DE1216817B - Method and device for conveying liquid bitumen from underground storage areas - Google Patents
Method and device for conveying liquid bitumen from underground storage areasInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von flüssiger Bitumina aus untertägigen Lagerstätten In Patent 1199 718 wird ein Verfahren zum Fördern von flüssiger Bitumina aus untertägigen Lagerstätten beschrieben, bei dem durch Erwärmung und Behandlung des Lagerstätteninhaltes, d. h. des Erdöles und des Lagerstättenwassers, die Bedingungen für eine weitgehende und rasche Ausförderung des Öles geschaffen werden. Da die Minderung der Ausbeute einer Lagerstätte immer an der 01-Wasser-Kontaktzone eintritt, wird bei dem Verfahren eine Verbesserung des Fließverhaltens des Lagerstätteninhaltes durch Änderung der Viskiostät und der Oberflächen- bzw. Grenzflächenspannung mit der Beeinflussung der Öl-Wasser-Kontaktzone abgestimmt.Method and device for conveying liquid bitumens from underground deposits In patent 1199 718 a method for conveying liquid bitumens from underground deposits is described, in which by heating and treating the deposit content, i. H. of the oil and the reservoir water, the conditions for extensive and rapid extraction of the oil are created. Since the reduction in the yield of a deposit always occurs at the oil-water contact zone, the method is used to improve the flow behavior of the deposit by changing the viscosity and the surface or interfacial tension with the influence of the oil-water contact zone.
Dieses ältere Verfahren hat zum Gegenstand die Behandlung eines Lagerstättenfeldes im Bereich der Öl-Wasser-Kontaktzone durch Verteilung von Einwirkmitteln, worunter Wärme und bestimmte Stoffe verstanden werden sollen mittels einer zirkulierenden Bewegung, die in einem Winkel von 45 bis 90' zu der durch das Druckgefälle von den Flutbohrungen zu den Förderbohrungen sich ergebende Fließrichtung durchgeführt wird. Es wird damit eine volle flächenhafte Überdeckung der Lagerstätte, also nicht nur eine auf einzelne Fließwege beschränkte Erwärmung und Behandlung des Lagerstätteninhaltes erreicht. Die Behandlung mit den Einwirkmitteln erfolgt in einer Behandlungszone; sie wird nur im begrenzten Bereich der wandernden 01-Wasser-Kontaktzone durchgeführt zwischen Bohrungen, die in bestimmter Weise zwischen Flutbohrungen mit hohem Druckniveau und Förderbohrungen mit niedrigem Druckniveau angeordnet sind. Als Trägermedium für die zuzuführende Wärme und die Zusatzstoffe dient Lagerstätteninhalt, der in einer Behandlungsbohrung über oder unter Tage durch eine beliebige Wärmequelle erwärmt wird und dem als weitere Einwirkmittel an sich bekannte feste, flüssige oder gasförmige Stoffe zugegeben werden, die in Art und Menge auf das zirkulierende Öl oder Wasser abgestimmt sind.The object of this older method is the treatment of a reservoir field in the area of the oil-water contact zone by distributing agents, which should be understood to mean heat and certain substances, by means of a circulating movement that is at an angle of 45 to 90 ' to that caused by the pressure gradient from the flood wells to the production wells resulting flow direction is carried out. This achieves a full area coverage of the deposit, i.e. not just a heating and treatment of the deposit limited to individual flow paths. The treatment with the agents takes place in a treatment zone; it is carried out only in the limited area of the migrating oil-water contact zone between boreholes which are arranged in a certain way between flood boreholes with a high pressure level and production boreholes with a low pressure level. The storage medium serves as the carrier medium for the heat to be supplied and the additives circulating oil or water are matched.
Die Zuführung der Einwirkmittel: Wärme und Zusatzstoffe erfolgt demnach getrennt voneinander, wobei die Wärme auf den als Wärmeträger dienenden Lagerstätteninhalt indirekt in einem Wärmeaustauscher übertragen wird.The supply of the agents: heat and additives take place accordingly separated from each other, the heat being applied to the storage facility content serving as a heat transfer medium is transferred indirectly in a heat exchanger.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, daß der über Tage gebrachte Lagerstätteninhalt um 50 bis 125'C erwärmt wird durch Zumischen von heißen Verbreiinungsgasen und eventuell von leichten gasförmigen Kohlenwasserstoffen sowie Wasserdampf in solchen Mengen, die im Lagerstätteninhalt unter Lagerstättenbedingungen ohne Bildung einer Gasphase einlösbar bzw. kondensierbar sind. Während in dem Verfahren nach der älteren Erfindung die Erwärmung des Wärmeträgermediums durch indirekten Wärmeaustausch erfolgt, wird nun der Lagerstätteninhalt über Tage direkt erwärmt durch Zumischen von modifizierten Verbrennungsgasen und weiteren Stoffen, die alle der direkten Wärmezufuhr dienen und darüber hinaus gleichzeitig auch chemische bzw. physikalische Einwirkmittel darstellen. Als besonderes Merkmal ist diesen Stoffen gemeinsam, daß sie in der Lagerstätte nach Abgahe ihrer Wärme ausschließlich in gelöster Form oder als flüssiges Kondensat, also nur in flüssigen Phasen vorliegen.According to the invention, it is now proposed that the contents of the deposit be heated by 50 to 125 ° C by adding hot diffusion gases and possibly light gaseous hydrocarbons and water vapor in amounts that can be dissolved or condensed in the deposit under conditions of the deposit without the formation of a gas phase . While in the process according to the older invention the heating of the heat transfer medium takes place through indirect heat exchange, the storage facility is now directly heated over days by adding modified combustion gases and other substances, all of which serve to directly supply heat and also chemical or physical agents at the same time represent. A special feature of these substances is that they are only present in the deposit in dissolved form or as liquid condensate, i.e. only in liquid phases, after their heat has been released.
Wie bekannt, werden Gase in Erdöllagerstätten unter Druck eingepreßt, sie dienen strukturhoch eingebracht zur Druckerhaltung bzw. zur Druckerhöhung und strukturtief injiziert als Verdränungsmittel zur Durchführung des als »Gasdrive« bezeichneten Verfahrens. Als Druckgas dienen Erdgas, Luft, Rauchgas u. dgl. Die naheliegende Verwendung von der Lagerstätte entstammenden Erdgas oder Erdölgas scheitert oft an den benötigten Quantitäten. Es enthält obendrein in der Hauptsache Methan, das im 01 in größeren Mengen schwer einlösbar ist und dementsprechend leicht zur Bildung von Gasbläschen führt. Die Verwendung von Luft hat den Nachteil, daß höhere Kohlenwasserstoffe des Erdöles oxydiert werden, wodurch die Viskosität des Öles erhöht und der Viskositätsunterschied zum Lagerstättenwasser vergrößert wird.As is known, gases are injected into oil reservoirs under pressure, they are introduced structurally high to maintain or increase pressure and injected structurally deep as a displacer to carry out the process known as "gas drive". Natural gas, air, flue gas and the like are used as compressed gas. It contains on top of that mainly methane, which is difficult redeemable at 01 in larger quantities and therefore easily leads to the formation of gas bubbles. The use of air has the disadvantage that higher hydrocarbons in the petroleum are oxidized, which increases the viscosity of the oil and increases the difference in viscosity with respect to the reservoir water.
Auch Rauchgase enthalten störende Sauerstoffanteile, die in konventionellen Heizanlagen bei der Verbrennung mit einem Luftübdrschuß von 10 bis 30 0/0 anfallen. Nicht minder störend wirkt der hohe Stickstoffgehalt, da Stickstoff sich nur in kleinen Mengen im Lagerstätteninhalt einlösen läßt. Seine Löslichkeit in Öl oder Wasser ist etwa 70mal kleiner als die von Kohlensäure. Gase, die in Öl nicht einlösbar sind, verteilen sich in diesem als feine Gasblasen, die ebenso wie die bei einer Gasentlösung gebildeten Gasblasen zu einer Erhöhung des Fließwiderstandes führen. Diese Erhöhung des Fließwiderstandes durch Gasentlösung ist als Jamin-Effekt bekannt.Flue gases also contain disruptive amounts of oxygen, which occur in conventional heating systems during combustion with an excess of air of 10 to 30 0/0 . The high nitrogen content is no less disruptive, as nitrogen can only be dissolved in the reservoir in small quantities. Its solubility in oil or water is about 70 times less than that of carbonic acid. Gases that can not be redeemed in oil are distributed in the oil as fine gas bubbles which, like the gas bubbles formed during gas release, lead to an increase in the flow resistance. This increase in flow resistance due to gas release is known as the Jamin effect.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene spezielle Verbrennungsgas enthält keinen Sauerstoff, wenig Stickstoff, aber CO, in angereicherten Mengen. Es besitzt eine hohe Löslichkeit im Erdöl und setzt nicht nur die Viskosität des Oles herab, sondern verändert auch dessen Oberflächen- und Grenzflächenspannung im vorteilhaften Sinne. Das Verbrennungsgas wird in einer besonderen Verbrennungsvorrichtung gewonnen, die kombiniert ist mit einer Mischvorrichtung, die zur weiteren Anreicherung des Verbrennungsgases mit lösungsbegünstigenden Komponenten, wie Kohlenwasserstoffdämpfen, eingerichtet ist und auch zur intensiven Verteilung dieser Einwirkmittel im Wärmeträgermedium dient. Je nach Art und Zustand der Lagerstätte, in die es eingebracht werden soll, kann die Zusammensetzung des Gasgemisches bzw. seine Anwendung variiert werden in dem Sinne, daß dem Viel C02 enthaltendem Verbrennungsgas Wasserdampf und leichte Kohlenwasserstoffe zugegeben werden oder nur Wasserdampf allein. Es kann auch vorteilhaft sein, die Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form in die Lagerstätte einzubringen und anschließend das Verbrennungsgas nachfolgen zu lassen.The special combustion gas proposed according to the invention contains no oxygen, little nitrogen, but CO in enriched amounts. It has a high solubility in petroleum and not only reduces the viscosity of the oil, but also changes its surface and interfacial tension in an advantageous sense. The combustion gas is obtained in a special combustion device, which is combined with a mixing device which is set up to further enrich the combustion gas with components that promote the dissolution, such as hydrocarbon vapors, and which also serves to intensively distribute these agents in the heat transfer medium. Depending on the type and condition of the deposit, in which it is to be introduced, the composition of the gas mixture and its use can be varied in the sense that the multi-C02 containing combustion gas, water vapor and light hydrocarbons are added or only water vapor alone. It can also be advantageous to introduce the hydrocarbons into the deposit in liquid form and then to allow the combustion gas to follow suit.
In der Figur ist eine beispielsweise Vorrichtung dargestellt zur Erzeugung eines Verbrennungsgases unter gleichzeitiger Vermischung mit weiteren Komponenten, mit denen es ein homogenes Gemisch bildet, und zur Verteilung dieses Gemisches in Form feiner Bläschen in einem Lagerstättenmedium. Die Vorrichtung besteht aus einer Brennkammer 5, der unter 10 bis 20 atü Druck durch Leitung 1 gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe und durch Leitung 2 auf 80 bis 95 0/, 02-Gehalt angereicherte Sauerstoffträger zugeführt werden. Die Verbrennung erfolgt im Brenner 3. Das als Produkt der Verbrennung gebildete Gas besitzt eine höhere Wärmeenergie, als in der nachfolgenden Verfahrensstufe, der Verdampfung leichter Kohlenwasserstoffe und deren Vermischung mit dem Verbrennungsgas, erforderlich bzw. günstig ist. Es ist daher die Brennkammer 5 von einem Dampfkessel 4 umgeben, in dem ein Teil der Wärmeenergie im Hochdruckdampf von 55 bis 75 atü bei 475 bis 525'C Dampfüberhitzung umgewandelt werden kann. Der abzuführende Teil der Wärmeenergie ist abhängig von Menge und Zusammensetzung der zu verdampfenden leichten Kohlenwasserstoffe. Dem Dampfkessel wird durch Leitung 20 Speisewasser zugeführt und durch Leitung 19 der erzeugte Wasserdampf entnommen. The figure shows an example of a device for generating a combustion gas while simultaneously mixing it with other components with which it forms a homogeneous mixture, and for distributing this mixture in the form of fine bubbles in a deposit medium. The device consists of a combustion chamber 5 to which gaseous or liquid hydrocarbons are fed under 10 to 20 atmospheric pressure through line 1 and oxygen carriers enriched to 80 to 95.0 / .02 content through line 2. The combustion takes place in the burner 3. The gas formed as a product of the combustion has a higher thermal energy than is necessary or favorable in the subsequent process stage, the evaporation of light hydrocarbons and their mixing with the combustion gas. The combustion chamber 5 is therefore surrounded by a steam boiler 4, in which part of the thermal energy in high-pressure steam can be converted from 55 to 75 atmospheres at 475 to 525 ° C. steam overheating. The part of the thermal energy to be dissipated depends on the amount and composition of the light hydrocarbons to be evaporated. Feed water is fed to the steam boiler through line 20 and the water vapor generated is removed through line 19.
Über Leitung 7 mit Verteiler-6 werden flüssige leichte Kohlenwasserstoffe in die Brennkammer geleitet, verdampft und mit dem Gas homogen vermischt. Das Verbrennungsgas hat an dieser Stelle eine Temperatur, welche die Verdampfung der Kohlenwasserstoffe C, bis C, bei dem herrschenden Druck ermöglicht, ohne aber Krackung zu verursachen. Falls eine stärkere Abkühlung in der Verdampfungszone notwendig ist, kann schon hier ein Teil des zu behandelnden flüssigen Wärmeträgermediums durch eine in der Figur nicht gezeigte Verbindung aus Leitung- 15 zugeführt werden.Liquid light hydrocarbons are fed into the combustion chamber via line 7 with distributor 6, evaporated and mixed homogeneously with the gas. At this point, the combustion gas has a temperature which enables the evaporation of the hydrocarbons C, to C, at the prevailing pressure, but without causing cracking. If stronger cooling is necessary in the evaporation zone, a part of the liquid heat transfer medium to be treated can be fed in from line 15 through a connection not shown in the figure.
Durch die Vermischung mit den leichten Kohlenwasserstoffen wird ein
Verbrennungsgas der in der Tabelle angegebenen Zusammensetzung erhalten. Je nach
Betriebsdruck und -Temperatur, der Art des Lagerstätteninhaltes und des darauf abgestimmten
Gewichtsverhältnisses des Verbrennungsgases zum eingesetzten Wärmeträgermedium kann
diese Zusammensetzung in den angegebenen Toleranzgrenzen schwanken. Die Volumenangaben
der Spalte 2 enthalten bereits teilweise Mengenanteile aus den angegebenen Toleranzen.
Das Verbrennungsgas wird durch den Verdichter 8 auf einen Druck von 40 bis 75 atü verdichtet und in den Mischraum 9 gedrückt. Durch Leitung 15 wird dem Raum 9 das Wärmeträgermedium zugeführt. Das Gas löst sich darin, wobei es seine Wärme überträgt. Um die beiden Phasen intensiv in Berührung zu bringen, wird der Strom des Wärmeträgermediums an der Eintrittsstelle in den Mischraum durch die Lochscheibe 14 aufgeteilt und das Verbrennungsgas über eine Verteilerscheibe 10 mit einer Anordnung von Lochreihen und Lochringen 18 zugeleitet. Vor der Verteilerscheibe 10 rotiert ein Flügelkreuz 11, das vom Motor 13 über Welle 12 angetrieben wird. Es werden damit z. B. bei einer Umdrehung etwa 600 Löcher einmal abgedeckt, wodurch das Gas in Form feiner Bläschen im Wärmeträgermedium verteilt wird. Das Wärmeträgermedium wird hierbei um 50 bis 1250C über die Eintrittstemperatur erwärmt. Falls erforderlich, kann eine weitere Erwärmung durch Zumischung von Hochdruckdampf aus dem Dampfkessel, 4 über Leitung 17 erfolgen. Das mit Verbrennungsgas beladene und aufgeheizte Warmetragermedium wird über Leitung 16 einer Behandlungsbohrung und durch diese der Lagerstätte zugeführt. Das folgende Beispiel soll Herstellung, Zusammensetzung und Einsatz eines Verbrennungsgases zahlenmäßig näher erläutern.The combustion gas is compressed by the compressor 8 to a pressure of 40 to 75 atmospheres and pressed into the mixing chamber 9. The heat transfer medium is fed through line 15 to space 9. The gas dissolves in it, transferring its heat. In order to bring the two phases into close contact, the flow of the heat transfer medium at the point of entry into the mixing chamber is divided by the perforated disk 14 and the combustion gas is fed in via a distributor disk 10 with an arrangement of rows of perforations and perforated rings 18. In front of the distributor disc 10 , a cross vane 11 rotates, which is driven by the motor 13 via the shaft 12. There are thus z. B. covered about 600 holes once per revolution, whereby the gas is distributed in the form of fine bubbles in the heat transfer medium. The heat transfer medium is heated by 50 to 1250C above the inlet temperature. If necessary, further heating can be carried out by adding high-pressure steam from the steam boiler 4 via line 17 . The heated heat transfer medium loaded with combustion gas is fed via line 16 to a treatment bore and through this to the deposit. The following example is intended to explain the production, composition and use of a combustion gas in greater detail.
Beispiel 700 m-3/h Erdgas mit einem Ho von 11150 kcal/Nm3 werden mit 1740 m3/h 90 0/" angereichertem Sauerstoff im Stickstoff bei 15 atü Druck im Feuerraum eines Dampfkessels verbrannt und ergeben dabei 7,8 - 1013 keal/h Wärme. Davon werden im Dampfkessel nach Abzug von 10 ')/0 Verlusten 4,88 - 1011 kcal/h in Dampf von 65 atü bei 525'C Überhitzung verwandelt. Wird das Speisewasser mit 65'C in den Dampfkessel eingebracht, so können aus dem Dampf je Stunde etwa 2150 kWh Strom erzeugt werden. Die restlichen Wärmemengen von 2,38 - lO', kcal/h werden zum Anwärmen von 42,0 t Erdöl je Stunde um 95'C einschließlich von Wärmeverlusten ausgentutzt. Die Erwärmung des Erdöles erfolgt durch das Einlösen des stickstoff- und sauerstoffarmen Verbrennungsgases in das Erdöl unter einem Druck von 65 atü. Durch das Auffüllen des Verbrennungsgases mit 950 kg leichten Kohlenwasserstoffen fallen in diesem Verbrennungsgas je Stunde 1510 kg CO" 1300 kg H,0, 5 kg 0" 176 kg N" 101 kg CH" 134 kg C,1-1" 115 kg C,H" 128 kg CH", 134 kg C,H", 287 kg C,H" und 51 kg C,Hl, an. Bezogen auf Kubikmeter Erdöl, das angewärmt werden soll, werden damit durch den Bläschenverteiler 31,5 kg CO" 27,7 kg 11,0, 0,103 kg 02, 3,67 kg N, und 19,8 kg Cl+ in das Erdöl eingelöst. Hierbei gehen dann aus den 31,5 kg CO, noch 2,8 kg C02 in die 27,7 kg 11,0 Tröpfchen. In der Lagerstätte sind bei Drücken von über 65 atü alle Stoffe ohne Gasblasen eingelöst.Example 700 m3 / h natural gas with a kcal of Ho 11150 / Nm3 to 1740 m3 / h 90 0 / "enriched oxygen in nitrogen at 15 atmospheres pressure burned in a boiler combustion chamber and thereby produce 7.8 to 1013 keal / h . of these, heat in the boiler after deduction of 10 ') / 0 4.88 losses -. / h transformed into vapor of 65 atm at 525'C overheating 1011 kcal If the feed water introduced at 65 ° C. in the boiler, so can be prepared from The steam generates around 2150 kWh of electricity per hour. The remaining amounts of heat of 2.38 - 10 ', kcal / h are used to heat 42.0 t of crude oil per hour to 95 ° C including heat losses by dissolving the combustion gas, which is low in nitrogen and oxygen, in the petroleum under a pressure of 65 atm. By filling the combustion gas with 950 kg of light hydrocarbons, this combustion gas contains 1510 kg of CO "1,300 kg of H, 0.5 kg of 0" 176 per hour kg N "101 kg CH" 134 kg C, 1-1 " 115 kg C, H " 128 kg CH", 134 kg C, H ", 287 kg C, H" and 51 kg C, Hl. In relation to cubic meters of crude oil that is to be heated, 31.5 kg of CO ", 27.7 kg of 11.0, 0.103 kg of O2, 3.67 kg of N, and 19.8 kg of Cl + are redeemed into the crude oil through the bubble distributor. Here, from the 31.5 kg of CO, another 2.8 kg of CO 2 go into the 27.7 kg of 11.0 droplets. In the storage facility, all substances are dissolved without gas bubbles at pressures above 65 atmospheres.
Der völlige Salzmangel in den Wassertröpfchen des kondensierenden Wasserdampfes aus dem Verbrennungswasser des Gases bewirkt im salzigen Lagerstättenwasser des Erdöles eine Herabsetzung des Salzgehaltes in der emulgierten Ölphase, so daß eventuell eine Entsalzungsanlage nicht erforderlich ist. Wenn im Lagerstättengestein quellfähige Tone vorliegen, kann es bisweilen aber auch notwendig werden, dem Wasser des Wärmeträgermediums Salze zuzugeben.The complete lack of salt in the water droplets of the condensing Water vapor from the combustion water causes the gas in the salty reservoir water of the petroleum a reduction in the salt content in the emulsified oil phase, so that a desalination plant may not be required. If in the reservoir rock Swellable clays are present, but it can sometimes be necessary to add the water of the heat transfer medium to add salts.
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