktionskammer 4a durch die Drallströmung der Wasserteilmenge Wi, die verdampfend an der Innenseite der Rsaktionskammerwand bis zur mittleren Einschnürung 6 schützend entlang strömt

Wie in Fig.3 schematisch dargestellt, ist am Heck eines Fahrzeuges 12 die Brennkammer 4 installiert, aus der die in ihr erzeugten heißen Gase G in das Bohrloch 2 einströmea Auf einem Fahrzeug 13 ist ein Sauerstofftank 14 angeordnet, aus dem mittels einer Pumpe 15 über die Leitung 8 Sauerstoff O in die Drallkammer 7 gefördert wird. Ferner ist auf einem weiteren Fahrzeug 16 ein Brennstofftank 17 vorgesehen, aus dem mittels einer Pumpe 18 über eine Leitung 19 Brennstoff B in die DrcJlkammer 7 gefördert wird. Eine dritte Pumpe 20 fördert über die Leitung 9 Wasser W zur Brennkammer 4, das aus einem Brunnen 21 angesaugt wird. Alle drei Förderpumpen 15,18 und 20 sind zusammen mit einem sie antreibenden elektrischen Antriebsmotor 22 auf einem weiteren Fahrzeug 23 angeordnet Ein viertes Fahrzeug 24 dient zur Aufnahme einer Brennkraftmaschine 25, eines von dieser angetriebenen elektrischen Generators 26 und Steuergeräten 27 für die gesamte Anlage.

Hierzu 3 Blatt Ze^?chr,d^gen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung von Heißdampf für die Gewinnung von Erdöl, mit einer Brennkammer, in die Leitungen für Wasser von Umgebungstemperatur, Brennstoff und vorgeheizten chemischen Sauerstoff bzw. einen Sauerstoffträger einmünden und die eine Auslaßdüse für Heißdampf aufweist, wobei der Brennstoff zentral sowie der Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger radial in den Brennkammerkopf einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) zwei axial hintereinander angeordnete Einschnürung (5) eine rückwärts vom Brennraum liegende Drallkammer (J) abteilt, in deren Bereich eine erste Teilmenge des Umgebungstemperatur aufweisenden Wassers und der erwärmte Sauerstoff bzw. Sauerstoffträger -in die Brennkammer (4) einleitbar sind, und die vordere Einschnürung (6) den Brennraum der Brennkammer (4) in zwei miteinander verbundene Einzelkammern (4a, 46) unterteilt, von denen die rückwärts der Einschnürung (6) liegende Kammer als Reaktionskammer (4a) und die vorwärts der Einschnürung (6) liegende Kammer als Verdampfungskammer (4ö) ausgebildet sind, wobei in die Verdampfungskammer (46) die zweite, restliche Teilmenge des Wassers einleitbar ist und der Austritt des Brennstoffs (B) aus seiner Zuführungsleitung unmittelbar vorwärts des engsten Querschnitts im divergierenden Bereich der rückwärtigen Einschnürung (5) angeordnet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die V/and der Verdampfungskammer (4b) durch den Sauerstoff (O) kühlbar ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, mit Hilfsaggregaten zum Betrieb der Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung und die Hilfsaggregate mobil verladen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Installierung der Brennkammer (4) eines Sauerstoffbehälters (14) und eines Brennstoffbehälters (17), eines Elektromotors (22) und einer von diesem angetriebenen Sauerstoffpumpe (15), Wasserpumpe (20) und Brennstoffpumpe (18) sowie einer Brennkraftmaschine (25), eines von dieser angetriebenen elektrischen Generators (26) und von Steuergeräten (27) jeweils eigene Fahrzeuge (12; 13,16; 23; 24) vorgesehen sind.