DE3116617A1

DE3116617A1 - "verfahren zur gewinnung von erdoel aus untertaegigen lagerstaetten"

Info

Publication number: DE3116617A1
Application number: DE19813116617
Authority: DE
Inventors: Robert Bailey 77459 Missouri City Tex. Alston
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE3116617C2; GB2077324B; GB2077324A; CA1151063A; US4299286A

Description

Müller, Schupfner & Gauger 3 Karlstraße Patentanwälte 2110 Buchholz / Nordheide

T-008 81 DE

D 77,14-9-F (3HP)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

WESTCHESTER AVENUE
WHITE PLAINS, N. Y. 10650

U. S. A.

Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten

130067/0771

Müller, Schupfner & Gauger /, 2110 Buchholz / Nordheide Patentanwälte T

T-008 81 DE

D 77,149-F (3HP)

Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten

Die Erfindung bezieht sich auf ein tertiäres Ölgewinnungsverfahren,insbesondere unter Einsatz eines kritischen Gemischs aus Kohlendioxid, Inertgas und mittleren Kohlenwasserstoffen für die schwerkraftstabilisierte Verdrängung von Erdöl unter Bedingungen bedingter Mischbarkeit aus einer ein Gefalle aufweisenden Lagerstätte.

Bei der Erdölgewinnung aus untertägigen Lagerstätten ist eines der heute mit Erfolg eingesetzten Verfahren das Mischphasen-Fluten, wobei in die Lagerstätte ein Lösungsmittel eingepreßt wird, um Erdöl zu lösen und seine wirksame Gewinnung aus der Lagerstätte zu erleichtern. Wenn das in die Lagerstätte eingepreßte Lösungsmittel mit dem Lagerstättenfluid bei Lagerstättenbedingungen unmittelbar bei Kontakt mit diesem Fluid eine Phase bilden kann, so wird dieser Zustand als sofortige Mischbarkeit bezeichnet.

■Mischphasen-Fluten ist für die Förderung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten ein sehr wirksames Gewinnungsverfahren.Durch Erzeugen eines Einphasensystems in der Lagerstätte werden die ein Rückhalten bewirkenden Kräfte Kapillarität und Grenzflächenspannung , die bei der Gewinnung

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mit Nicht-Mischphasen-Flutungsverfahren eine erhebliche Verminderung der Ausbeute zur Folge haben, beseitigt. Außerdem wird durch das Vermischen des eingepreßten Fluids mit dem Lagerstättenöl die Viskosität des Öls verringert, so daß das Erdöl mit besserem Wirkungsgrad durch die durchlässige Lagerstätte verdrängt werden kann.

Zwar sind bereits Kohlenwasserstoffe, z. B. paraffinische Kohlenwasserstoffe mit 2-6 C-Atomen, erfolgreich zum Mischphasen-Fluten eingesetzt worden, diese Materialien sind jedoch sehr teuer, und die Kosten eines Mischphasen-Flutungsverfahrens unter Einsatz einer beträchtlichen Menge an leichten Kohlenwasserstoffen sind extrem hoch. Kohlendioxid wird ebenfalls mit Erfolg als Ölgewinnungsmittel eingesetzt. Kohlendioxid ist ein besonders bevorzugtes Material, weil es in Öl hochlöslich ist und die Auflösung von Kohlendioxid in Öl eine Viskositätsverringerung des Öls und eine Steigerung des Ölvolumens bewirkt, wodurch der Gewinnungswirkungsgrad des Verfahrens verbessert wird. Kohlendioxid wird hin und wieder unter Bedingungen der Nichtmischbarkeit eingesetzt, und in manchen Lagerstätten ist es möglich, zwischen im wesentlichen reinem Kohlendioxid und dem Erdöl bei Lagerstättentemperatur und -druck einen Mischbarkeitszustand zu erreichen.

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Der neuere Stand der Technik anerkennt, daß Kohlendioxid als Gewinnungsmittel unter Bedingungen einsetzbar ist, bei denen unter Lagerstättenbedingungen nur eine bedingte Mischbarkeit zu erzielen ist. Die bedingte Mischbarkeit unterscheidet sich von der sofortigen Mischbarkeit dadurch, daß die Mischbarkeit zwischen dem eingepreßten Kohlendioxid und dem Lagerstättenöl erst einige Zeit nach dem ersten Kontakt zwischen dem Kohlendioxid und dem Lagerstättenöl erzielt wird, und zwar aufgrund einer Serie von Mehrphasen-Übergangszuständen, wobei das eingepreßte Fluid mittlere Kohlenwasserstoffanteile aus dem Lagerstättenöl verdampft, so daß ein Gemisch aus Kohlendioxid und mittleren Kohlenwasserstoffanteilen gebildet wird, wobei die Konzentration der mittleren Kohlenwasserstoffkomponenten über die Zeit ansteigt, während sich die Bank durch die Lagerstätte bewegt, bis an Ort und Stelle ein Zustand der Mischbarkeit infolge des Kontakts zwischen dem eingepreßten Fluid und dem Lagerstättenöl erreicht wird.

Wenn das in die Lagerstätte eingepreßte Fluid bei Lagerstättenbedingungen gasförmig ist, müssen die In^ektionsbedingungen sorgfältig kontrolliert werden, um eine wirksame Verdrängung zu erreichen, und zwar auch dann, wenn eine bedingte Mischbarkeit erreichbar ist. Dies betrifft die Tatsache, daß gasförmige Verdrängungsfluide normalerweise unter vielen in untertägigen Lagerstätten anzutreffenden Bedingungen unwirksame Verdrängungsmittel sind. Wenn

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die Lagerstätte selbst ein Gefalle hat, d. h. wenn der Winkel zwischen der Lagerstätte und der Horizontalen größer als 5 und bevorzugt größer als 10° ist, können stabile Bedingungen dann erreicht werden, wenn das gasförmige Fluid am höchsten Punkt des Gefälles eingepreßt wird, so daß das Erdöl in Abwärtsrichtung verdrängt wird, solange die lineare Geschwindigkeit der eingepreßten Lösungsmittelbank durch die Lagerstätte eine kritische Geschwindigkeit nicht übersteigt. Die kritische Geschwindigkeit ist der Lagerstättenpermeabilität, dem üichteunterschied zwischen dem Verdrängungs- und dem verdrängten Fluid und dem Neigungswinkel der Lagerstätte proportional und steht in umgekehrter Beziehung zu der Porosität des beweglichen Fluids und der Viskositätsdifferenz zwischen dem verdrängten und dem verdrängenden Fluid und wird daraus bestimmt. Da Kohlendioxid ein hochverdichtbares Gas ist, ist die Dichte von gasförmfgem Kohlendioxid unter vielen Lagerstättenbedingungen nahezu gleich der Dichte des flüssigen Lagerstättenöls, so daß die Dichtedifferenz sehr gering ist. Diese geringe Dichtedifferenz bedeutet, daß die zur Aufrechterhaltung einer stabilen Verdrängungsfront erforderliche kritische Geschwindigkeit sehr gering ist, und so muß die Fluidinjektionsrate auf einem Wert gehalten werden, der für eine wirtschaftliche Verfahrensführung unannehmbar ist. Der Stand der Technik lehrt zwar die Verdünnung von Kohlendioxid mit Inertgas zur Verringerung der Dichte des eingepreßten Fluids; aber durch die Zugabe von

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Inertgas zu Kohlendioxid wird die Mischbarkeit des Fluids verringert, und sie kann in kritischen Situationen zur Folge haben, daß das eingepreßte Fluid aus einem Zustand bedingter Mischbarkeit mit dem Lagerstättenöl in einen Zustand übergeht, in dem es nicht mehr bedingt mischbar ist,

Es ist also ersichtlich, daß ein erheblicher Bedarf für ein Ölgewinnungsverfahren unter Einsatz von Kohlendioxid unter Bedingungen bedingter Mischbarkeit besteht, wobei die bedingte Mischbarkeit aufrechterhalten- wird, nachdem die Dichtedifferenz so weit erhöht wurde, daß ein Fluten mit annehmbar hoher Geschwindigkeit möglich ist, wodurch eine wirtschaftlich vertretbare ölgewinnung sichergestellt wird.

In der US-PS 3 811 501 ist ein tertiäres Ölgewinnungsverfahren unter Einsatz eines bedingt mischbaren Gemischs aus Kohlendioxid und einem Inertgas angegeben.

Die US-PS 3 811 502 beschreibt ein tertiäres Ölgewinnungsverfahren unter Einsatz von im wesentlichen reinem Kohlendioxid unter Bedingungen, unter denen das Kohlendioxid mit dem Lagerstättenöl bedingt mischbar ist.

In der US-PS 3 811 503 ist ein Ölgewinnungsverfahren unter Einsatz von Kohlendioxid angegeben, wobei reines Kohlendioxid mit dem Lagerstättenöl bei Lager Stättentemperatur und

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-druck nicht bedingt mischbar ist und mit dem Kohlendioxid eine ausreichende Menge an mittleren Kohlenwasserstoffen vermischt wird, so daß das eingepreßte Gemisch mit dem Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck bedingt mischbar ist.

In der US-PS 3 84-1 406 ist ein Ölgewinnurigsverfahren angegeben, bei dem zuerst ein Gas-Slug begrenzter Löslichkeit in die Lagerstätte eingepreßt wird, um den Lagerstättendruck zu erhöhen, wonach ein Kohlendioxidslug eingepreßt wird. Indem zuerst der Lagerstättendruck erhöht wird, kann zwischen dem Kohlendioxid und dem Lagerstättenöl eine bedingte Mischbarkeit erreicht werden.

Die US-PS 3 841 403 gibt ein tertiäres Olgewinnungsverfahren an, bei dem in eine Lagerstätte ein Schwachgas eingepreßt wird zur Bildung einer Mischphasen-Übergangszone mit asphaltenfreien Bestandteilen des Öls, wonach in die Lagerstätte ein Verdrängungsfluid eingepreßt wird.

In der US-PS 4 136 738 ist ein tertiäres Olgewinnungsverfahren angegeben, bei dem zuerst mit hoher Geschwindigkeit oberhalb der kritischen Geschwindigkeit ein Kohlenwasserstoffslug eingepreßt wird, um ein wirksames Vermischen zwischen dem eingepreßten Fluid und dem Lagerstättenöl zu erreichen; anschließend wird Kohlendioxid mit geringer Geschwindigkeit eingepreßt, um ein wirksames Verdrängen des Gemischs aus dem ersten Slug und dem Lagerstättenöl zu erreichen. 130067/0771

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdölgewinnung aus einer untertägigen permeablen ölführenden Lagerstätte, in die wenigstens eine Injektionsbohrung und wenigstens eine Förderbohrung abgeteuft sind, bei dem durch die Injektionsbohrung in die Lagerstätte ein gasförmiges Verdrängungsmittel eingepreßt wird, das ein Gemisch aus Kohlendioxid, einem Inertgas und mittlerem Kohlenwasserstoff, z. B. Kohlenwasserstoff mit 2-6 C-Atomen, ist, wobei das Inertgas mit Kohlendioxid in ausreichender Menge vermischt ist, um ein Gemisch zu bilden, dessen Dichte in einem vorbestimmten Bereich liegt, so daß die kritische Geschwindigkeit des Verdrängungsverfahrens erhöht wird, und die zugesetzte Menge an mittlerem Kohlenwasserstoff ausreicht, um das gasförmige Gemisch mit dem Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck wenigstens bedingt mischbar zu machen. Das Inertgas ist dabei Methan, Äthan, Stickstoff, Erdgas, Rauchgas, Luft oder ein Gemisch dieser Gase.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Dreistoff-Mischungsdiagramm für ein

Kohlendioxid, Methan und Normalbutan umfassendes System zum Einsatz in einem Verfahren, bei dem Kohlendioxid mit Lagerstättenöl bei der Lagerstättentemperatur und dem Lagerstättendruck gerade bedingt mischbar ist;

Fig. 2 ein hypothetisches Dreistoff-Mischungsdiagramm für Kohlendioxid, Inertgas und mittlere Kohlenwasserstoffe für ein System, bei dem ein Gemisch aus Kohlendioxid und einer geringen Inertgasmenge bei der Temperatur und dem Druck der Lagerstätte gerade bedingt mischbar ist; und

Fig. 3 ein hypothetisches Dreistoff-Mischungsdiagramm für Inertgas, mittlere Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid für ein System, bei dem Kohlendioxid für sich mit dem Lagerstättenöl nicht bedingt mischbar ist, jedoch durch Zumischen einer geringen Menge von mittleren Kohlenwasserstoffen mischbar gemacht wird.

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Die vorliegende Erfindung ist ganz allgemein ein Verfahren zur erhöhten Gewinnung von Erdöl unter Bedingungen bedingter Mischbarkeit, das in einer ein Gefalle aufweisenden Lagerstätte unter Bedingungen anwendbar ist, die die Erzielung bedingter Mischbarkeit erlauben, und das die Aufrechterhaltung des Vorteils einer schwerkraft-stabilisierten Gasverdrängung erlaubt, wobei gleichzeitig das Verfahren mit relativ hoher Injektionsgeschwindigkeit durchführbar ist.

Die Erfindung liegt in der Feststellung, daß es möglich ist, ein System, mit dem bei der Temperatur und dem Druck in der Lagerstätte eine bedingte Mischbarkeit zwischen Kohlendioxid und dem Lagerstättenöl gerade erzielbar ist, zu modifizieren, indem entweder reines Kohlendioxid oder mit geringen Mengen von Inertgas oder mittleren Kohlenwasserstoffen vermischtes Kohlendioxid eingesetzt wird, wobei die Dichte des Kohlendioxid-Verdrängungsmittels verringert wird, um die kritische Geschwindigkeit zu steigern, wie noch erläutert wird. Die Zugabe von Inertgas zur Verringerung der Dichte bewirkt, daß das Kohlendioxidgemisch aufhört, mit dem Lagerstättenöl bedingt mischbar zu sein. Es können dann genügend mittlere Kohlenwasserstoffe wie Butan dem Gemisch zugesetzt werden, wodurch die Mischbarkeit erhöht und gleich- · zeitig die erwünschte niedrigere Dichte des Gasgemischs aufrechterhalten wird.

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-V-

Der hier verwendete Ausdruck bedingte Mischbarkeit unterscheidet sich von sofortiger Mischbarkeit, die häufig auch einfach als Mischbarkeit bezeichnet wird, dadurch, daß die bedingte Mischbarkeit erreicht wird, nachdem in der Lagerstätte eine Serie von Mehrphasen-Übergangsbedingungen erreicht wurde, wobei das eingepreßte Gasgemisch mittlere Kohlenwasserstoffanteile aus dem Lagerstättenöl verdampft, so daß mischbare Übergangszonen mit ständig steigender Konzentration an mittleren Kohlenwasserstoffanteilen gebildet werden, bis ein Zustand echter Mischbarkeit erreicht ist, der daraus resultiert, daß die Konzentration der mittlerenKohlenwasserstoffe auf einen Punkt erhöht wurde, an dem bei der Temperatur und dem Druck der Lagerstätte eine Mischbarkeit erreichbar ist. Eine bedingte Mischbarkeit kann unter bestimmten Bedingungen durch den Einsatz von nur Kohlendioxid erreicht werden, oder sie kann in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Druck und den Eigenschaften des Lagerstättenöls unter Einsatz eines Gemischs von Kohlendioxid und einer geringen Inertgasmenge, z. B. Methan oder Stickstoff, erreicht werden. In anderen Lagerstätten ist reines Kohlendioxid mit dem Öl unter Lagerstättenbedingungen nicht bedingt mischbar, und es ist somit erforderlich, eine geringe Menge von mittleren Kohlenwasserstoffen, z. B. Flüssiggas, mit Kohlendioxid zu vermischen, um einen Zustand bedingter Mischbarkeit zu erreichen.

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If -χ-

Im Rahmen der vorliegenden Erläuterung wird unter Inertgas ein Gas verstanden, dessen Löslichkeit in Lagerstättenöl geringer als die Löslichkeit von Kohlendioxid bei der Temperatur und dem Druck der Lagerstätte ist. Hierfür sind Methan, Äthan, Erdgas, Separatorgas, Rauchgas, Stickstoff, Luft oder Gemische dieser Gase, bevorzugt Methan, einsetzbar. Wenn Inertgas mit Kohlendioxid vermischt wird, hat dies mehrere Folgen. Die Dichte des Gasgemischs wird verringert, da die Dichte von Inertgas erheblich geringer als diejenige von Kohlendioxid bei den normalerweise in untertägigen Lagerstätten während der Gasverdrängung herrschenden Drücken ist, und zwar wegen der ungewöhnlichen Kompressibilität von Kohlendioxid. Auch werden die Kosten für das Fluid stark verringert, da Kohlendioxid teurer als jedes der vorgenannten Inertgase ist. Da jedoch die Inertgase in Öl geringer löslich sind als Kohlendioxid, ist das Gemisch aus Inertgas und Kohlendioxid mit Erdöl schwächer mischbar als reines Kohlendioxid. Wenn Kohlendioxid mit Erdöl bei Drücken unterhalb des Lagerstättendrucks bei Lagerstättentemperatur bedingt mischbar ist, können Inertgas-Kohlendioxid-Gemische angesetzt werden, die immer noch bei der Lagerstättentemperatur mit dem Lagerstättenöl bedingt mischbar sind. Wenn Kohlendioxid bei Lagerstättentemperatur und -druck bedingt mischbar ist, jedoch bei nur gering unter dem Lagerstättendruck liegenden Drücken nichtmischbar wird, so hat die Zugabe einer nur geringen Inertgasmenge zu Kohlendioxid ein

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/r

Gemisch zur Folge, das mit dem Lager Stättenerdöl bei Lagerstattentemperatur und -druck nicht bedingt mischbar ist. Wenn Kohlendioxid mit Lagerstättenöl bei Lagerstättontemperatur und -druck nicht bedingt mischbar ist, ist auch ein Gemisch aus einer nur geringen Inertgasmenge und Kohlendioxid mit Lagerstättenöl bei Lagerstattentemperatur und -druck nicht mischbar.

Im Rahmen dieser Erläuterung wird unter mittleren Kohlenwasserstoffen jeder Kohlenwasserstoff verstanden, dessen Molekulargewicht zwischen demjenigen des Lagerstättenöls und entweder Kohlendioxid oder dem Inertgas liegt. Bevorzugte mittlere Kohlenwasserstoffe sind solche mit 2-6, bevorzugt 3-5 Kohlenstoffatomen einschließlich Gemische solcher Kohlenwasserstoffe. Auch handelsübliche Gemische wie Flüssiggas sind einsetzbar. Paraffinische oder aromatische Kohlenwasserstoffe sind ebenfalls mit Erfolg einsetzbar, wobei jedoch wegen der wesentlich niedrigeren Kosten paraffinische Kohlenwasserstoffe bevorzugt werden..

Bei jedem tertiären Ölgewinnungsverfahren durch Fluten mit einem gasförmigen Ölverdrängungsfluid tritt das schwerwiegende Problem des viskosen Durchfingerns auf, d. h. das weniger viskose gasförmige Verdrängungsfluid dringt in unregelmäßiger Weise in das Erdöl ein, so daß praktisch Lösungsmittelfinger gebildet werden, die die Erdölbank durchsetzen. Es ist möglich, ein Gasverdrängungsverfahren in einem ein Gefälle

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aufweisenden Reservoir durchzuführen, insbesondere, wenn der Neigungswinkel relativ groß, z. B. größer als 5° und bevorzugt größer als 10°, ist, so daß eine Stabilisierung der Grenzfläche zwischen dem eingepreßten Fluid und dem Lagerstättenöl durch Schwerkraft erreicht wird. Für jede bestimmte Gruppe von Bedingungen gibt es eine kritische Geschwindigkeit, unterhalb welcher eine Abwärtsverdrängung von Erdöl mit einem gasförmigen Ölverdrängungsmittel durch Schwerkraft stabilisiert wird. Diese kritische Geschwindigkeit ist durch die folgende Gleichung gegeben:

υ - 2,741 kAp slnO c " φ Au

mit V = kritische Geschwindigkeit (Fuß/Tag), k = Permeabilität (D),
φ = Porosität des beweglichen Fluids

(φ [l,0 - S_WR - S_QR1), dimensionslos, Ap= Dichtedifferenz zwischen örtlicher Flüssigkeit

(Öl) und Verdrängungsfluid (C0_) (g/cm ), An = Viskositätsdifferenz zwischen örtlicher Flüssigkeit (Öl)und Verdrängungsfluid (CO₂) (mPa»s)

Unter vielen Bedingungen ist das eingepreßte Kohlendioxid (oder ein Gemisch aus Kohlendioxid und entweder Inertgas oder mittleren Kohlenwasserstoffen in Abhängigkeit von dem minimalen Druck, bei dem Kohlendioxid unter Lagerstättenbedingungen mischbar ist) mit dem örtlichen Rohöl be-

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dingt mischbar. Da Kohlendioxid ein hochkompressibles Gas ist, liegt die Dichte von Kohlendioxid bei relativ höheren Drücken und normalen Lagerstättentemperaturen sehr nahe an der Dichte des in der Lagerstätte vorhandenen Erdöls. 3e näher die Dichtewerte beieinander liegen, desto niedriger ist der Wert von ^p in der obigen Gleichung für die kritische Geschwindigkeit. Wenn also die Dichte von Kohlendioxid sehr nahe bei der Dichte des Lagerstättenöls liegt, ist Ap niedrig, und somit ist die kritische Geschwindigkeit zu niedrig für den praktischen Einsatz in einem Feldprojekt. Obwohl Kohlendioxid mit Erdöl bei Lagerstättenbedingungen bedingt mischbar sein kann, resultiert die Injektion von Kohlendioxid in einem Verdrängungsverfahren, in dem die lineare Geschwindigkeit, mit der der Kohlendioxidslug sich durch die Lagerstätte bewegt, größer als die in der obigen Gleichung definierte kritische Geschwindigkeit ist, in starkem viskosem Durchfingern, wodurch ein Vermischen zwischen dem eingepreßten Kohlendioxidslug und dem Lagerstättenöl bewirkt wird. Schließlich wird die Integrität des Slugs zerstört, und damit hört das Verdrängungsverfahren auf, ein Mischphasen-Ölverdrängungsverfahren zu sein.

Es wurde festgestellt, daß einem Kohlendioxidslug so viel Inertgas wie Methan oder Stickstoff zugesetzt werden kann, daß die Dichte des Slugs hinreichend verringert wird, um die kritische Geschwindigkeit des ÖJVerdrängungsprozesses auf

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einen Wert zu steigern, der die Durchführung des tertiären Gewinnungsverfahrens im Feld auf einem wirtschaftlich vertretbaren Niveau erlaubt. Wenn Kohlendioxid bei Lagerstättentemperatur und -druck mit dem Lagerstättenöl gerade bedingt mischbar ist (d. h. wenn das Kohlendioxid bei nur gering unter dem Lagerstättendruck liegenden Drücken und bei der Lagerstättentemperatur die bedingte Mischbarkeit verliert), dann resultiert die Zugabe von Inertgas zu Kohlendioxid in einer solchen Menge, daß die Dichte des Gemischs verringert und dadurch die erwünschte Steigerung der kritischen Geschwindigkeit erreicht wird, darin, daß das Gemisch seine Fähigkeit zur Erzielung einer bedingten Mischbarkeit oder einer Multikontakt-Mischbarkeit mit dem Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck verliert. Es wurde erkannt, daß die Mischbarkeit dadurch wiedergewinnbar ist, daß eine sehr kleine Menge von mittleren Kohlenwasserstoffen, z. B. paraffinische Kohlenwasserstoffe mit 2-6, bevorzugt mit 3-5 C-Atomen wie Propan, Butan oder Pentan, zugesetzt wird, ohne daß eine schädliche Verringerung der Fluiddichte eintritt. Damit ist es möglich, ein verschnittenes Kohlendioxidgemisch anzusetzen, das im wesentlichen die erwünschte Dichte hat, wobei gleichzeitig die bedingte Mischbarkeit zwischen dem Lösungsmittelgemisch und dem örtlichen Erdöl aufrechterhalten wird. Der Einsatz des kritisch verschnittenen Gemischs aus Kohlendioxid, Lösungsmittel und Inertgas ermöglicht ein Fluten von ein Gefälle aufweisenden Lagerstätten, ohne daß die günstige

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Auswirkung der Schwerkraftstabilisierung der Mischphasen-Flutung aufgegeben zu werden braucht, während gleichzeitig mit einer Einpreßrate gearbeitet wird, die gewährleistet, daß die Flutung innerhalb einer annehmbaren Zeit abgeschlossen werden kann.

Die Durchführung des vorliegenden Verfahrens wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, die ein Dreistoff-Mischungsdiagramm für Kohlendioxid, Methan und Normalbutan zeigt. Die Daten wurden während der Untersuchung einer Lagerstätte erhalten, deren Temperatur 71,1 ⁰C und deren Druck 231,4 bar war. Die Lagerstättenporosität war 0,22, S_wr = 0,30, S_or = 0,05, p_öl = 0,72 g/cm, k = 500 mD, der Lagerstätten-Neigungswinkel = 33 und u^, = 0,50 mPa«s. Unter diesen Bedingungen ist reines Kohlendioxid bei der oben angegebenen Temperatur und dem Druck mit dem Lagerstättenöl gerade mischbar. Unter diesen Bedingungen hat Kohlendioxid eine Dichte von 0,692 g/cm und eine Viskosität von 0,06 mPa»s.

Bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens muß zuerst die minimale Multikontakt-Mischbarkeitslinie definiert werden, die in Fig. 1 mit 1 bezeichnet ist. Diese Linie ist auf der rechten Seite des Diagramms verankert durch Feststellen der Zusammensetzung von CO- und mittlerem Kohlenwasserstoff oder C0_ und Inertgas, die bei Lager Stättentemperatur und -druck mit dem Lagerstättenöl gerade mischbar ist. Bei dem Beispiel

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nach Fig. 1 entspricht dieser als Punkt A- bezeichnete Punkt 100 % Kohlendioxid. Wie nachstehend erläutert wird, fällt die Zusammensetzung von Kohlendioxid und Inertgas oder Kohlendioxid und mittlerem Kohlenwasserstoff (Normalbutan im vorliegenden Fall), die bei Lagerstättenbedingungen mit dem Öl gerade mischbar ist, häufig nicht mit dem 100 %-Kohlendioxidpunkt zusammen. Das andere Ende der Kurve 1 ist längs der Butan und Methan verbindenden Seite des Dreistoff-Mischungsdiagramms an dem Punkt verankert, der einem Gemisch aus Methan und Normalbutan mit der gleichen kritischen Massenmittelwert-Temperatur wie die kritische Temperatur der vorstehend definierten C0_?-Komponente entspricht; d. h. dem C0_-Gemisch, das bei Lagerstättenbedingungen mit dem Lagerstättenöl gerade mischbar ist. Nach Fig. 1 entspricht der Verankerungspunkt 3 für die Kurve 1 dem Gemisch aus Methan und Normalbutan, das eine kritische Massenmittelwert-Temperatur hat, die derjenigen von im wesentlichen reinem Kohlendioxid (304,A- K (= 5A-8 ⁰R)) entspricht. Das dieser Bedingung entsprechende Gemisch aus Methan und Normalbutan enthält 47 Gew.-56 oder 76,5 Mol-% Methan. In dem Mischungsdiagramm nach Fig. 1 sind für alle Bestandteile Mol-% aufgetragen. Die Dichte des dem Punkt 3 von Fig. 1 entsprechenden Gemischs ist 0,268 g/cm .

Die die Punkte 3 und A- verbindende Linie ist als minimale Multikontakt-Mischbarkeitslinie definiert. Jede unter dieser Linie liegende Zusammensetzung der drei Komponenten kann

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bei Lagerstättentemperatur und -druck mit dem Lagerstättenöl keine bedingte oder Multikontakt-Mischbarkeit erzielen. Cedes auf oder oberhalb dieser Linie liegende Gemisch kann mit dem Lagerstättenöl eine Multikontakt-Mischbarkeit erreichen. Obwohl eine Mischbarkeit bei beträchtlich über der Linie 1 liegenden Abständen in der Lagerstätte leicht erreichbar ist, erhöhen sich die Kosten des Lösungsmittelsystems mit steigendem Butangehalt erheblich, so daß es erwünscht ist, das Verfahren unter Einsatz einer Zusammensetzung durchzuführen, die nur gering oberhalb der minimalen Multikontakt-Mischbarkeitslinie 1 liegt.

Fig. 2 zeigt ein Dreistoff-Mischungsdiagramm für Inertgas, mittlere Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid, und zwar für ein System, bei dem Kohlendioxid bei Lagerstättentemperaturen und bei gering unter dem Lagerstättendruck liegenden Drücken mischbar ist. Das heißt, daß es möglich ist, eine geringe Menge Inertgas mit Kohlendioxid zu mischen und immer noch eine Multikontakt- bzw. eine bedingte Mischbarkeit mit Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck zu erzielen. Es ist jedoch dabei zu beachten, daß die minimale Multikontakt-Mischbarkeitslinie 12 an einem Punkt 9 verankert ist, der längs der Grundlinie zum 100 %-Inertgasscheitel verschoben ist, und infolgedessen ist in diesem Diagramm die minimale Multikontakt-Mischbarkeitslinie 12 niedriger als die Linie 1 von Fig. 1. Der Punkt 13, also der zweite Verankerungspunkt der Linie 12,

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kann auch an einer etwas anderen Stelle liegen, da er der Zusammensetzung der Inertgas- und mittleren Kohlenwasserstoff-Komponente mit einer kritischen Massenmittelwert-Temperatur gleich dem Gemisch entsprechend Punkt 9 von Fig. 2 entspricht. Die genaue Lage dieses Punkts hängt von dem jeweils eingesetzten Inertgas und dem eingesetzten mittleren Kohlenwasserstoff ab. Wenn das Inertgas Stickstoff ist, wird der Verankerungspunkt 13 nach oben verschoben, was bedeutet, daß zur Erzielung der Mischbarkeit größere Mengen von mittleren Kohlenwasserstoffen dem Gemisch aus Kohlendioxid und Stickstoff zuzusetzen sind, als dies für die Erzielung der Mischbarkeit eines Gemischs von Kohlendioxid und Methan erforderlich ist.

Fig. 3 zeigt einen weiteren Zustand auf, in dem Kohlendioxid bei Lagerstättentemperatur und -druck mit dem Lagerstättenöl nicht mehr mischbar ist. Dabei ist es erforderlich, ca. 5 % mittleren Kohlenwasserstoff mit dem Kohlendioxid zu vermischen, um ein Gemisch zu bilden, das bei Lagerstättentemperatur und -druck mit dem Lagerstättenöl gerade mischbar ist. Damit liegt die minimale Multikontaktlinie 11 von Fig. 3 etwas höher als in den Fig. 1 oder 2. Der Punkt IA-, der den anderen Verankerungspunkt für die Linie 11 von Fig. 3 bildet, kann auch auf einem anderen Punkt längs dem Inertgas-mittlerer-Kohlenwasserstoffqas-Verlauf des Dreistoffdiagramms liegen, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweils eingesetzten Inertgas bzw. mittleren Kohlenwasserstoff. Er sollte jedoch der Zusammensetzung von Inertgas

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und mittlerem Kohlenwasserstoff mit einer kritischen Massenmittelwert-Temperatur gleich der Temperatur des Gemischs entsprechend Punkt 10 von Fig. 3 entsprechen.

Nachstehend wird das Bestimmen der optimalen Konzentration für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und gezeigt, warum ein solches Vorgehen notwendig ist und was für Ergebnisse damit erzielbar sind. In der vorgenannten, im Zusammenhang mit den Daten von Fig. 1 erläuterten Lagerstätte ist bei den angegebenen Bedingungen die kritische Geschwindigkeit von reinem Kohlendioxid 0,1 m/Tag. Bei der Anwendung eines Verfahrens in einer Lagerstätte mit den oben angegebenen Charakteristika und unter Verwendung von Bohrlochabständen von jeweils ca. 152 m würde das Einpressen von. reinem Kohlendioxid in die Lagerstätte mit einer Geschwindigkeit, die bei oder gering unter der kritischen Geschwindigkeit liegt, 1515 Tage (4,2 Jahre) bis zum Durchbrechen des eingepreßten Lösungsmittels dauern. Der Prozeß wäre zwar wirksam, aber die Wirtschaftlichkeit wäre sehr schlecht aufgrund der zur Durchführung der Flutung benötigten Zeit. Durch Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung kann im wesentlichen die gleiche Ölmenge in wesentlich kürzerer Zeit gewonnen werden. Durch Beimischen einer ausreichenden Inertgasmenge zur Verringerung der Lösungsmitteldichte von 0,692 g/cm auf 0,57 g/cm wird die kritische Geschwindigkeit von 0,1 auf 0,55 m/Tag gesteigert. Somit wird die zum Fluten eines Bohrlochsystems mit Bohrlochabständen von

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ca. 152 m erforderliche Zeit von 4, 2 auf 0,8 Oahre herabgesetzt. Die Wirtschaftlichkeit eines Feldprojekts wird durch eine so starke Zeitverringerung erheblich verbessert.

Nachstehend wird insbesondere erläutert, wie das vorliegende Verfahren für die Auslegung eines Flutungsverfahrens in einer Lagerstätte unter den obengenannten Bedingungen angewandt wird. 3edes gasförmige Gemisch des Inertgases (Methan bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1) und der mittleren Komponente (Normalbutan im vorliegenden Fall), das mit der Lagerstättenflüssigkeit unter den Arbeitsbedingungen bedingt mischbar wäre, wäre in allen Mengenanteilen mit Kohlendioxid mischbar, und das resultierende Gemisch wäre ebenfalls mit der Lagerstättenflüssigkeit mischbar. Ein erwünschtes Gemisch aus Inertgas und mittlerem Kohlenwasserstoff entsprechend Punkt 3 von Fig. 1 hat die gleiche kritische Massenmittelwert-Temperatur wie Kohlendioxid (304,A- K). Das diese Bedingung erfüllende Gemisch aus Methan und Normalbutan enthält 47,A- Gew.-% oder 76,5 Mol-% Methan. Bei den Arbeitsbedingungen der Lagerstätte, nämlich 73,3 °C und 231,4 bar » weist dieses Gemisch eine Dichte von 0,268 g/cm auf.

Alle Gemische dieser Mischung aus Methan und Normalbutan mit reinem Kohlendioxid sind mit dem Lagerstättenöl mischbar. Beim Ansetzen der erwünschten Mischung muß dem Kohlendioxid zuerst ausreichend Methan zugesetzt werden, um die

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Dichte des Kohlendioxid-Methan-Gemischs auf den Sollwert, also 0,57 g/cm , zu verringern. Die Zugabe steigender Mengen von Methan zu Kohlendioxid resultiert in Mischungen, die längs der Grundlinie des Dreistoffdiagramms von Fig. vom Punkt 4 zum Scheitel des Diagramms entsprechend 100 % Methan verlaufen. Indem man sich längs der Grundlinie bewegt, bis die Dichte innerhalb der angegebenen Dichtegrenzwerte von 0,55 und 0,60 liegt (vgl. Fig. 1), kann man ein Gemisch aus Kohlendioxid und Methan mit der erwünschten Dichte ansetzen. Dieses Gemisch liegt unter der minimalen bedingten Mischbarkeitslinie 1, und somit ist es, obwohl es die erwünschte Dichte aufweist, mit dem Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck nicht bedingt mischbar. Im anschließenden Schritt wird eine ausreichende Menge an mittlerem Kohlenwasserstoff zugesetzt, um den Mischungspunkt über die Linie 1 (in Fig. 1) zu bringen, wodurch ein Gemisch erhalten wird, das sowohl die erwünschte Dichte aufweist als auch oberhalb der bedingten Mischbarkeitslinie liegt.

Nach Maßgabe dieser Kriterien wurden zwei Gemische angesetzt, und ihre Zusammensetzung ist in Fig. 1 als Punkt 7 und Punkt 8 angegeben. Das Gemisch entsprechend Punkt 7 enthält 83,0 % Kohlendioxid, 11,0 % Methan und 6,0 % Normalbutan. Das Gemisch entsprechend Punkt 8 enthält 84,3 % Kohlendioxid, 10,7 % Methan und 5,0 % Normalbutan. Beide Gemische

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wiesen Mischbarkeits-Mindestdrücke von weniger als 235,5 kp/cm (bestimmt durch Engrohr-Verdrängungsversuche) und Dichten zwischen 0,57 und 0,58 g/cm (basierend auf Bestimmungen in der Druck-, Volumen-, Temperatur-Zelle (PVT-ZeIIe)) auf. Diese Messungen zeigen, daß jedes der Gemische ein zufriedenstellendes Lösungsmittel wäre, da es sowohl bedingt mischbar ist als auch die Dichte aufweist, die für die Durchführung einer Mischphasen-Flutung mit einer unter der kritischen Geschwindigkeit für das System liegenden Flutungsrate und doch einer technisch akzeptablen Rate erforderlich ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß es zwar unter bestimmten Bedingungen möglich ist, eine bedingte Mischbarkeit mit einem Gemisch aus Kohlendioxid und einer geringen Menge Inertgas (entsprechend der Zusammensetzung von Punkt 9) zu erzielen, daß diese Zusammensetzung jedoch nicht die Kriterien des vorliegenden Verfahrens erfüllt. Der Stand der Technik lehrt, daß es erwünscht ist, Kohlendioxid eine geringe Menge Inertgas zuzusetzen, wenn dies möglich ist, ohne daß das Gemisch dadurch seine bedingte Mischbarkeit verliert. Um die Wichte der Komponente entsprechend Punkt zu verringern, die zwischen ca. 0,60 und 0,65 liegt, ist es erforderlich, wenigstens weitere 5 % Inertgas zuzusetzen, um die Gemischdichte auf den erwünschten Wert von 0,57 g/cm herabzusetzen. Die Zugabe dieser Gasmenge hat jedoch zur Folge, daß das Gemisch bei Lagerstättentemperatur und -druck

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nun nicht mehr bedingt mischbar ist, und es ist also erforderlich, 2 oder 3 % mittleren Kohlenwasserstoff diesem Gemisch zuzusetzen, um ein Fluid mit der Zusammensetzung entsprechend dem Punkt 15 in Fig. 2 zu erhalten, der oberhalb der minimalen Multikontakt-Mischbarkeitslinie 12 liegt. Es ist zu beachten, daß die diesem Gemisch zur Erzielung eines sämtliche Kriterien des vorliegenden Verfahrens erfüllenden Gemischs zuzusetzende Menge an mittlerem Kohlenwasserstoff erheblich geringer als die Menge an mittlerem Kohlenwasserstoff ist, die dem Gemisch von Fig. 1 zur Erzielung eines bedingt mischbaren Gemischs mit annehmbarer Dichte zugefügt wird.

Fig. 3 zeigt einen Fall, in dem reines Kohlendioxid mit dem Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck nicht bedingt mischbar ist, so daß ca. 4· % mittlerer Kohlenwasserstoff zuzufügen sind, um ein Fluidgemisch zu erhalten, das gerade bedingt mischbar ist. Dabei wird wiederum das vorliegende Verfahren angewandt, indem genügend Inertgas zugesetzt wird, um die Dichte des ersten Gemischs aus Kohlendioxid und mittlerem Kohlenwasserstoff (Punkt 10 in Fig. 3) auf den erwünschten Bereich zu verringern; dies erfordert ca. 11 % Inertgas. Dieses Gemisch ist wiederum nicht mehr bedingt mischbar, und es müssen also weitere 3 % mittlere Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden, um das Gemisch auf einen Punkt oberhalb der minimalen Multikontakt-Mischbarkeitslinie 11 anzuheben. Dieser Punkt

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16 entspricht ca. 82 % Kohlendioxid, 8 % mittleren Kohlenwasserstoffen und 10+ % Inertgas.

Das vorstehend angegebene Verfahren ist in einer ein Gefalle aufweisenden Lagerstätte anwendbar, oder es kann in einem Vertikalverdrängungsprozeß Anwendung finden, bei dem vor der Injektion des Verdrängungsfluids eine Lösungsmittelzone aufgebaut wird, die von dem Verdrängungsfluid durch die Lagerstätte nach vertikal unten bewegt wird.

Das vorliegende Verfahren ist somit ein Flutungsverfahren unter Bedingungen bedingter Mischbarkeit, das durch Ansetzen eines Gemischs aus einem kohlendioxidhaltigen Gas, das mit dem Lagerstättenöl gerade mischbar ist, mit ausreichend Inertgas zur Verringerung der Gemischdichte auf einen erwünschten Wert, der eine hinreichend hohe kritische Geschwindigkeit im jeweiligen Anwendungsfall erlaubt, und anschließendes Zusetzen einer ausreichenden Menge an mittleren Kohlenwasserstoffen zu dem Gemisch, um dieses auf einen Punkt im Dreistoffdiagramm oberhalb der minimalen Multikontakt-Mischbarkeitslinie zurückzuführen, besteht, wodurch gewährleistet ist, daß das Gemisch aus Kohlendioxid, Inertgas und mittleren Kohlenwasserstoffen mit dem Lagerstättenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck bedingt mischbar ist. Bei jedem der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele wird, nachdem eine bestimmte Menge des Slugs angesetzt und in die Lagerstätte injiziert wurde, wobei diese Menge ausreicht, eine gesonderte Lösungsmittelbank

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in der Lagerstätte zu bilden, ein Verdrängungsfluid wie Inertgas oder Wasser in die Lagerstätte eingepreßt, das den Lösungsmittelslug durch die Lagerstätte verdrängt, wodurch wiederum Erdöl durch die Lagerstätte zur Förderbohrung verdrängt wird, durch die es an der Erdoberfläche gewonnen wird. Wenn entsprechend dem vorstehend erläuterten Verfahren gearbeitet wird, resultiert eine hochwirksame schnelle Verdrängung von Lagerstättenöl unter Einsatz einer kostengünstigen Lösungsmitte!zusammeηsetzung.

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen, durchlässigen,erdölführenden Lagerstätten, welche von mindestens einer Injektionsbohrung und mindestens einer, im Abstand davon niedergebrachten Förderbohrung durchteuft sind, mit Hilfe von Kohlenstoffdioxid unter Bedingungen bedingter Mischbarkeit, dadurch gekennzeichnet , daß

(a) durch die Injektionsbohrung ein gasförmiges Verdrängungsmittel in die Lagerstätte eingepreßt wird, das ein Gemisch aus Kohlendioxid, Inertgas und mittlerem Kohlenwasserstoff enthält oder daraus besteht, worin

das Inertgas mit dem Kohlendioxid in einer Konzentration vermischt ist, die ausreicht,um ein Gemisch zu bilden, dessen Dichte in einem vorbestimmten Bereich liegt und

die Konzentration an mittlerem Kohlenwasserstoff zumindest ausreicht,um das gasförmige Gemisch mit dem Lagerstä'ttenöl bei Lagerstättentemperatur und -druck bedingt mischbar zu machen,

(b) ein Treibmittel eingepreßt wird, um das Verdrängungsmittel und Erdöl durch die Lagerstätte zu treiben,und

(c) aus der Förderbohrung das durch das Verdrängungsmittel verdrängte Erdöl gefördert wird.

2, Verfahren nach Ansprch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Methan oder Stickstoff eingesetzt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als mittlerer Kohlenwasserstoff Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, sowie Gemische daraus eingesetzt werden.

k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet , daß als mittlerer Kohlenwasserstoff verflüssigtes Petroleumgas eingesetzt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Gewinnung von Erdöl aus Lagerstätten mit Gefalle , welche mit der Horizontalen einen Winkel von mindestens 5 bilden, wobei das gasförmige Verdrängungsmittel von oben nach unten in die geneigte Lagerstätte eingepreßt wird und die Verdrängung in absteigender Richtung erfolgt und zwar mit einer Injektionsgeschwindigkeit, die eine Strömungsgeschwindigkeit des Verdrängungsmittels durch die Lagerstätte verursacht, die geringer als die kritische Geschwindigkeit ist.

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