DE972286C - Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminoeser Lagerstaetten - Google Patents

Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminoeser Lagerstaetten

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DE972286C
DE972286C DED19922A DED0019922A DE972286C DE 972286 C DE972286 C DE 972286C DE D19922 A DED19922 A DE D19922A DE D0019922 A DED0019922 A DE D0019922A DE 972286 C DE972286 C DE 972286C
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DED19922A
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English (en)
Inventor
Karl A Dr Fischer
Guenther Dr-Ing E H Schlicht
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Wintershall Dea Deutschland AG
Original Assignee
Deutsche Erdoel AG
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    • 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
    • E21B43/295Gasification of minerals, e.g. for producing mixtures of combustible gases

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  • 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

  • Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminöser Lagerstätten Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, zur Nutzbarmachung unter Tagte befindlicher Lagerstätten von festen bis flüssigen Bitumina, nach welchem die Bitumina in Form gasförmiger oder dampfförmiger Produkte hereingebracht werden,.
  • Bei der bergmännischen Ausbeutung der Lagerstätten von Anthrazit, Steinkohle, Braunkohle und sonstigen Bitumina sowie bei der Gewinnung von Erdöl müssen häufig Horizonte unberücksichtigt bleiben, weil sich der bergmännische Abbau entweder infolge zu geringer Mächtigkeit oder infolge zu geringen Gehalts an bituminösem Material'nicht lohnt oder weil die Lagerstätten in so bedeutender Teufe vorkommen, da.B ihr Abbau mit den bekannten bergmännischen Mitteln technisch oder wirtschaftlich zur Zeit nicht möglich ist. Des weiteren treten auch Fälle auf, daß die Lagerstätten so weit erschöpft sind, daß ein weiterer bergmännischer Abbau oder eine Gewinnung von flüssigen Kohlenwasserstoffan durch Bohrungen nicht lohnend ist.
  • Mit zunehmender Teufe erhöhen sich die technischen Schwierigkeiten und Gefahren, für den Bergmann; insbesondere werden auch die Arbeitsverhältnisse für dien Menschen, je nach Größe der für den Einzelfall in Betracht kommenden gwthermischen Tiefenstufe immer ungünstiger und sind nur durch die fortschreitende Bewetterungstechnik unter immer größeren Kostenaufwendungen erträglich zu gestalten.
  • Der Bergbau wird auch in zunehmendem Maße unter Mangel an Arbeitskräften leiden, so daß es notwendig ist, die Fortschritte von Wissenschaft und Technik in breitestem Umfange zur Einsparung von menschlicher Arbeitskraft im Untertagebetriet der Zukunft einzusetzen..
  • Man. hat bereits versucht, die, oben beschriebenen Lagerstätten dadurch nutzbar zu machen, daß man in bekannter Waise die zur Destillation, Schwelung oder Vergasung notwendige Wärmeenergie durch direkte partielle Verbrennung des Lägerstättenmaterials erzeugt, um einen. anderen Teil durch direkte Wärmeeinwirkung zur Vergasung zu: bringen.
  • Dabei bedient man sich sauerstoffhaltiger Treibgase, wie der Luft, mit oder ohne Zumischung von Wasserdampf u. dgl.
  • Diese Verfahren wurden zwar im großen erprobt, haben sich aber deshalb nicht durchsetzen können., well eine erhebliche Menge des Materials zur Energieerzeugung verbraucht wird, so daß das Verhältnis des Restmaterials zu totem Gestein zunehmend ungünstiger wird, weil die Kontrolle des Temperaturverlaufs unter Tage sich einer Beeinflussung weitgehend entzieht und ec:, so zu Sinte rungserscheinungen kommen kann, die eine restlose Verwertung dies Lagervorkommens. erschweren oder unmöglich machen.
  • Lagerstätten flüssiger Bitumina, wie Erdöl, geben bei der bohrtechnischen Erschließung das Öl so lange an die Oberfläche ab, als der Druck, unter dem sie stehen, größer ist als das Gewicht der Ölsäule. Bei druckarmen Lagerstätten nimmt man Pumpen zu Hilfe:, und später bedient man sich der sogenannten Sekundärverfahren zur Gewinnung der restlichen Ölmengen. Diese Verfahren beruhen darauf, daß man die Lagerstätte in geeigneter Weise durch eingepreßtes Wasser oder aingepreßta Gase unter Druck setzt.
  • Es ist auch schon vorgeschlagen worden, dien Druck dadurch. herzustellen, daß man, Lagerstättenteile durch elektrische Widerstandsheizung erhitzt, so daß dann: Wasserdampf oder Krackprodukta, die sich in dar Formation bilden, den: Druck aufbauen, um das Öl an geeigneter Stelle in der Lagerstätte anzureichern..
  • Man hat auch versucht, diese Methode der elektrischen Widerstandsheizung zur direkten Destillation, Schwelung oder Vergasung unter Tage anzuwenden, wobei man auf die Verwendung sauerstoffhaltiger und dadurch direkt wärmeerzeugender Hilfsgase verzichtet hat. Zum Beispiel wurde die elektrische Energie an Bohrrohre oder andersartige Elektroden herangeführt.
  • Dia Schwierigkeit ist in diesem Falle ein bedeutender Verlust an elektrischer Energie durch Bodenschichten, die man nicht erwärmen. will, und in den Lagerstätten selbst durch elektrolytische Vorgänge, die stromverzehrend wirken.
  • Eine Abschirmung der Elektroden in dem Sinne, dafi der Strom nur durch die gewünschten bituminösen Schichten fließen kann, bringt nur eine graduelle Besserung der Stromausbeute. Es ist weiterhin bekannt, den die Verbrennung unterhaltenden Gasen, wie Luft oder Sauerstoff, noch Wasserdampf zwecks Gewinnung von Wassergas zuzusetzen; c@ieser Schritt stellt indessen nur eine Eventualmaßnahme im Rahmen der vorgeschlagenen Kombination dar.
  • Allen diesen thermischen Verfähren, insbesondere denen, die zwangläufig von, einer Stalle mii extrem hoher Temperatur aus. die wirksame Wärme der Lagerstätte zuführen, haften. zwei schwer--wiegende Nachteile an. Es kommt zur Erscheinung der Rückkondensation: Die verdampften Kohlenwasserstofe eilen der Wärmewelle voraus. und kondensieren an noch: nicht hinreichend erwärmten bzw. kühleren Stellen des Lagers bzw. dringen in das Speichergestein ein. Mit steigender Temperatur werden die vorauseilenden kondensierenden Dämpfe immer höher molekular und viskoser, so daß es bereits dadurch nach verhältnismäßig geringem Fortschreiten der zu Porenverschluß und ungenügendem Verschwelen kommt. Weiterhin erfolgt im Speichergestein dadurch eine besondere Anreicherung der hochmolekularen. Schwelanteile, die nun bei weiterem Ansteigen. der Temperatur infolge Fortschreitens der Wärmewelle durch Verkokung zum völligen nicht reversiblen Verschluß der Poren. führen können.
  • Ziel der Erfindung ist, die restlose oder weitgehende Entgasung von festen bis flüssigen Bituminn, in unter Tage befindlichen Lagerstätten mit einer Technik zu bewerkstelligen, der die genannten Mängel nicht anhaften.
  • Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Lagerstätten durch zweckentsprechend gesteuerten Einsatz atomarer Zei fallsenergie teilweise oder ganz zu entgasen, sie dabei in einen porösen Zustand überzuführen und anschließend die derartig für die nachfolgenden Prozesse reifgemachten Lagerstätten mit Sauerstoffträgern oder Wasserdampf zu vergasen oder durch Unterdrucksetzei mit zusätzlichem Wasserstoff zu hydrieren.
  • Dieser Behandlung können Lagerstätten von festen bis flüssigen Bitumina unterzogen werden. Bei den festen Bitumina, wie Anthrazit, Steinkohle, Braunkohle u. dgl. kann man auf die üblichen bergmännischen Abbaumethoden völlig verzichten und von vornherein das Verfahren gemäß der Erfindung in Anwendung bringen. Bei erschlossenen oder schon teilweise erschöpften Lagerstätten benutzt man das vorhandene Grubengebäude. Darüber hinaus kann man dieses durch zusätzliche Bohrungen, Schächte, Bohrschächte oder Abteufungen weiter erschließen.
  • Lagerstätten, flüssiger Bitumina wird man, wie bisher üblich, zunächst durch Bohrungen anfahren und den vorhandenen Druck oder Pumpen zu Hilfe nehmen, um das Öl zutage zu fördern. Nach der primären Entölung solcher Lagerstätten wird man mittels. Sekundärverfahren die Entölung weitertreiben.
  • Sekundärverfahren, die zur Verbesserung dar Fluidität des Erdöls Wärmeenergie einsetzen: und sich dabei der beim atomaren Zerfall auftretenden Wärme bedienen, sind. bekannt; insoweit fallen. sie nicht in. den Rahmen der Erfindung.
  • Zur destillativen Entölung von Lagerstätten flüssiger Bitumina als vorbereitenden. Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beendigung der bekannten primären und sekundären Entölungsmethoden sind natürlich niedrigere Temperaturen erforderlich als bei der Behandlung fester Bitumina. Nach Abtreibung der umzersetzt flüchtigen. Kohlenwasserstoffe restieren hochmolekulare., bei normaler Temperatur mehr oder weniger feste Rückstände, welche die Poren des Lagergesteins mehr oder weniger ausfüllen.
  • Diese entölten Lagerstätten ebenso wie die Lagerstätten fester Bitumina werden nach der Erfindung der bei der Atomspaltung auftretenden Wärme unterworfen. Unter der Einwirkung der Wärme entgasen die Bitumina, und es tritt Verkokung ein. Wesentlich ist es, diesen Vorgang so zu leiten, daß nach der Entgasung die Rückstände in einem Zustand: erhalten werden, der den, Zutritt von Gasen während der Nachbehandlung gestattet. Die Geschwindigkeit der Wärmeeinwirkung hat sich, dabei nach der Eigenart der vorliegenden Bitumina zu richten. So, maß man beispielsweise gut backende Kohlen schnell erhitzen, um einen grobporigen, durchlässigen Koks entstehen zu lassen. Bei geringerer Backfähigkeit bzw. Verkokungsneigung des Bitumens maß die Geschwindigkeit des Erhitzens, wie bekannt, herabgesetzt werden, damit ein lockeres, feines Pulver anfällt. Rückstände aus flüssigem Bitumen wird man einer schnellen Erhitzung unterwerfen.
  • Im Falle der Bildung koksartiger Rückstände besitzen diese nach der Entgasung allerdings eine verschiedene Struktur. Der aus festem Bitumen wie Steinkohle anfallende-hoks besitzt ein Trägerskelett, das im wesentlichen aus K ,>hleizstoii besteht, während bei den koksartigen Rückständen aus flüssigem Bitumen die anorganischen Stoffe des Speichergesteins das Gerüst bilden.
  • Nacn Ablauf der Destillations- und/oder Schwelvorgänge ist das Lager so vorbehandelt, daß größtenteils Koks oder Halbkoks zurückbleibt. Durch dessen poröse Struktur ist gleichzeitig die Formation. weitgehend aufgeschlossen und der Vergasung mit Sauerstoff oder Sauerstoffträgern zugänglich. Man behandelt die nunmehr unter hoher Temperatur stehenden Bitumina.: mit Sauerstoff oder Sauerstoffträgern, indem man diese durch die Lagerstätten drückt oder saugt, und führt die Bitumina in energiereiche Gase über.
  • An Stelle der Behandlung mit Sauerstoff oder Sauerstoffträgern kann man die reifgemachten Lagerstätten auch der bekannten Wassergasreaktion unterwerfen. Man leitet dann Wasserdampf in die Formationen ein und dreckt den Wärmebedarf der Reaktion mit Hilfe der atomaren Zerfallsenergie.
  • Natürlich kann man auch beide Vorgänge kombinieren und die Vergasung mittels Sauerstoff bzw. . Sauerstoffträgern. oder m;it Wasserdampf in beliebiger Reihenfolge alternierend oder gleichzeitig vornehmen.
  • Es ist auch möglich, die bei der Atomspaltung frei werdende Wärmeenergie zu einem Hydr'ierungsvorgang zu verwenden. Zu diesem Zweck wird: in die Lagerstätte Wosserstoff unter ausreichendem Druck, gegebenenfalls zusammen: mit Hilfsgasen, wie Wasserdampf, eingepreßt. Durch überschüssigen Wasserstoff und/oder Wasserdampf werden die Reaktionsprodukte kontinuierlich entfernt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für große Teufen; in denen hohe Drücke mühelos aufgebaut werden können.
  • Vorteilhaft. kann man bei der Hydrierungsreaktion dem Wasserstoff bzw. Wasserstoffgemisch katalytisch wirkende Stoffe im gas- oder dampfförmiigen Zustand zugeben, z. B. flüchtige Verbindungen geeigneter Metalle, wie Zinnbetrachlorid u. dgl. Die gewonnenen flüssigen oder gasförmigen Produkte werden: durch Druck oder Absaugen. einer Weiterverarbeitung zugeführt.
  • Wie bereits erwähnt, fährt man zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens die Lagerstätten neu an oder bedient sich bereits vorhandener Bohrungen oder Schächte. Innerhalb oder im Umkreis der Reaktionsfläche verteilt man: eine Anzahl kleinerer Energiepakete so, daß sich. ein gleichbleibender Wärmefluß durch. die Lagerstätte ausbilden kann. Man vermeidet dadürch die Erscheinung der Rückkondensation und erzielt porösen Koks. Man kann aber euch durchaus in geeigneten Fällen größere Energiequellen zentral anordnen, von deinem die Wärmeenergie, nach den jeweiligen Temperaturerfordernissen gesteuert, radial und peripherisch sich ausbreitet.
  • Wendet man die Atomenergie in der beschriebenen Weise an, so sind. Neutronenbremsen und Neutronen abfangende Mittel gegebenenfalls notwendig.
  • Bei Verwendung unterkritischer Massen spaJtbaren Materials bedient man sich Neutronenspendern., wie z. B. der Beiyllium-Radium-Gemische, um den Zerfall aufrechtzuerhalten, wo- bei eine zusätzliche Steuerung ebenfalls durch Neutronen bremsende oder abfangende Mittel erfolgen kann.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i.
  2. Verfahren zum restlosen oder weitgehenden Hereinbringen bituminöser Lagerstätten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Lagerstätten durch zweckentsprechend gesteuerten Einsatz atomarer Zerfallsenergie teilweise oder ganz entgast, somit porös gemacht und anschließend die derartig für die nachfolgenden Prozesse reifgemachten Lagerstätten entweder unter weiterer Zuführung atomarer Zerfallsenergie mit zusätzlichem Wasserstoff bei erhöhtem Druck hydriert oder unter Abschaltung der Energiezufuhr mit Sauerstoffträgern und/oder Wasserdampf in an sich bekannter Weise vergast werden. a. Verfahren. nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß gas- oder dampfförmige Katalysatoren verwendet werden.
  3. 3. Verfahren, nach Anspruch i und; z, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb oder im: Umkreis der Reaktionsfläche eines Anzahl kleinerer Energiepakete, gegebenenfalls mit zusätzlichen Neutronenquellen, in Reaktion gehalten wird, wobei, auch Neutronen absorbierende Mittel verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Beihefte zum Geologischen Jahrbuch, Heft 4 (1952), S.228; deutsche Patentschrift Nr. 804 o22; »Glückauf«, 1949, 873; »Underground Garification of Coal«, Mining Congress, J. 35 (I949), S. 36/38; »Erkenntnisse aus der in den Vereinigten Staaten von Amerika durchgeführten Flözvergasung« in Glückauf (r948), 8r/87, S. Sri bis 520; Aufsatz von Rühl in den Beiheften zum Geologischen Jahrbuch, Heft 4, 1952, S. 228.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE804022C (de) * 1949-10-29 1951-04-16 Hermann Bruch Verfahren zur Verwertung von Steinkohle-, Braunkohle-, Torf-, OEl- u. dgl. Lagerstaetten durch Ent- und Vergasung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE804022C (de) * 1949-10-29 1951-04-16 Hermann Bruch Verfahren zur Verwertung von Steinkohle-, Braunkohle-, Torf-, OEl- u. dgl. Lagerstaetten durch Ent- und Vergasung

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