DE2824836A1 - Verfahren zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus unterirdischen, kohlenwasserstoffe fuehrenden formationen - Google Patents
Verfahren zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus unterirdischen, kohlenwasserstoffe fuehrenden formationenInfo
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Classifications
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Description
Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unterirdischen, Kohlenwasserstoffe führenden
Formationen
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von öl aus unterirdischen, Kohlenwasserstoffe führenden
Formationen mit niedriger API (American Petroleum Institute)-schwere, viskosen ölen*, insbesondere die Gewinnung
schwer beweglicher Kohlenwasserstoffe oder von Bitumen aus Teersanden mittels einer Niedrigtemperatur-Oxidationstechnik
.
Die Gewinnung viskoser öle aus Formationen und von Bitumen
aus Teersanden bereiteten in Regel Schwierigkeiten. Obwohl gewisse Verbesserungen bei der (provozierten) Förderung von
Schwerölen, d.h. von ölen einer Dichte im Bereich von 900 bis 1000 kg/m3, bestimmt bei einer Temperatur von 15°C, erreicht
wurden, ist der diesbezügliche Erfolg, sofern überhaupt ein Erfolg erzielt wurde, bei der Gewinnung von Bitumen
aus Teersanden nur äußerst gering. Bitumenmassen lassen sich als hochviskosen ölen einer Dichte im Bereich von etwa
1000 bis 1040 kg/m3, gemessen bei einer Temperatur von 15°C, bezeichnen und sind in im wesentlichen nicht-verfestigten
Sanden (in der Regel als "Teersande" bezeichnet) enthalten.
Ungeheuere Mengen von Teersanden existieren in der * oder Bitumen
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Athabasca-Region der canadischen Provinz Alberta. Es wird vermutet, daß diese Lagerstätten mehr als einige Hundert
Milliarden Barrel öl oder Bitumen enthalten. Eine In-situ-Gewinnung
oder -Förderung des Öls oder Bitumens aus diesen Lagerstätten mit üblichen Techniken war bislang jedoch noch
nicht sehr erfolglich. Die Gründe für einen fehlenden Erfolg beruhen hauptsächlich darauf, daß Bitumen bei der
Temperatur der Formation extrem viskos und entsprechend wenig beweglich ist. Darüber hinaus besitzen diese Teersandformationen,
ungeachtet der Tatsache, daß sie nicht verfestigt sind, nur eine eine sehr niedrige Durchlässigkeit.
Da es bekannt ist, daß die Viskosität von öl mit zunehmender
Temperatur deutlich sinkt und dabei die Beweglichkeit des Öls verbessert wird, wurdenzur Förderung von Bitumen aus
Teersanden bereits thermische Gewinnungsverfahren untersucht. Diese thermischen Gewinnungsverfahren bestehen in der Regel
aus Einblasen von Dampf oder Heißwasser und in einer In-situ-Verbrennung.
Diese Verfahren sind bereits weitgehend beschriebon.
*
Darüber sind auch bereits die verschiedensten Änderungen und Verbesserungen der bekannten grundlegenden Techniken bekannt. Hierzu gehören beispielsweise die mit Dampf durchgeführte "Blas- und Ausschießtechnik" und die In-situ-Umkehrverbrennung. Auch bei den In-situ-Verbrennungsverfahren wurden bereits verschiedene Verbesserungen vorgenommen. Hierbei wird beispielsweise gleichzeitig oder intermittierend mit dem luft- oder sauerstoffhaltigen Gas Wasser eingeblasen, um die Restwärme in der Formation "auszuspülen" und um den Anpassungsund Austreibgrad zu verbessern.
Darüber sind auch bereits die verschiedensten Änderungen und Verbesserungen der bekannten grundlegenden Techniken bekannt. Hierzu gehören beispielsweise die mit Dampf durchgeführte "Blas- und Ausschießtechnik" und die In-situ-Umkehrverbrennung. Auch bei den In-situ-Verbrennungsverfahren wurden bereits verschiedene Verbesserungen vorgenommen. Hierbei wird beispielsweise gleichzeitig oder intermittierend mit dem luft- oder sauerstoffhaltigen Gas Wasser eingeblasen, um die Restwärme in der Formation "auszuspülen" und um den Anpassungsund Austreibgrad zu verbessern.
Die Erfahrung hat in der Regel gezeigt, daß diese üblichen
*-hinaus
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thermischen Techniken trotzdem noch nicht besonders erfolgreich sind, wenn sie auf die In-situ-Gewinnung oder -Förderung
von Schwerölen angewandt werden. Schwierigkeiten treten insbesondere durch Ansammlung einer ausgedehnten ölbank vor der
Wärmefront, die zu einer Verstopfung der Formation vor der
Front und folglich zu einer schlechteren Einblasbarkeit in die Formation führt, auf. Weiterhin kommt es bei der In-situ-Verbrennung
zur Gewinnung von Schwerölen mit hohem prozentualem
an
Anteil schweren Bestandteilen zu einer übermäßigen Verkohlung und folglich zu einer fortschreitenden Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit der Verbrennungsfront und zu einem eventuellen Er" löschen der Verbrennung. Diese Schwierigkeiten treten geballt auf, wenn diese Techniken auf die Gewinnung von Bitumen aus Teersanden angewandt werden. Dies deshalb, weil Bitumen im Vergleich zu Schwerölen eine höhere Dichte, d.h. eine Dichte von 1000 bis 1040 kg/m3, bestimmt bei einer Temperatur von 15°C, und eine höhere Viskosität, d.h. eine Viskosität von über 10 Pascal-Sekunden bei Reservoir-Temperaturen, aufweist . Darüber hinaus ist die Durchlässigkeit der Teersande so gering, daß die Herstellung einer Fluidumkommunikation in der Formation Schwierigkeiten bereitet.
Anteil schweren Bestandteilen zu einer übermäßigen Verkohlung und folglich zu einer fortschreitenden Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit der Verbrennungsfront und zu einem eventuellen Er" löschen der Verbrennung. Diese Schwierigkeiten treten geballt auf, wenn diese Techniken auf die Gewinnung von Bitumen aus Teersanden angewandt werden. Dies deshalb, weil Bitumen im Vergleich zu Schwerölen eine höhere Dichte, d.h. eine Dichte von 1000 bis 1040 kg/m3, bestimmt bei einer Temperatur von 15°C, und eine höhere Viskosität, d.h. eine Viskosität von über 10 Pascal-Sekunden bei Reservoir-Temperaturen, aufweist . Darüber hinaus ist die Durchlässigkeit der Teersande so gering, daß die Herstellung einer Fluidumkommunikation in der Formation Schwierigkeiten bereitet.
Jüngere Entwicklungen unter Ausnutzung thermischer Verfahren zur Rückgewinnung viskoser öle und insbesondere von Bitumen
aus Teersanden sollen die geschilderten Schwierigkeiten vermeiden. Jüngste Entwicklungen beziehen sich beispielsweise
auf das sog. Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren, bei dem die in der Formation erreichten Temperaturen weit
unterhalb den bei üblichen In-situ-Verbrennungsverfahren erreichten Temperaturen gesteuert und gehalten werden. Bei
dem aus der ÜS-PS 4.006.778 bekannten Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren
wird ein Gemisch aus einem sauerstoff-
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haltigen Gas und Dampf eingeblasen, wobei die Temperatur des eingeblasenen Gemische der Temperatur von gesättigtem
Dampf beim Druck der Formation entspricht. In der Formation wird hierbei eine Niedrigtemperatur-Oxidation in Gang gebracht.
Hierbei erhöht sich die Temperatur in der Formation auf die Temperatur des eingeblasenen gesättigten Dampfes.
Vorzugsweise liegt diese Temperatur im Bereich von 121° bis 26O°C. Eine Steuerung der Temperatur erreicht man durch
die Anwesenheit von gesättigtem Dampf, d.h. durch die Anwesenheit einer flüssigen Wasserphase. Mit dem Temperaturanstieg
erhöht sich unter geringstmöglicher Verkohlung die Beweglichkeit des Bitumens, so daß dieses durch die Formation zu
einer Förderbohrung (aus der er dann gefördert wird) vorwärts getrieben werden kann. Das fortwährende Einblasen des Gemischs
aus sauerstoffhaltigem Gas und Dampf ist für das Vorwärtstreiben des Bitumens in der Formation verantwortlich.
Auch das Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren wurde bereits in der verschiedensten Weise modifiziert oder verbessert.
So ist beispielsweise gemäß den Lehren der US-PS 3.978.925 eine Tränkperiode vorgesehen, in der die Einblas- und Förderbohrungen
eine Zeitlang geschlossen werden, damit der eingeblasene Sauerstoff bei der Niedrigtemperatur-Oxidationsreaktion
mit den Kohlenwasserstoffen innerhalb der Formation verbraucht werden kann. Gemäß der ÜS-PS 3.993.132 wird mit einem optimalen
Gas zu Dampf-Verhältnis bei dem Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren gearbeitet. Dieses Verhältnis sinkt, wenn
die sich anhäufende Dampfmenge steigt. Bei dem aus der US-PS 3.976.137 bekannten Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren
wird ein Verhältnis Sauerstoff zu Dampf im Bereich von 35,4 bis 141,8 m3 (Standardbedingungen) Sauerstoff pro m3 Dampf
(ausgedrückt als flüssiges Wasser-Äquivalent) eingehalten.
Die Erfindung ist nun mit einer Verbesserung des Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahrens befaßt, bei dem der
Fördergrad durch Ausnutzung und Aufrechterhaltung des Ver-
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hältnisses von freiem Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen
Gas zu Dampf auf sehr geringen Werten verbessert wird.
Die Erfindung betrifft somit die Förderung oder Gewinnung hochdichter viskoser öle und von Bitumen aus Teersanden
durch Niedrigtemperatur-Oxidation mittels Einblasen eines Gemischs aus einem sauerstoffhaltigen Gas und von
Dampf bei einer Temperatur entsprechend der Temperatur von gesättigtem Dampf beim Druck der Formation, wobei der
freie Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas im Bereich von 5,3 bis 23,0 m3 (unter Standardbedingungen)/m3 gehalten
wird.
Fig. 1 orgibt sich die Beziehung zwischen dem
Luft/Dampf-Verhältnis bei zwei Porenvolumina injiziertem Dampf und der Bitumengewinnung
und aus
ergibt sich
Fig. 2 'die Beziehung zwischen dem Luft/Dampf-Verhältnis
und der Bitumengewinnung für gegebene Porenvolumina an eingeblasenem Dampf. ·
Es hat sich erfindungsgemäß nun gezeigt, daß sich bei der
Gewinnung oder Förderung von schweren Rohstoffen und von Bitumen durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases und
von Dampf der Fördergrad optimieren läßt, indem man das Verhältnis von freiem Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas
zu Dampf auf einem niedrigen Wert, und zwar im Bereich von etwa 5,3 bis 23,0 m3 (unter Standardbedingungen)/m3 hält.
Erfindungsgemäß wird ganz allgemein eine Kohlenwasserstoffe
führende Formation, beispielsweise ein bitumenhaltiger Teer-
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sand, zunächst durch mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine Förderbohrung durchteuft. Danach wird zwischen
den Bohrungen eine Fluidumverbindung hergestellt, und zwar beispielsweise durch Einblasen eines nicht-kondensierbaren
Gases, eines Lösungsmittels oder von Dampf. Zur Verbesserung der Durchlässigkeit der Formation kann man auch zarklüften.
Wenn in der Formation einmal eine Verbindung hergestellt ist, wird eine Mischung aus einem sauerstoffhaltigen Gas und von
Dampf eingeblasen. Diese Mischung wird bei einer Temperatur eingeblasen, die der Temperatur von gesättigtem Dampf bei
dem Druck der Formation entspricht. Auf diese Weise läßt sich in der Formation eine Niedrigtemperatur-Oxidation durchführen.
Vorzugsweise liegt die Temperatur im Bereich von etwa 121° bis etwa 26O°C. unter Verwendung von gesättigtem Dampf bei
einer Temperatur entsprechend der Temperatur von gesättigtem Dampf beim Druck der Formation läßt sich eine wirksame
Steuerung des Temperaturanstiegs in der Formation gewährleisten. Unter gesättigtem Dampf ist ein Dampf mit einer
(vorhandenen) flüssigen Wasserphase bzw., anders ausgedrückt, oin Dampf einer Qualität unter 1,0 kg/kg zu verstehen. Die
Dampfqualität ist als Gewicht des trockenen Dampfes in 1,0 kg feuchtem Dampf definiert.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Verbesserung wird das Verhältnis
von freiem Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas zu Dampf ausgenutzt und auf einem niedrigen Wert im
Bereich von 5,3 bis 23,0 m3 (unter Standardbedingungen) O2 pro m3 Dampf (gemessen als flüssiges Wasser) gehalten.
Erfindungsgemäß ist unter einem "sauerstoffhaltigen Gas" ein freien gasförmigen Sauerstoff, als Komponente enthaltendes
Gas zu verstehen. Das üblichste sauerstoffhaltige Gas ist Luft. Erfindungsgemäß kann jedoch auch an Sauerstoff ange-
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reichertes Gas oder praktisch reiner Sauerstoff verwendet werden. Ferner kann das Gas aus einem Gemisch aus Sauerstoff
und sonstigen nicht-kondensierbaren Gasen, z.B. Stickstoff/ Kohlendioxid und Abgasen, bestehen.
Wenn erfindungsgemäß Luft verwendet wird, läßt sich das gewünschte Gas zu DampfVerhältnis als Luftmenge in Standardcubic-Fuß
zu Barrel Dampf angeben. So entspricht das gewünschte Verhältnis von 5;3 bis 23,0 m3 (unter Standardbedingungen)
O2/m3 Dampf etwa 26,6 bis 115,2 m3 (unter Standardbedingungen)
Luft/m3 Dampf. Wie aus der US-PS 4.006.778 hervorgeht, kann gesättigter Dampf eine Qualität bis zu 1,0 kg/kg aufweisen.
Eine respektable Gewinnung läßt sich jedoch bereits mit Dampf einer Qualität von 0,6 kg/kg erreichen.
Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 121°
und 26O°C. Dieser Temperaturbereich läßt sich durch Einstellen
des Drucks der Formation auf einen Druck entsprechend dem Druck, bei dem die Temperatur von gesättigtem Dampf innerhalb
des gewünschten Temperaturbereichs liegt, realisieren. So kann beispielsweise eine Formation eines Drucks unter
2165 kPa auf einen Druck von etwa 2165 kPa gebracht werden, so daß die Temperatur des eingeblasenen Gemischs aus sauerstoff
hai tigern Gas und Dampf etwa 2160C beträgt. Das Unterdrucksetzen
kann durch Einblasen eines Gases und/oder von Wasser erfolgen. Während dieser Zeit wird aus der Formation
nicht gefördert.
Zur Verdeutlichung der Erfindung wurden unter Verwendung von Teersanden aus der McMurray-Formation der canadischen
Provinz Alberta zahlreiche Laboratoriumsversuche durchgeführt. Zu diesem Zweck werden etwa 38 cm lange und einen Durchmesser
von etwa 46 cm aufweisende Laborbehälter mit 77 bis 86 kg Teersand beschickt. Während des Beschickens werden zwischen den
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Bohrungen Verbindungswege aus sauberem 20 bis 40 Bruchsand
vorgesehen. Die Behälter sind in der Weise ausgelegt, daß sie bei gesteuerten Temperaturen bis zu etwa 216°C und
Drucken bis zu etwa 2165 kPa arbeiten. Ferner enthalten sie
simulierte geeignete Einblas- und Förderbohrungen. Weiterhin werden die Behälter mit einer Reihe von Thermoelementen
versehen, damit die Temperaturwerte über den Behälter hinweg gemessen und die Wärmeübertragungsmengen errechnet werden
können. Das Einblassystem enthält ein Leitungssystem, das das Einblasen getrennter Fluidiumströme, z.B. von Dampf und
Luft, zur Vermischung in der Einblasbohrung gestattet. Das Fördersystem enthält die erforderlichen Steuer- und Meßinstrumente
zur überwachung und Analyse der geförderten Fluida. Die Porosität des in den Behältern gepackten Teersands errechnet
sich aus der Gleichung:
0=1 -φ» (1-wfb-wfw)
2,65
worin bedeuten:
Phs die Dichte des Teersands und
wfb und wfw die Gewichtsfraktionen Bitumen bzw. Wasser.
In Kenntnis der Porosität lassen sich folglich die Mengen an eingeblasenen und geförderten Fluida in Porenvolumina
(PV) angeben.
Bei einem typischen Versuch erfolgt in der Regel ein Voreinblasen. Hierbei wird kurzzeitig entweder Luft oder
Dampf eingeblasen, um sicherzustellen, daß zwischen den Bohrungen eine Fluidumverbindung besteht. Danach wird ein Gemisch
aus einem sauerstoffhaltigen Gas und Dampf eingeblasen. In diesem Gemisch ist das Verhältnis von freiem Sauerstoff
in dem sauerstoffhaltigen Gas zu Dampf bekannt und wird gesteuert*. Das Verhältnis ist als m3 (unter Standardbedingungen)
Sauerstoff pro m3 Dampf (gemessen als flüssiges Wasser), näm-
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lieh m3 (st)/m3, angegeben. Die Niedrigtemperatur-Oxidation
in der Formation läuft bei einer Temperatur von etwa 214°C
entsprechend der Temperatur des eingeblasenen gesättigten Dampfes ab. Bei den beschriebenen Versuchen wird das Einblasen
des Gemischs aus sauerstoffhaltigem Gas und Dampf
solange fortgesetzt, bis ein gewünschtes kumulatives Porenvolumen Dampf eingeblasen ist. Bei einigen Versuchen werden
bis zu 4 Porenvolumina Dampf eingeblasen. Die später folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse, die als "kumulative Förderung"
und kumulatives Sauerstoff/Dampf- und Luft/Dampf-Verhältnis sowie Porenvolumina an eingeblasenem Dampf zusammengefaßt sind.
Zu Vergleichszwecken mit Versuchen, bei denen ein Gemisch aus einem sauerstoffhaltigen Gas (Luft) und Dampf
verwendet wird, wird ein Versuch mit bloßem Dampf mit gefahren. Die Ergebnisse zeigen, daß die Verwendung einer Mischung
aus Luft und Dampf im Vergleich zur Verwendung von lediglich Dampf zu einer erhöhten Ausbeute führt. Ferner zeigen die
Ergebnisse, daß sich bei zwei Porenvolumina an eingeblasenem Dampf die Bitumenförderung maximieren läßt, wenn das kumulierende
Luft-zu-Dampf-Verhältnis im Bereich von etwa 26,6 bis etwa 115,2 m3 (st) Luft/m3 bzw. 5,3 bis etwa 23,0 m3 (st)
Sauerstoff/m3 Dampf liegt. Eine Messung der kumulativen
Förderung am Ende des Versuchs zeigt ferner, daß die höchste Förderung erreicht wird, wenn das kumulierende Luft-zuDampf-Verhältnis im Bereich von 30,1 bis 44,3 m3 (st)/m3 bzw.
etwa 6,2 bis 8,9 m3 (st) Sauerstoff/m3 Dampf liegt.
Aus der Tabelle geht ferner hervor, daß beim Versuch 6 die kumulierende Bitumenförderung sowohl bei zwei Porenvolumina
als auch bei den Endporenvolumina an eingeblasenem Dampf den Förderungsmengen bei den anderen Versuchen vergleichbar
sind. Bei Versuch 6 wird bei zwei Porenvolumina bei einem weit größeren Luft-zu-Dampf-Verhältnis, nämlich 248,1 m3 (st)/
m3 gearbeitet. Bei diesem Versuch traten große Schwierigkeiten
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auf, die durch ein Verstopfen und eine übermäßige Bitumenverkohlung
verursacht sind. Dies zeigt sich in einer schrittweisen Abnahme der Einblasbarkeit des Fluidumgemischs.
Es wurden zahlreiche (erforderliche) Hilfsmaßnahmen durchgeführt,
um den Versuch fortsetzen zu können. So wurden also diese Ergebnisse bei höheren Porenvolumina an eingeblasenem
Dampf erhalten. Die geschilderten Maßnahmen bestanden beispielsweise in einer Umkehrung der Strömungsrichtung und in
einer Einstellung der Einblasgeschwindigkeit. Ungeachtet dessen konnte das höhere Verhältnis während des Versuchs nicht
aufrechterhalten werden, es nahm vielmehr ab. Die Ergebnisse zeigen klar und deutlich, daß bei zu hohem Luft-zu-Dampf-Verhältnis
Betriebsschwierigkeiten auftreten können, folglich sind also zu hohe Luft-zu-Dampf-Verhältnisse unerwünscht.
Die Ergebnisse sind in den Figuren 1 und 2 graphisch dargestellt. Bei Fig. 1 ist die Bitumenförderung gegen das Luft-zuDampf-Verhältnis
(m3 (st)/m3) bei zwei Porenvolumina injiziertem Dampf aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen eine merkliche
Erhöhung der Forderung nach Erreichen eines Verhältnisses von etwa 26,6 m3 (st) Luft/m3 Dampf. In Fig. 2 ist die
Bitumenförderung gegen das Luft/Dampf-Verhältnis (m3 (st)/m3)
für gegebene Porenvolumina an eingeblasenem Dampf aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen wiederum, daß die Förderung nach
Erreichen eines Verhältnisses von 26,6 m3 (st) Luft/m3 Dampf
optimal ist. Weiterhin zeigen die Ergebnisse, daß man eine maximale Förderung erreicht, wenn das Luft/Dampf-Verhältnis
im Bereich von 26,6 bis 115,2 m3 (st)/m3 liegt.
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Ölförderung und kumulatives Verhältnis freier 0„/Dampf
bei gegebenen (eingeblasenen) Porenvolumina (Pvf Dampf
Versuch eingeblasenes 2 Porenvolumina Dampf
Fluidum kumu- kumu- kumu- kumulierendes lierendes lierende lierendes Verhältnis Verhältnis Förderung Verhältnis freier Luft/Dampf m3/m3 freier Sauerstoff/ m3 (st)/ma
Dampf m3 (st) /
Fluidum kumu- kumu- kumu- kumulierendes lierendes lierende lierendes Verhältnis Verhältnis Förderung Verhältnis freier Luft/Dampf m3/m3 freier Sauerstoff/ m3 (st)/ma
Dampf m3 (st) /
Porenvoluraina Dainpf Bei Beendigung der Versuche
kumu- kumu- kumu- ' kumu- kumulierendes lierende lierendes lierendes lierende
Verhältnis Förderung Verhältnis Verhältnis Förderung Luft/ m3/m3 freier Luft/ m3/m3
Sauerstoff/ Dampf m3(st) /
Dampf m3 (st) / m3
Sauerstoff/ Dampf Dampf m3 (st) / m3 (st) /m3
| ο» O (0 ep |
1 2 |
Dampf Luft/Dampf |
O 2,8 |
0 14,2 |
0,152 0,180 |
0 3,9 |
0 19,5 |
0,212 0,262 |
0 5,3 |
0 26,6 |
0,314 0,352 |
I |
| (D | 3 | Luft/Dampf | 6,0 | 30,1 | 0,268 | 6,4 | 31,9 | 0,464 | 6,0 | 30,1 | 0,623 | u> |
| O | 4(1) | Luft/Dampf | 8,5 | 42,5 | 0,277 - | 9,2 | 46,1 | 0,424 | 8,5 | 42,5 | 0,467 | |
| Ο> | 5(2) | Luft/Dampf | 22,7 | 113,4 | 0,280 | 23,0 | 115,2 | 0,374 | 23,4 | 117,0 | 0,392 | |
| 6(2) | Luft/Dampf | 49,6 | 248,1 | 0,271 | 26,2 | 131,1 | 0,395 | 23,0 | 115,2 | 0,406 |
(1) Kurz vor dem Einblasen des Luft/Dampf-Gemischs wurde" Luft eingeblasen
(2) Kurz vor dem Einblasen des Luft/Dampf-Gemischs wird Dampf eingeblasen
m3 (st)/m3 = Kubikmeter Gas ermittelt bei den Bezugsbedingungen von 101 kPa und 150C pro Kubicmeter Dampf
(ausgedrückt als Flüssig-Äquivalent)
Es wurde vorausgesetzt, daß bei dem Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren
der Sauerstoff mit dem Bitumen unter Bildung der verschiedensten Oxidationsprodukte,ζ.B. von Aldehyden,
Ketonen und Säuren, eine Reaktion eingeht. Die Temperatur des Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahrens wird durch die Leistung
der flüssigen Wasserphase und des gesättigten Dampfes derart gesteuert, daß sie unter etwa 26O°C bleibt. Die verbesserte
Leistung gegenüber dem Einblasen von Dampf alleine dürfte auf eine bessere Verteilung der beim Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren
entstehenden Wärme und das Entstehen von Strömungskanälen unter geringstmöglicher Bildung von verkohlten
Bitumenteilen zurückzuführen sein. Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß zur Absorption der Oxidationswärme im Hinblick auf eine Temperatursteuerung und Verbesserung
der Wärmeverteilung flüssiges Wasser vorhanden sein muß. Ohne anwesendes flüssiges Wasser kann eine ungesteuerte Verbrennung
des Bitumens stattfinden. Dies würde zu einer starken Zersetzung von verkohltem Bitumen und einer anschließenden
Verstopfung der Formation führen.
Die Bedeutung der Steuerung des Luft/Dampf-Verhältnisses und der Einhaltung niedriger Verhältnisse läßt sich durch
folgende Berechnungen bezüglich der Wärmeentstehung zeigen. Die bei Niedrigtemperatur-Oxidationsreaktionen freigesetzten
Wärmemengen pro Mol Sauerstoff (wenn sich das gebildete Wasser in der flüssigen Phase befindet) sind:
Carboxylierung oder Bildung von CO3: 439 kJ/Mol O3
Carboxylierung oder Bildung von CO : 377 kJ/Mol O2
Hydroxylierung: 377 kJ/Mol O3
Hydroperoxidation: 126 kJ/Mol O2
Zum Zwecke einer Näherungsberechnung läßt sich eine durchschnittliche Wärmefreisetzung von 400 kJ/Mol 0_ annehmen.
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Bei einem Luft/Dampf-Verhältnis von 35 m3 (st)/m3 und unter
der Annahme, daß der gesamte eingeblasene Sauerstoff ausgenutzt wird, sind die durch Bitumenoxidation und durch die
Dampfkondensation entstandenen relativen Wärmemengen:
Oxidationswärme:
35 χ 0,21 χ 42,29 χ 400 = 124 MJ
(m3 (st) Luft) (O9-Gehalt Mol(m3 (st) (kJ/Mol O9)
Δ der Luft)
Latente Wärme des Dampfes bei 2.165 kPa:
1 χ 999,0 χ 1875 = 1875 MJ (m3 Dampf) (kg/m3) (kJ/kg)
So beträgt also bei einem Luft/Dampf-Verhältnis von 35 m3 (st)/
m3 das Verhältnis des Wärmebeitrags der Oxidationsverfahren zu der latenten Wärme des Dampfes etwa 0,07. Bei einem Luft/
Dampf-Verhältnis von 105 m3 (st)/m3 macht der Wärmebeitrag
der Oxidationsverfahren etwa 0,2 der latenten Wärme des Dampfes aus. Wenn also die Qualität des eingeblasenen Dampfes unter
1,0 kg/kg liegt, ist der relative Beitrag infolge Oxidation etwas höher. Daraus ergibt sich, daß der auf die Oxidationsreaktionen zurückzuführende Wärmebeitrag einen signifikanten
Faktor bei dem Niedrigtemperatur-Oxidationsverfahren darstellt.
Zusammenfassend ergibt sich also, daß erfindungsgemäß
eine verbesserte Gewinnung oder Förderung von Schwerölen und/ oder Bitumen durch Einblasen einer Mischung aus einem sauerstoff
haltigen Gas und Dampf dann möglich ist, wenn das Verhältnis freier Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas zu
Dampf im Bereich von 5,3 bis etwa 23,Om3 (st) Sauerstoff/m3
Dampf bzw. bei Verwendung von Luft als sauerstoffhaltiges Gas etwa 26,6 bis etwa 115,2 m3 (st) Luft/m3 Dampf beträgt.
009849/1046
Claims (10)
1. Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen
aus unterirdischen,Kohlenwasserstoffe führenden Formationen,
die von mindestens einer Injektionsbohrung und mindestens einer Förderbohrung, zwischen denen eine Fluidumverbindung
besteht, durchteuft sind, durch Einblasen eines auf einer Temperatur entsprechend' der Temperatur von gesättigtem
Dampf beim jeweiligen Druck der betreffenden Formation befindlichen Gemischsaus Dampf einer Qualität bis zu 100 %
und einem sauerstoffhaltigen Gas über die Injektionsbohrung
und Förderung von fließfähigen Massen aus der Förderbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von in dem
sauerstoffhaltigen Gas enthaltenem freien Sauerstoff zu Dampf im Bereich von etwa 5,3 bis 23,0 m3 (st) Sauerstoff
pro m3 Dampf (bestimmt als Wasser) gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas aus praktisch reinem Sauerstoff
besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas aus Luft besteht.
809849/1046
OWGlNAL JNSPBGTED
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas Sauerstoff und Stickstoff,
Kohlendioxid, Abgas und Mischungen hiervon enthält.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formation
zunächst auf einen Druck entsprechend einer Temperatur des gesättigten Dampfes von 121° bis 26O°C gebracht wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch
aus sauerstoffhaltigem Gas und Dampf bei einer Temperatur im Bereich von 121° bis 26O°C eingeblasen wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einblasen des Gemische aus sauerstoffhaltigem Gas und
Dampf in die Formation ein nicht-kondensierbares Gas eingeblasen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das nicht-kondensierbare Gas aus Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Abgas oder Mischungen hiervon besteht.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einblasen des Gemischs aus sauerstoffhaltigem Gas und
Dampf Dampf in die Formation eingeblasen wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
Sauerstoff zu Dampf im Bereich von etwa 6,2 bis 8,9 m3 Sauerstoff pro m3 Dampf (bestimmt als Wasser) gehalten
wird.
809849/1046
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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-
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- 1978-06-06 BR BR787803631A patent/BR7803631A/pt unknown
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