DE970101C - Process for degassing bituminous geological deposits in their natural deposits - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 28. AUGUST 1958ISSUED AUGUST 28, 1958

S 32452 VI15aS 32452 VI15a

Die Erfindung betrifft die Pyrolyse oder Entgasung von bituminösen geologischen Vorkommen, wie Ölschiefer, ölsand, »Teersand«, Kohle, die in ihrer natürlichen Lagerstätte durch Erhitzen mit Hilfe einer waagerecht durch das geologische Vorkommen wandernden Wärmefront entgast werden. Unter geologische Vorkommen fallen in diesem Zusammenhang auch sogenannte nicht konsolidierte Gesteinsarten, wie brennstofführender Sand.The invention relates to the pyrolysis or degassing of bituminous geological deposits, such as oil shale, oil sand, "tar sand", coal, which in their natural deposit by heating with Be degassed with the help of a heat front moving horizontally through the geological deposit. In this context, geological occurrences also include so-called unconsolidated deposits Rock types such as fuel-bearing sand.

Gemäß dem Pyrolyseverfahren werden öle bzw. Gase durch Erhitzung unmittelbar in den brennstofführenden Vorkommen gewonnen. Der Wärmeaufwand, den die Pyrolyse an der natürlichen Lagerstätte fordert, wurde bei den bisher vorgeschlagenen oder benutzten Ausführungsformen der Pyrolyse in wesentlichem Grad durch die Wärmeverluste gesteigert, die durch die notgedrungene Verdampfung einleckenden Wassers in das geologische Vorkommen verursacht werden. Dieser Umstand macht sich besonders störend bemerkbar, wenn zwischen die brennstoffführenden Formationen poröse, z. B. aus Sand oder verwittertem Kalkgestein bestehende Schichten eingesprengt sind, die in der waagerechten Richtung wasserführend-sind und die gewöhnlich durch »5 im festen Gestein vorhandene senkrechte Risse oder Spalten den Zufluß von Wasser von der Seite oder von oben her in die bituminösen SchichtenAccording to the pyrolysis process, oils or gases are obtained directly in the fuel-bearing deposits by heating. In the previously proposed or used embodiments of pyrolysis, the heat required by pyrolysis in the natural deposit was increased to a significant degree by the heat losses caused by the forced evaporation of water leaking into the geological deposit. This fact is particularly noticeable when porous, z. B. are disseminated of sand or weathered limestone existing layers, which are water-leading-in the horizontal direction and which usually known by "5 in the solid rock vertical cracks or splits the flow of water from the side or from above into the bituminous layers

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erleichtern. Es hat sich hierbei gezeigt, daß die Wirtschaftlichkeit des Erhitzungsvorganges weitgehend von der waagerechten Erstreckung des der Erhitzung ausgesetzten Feldes abhängt, weil näm-Hch der Wirkungsgrad mit der Größe des Feldes ansteigt. Dies erklärt sich dadurch, daß das Einlecken von Wasser aus der Umgebung im selben Umfange kleiner wird, wie der Flächeninhalt des Feldes zunimmt. ■facilitate. It has been shown here that the efficiency of the heating process largely depends on the horizontal extent of the field exposed to the heating, because the efficiency increases with the size of the field. This can be explained by the fact that the leakage of water from the environment decreases to the same extent as the area of the field increases. ■

ίο Um das Einlecken von Wasser in das im Abbau begriffene Feld zu verringern, hat man vor dessen Erhitzung eine Dränierung der Umgebung durchgeführt, z. B. durch Auspumpen des Grundwassers mittels einer größeren oder kleineren Anzahl gebohrter Brunnen. Hierdurch läßt sich der hydraulische Druck offensichtlich vermindern und damit die Menge des einleckenden Wassers verkleinern. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, dem Einlecken von Wasser aus der Umgebung zu dem begrenzten Körper des bituminösen Vorkommens, dessen Brennstoff gehalt gewonnen werden soll, wirksam entgegenzutreten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, auch die Verbindung in der entgegengesetzten Richtung, d. h. von jenem Körper zur Umgebung hin, zu unterbinden, so daß erzeugte Gase weitest möglich daran gehindert werden, aus dem erhitzten Vorkommen anderweitig als über vorgesehene Sammelstellen zu entweichen. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, bei unter Überdruck arbeitenden Ausbeutungsmethoden an der natürlichen Lagerstätte die Aufrechterhaltung des Überdruckes in dem begrenzten Körper sicherzustellen, der Gegenstand der Vergasung ist.ίο To the leakage of water into the under degradation to reduce the real field, a drainage of the surrounding area has been carried out before it is heated, z. B. by pumping out the groundwater by means of a larger or smaller number of drilled holes Spring. As a result, the hydraulic pressure can obviously be reduced and thus reduce the amount of water leaking in. The invention has set itself the task of the Leakage of water from the surrounding area to the limited body of the bituminous deposit, whose fuel content is to be obtained, counteract effectively. Another job of the invention consists in also making the connection in the opposite direction, i.e. H. of that Body to the environment to prevent, so that generated gases are prevented as much as possible to escape from the heated deposit in any other way than through designated collection points. Another purpose of the invention is to maintain the natural deposit in the case of exploitation methods that work under excess pressure of overpressure in the confined body to ensure the object of gasification is.

Dies wird mit Hilfe der waagerecht durch das geologische Vorkommen wandernden Wärmefront im wesentlichen dadurch erzielt, daß vor dieser Front eine ebenfalls allmählich vorwärts wandernde Gefrierfront gebildet wird, die eine Verbindung für das Formationswasser und das Gas zwischen ■ dem Entgasungsgebiet und dessen Umgebung erschwert oder völlig verhindert und die in solchem Abstand von der Wärme gehalten wird, daß der Erhitzungsprozeß vollendet ist, ehe sich Wärme aus der Wärmefront zur Gefrierfront ausbreitet und sie zum Schmelzen bringen kann.This is done with the help of the heat front moving horizontally through the geological deposit essentially achieved by the fact that in front of this front a likewise gradually moving forward Freezing front is formed, which is a connection for the formation water and the gas between ■ the degassing area and its surroundings difficult or completely prevented and the in is kept such a distance from the heat that the heating process is completed before it becomes Spreads heat from the warming front to the freezing front and can melt it.

Gefrierverfahren sind im Zusammenhang mitFreezing processes are related to

Schachtabteufen bzw. Tunnel- und Streckenvortrieb bekannt. Solche Verfahren wurden aber bisher bei Entgasungsverfahren durch Erhitzung nicht für anwendbar erachtet.Well-known shaft sinking or tunnel and road driving. Such procedures have been used so far Degassing method by heating not considered applicable.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Gefrierfront mit Hilfe von Gefrierelementen gebildet, die in aufeinanderfolgenden Reihen oder Gruppen von zur Lagerstätte niedergebrachten Bohrlöchern eingesetzt werden, wobei sie entsprechend der vorgesehenen Wandergeschwindigkeit der Gefrierfront von der einen Reihe oder Gruppe von Bohrlöchern zur folgenden Reihe oder Gruppe übertragen werden, während die Erhitzungsfront durch gleichartige Elemente gebildet wird, die in dem gewünschten Frontabstand, in nicht langer zur Bildung der Gefrierfront benutzte Reihen oder Gruppen von Bohrlöchern niedergebracht werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the freezer front is made with the aid of freezing elements formed to be used in successive rows or groups of wells drilled to the reservoir; according to the intended travel speed of the freezing front from the one Row or group of wells to be transferred to the following row or group while the heating front is formed by elements of the same type, which are in the desired distance from the front, in rows or groups of boreholes no longer used to form the freezing front be brought down.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen beispielsweise gezeigten Ausführungsformen näher beschrieben, und hierbei werden auch weitere, die Erfindung kennzeichnende Eigenschaften angegeben.The invention will now be described with reference to the drawings, for example Embodiments shown are described in more detail, and here also others, the invention identifying properties specified.

Fig. ι ist ein lotrechter Schnitt durch verschiedene Erdschichten, die eine brennstoffhaltige Schicht umfassen und in welche gemäß der Erfindung ausgebildete Organe zur Durchführung des Verfahrens niedergebracht worden sind; die Figur ist ein Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 2, die ihrerseits einen Teil des behandelten Bodengebiets in Draufsicht zeigt;Fig. Ι is a vertical section through various Layers of earth comprising a fuel-containing layer and in which according to the invention bodies trained to carry out the proceedings have been brought down; The figure Fig. 2 is a section along line I-I of Fig. 2 showing in turn part of the treated soil area shows in plan view;

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch einen kombinierten Gefrier- und Heizkörper;Fig. 3 is a longitudinal section through a combined freezer and heating body;

Fig. 4 und 5 zeigen lotrechte Schnitte durch die Erdschichten mit darin tiefgebohrten Löchern, in welche gemäß der Erfindung ausgeführte Gefrierelemente teilweise niedergebracht worden sind;4 and 5 show vertical sections through the layers of earth with holes drilled deep into them, in which freezing elements made according to the invention have been partially lowered;

Fig. 6 und 7 sind schematische Aufrisse eines ⁸S Gebiets, das gemäß der Erfindung bearbeitet wird; Fig. 8 ist ein Schaubild «ines Bodenteils, der gemäß der Erfindung behandelt wird;FIGS. 6 and 7 are schematic elevational views that is processed according to the invention an ⁸ S area; Fig. 8 is a diagram of a portion of the floor treated in accordance with the invention;

. Fig. 9 ist ein lotrechter Schnitt durch eine Anzahl übereinandergelagerten Gesteinsarten, von denen ein bituminöses Vorkommen gemäß einem abgewandelten Verfahren entgast wird.. Fig. 9 is a vertical section through a number of superposed rock types of where a bituminous deposit is degassed according to a modified process.

In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the various figures.

In den Zeichnungen bezeichnet 10 eine Deckschicht aus Muttererde und Kies, die im vorliegenden Fall auf einem Lager 12 aus Kalkstein ruht. Dieses Lager befindet sich seinerseits auf einer Schicht 14 der der Pyrolyse zu unterwerfenden bituminösen Gesteinsart, wie ölschiefer. Unter der Schicht 14 befindet sich ein Lager 16, für welches angenommen wird, daß es aus nicht wasserführendem Tonschiefer oder Ton besteht, wobei am Übergang zwischen den Schichten 14 und 16 eine dünnere Lage 18, vorhanden sein kann, die erodierten oder zerfallenen, z. B. sandführenden Tonschiefer enthält. Die beschriebene Schichtenfolge ist im allgemeinen typisch für Alaunschiefer an verschiedenen Stellen des Erdballs, was darauf zurückzuführen ist, daß sie während derselben geologischen Epochen gebildet wurde. Die Schichtenfolge ist aber selbstverständlich nur als Beispiel angeführt und kann von Vorkommen zu Vorkommen in verschiedener Hinsicht wechseln, was insbesondere dann zutrifft, wenn die bituminöse Ge- ^X15 steinsart eine andere als Alaunschiefer ist.In the drawings, 10 denotes a covering layer of mother earth and gravel, which in the present case rests on a bed 12 made of limestone. This bearing is in turn located on a layer 14 of the bituminous rock to be subjected to pyrolysis, such as oil shale. Under the layer 14 there is a bearing 16, which is assumed to consist of non-water-bearing slate or clay, whereby at the transition between the layers 14 and 16 a thinner layer 18 may be present, which has eroded or decayed, e.g. B. contains sand-bearing slate. The sequence of layers described is generally typical of alum shale in different parts of the globe, which is due to the fact that it was formed during the same geological epochs. The layer sequence but of course only for example, and can change from occurrence to occurrence in different ways, which is particularly true when the bituminous overall ^X1 5 steinsart is different from alum shale.

Eine Pyrolyse des Schieferlagers 14 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 auf elektrothermischem Weg durchgeführt. In das Gestein sind Löcher 19 gebohrt, in welche mit 20 bezeichnete Heizelemente niedergeführt sind. Diese Heizelemente umfassen Rohre 22 aus Metall, in denen ein oder mehrere elektrische Widerstände 24 angebracht sind. Der Zwischenraum zwischen der Wandung des Loches 19 und dem Rohr 22 kann ^la5 mit einem den Wärmeübergang fördernden korn-In the exemplary embodiment according to FIG. 1, pyrolysis of the slate store 14 is carried out electrothermally. Holes 19 are drilled into the rock, into which heating elements marked 20 are lowered. These heating elements comprise tubes 22 made of metal in which one or more electrical resistors 24 are mounted. The space between the wall of the hole 19 and the tube 22 can ^la 5 with a heat transfer promoting grain

förmigen Stoff 21, wie Sand, ausgefüllt sein. Der Widerstand 24 steht an seinem unteren Ende in leitender Berührung mit dem Rohr 22 und ist mittels Leitungen 26, 28 an einen Kreis 30 für niedergespannten Wechselstrom, vorzugsweise dreiphasigen, angeschlossen.shaped material 21, such as sand, be filled. The resistor 24 is at its lower end in conductive contact with the tube 22 and is by means of lines 26, 28 to a circle 30 for low-voltage alternating current, preferably three-phase, connected.

Der Zwischenraum zwischen dem Widerstand 24 und dem Rohr 22 ist mit Quarzsand 32 od. dgl. ausgefüllt, und zwar um einerseits einen Uberschlag des Stroms zu verhindern und andererseits das Ableiten der erzeugten Wärme zum Schieferlager zu erleichtern. Der Widerstand 24 kann z. B. durch Ausführung in der Form einer Schraube mit ungleicher Steigung der Windungen eine wechselnde Wärmekapazität erhalten, so daß z. B. den oberen und unteren Teilen des bituminösen Lagers 14 mehr Wärme zugeführt wird als den zwischenliegenden Teilen. Die durch die Wärmezufuhr erzeugten Gase werden in Löchern 34 aufgefangen.The space between the resistor 24 and the tube 22 is covered with quartz sand 32 or the like. filled in, on the one hand to prevent a flashover of the current and on the other hand to facilitate the dissipation of the generated heat to the slate bed. The resistor 24 can, for. B. by design in the form of a screw with unequal pitch of the turns an alternating one Heat capacity obtained so that, for. B. the upper and lower parts of the bituminous camp 14 more heat is supplied than the parts in between. Those generated by the supply of heat Gases are collected in holes 34.

ao von welchen Rohrleitungen 36 an die Erdoberfläche führen. Zwischen dem unteren Ende der Rohrleitung 36 und der Wand des Loches 34 ist ein an der Rohrleitung befestigter Flansch 38 angeordnet. Über diesem Flansch ist die Rohrleitung 36 in einen körnigen Stoff 39 eingebettet. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, kann jede Gasableitrohrleitung 36 mit zugehörigem Loch von einer größeren Anzahl elektrischer Elemente 20 umgeben sein. In die Gesteinsschichten ist mindestens eine Reihe von Löchern 40 tiefgebohrt. Sie umschließen das Gebiet, das Gegenstand der Entgasung durch Wärmebehandlung ist und in der Fig 2 m't zickzackförmigen Linien 41 angedeutet ist. In die Löcher 40 werden gemäß der Erfindung Gcfnerelemente hinabgelassen, die gemäß der Fig. 3 aus einem Rohr 42 bestehen, in welchem ein dünneres' Rohr 44 untergebracht ist, das eine Schlinge bildet und über einen größeren oder kleineren Teil 46 seiner Länge schraubenförmig gewunden ist. Das Rohr 42 erstreckt sich unter das Schieferlager 14 in die im vorliegenden Fall nicht wasserführende Schicht 16 hinein. Ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel wird dem einen Schenkel des Rohres 44 durch eine Leitung 48 zugeführt und tritt aus dem anderen Schenkel durch eine Leitung 50 aus. Die Gefrierelemente 42 bewirken eine Herabsetzung der Temperatur in den Gesteinsformationen unter den Gefrierpunkt des dort befindlichen Wassers. Auf diese Weise bildet sich um das Entgasungsgebiet herum ein Gefriermantel, wodurch das Eindringen von Wasser aus der Umgebung behindert wird. Gleichzeitig wird auch einem Auslecken von während der Entgasung in dem Gebiet erzeugtem Gas oder öl vorgebeugt.ao from which pipelines 36 lead to the surface of the earth. Between the lower end of the Pipe 36 and the wall of the hole 34, a flange 38 attached to the pipe is arranged. The pipeline 36 is embedded in a granular material 39 above this flange. How out 2, each gas discharge pipe 36 with an associated hole can be of a larger one Number of electrical elements 20 to be surrounded. There is at least one in the rock layers Series of holes 40 deeply drilled. They enclose the area that is the subject of the degassing by heat treatment and is indicated in FIG. 2 with zigzag lines 41 is. In the holes 40 according to the invention, window elements are lowered, which according to FIG Fig. 3 consist of a tube 42 in which a thinner 'tube 44 is housed, the one Loop forms and helically wound over a larger or smaller portion 46 of its length is. The tube 42 does not extend under the slate bearing 14 in the present case water-bearing layer 16 into it. A liquid or gaseous coolant is the one Leg of the tube 44 is fed through a line 48 and passes through from the other leg a line 50 from. The freezing elements 42 reduce the temperature in the Rock formations below the freezing point of the water located there. That way it forms There is a freezing jacket around the degassing area, which prevents water from penetrating the environment is hindered. At the same time there is also leakage from during degassing prevented gas or oil generated in the area.

Im vorliegenden Fall hat der Mantel einen wasserdichten Boden in der Gestalt des Lagers 16. Die Gefrierelemente sollen in solchem Abstand von dem Entgasungsgebiet niedergebracht werden, daß letzteres bereits ausgebeutet ist, bevor eine Wärmeleitung zu der gefrorenen Schicht, wodurch das Eis zum Schmelzen gebracht wird, zustande kommt. In diesem Zusammenhang sei hervorgehoben, daß die geologischen Formationen im allgemeinen eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, weswegen das Vordringen der Wärme ver- g_g hältnismäßig langsam erfolgt.In the present case the jacket has a watertight bottom in the form of storage 16. The freezing elements should be placed at such a distance from the degassing area that the latter is already exploited before heat conduction to the frozen layer, whereby the ice is melted, comes about. It should be emphasized that the geological formations generally have low thermal conductivity, so the penetration of heat comparable g _g proportionate done slowly.

Vorteilhaft wird die Gefrierschlinge biegsam ausgeführt, so daß sie sich mühelos in das Bohrloch niederbringen läßt. Gemäß der Fig. 4 ist die Schlinge aus Rohrstücken 52 zusammengesetzt, die ₇„ miteinander durch biegsame Muffen 54 aus Gummi od. dgl. verbunden sind. Die Biegbarkeit der Gefrierschlinge läßt sich auch dadurch erhalten, daß ihre beiden Schenkel schraubenförmig gewickelt sind, wie bei 56 in der Fig. 5 angedeutet ist. Die Wärmeübertragung von der Umgebung zur Schlinge wird dadurch erleichtert, daß man das Loch 40 sich mit Grundwasser füllen läßt, das dann zunächst zu Eis gefriert.The freezing loop is advantageously designed to be flexible so that it can be easily lowered into the borehole. Are shown in FIG. 4, the loop of pipe sections 52 is assembled, the ₇ "od each other by flexible sleeves 54 made of rubber. Like. Connected. The flexibility of the freezing loop can also be obtained in that its two legs are wound helically, as indicated at 56 in FIG. The heat transfer from the environment to the loop is facilitated by letting the hole 40 fill with groundwater, which then first freezes to ice.

In der Fig. 6 bezeichnet 28 den Gefriermantel, der das mittels zickzackförmiger ausgezogener Linien 41 angedeutete Entgasungsgebiet umschließt und abdichtet. Die Entgasung durch Wärmebehandlung wird vorzugsweise so durchgeführt, daß man eine Wärmefront in der mit dem Pfeile 62 angegebenen Richtung wandern läßt. Dies bedeutet, daß Reihen von Heizelementen 2c nacheinander eingeschaltet werden, derart, daß sie entlang der einzelnen Linien 41 wenigstens annähernd gleichzeitig in dem brennstoffhaltigen Lager die Pyrolysetemperatur erreichen. Vor die Wärmefront werden nacheinander abdichtende Frostbarrieren 64, 66, 68 gelegt. Ihr Abstand voneinander kann größer sein als der Abstand zwischen den Heizelementreihen. Wenn dann die Wärmefront die Barriere 64 erreicht, übernimmt die nächste Barriere 66 die Aufgabe, das Pyrolysefeld vor der wandernden Wärmefront einzuschließen.In FIG. 6, 28 denotes the freezing jacket, which encloses and seals the degassing area indicated by means of zigzag solid lines 41. The degassing by heat treatment is preferably carried out in such a way that a heat front is allowed to move in the direction indicated by the arrow 62. This means that rows of heating elements 2c are switched on one after the other, in such a way that they reach the pyrolysis temperature in the fuel-containing store at least approximately simultaneously along the individual lines 41. Sealing frost barriers 64, 66, 68 are placed one after the other in front of the warming front. Their distance from one another can be greater than the distance between the rows of heating elements. When the heat front then reaches the barrier 64, the next barrier 66 takes over the task of enclosing the pyrolysis field in front of the migrating heat front.

Gemäß der in Fig. 7 gezeigten Abwandlung wird vor dem Pyrolysengebiet eine in gleicher Weise wie die Wärmefront gemäß dem Pfeil 62 vorwärts wandernde Gefrierfront geschaffen, die in der Figur mit den strichpunktierten Zickzacklinien 70 angedeutet ist. Man kann auf diese Weise zunächst einen gefrorenen Körper der geologischen For mationen schaffen, der sodann mit dem Ingangsetzen der Pyrolyse erhitzt wird. Die der Pyrolyse zu unterwerfenden Erdbodenlager sowie die über und teilweise auch die unter ihnen befindlichen Schichten werden somit zunächst auf eine Temperatur abgekühlt, welche unter dem Gefrierpunkt des in ihnen befindlichen Wassers liegt. Man erhält somit einen mehr oder weniger zusammenhängenden gefrorenen Körper, der sodann zum Zwecke der Entgasung erhitzt wird, und zwar in erster Linie durch eine wandernde Wärmefront In der Fig. 8 bezeichnet 72 einen dichten Kasten des brennstoffhaltigen Vorkommens, gegebenenfalls einschließlich benachbarter geologischer Schichten, in welchem ein Körper 74 Gegenstand iao der Entgasung ist. Der erhitzte Körper kann hierbei sowohl oben wie unten als auch an den Seiten durch bituminöse, nicht konsolidierte geologische Formationen begrenzt sein.According to the modification shown in FIG. 7, there is one in front of the pyrolysis area in the same way how the warm front according to the arrow 62 forward moving freezer front created, which in the Figure with the dash-dotted zigzag lines 70 is indicated. One can do this at first Create a frozen body of geological formations which can then be started up the pyrolysis is heated. The ground bearings to be subjected to pyrolysis as well as the over and in some cases the layers below them are thus initially brought to one temperature cooled, which is below the freezing point of the water in them. You get thus a more or less coherent frozen body, which then becomes the Purpose of degassing is heated, primarily by a moving heat front In FIG. 8, 72 denotes a tight box of the fuel-containing deposit, if necessary including adjacent geological layers in which a body 74 object iao the degassing is. The heated body can be at the top and bottom as well as on the sides be bounded by bituminous, unconsolidated geological formations.

Um die wandernden Gefrier- und Wärmefronten zu erzeugen, können dieselben Bohrlöcher sowieTo create the moving freezing and warming fronts, the same drill holes can be used as well

die Rohre 42 anfangs zum Gefrieren und später zum Heizen dienen. Die in den Fig. 4 und 5 ^ver~ anschaulichten Gefrierelemente werden während ihres Betriebes vom Eis umgeben, wie oben erwähnt wurde: Um sie aus den Löchern zu entfernen, kann ein Auftauen des Eises in den Bohrlöchern 40 auf elektrischem Wege vorgenommen werden oder mit Hilfe eines gasförmigen oder flüssigen warmen Mittels, das in die Rohrschlingen eingeführt wird und derselbe Stoff sein kann wie das Kühlmittel. Je schneller das Auftauen durchgeführt wird, desto geringer ist die Wärmeabgabe an umgebende Partien der geologischen Formationen. Falls die Temperatur um das Loch herum genügend niedrig ist, gefriert das Wasser in den Löchern wieder. Nachdem das Gefrierelement frei gemacht und aus dem Bohrloch heraufgezogen worden ist, kann es in ein Loch der nächsten Reihe der Frostbarriere übergeführt werden. Wenn die ao Wärmefront sich den Löchern 40 zu nähern beginnt und das Eis in ihnen schmilzt, werden die Löcher zum Niederbringen von Heizelementen oder als Gasableitlöcher benutzt. Jedoch kann auch vor dem Herankommen der Wärmefront an die Löcher ein Auftauen des Eises in ihnen vorgenommen werden, z. B. um sie als Gasableit- oder Zuleitlöcher zur Verfügung zu erhalten. Zu diesem Zweck kann Salz von der Erdoberfläche aus in die Löcher gegeben werden.the tubes 42 are used initially for freezing and later for heating. . The anschaulichten in Figures 4 and 5 ^ver ~ freezing elements are surrounded during its operation from the ice, as mentioned above: in order to remove them from the holes to a thawing of the ice in the holes 40 by electrical means can be made or by means of a gaseous or liquid warm medium that is introduced into the pipe loops and can be the same substance as the coolant. The faster the thawing process, the lower the heat dissipation to the surrounding parts of the geological formations. If the temperature around the hole is low enough, the water in the holes will freeze again. After the freezing element has been freed and pulled up from the borehole, it can be transferred into a hole in the next row of the frost barrier. When the ao heat front begins to approach the holes 40 and the ice melts in them, the holes are used to bring down heating elements or as gas discharge holes. However, the ice in them can also be thawed before the warming front approaches the holes, e.g. B. to obtain them as gas discharge or feed holes available. For this purpose, salt can be poured into the holes from the surface of the earth.

Die Fig. 9 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei welcher das bituminöse Vorkommen, beispielsweise der ölschiefer, durch Einführen von Sauerstoff bzw. Luft in das Lager entgast wird. Dies kann dadurch geschehen, daß eine Anzahl Löcher 76 in das betreffende Vorkommen hinabgebohrt werden, und zwar vorzugsweise bis in die Nähe des Liegenden. In die Löcher 76 werden Rohre 78 eingesetzt, die an ihrem unteren Ende durch eine an ihnen befestigte Dichtung 80 gegen die Lochwandung abgedichtet werden. Der Zwischenraum zwischen dem Rohr und der Lochwandung oberhalb der Dichtung 80 wird mit einem körnigen Stoff 82, wie etwa Sand, ausgefüllt. Durch eine Reihe derartiger Löcher wird ein die Ver- +5 brennung unterstützendes Gas, vorzugsweise Sauerstoff, unter solchem Druck zugeführt, daß die oberhalb liegenden geologischen Formationen hochgehoben werden und ein waagerechter Spalt 84 entsteht, wie für de \ vorliegenden. Fall am Unterteil der bituminösen Formation veranschaulicht ist. Versuche haben erwiesen, daß sich ein derartiger Spalt bei Alaunschiefer über einen längeren Abstand von der Gaszufuhrstelle erstreckt, etwa 50 bis 100 Meter im Umkreis. In einem mit Rücksicht hierauf bemessenen Abstand von einer Reihe von Löchern 76 wird eine zweite Reihe von Löchern 86 gebohrt, und in diese werden Rohre 88 eingebracht und mit denselben Mitteln wie die Rohre 78 gegen die Lochwandung abgedichtet. Das auszubeutende Gebiet wird mit einer abdichtenden Frostbarriere umgeben, und zwar mit Hilfe von Gefrierelementen, die in Löcher 48 gemäß einer der oben angegebenen Alternativen niedergebracht werden. , Der Spalt 84 bewirkt nach einmaliger Entzündung des Brennstofflagers in der einen oder anderen Weise, z. B. mittels im unteren Teil der Zufuhrröhre 78 angebrachten elektrischen Heizkörpern oder elektrischen Widerständen, eine kontinuierliche Vergasung in dem brennstoffhaltigen Lager. Die Entzündung des Brennstofflagers kann auch einfach dadurch hervorgerufen werden, daß mit Hilfe des in das Rohr 78 eingeleiteten Sauerstoffgases, ζ. Β. durch schnelle Steigerung seines Druckes und hierdurch oder durch Oxydierung des Sauerstoffs, eine plötzliche Wärmeentwicklung verursacht wird. Die Gase wandern zu den Sammelrohren 86, in denen ein entsprechender Überdruck aufrechterhalten wird. Durch Wärmeleitung weitet sich die Vergasungsschicht nach oben aus, so daß immer größere Teile des Brennstofflagers die Temperatur erreichen, bei welcher Gasentwicklung eintritt bzw. die Pyrolyse vor sich geht. In diesem Fall ist es besonders bedeutungsvoll, daß der Spalt 84 außerhalb der äußersten Löcher an den Flanken der von Lochreihe zu Lochreihe wandernden Wärmefront durch die abdichtende Gefrierbarriere daran gehindert wird, Gase anderweitig als durch die Gasableitrohre entweichen zu lassen.Finally, FIG. 9 shows an embodiment in which the bituminous deposit, for example the oil shale, is degassed by introducing oxygen or air into the store. This can be done in that a number of holes 76 are drilled down into the deposit in question, preferably as far as the vicinity of the surface. Pipes 78 are inserted into the holes 76 and are sealed against the wall of the hole at their lower end by a seal 80 attached to them. The space between the pipe and the hole wall above the seal 80 is filled with a granular material 82 such as sand. Through a series of such holes is a comparison the +5 incineration-supporting gas, preferably oxygen, supplied under such pressure that the above underlying geological formations to be lifted and a horizontal gap 84 is created, such as present for de \. Case is illustrated at the base of the bituminous formation. Tests have shown that such a gap in alum shale extends over a longer distance from the gas supply point, around 50 to 100 meters in circumference. A second row of holes 86 is drilled at a distance from a row of holes 76, measured with this in mind, and tubes 88 are introduced into these and sealed against the wall of the hole by the same means as tubes 78. The area to be exploited is surrounded by a sealing frost barrier with the aid of freezing elements which are placed in holes 48 according to one of the alternatives given above. The gap 84 causes after a single ignition of the fuel store in one way or another, z. B. by means of electric heaters or electric resistors mounted in the lower part of the supply pipe 78, continuous gasification in the fuel-containing store. The ignition of the fuel store can also be caused simply by the fact that with the aid of the oxygen gas introduced into the pipe 78, ζ. Β. by a rapid increase in its pressure and by this or by oxidation of the oxygen, a sudden development of heat is caused. The gases migrate to the manifolds 86, in which an appropriate overpressure is maintained. The gasification layer expands upwards through heat conduction, so that larger and larger parts of the fuel store reach the temperature at which gas development occurs or pyrolysis takes place. In this case it is particularly important that the gap 84 outside the outermost holes on the flanks of the heat front migrating from hole row to hole row is prevented by the sealing freeze barrier from allowing gases to escape other than through the gas discharge pipes.

Auch bei dieser Ausführungsform können die Löcher 76 und 86 sowohl für das Hinableiten des die Verbrennung unterstützenden Gases benutzt werden als auch für das Sammeln der aus der Gesteinsart gewonnenen Verbrennungsprodukte sowie zuvor schon für die Herstellung des Gefriermantels oder der Gefrierfront.In this embodiment, too, the holes 76 and 86 can be used both for the discharge of the gas that supports the combustion and for collecting the combustion products obtained from the rock, as well as for the production of the freezing jacket or the freezing front.

Die Gefrier- und/oder Heizelemente können zu Spiralform mit Schlingen aufgewickelt sein, die nicht größer sind, als daß sie bequemen Transport zum Einbauplatz gestatten und dort durch Ausrichten der Schlingen, gegebenenfalls zwischen den Walzen einer besonderen Richtanlage, allmählich in die Löcher hinabgelassen werden können.The freezing and / or heating elements can be wound into a spiral shape with loops that are not larger than that they allow easy transport to the installation location and there by aligning of the loops, if necessary between the rollers of a special straightening system, gradually can be lowered into the holes.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: i. Verfahren zum Entgasen bituminöser geologischer Vorkommen in ihrer natürlichen Lagerstätte durch Erhitzen mit Hilfe einer waagerecht durch das geologische Vorkommen wandernden Wärmefront, dadurch gekennzeichnet, daß vor dieser Front eine ebenfalls allmählich vorwärts wandernde Gefrierfront gebildet wird, die eine Verbindung für das Formationswasser und das Gas zwischen dem Entgasungs- ¹¹S gebiet und dessen Umgebung zum Teil oder völlig verhindert und in die in solchem Abstand von der Wärme gehalten wird, daß der Erhitzungsprozeß vollendet ist, ehe sich Wärme aus der Wärmefront zur Gefrierfront ausbreitet und sie zum Schmelzen bringen kann.i. Method for degassing bituminous geological deposits in their natural deposits by heating with the aid of a heat front moving horizontally through the geological deposit, characterized in that a freezing front, which is also gradually moving forward, is formed in front of this front, which provides a connection for the formation water and the gas between the is landscape degassing ¹¹ S and maintained its surroundings completely prevented in part, or and in the at such a distance from the heat that the heating process is completed before heat spreads from the heating front to the freezing front and can bring them to melt. 2. Verfahren nachAnspruchi bei Vorhandensein einer wasserundurchlässigen Schicht unter dem bituminösen Vorkommen, dadurch gekenn- . zeichnet, daß die Gefrierfront bis zu dieser ^ia5 Schicht hinabgeführt wird.2. Method according to claims in the presence of a water-impermeable layer under the bituminous deposit, thereby marked. shows that the freezing front is led down to this ^generally 5 layer. 3· Verfahren nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrierfront mit Hilfe von Gefrierelementen gebildet wird, die in aufeinanderfolgenden Reihen oder Gruppen von zur Lagerstätte niedergebrachten Bohrlöchern eingesetzt werden, wobei sie entsprechend der vorgesehenen Wandergeschwindigkeit der Gefrierfront von der einen Reihe oder Gruppe von Bohrlöchern zur folgenden Reihe oder Gruppe übertragen werden, während die Erhitzungsfront durch gleichartige Elemente gebildet wird, die in dem gewünschten Frontabstand in nicht länger zur Bildung der Gefrierfront benutzte Reihen oder Gruppen von Bohrlöchern niedergebracht werden.3 · The method according to claim ι or 2, characterized characterized in that the freezer front is formed with the help of freezing elements which in successive rows or groups of wells drilled to the reservoir are used, depending on the intended travel speed the freezing front is transferred from one row or group of wells to the next row or group while the heating front is formed by similar elements in the desired Front spacing in rows or groups of no longer used to form the freezer front Boreholes are drilled. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrierelemente durch schraubenförmig gewundene Rohrschlingen gebildet werden, die auch für Erwärmungszwecke benutzbar sind.4. The method according to claim 3, characterized in that the freezing elements by Helically wound pipe loops are formed, which are also used for heating purposes are usable. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrierelemente zunächst zum Gefrieren und danach zum Erhitzen des Entgasungsgebietes dienen, während die wandernde Gefrierfront durch neue, in die nächstfolgende Reihe oder Gruppe von Bohrlöchern eingesetzte Gefrierelemente gebildet wird.5. Process according to Claims 1 to 4, characterized in that the freezing elements serve initially to freeze and then to heat the degassing area while the moving freezer front through new, in the next following row or group of boreholes inserted freezing elements is formed. .In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 25 015, 36 611,.Considered publications:
German patent specifications No. 25 015, 36 611, 664, 99 075, 148 614, 159 655, 329 896;,664, 99 075, 148 614, 159 655, 329 896 ;, Zeitschrift »L'energia elettrica«, Nr. Magazine "L'energia elettrica", no. 6, Vol.6, vol. XXVII, 1950, S. 3 bis 11.XXVII, 1950, pp. 3 to 11. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings © 509 629/10 1 (809 601/3 8.58)© 509 629/10 1 (809 601/3 8.58)