BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
PATENTAMTPATENT OFFICE
DEUTSCHESGERMAN
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int.CL:Int. CL:
E 21b ♦3/ 3 OE 21b ♦ 3/3O
Deutsche Kl.: 5 a - 43/24German class: 5 a - 43/24
Nummer: 1 242 535Number: 1 242 535
Aktenzeichen: D 47028 VI a/5 aFile number: D 47028 VI a / 5 a
Anmeldetag: 13. April 1965Filing date: April 13, 1965
Auslegetag: 22. Juni 1967Open date: June 22, 1967
Wenn die Förderung aus einer Erdöllagerstätte unwirtschaftlich wird, werden bekanntlich Sekundärförderverfahreneingeleitet, um die noch festhaftenden Anteile der Kohlenwasserstoffe zum mindestenteilweise zu gewinnen. Es handelt sich hierbei um Mengen, die durchschnittlich 40 bis 60% des ursprünglichenLagerstätteninhaltes ausmachen.If the production from an oil deposit becomes uneconomical, it is well known that secondary production processes are usedinitiated in order to at least remove the still firmly adhering proportions of the hydrocarbonspartially to win. These are amounts that averaged 40 to 60% of the originalMake up the content of the deposit.
Viele Verfahren zur Gewinnung dieser Lagerstättenanteile durch Sekundärverfahren unter Erhöhungdes Druckes oder der Temperatur in der Lagerstätte sind bekannt. So wird beispielsweise auch durch Zufuhrvon Oxydationsmitteln eine in-situ-Verbrennung von Teilen des Lagerstätteninhaltes durchgeführt undLagerstättenanteile in einem gewissen Umfang teils durch Erwärmen fließfähiger gemacht, teils verdampft.Diese bekannten in-situ-Verbrennungsverfahren werden in einer linearen Fließrichtung vonEinpreßbohrungen zu Förderbohrungen durchgeführt. Sie sind von über Tage aus hinsichtlich des Brennvorgangesund der Brennrichtung schwer zu regulieren und zu lenken. Die erstrebte Restausförderungder Lagerstätte wird daher nur in einem mehr oder weniger begrenzten Maß erreicht.Many processes for the extraction of these parts of the deposit by secondary processes with an increasethe pressure or the temperature in the reservoir are known. So, for example, also by supplyof oxidizing agents an in-situ combustion of parts of the deposit is carried out andPart of the deposit made more flowable to a certain extent, partly by heating, partly evaporated.These known in-situ incineration processes are used in a linear flow direction fromInjection holes carried out to production wells. They are from above in terms of the burning processand the focal direction difficult to regulate and direct. The desired residual outputthe deposit is therefore only reached to a more or less limited extent.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Ausförderung von Lagerstätteninhalt durch in^situ-Verbrennungdadurch vollständiger zu gestalten, daß ein FörcTerfeld durch gestaffelte Bohrungreihen aufgeschlossenwird, die in einer strukturtiefen Zone als Flutbohrungen und in einer strukturhohen Zone alsFörderBöErungen dienen. Zwischen diesen Bohrangsreihensind sogenannte Behandlungsbohrungen und sogenannte Leitbohrungen in einer Behandlungszoneangeordnet, in welcher der Lagerstätteninhalt dadurch im Kreislauf erwärmt und bewegt wird, daß eraus den Leitbohrungen über Tage gefördert und durch die Behandlungsbohrungen nach Erwärmenwieder in die Lagerstätte eingebracht wird. Die Erwärmung erfolgt dadurch, daß dem flüssigen Lagerstätteninhaltüber Tage heißes modifiziertes bzw. aktiviertes Verbrennungsgas beigemischt wird. Dasmodifizierte Verbrennungsgas, das wenig Stickstoff enthält, wird hergestellt durch Verbrennen von vorwiegendgasförmigem Lagerstätteninhalt mit auf 80 bis 95% Sauerstoff angereicherter Luft im Druckfeuerraumeines Dampfkessels. Durch Zumischen von angereichertem Sauerstoff, der neben 80 bis95% Sauerstoff noch einen Rest von 5 bis 20% Stickstoff enthält, wird aus dem modifizierten Verbrennungsgasein aktiviertes Verbrennungsgas gewonnen. Die Behandlungsbohrungen und die Leitbohrungeneiner Behandlungszone sind so angeordnet, daß die Kreislaufbewegung in einer RichtungVerfahren zur Restausförderung von
ErdöllagerstättenIt has already been proposed to make the extraction of reservoir contents by in-situ incineration more complete by opening up a extraction field through staggered rows of holes, which serve as flood holes in a structure-deep zone and as extraction gusts in a structure-high zone. Between these rows of drillings, so-called treatment bores and so-called guide bores are arranged in a treatment zone, in which the reservoir contents are heated and moved in a cycle by being conveyed from the guide bores above ground and returned to the reservoir through the treatment bores after heating. The heating takes place by adding hot modified or activated combustion gas to the liquid reservoir contents over the course of days. The modified combustion gas, which contains little nitrogen, is produced by burning predominantly gaseous deposit contents with air enriched to 80 to 95% oxygen in the pressurized combustion chamber of a steam boiler. By adding enriched oxygen, which contains 80 to 95% oxygen and a remainder of 5 to 20% nitrogen, an activated combustion gas is obtained from the modified combustion gas. The treatment bores and the guide bores of a treatment zone are arranged in such a way that the circulatory movement in one direction processes the residual discharge of
Oil reservoirs
Anmelder:Applicant:
Deutsche Erdöl-Aktiengesellschaft,German Oil Corporation,
Hamburg 13, Mittelweg 180Hamburg 13, Mittelweg 180
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Hans Lange, WietzeNamed as inventor:
Dipl.-Ing. Hans Lange, Wietze
erfolgt, die von der Fließbewegung, die sich aus der Primärbewegung von der Flutbohrung zur Förderbohrungergibt, abweicht. Mit dem aktivierten Verbrennungsgas wird in der erwärmten Lagerstätte einein-situ-Verbrennung eingeleitet und eine Reaktionszone in der Behandlungszone geschaffen. Durch dieVerbrennung von Lagerstätteninhalt in der Lagerstätte mit dem Sauerstoff wird ebenfalls modifiziertesVerbrennungsgas gebildet, das die Eigenschaft hat, im flüssigen Lagerstätteninhalt ohne Hinterlassungeiner Gasphase zu kondensieren bzw. sich einzulösen. Es hat sich nun ergeben, daß zur Ausbeutung einerLagerstätte durch in-situ-Verbrennung weitere Faktoren berücksichtigt werden müssen, wenn eine möglichstvollständige Erfassung des Lagerstätteninhaltes erreicht werden soll. Bei der Anwendung des linearenFlusses zwischen der Einpreß- und der Förderbohrung besteht nicht nur die Gefahr des Ausbrennensvon Kanälen und damit ein großer Verlust durch nichtbehandelte Lagerstättenteile, sondern der Verbrennungsvorgangselbst ist ein unstabiler Prozeß, wenn die Verbrennungsgase in Richtung der Achsezwischen der Einpreß- und der Förderbohrung fließen. Bei zu hoher Temperatur tritt im Lagerstätteninhalteine starke Krackung ein, die wiederum einen hohen Koksanteil entstehen läßt, so daß der Brennfortschrittkleiner wird und sich damit die Verbrennungstemperatur weiter erhöht. Der sich weiter erhöhendeKoksanteil kann stellenweise so groß werden, daß zusätzlich auch in der Brennfront Behinderangenin den Fließbewegungen eintreten, die bis zu örtlichen Verstopfungen führen können. In diesemin-situ-Verbrennungsprozeß wird der Brennfortschritt nicht beschleunigt werden können.occurs from the flow movement resulting from the primary movement from the flood well to the production wellresults, deviates. With the activated combustion gas, ainitiated in-situ combustion and created a reaction zone in the treatment zone. Through theCombustion of reservoir contents in the reservoir with the oxygen is also modifiedCombustion gas is formed which has the property of being left in the liquid reservoir without leaving any residueto condense or to redeem in a gas phase. It has now turned out that for the exploitation of aStorage by in-situ incineration further factors need to be considered if possiblecomplete recording of the reservoir content is to be achieved. When applying the linearFlow between the injection and the production bore, there is not only the risk of burnoutof channels and thus a large loss due to untreated deposit parts, but the combustion processitself is an unstable process when the combustion gases are in the direction of the axisflow between the injection and the production bore. If the temperature is too high, it occurs in the reservoir contentsa strong cracking, which in turn gives rise to a high proportion of coke, so that the burning progressesbecomes smaller and thus the combustion temperature increases further. The one that continues to increaseThe proportion of coke can in some places become so large that there are also obstacles in the burning frontoccur in the flow movements that can lead to local blockages. In thisin-situ combustion process, the progress of the combustion will not be able to be accelerated.
Um diesen Prozeß zu beherrschen und ihn zu stabilisieren und gleichzeitig auch das Kanalbrennen zuvermeiden, sind also Maßnahmen erforderlich, die es ermöglichen, die Reaktionstemperatur und dieTo master this process and to stabilize it and at the same time also the canal burningavoid, so measures are necessary to make it possible to control the reaction temperature and the
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Reaktionsrichtung regulierend zu beeinflussen. Das obenerwähnte Verfahren zur irv-situ-Yerbrennung ineiner besonderen, zwischen einer Flutbohrung und einer Förderbohrung gelegenen Reaktibnszone, derenBrennrichtung abweicht von der Primärbewegung, die sich durch ein Druckgefälle von der Flutbohrungzur Förderbohrung ergibt, ist hierzu geeignet, wenn es mit einer in bestimmter Weise durchgeführten Flutungkombiniert wird.To influence the direction of the reaction in a regulating manner. The above-mentioned method for irv-situ combustion ina special reaction zone located between a flood well and a production well, whoseThe burning direction differs from the primary movement, which is caused by a pressure gradient from the flood wellfor the production well is suitable for this purpose if it is carried out with a flooding carried out in a certain wayis combined.
Die Erfindung hat also zum Gegenstand ein Verfahren zum Behandeln und Fördern von Bitumina,bei dem eine in-situ-Verbrennung mit einer Flutung derart kombiniert wird, daß sich das Verfahren selbststabilisiert.The subject of the invention is therefore a method for treating and conveying bitumina,in which an in-situ combustion is combined with a flooding in such a way that the process itselfstabilized.
Die in-situ-Verbrennung wird durchgeführt in einer Reaktionszone unter einem Zwangsfluß, dersenkrecht ausgerichtet ist zur primären Fließrichtung des Flutungswassers, die sich ergibt durch ein Druckgefällevon der Flutungszone zur Förderzone. Das Flutungswasser wird unmittelbar hinter der Brennzonein das heiße, leergebrannte Gestein eingebracht und verdampft. Der gebildete Dampf fließt unter derWirkung des Druckgefälles zwischen der Flutungszone und der Förderzone durch die Brennzone, diequer zur primären Fließrichtung des Wasserdampfes ausgerichtet ist. Die stark erhitzten Wasserdämpfevereinigen sich mit den heißen Verbrennungsgasen der Brennzone, die in einer endothermen Wassergasreaktionreduziert werden. Die Wasserdämpfe bewirken weiterhin vor der Reaktionszone eine Flashverdampfungder dort anstehenden Kohlenwasserstoffe des Lagerstätteninhaltes. Die Produkte derFlashverdampfung kondensieren unter Abgabe ihrer Wärmeenergie in davorliegenden Lagerstättenabschnittenoder werden durch dort befindliche Förderbohrungen gefördert.The in-situ combustion is carried out in a reaction zone under a forced flow, theis aligned perpendicular to the primary flow direction of the flooding water, which results from a pressure gradientfrom the flooding zone to the production zone. The flooding water is immediately behind the combustion zonebrought into the hot, burned-out rock and evaporated. The formed steam flows under theEffect of the pressure gradient between the flooding zone and the conveying zone through the combustion zone, theis aligned transversely to the primary flow direction of the water vapor. The strongly heated water vaporscombine with the hot combustion gases of the combustion zone, which in an endothermic water gas reactionbe reduced. The water vapors continue to cause flash evaporation in front of the reaction zoneof the hydrocarbons present in the deposit. The products of theFlash evaporation condenses, releasing its thermal energy, in the reservoir sections in front of itor are promoted through production wells located there.
Die vorwiegend in fester Form als Koks verbleibenden Rückstände der Flashverdampfung werdenbeim Vordringen der Reaktionszone durch den hier zugeführten Sauerstoff des aktivierten Verbrennungsgases verbrannt, in einem Vorgang, der dem als»delayed coking« bezeichneten Verfahren der Erdölverarbeitung entspricht. Als Produkte dieser Reaktionzwischen den Kohlenwasserstoffrückständen und dem aktivierten Verbrennungsgas in der Brennzoneentstehen Wasserdampf und CO2, also modifiziertesVerbrennungsgas. Unmittelbar vor der Brennzone werden diese mit dem Wasserdampf des Flutungswassersvermischten Dämpfe und Gase unter der Wirkung der hohen Temperatur reduziert zu Wasserstoffund Kohlenoxyd. Es findet also eine Wassergasreaktion statt, die als endotherme Reaktion Temperaturspitzenin der Reaktionszone abbaut.The residues of the flash evaporation, which remain predominantly in solid form as coke, are burned by the oxygen of the activated combustion gas supplied here as they advance into the reaction zone, in a process that corresponds to the process of petroleum processing known as "delayed coking". The products of this reaction between the hydrocarbon residues and the activated combustion gas in the combustion zone are water vapor and CO2 , i.e. modified combustion gas. Immediately in front of the combustion zone, these vapors and gases mixed with the water vapor of the flooding water are reduced to hydrogen and carbon oxide under the effect of the high temperature. A water gas reaction therefore takes place which, as an endothermic reaction, reduces temperature peaks in the reaction zone.
In der Reaktionszone werden also hintereinander, in Richtung von der Flutungszone zur Förderzonegesehen, die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:In the reaction zone, therefore, one behind the other, in the direction from the flooding zone to the conveying zoneseen, the following procedural steps are carried out:
1. Im leergebrannten, heißen Gestein hinter der Brennzone wird durch Zufuhr von Flutungswasserdie dort gespeicherte Wärmeenergie unter Wasserdampfbildung zum weiteren Einsatz gewonnen.Der Wasserdampf fließt in der primären Fließrichtung infolge der Wirkung des Druckgefälles zwischen der Flutungszone undder Förderzone;1. In the burned-out, hot rock behind the combustion zone, flooding water is suppliedthe thermal energy stored there is obtained for further use with the formation of water vapor.The water vapor flows in the primary direction of flow due to the effect of the pressure gradient between the flooding zone andthe production zone;
2. durch Verbrennung der Kohlenwasserstoffrückstände des Lagerstätteninhaltes mit dem aktiviertenVerbrennungsgas erfolgt Aufbau einer Brennzone, deren Brennrichtung senkrecht zurprimären Fließrichtung verläuft;2. by burning the hydrocarbon residues of the deposit with the activated oneCombustion gas takes place in a burning zone, the burning direction of which is perpendicular to theprimary direction of flow;
3. unmittelbar vor der .Brennzone wird eine Wassergasreaktiondurchgeführt.3. A water gas reaction occurs immediately before the combustion zonecarried out.
Die Produkte dieser Verfahrensschritte in der Reaktionszone bewirken vor der Reaktionszone eineFlashverdampfung der Kohlenwasserstoffe des Lagerstätteninhaltes.The products of these process steps in the reaction zone cause an upstream of the reaction zoneFlash evaporation of the hydrocarbons in the deposit.
Die einzelnen Reaktionen beeinflussen sich gegenseitig in folgender Weise:The individual reactions influence each other in the following way:
Bei Speicherung von viel Wärmeenergie im leergebrannten Gestein und bei hoher Verbrennungstemperaturin der Brennzone wird viel und sehr heißer Wasserdampf gebildet, der eine intensive Flashverdampfungbewirkt unter Hinterlassung von wenig Kohlenwasserstoffrückständen.When storing a lot of thermal energy in the empty rock and at a high combustion temperatureA lot of very hot water vapor is formed in the combustion zone, resulting in intensive flash evaporationcauses little hydrocarbon residue.
Beim Vordringen der Brennzone in diesen Bereich sinkt infolge der geringen vorhandenen Kohlenwasserstoffrückständedie Verbrennungstemperatur. Im zurückbleibenden leergebrannten Gestein wird wenigerWasserdampf gebildet, der in der Brennzone weniger hoch erhitzt wird. Dieser Wasserdampf bewirktentsprechend nur eine geringe Flashverdampfung, so daß die Rückstandsmenge ansteigt.When the combustion zone penetrates into this area, the level of hydrocarbon residues is lowthe combustion temperature. There is less in the remaining empty rockWater vapor is formed, which is heated to a lesser extent in the combustion zone. This causes water vaporaccordingly only a slight flash evaporation, so that the amount of residue increases.
Durch die nun wieder größere Brennstoffmenge steigt beim Vordringen der Brennzone die Temperaturin dieser wieder an, und es steht in der Brennzone und im dann !unterlassenen Gestein wieder eineansteigende Wärmemenge zur Verfügung. Die jetzt wieder größeren Mengen an höher erhitztem Wasserdampfbewirken eine stärkere Flashverdampfung-. Durch die gegenseitige Beeinflussung der einzelnenReaktionen verläuft also die Temperatur in und vor der Reaktionszone um einen mittleren Wert in auf-und absteigenden Wellen, wodurch der Verbrennungsvorgang stabilisiert wird; er kann nicht mehrobere Grenzwerte übersteigen, noch sich selbst zum Erliegen bringen.Due to the again larger amount of fuel, the temperature rises as the combustion zone penetratesin this again, and there is another one in the burning zone and then in the rock that has been omittedincreasing amount of heat available. The now larger amounts of higher heated water vaporcause a stronger flash evaporation. Through the mutual influence of the individualIn reactions, the temperature in and in front of the reaction zone increases by an average valueand descending waves, whereby the combustion process is stabilized; He can not moreexceed upper limits, nor bring yourself to a standstill.
Die Regulierung sowohl der in der Reaktionszone zu verbrennenden Anteile als auch der Reaktionstemperatur macht es möglich, ein aktiviertes Verbrennungsgasmit erhöhtem Gehalt an angereichertem Sauerstoff — seine Menge kann bis auf einenAnteil von 40 °/o im Verbrennungsgas gesteigert werden — zu verwenden. Wenn ein solches reaktionsfähigesGas ohne Kombination mit Wasserdampf zur in-situ-Verbrennung verwendet würde, wären dieweiter oben genannten Folgen unvermeidlich.The regulation of both the proportions to be burned in the reaction zone and the reaction temperature makes it possible to use an activated combustion gaswith increased content of enriched oxygen - its amount can be up to oneThe proportion of 40% in the combustion gas should be increased - to be used. If such a responsiveGas without combination with water vapor would be used for in-situ combustion, would be thethe consequences mentioned above are inevitable.
Der hohe Sauerstoffgehalt im zugeführten Verbrennungsgas läßt die Vermutung aufkommen, daßdas Verfahren unwirtschaftlich sein müßte. Infolge der hohen Verbrennungstemperatur in der Brennzonewird aber im leergebrannten Gestein so viel Wärme gespeichert, daß diese Wärmeenergie ausreicht,den Lagerstätteninhalt ohne Zufuhr von Oxydationsmitteln nur mit Hilfe des heißen Wasserdampfesbis zur nächsten Bohrungsreihe zu verdampfen oder zumindest in flüssiger Form vorwärts zu bewegen.The high oxygen content in the supplied combustion gas leads to the assumption thatthe process would have to be uneconomical. As a result of the high combustion temperature in the combustion zonebut so much heat is stored in the burned-out rock that this heat energy is sufficient,the contents of the reservoir without the addition of oxidizing agents only with the help of hot water vaporto evaporate until the next row of holes or at least to move forward in liquid form.
Erfindungsgemäß wird also zur Restausförderung von Erdöllagerstätten ein aus einer Kombination vonFlutung und in-situ-Verbrennung bestehendes Verfahren vorgeschlagen, bei dem in die Reaktionszone,in der die in-situ-Verbrennung durchgeführt wird, ein an Sauerstoff angereichertes Verbrennungsgas mitgesteigertem Gehalt an Sauerstoff zur ErzielungAccording to the invention, therefore, a combination ofFlooding and in-situ incineration proposed existing method in which in the reaction zone,in which the in-situ combustion is carried out, an oxygen-enriched combustion gas withincreased content of oxygen to achieve
hoher Verbrennungstemperaturen eingebracht und zusammen mit dem unmittelbar hinter der Reaktionszoneaus dem Flutungswasser gebildeten Wasserdampf die Umwandlung des Lagerstätteninhaltsin und vor der Reaktionszone regulierbar und lenkbar gemacht wird und daß die Zufuhr des an Sauerstoffhoch angereicherten Verbrennungsgases zur Reaktionszone eingestellt wird, wenn die in-situ-Verbrennungbis etwa zur Hälfte des Abstandes zwischen zwei parallelen Bohrungsreihen der Reaktionszone unter Hinterlassung eines hocherhitzten, leergebranntenLagerstättengesteins durchgeführt ist.High combustion temperatures introduced and together with that immediately downstream of the reaction zoneThe water vapor formed from the flood water is responsible for the transformation of the reservoir contentis made controllable and directable in and upstream of the reaction zone and that the supply of oxygenHighly enriched combustion gas is adjusted to the reaction zone when the in-situ combustionup to about half the distance between two parallel rows of holes in the reaction zone, leaving behind a highly heated, burned-out oneReservoir rock is carried out.
Um die Ausförderung der Lagerstätte von den jeweils in ihr vorliegenden Bedingungen unabhängigzu machen und um sie möglichst vollständig zu gestalten, wird nun vorgeschlagen, folgendermaßenvorzugehen: Ausgangsbasis bildet das vorbekannte Verfahren, ein Förderfeld aufzuschließen durch Flutbohrungenund Förderbohrungen, zwischen denen Behandlungsbohrungen und Leitbohrungen angeordnetsind. Von der Behandlungsbohrung zur Leitbohrung wird eine in-situ-Verbrennung eingeleitet undso eine Reaktionszone geschaffen, mit einer Fließbewegung, abweichend von der Primärbewegung vonder Flutbohrung zur Förderbohrung. Das Förderfeld wird, wie A b b. 1 zeigt, aufgeteilt in einzelne Abschnitte,die senkrecht zur Primärbewegung ausgerichtet und durch Bohrungsreihen in Richtung derPrimärbewegung begrenzt sind. In der gleichen Richtung wird das Förderfeld aufgegliedert in eine Flutzone,eine Behandlungszone und eine Förderzone. In der Behandlungszone sind zwei den Abschnittseitlich begrenzende, als BehandlungsbohrungBB und LeitbohrungLBdienende Bohrungen niedergebracht.Aus der LeitbohrungLBwird Lagerstätteninhalt nach über Tage gefördert und dort einerBehandlung unterzogen, wie beiAim Abschnitt I angedeutet. Diese Behandlung kann bestehen ineiner Erwärmung durch Zumischen von heißen Verbrennungsgasen, die im Lagerstätteninhalt vollkommenlöslich bzw. kondensierbar sind, ohne Hinterlassung einer Gasphase. Diese als modifiziertes Verbrennungsgasbezeichneten Gase bestehen aus Kohlendioxyd, Wasserdampf und wenig Stickstoff undkönnen gewonnen werden durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit einem Oxydationsmittel,vorwiegend Luft, die nur wenig Stickstoff enthält. Die Behandlung kann weiterhin auch in einer Trennungdes aus der Leitbohrung entnommenen Lagerstätteninhaltes in flüssige und gasförmige Anteilebestehen, wobei die flüssigen Anteile als Förderung abgetrennt werden und die gasförmigen zur Gewinnungdes modifizierten Verbrennungsgases dienen. Das behandelte bzw. umgewandelte Produkt wirdunter Druck durch die BehandlungsbohrungBBwieder in die Lagerstätte eingebracht. Durch das Einpressendes Mediums in die Behandlungsbohrung und die Entnahme durch die Leitbohrung bildet sichunter dem Einfluß des Druckgefälles ein Zwangsfluß zwischen diesen beiden Bohrungen in der Lagerstätteaus. Nachdem der Kreislauf unter dem Zwangsfluß mit Erwärmung des Lagerstättenabschnitteseinige Zeit durchgeführt wurde, wird dem Medium über Tag, wie beiBim Abschnitt III derA b b. 1 gezeigt, ein angereicherter Sauerstoff, der neben 85 bis 95% Sauerstoff noch 5 bis 15% Stickstoffenthält, beigemischt und ein aktiviertes Verbrennungsgas gebildet. Mit diesem wird eine in-situ-Verbrennungin der Lagerstätte eingeleitet und eine Reaktionsfront aufgebaut, deren Achse senkrechtsteht zur Primärbewegung, die sich aus dem Druckgefälle vor der Flutzone zur Förderzone ergibt. DieReaktionszone, in der die in-situ-Verbrennung durchgeführt wird, ist also durch die Leitbohrung und dieBehandlungsbohrung seitlich begrenzt.In order to make the extraction of the deposit independent of the conditions present in it and to make it as complete as possible, it is now proposed to proceed as follows: The starting point is the previously known method of opening up a production field through flood wells and production wells, between which treatment wells and guide wells are arranged are. In-situ combustion is initiated from the treatment well to the guide well, creating a reaction zone with a flow movement that differs from the primary movement from the flood well to the production well. As A b b. 1 shows, divided into individual sections, which are aligned perpendicular to the primary movement and delimited by rows of holes in the direction of the primary movement. In the same direction, the conveying field is divided into a flood zone, a treatment zone and a conveying zone. In the treatment zone, two bores that laterally delimit the sectionand serve as treatment bore BB and guide boreLB are drilled. The content of the reservoiris extracted from the pilot hole LB above ground and is subjected to treatment there, asindicated at A in Section I. This treatment can consist of heating by adding hot combustion gases, which are completely soluble or condensable in the reservoir contents, without leaving a gas phase. These gases, known as modified combustion gas, consist of carbon dioxide, water vapor and a little nitrogen and can be obtained by burning hydrocarbons with an oxidizing agent, mainly air, which contains little nitrogen. The treatment can furthermore also consist of a separation of the reservoir contents removed from the guide bore into liquid and gaseous components, the liquid components being separated as conveyance and the gaseous components serving to obtain the modified combustion gas. The treated or converted product is reintroduced into the depositunder pressure through the treatment bore BB. By pressing the medium into the treatment borehole and withdrawing it through the guide borehole, a forced flow is formed between these two boreholes in the deposit under the influence of the pressure gradient. After the cycle has been carried out under the forced flow with heating of the reservoir section for some time, the medium is added to the medium during the day, as inB in section III of A b b. 1, an enriched oxygen, which in addition to 85 to 95% oxygen also contains 5 to 15% nitrogen, is added and an activated combustion gas is formed. With this, an in-situ combustion is initiated in the deposit and a reaction front is built up, the axis of which is perpendicular to the primary movement, which results from the pressure gradient in front of the flood zone to the production zone. The reaction zone in which the in-situ combustion is carried out is therefore laterally delimited by the guide bore and the treatment bore.
Um nun weitere Partien des durch die beiden Bohrungen begrenzten Lagerstättenabschnittes inIn order to get further parts of the deposit section delimited by the two bores in
ίο den Erfassungbereich der Reaktionszone einzubeziehen,wird vorgeschlagen, ein Druckgefälle in Richtung der Primärbewegung zu erzeugen und dadurcheine Parallelverschiebung der Reaktionszone in Richtung zur Förderzone zu bewirken. Ihre Wandergeschwindigkeitist abhängig vom Sauerstoffgehalt des die Verbrennung in der Reaktionszone unterhaltendenaktivierten Verbrennungsgases und der Menge des in der Reaktionszone entstandenenBrennstoffes und kann durch die Menge des Sauerstoffes gesteuert werden. Der Brennfortschritt istimmer kleiner als die Fließgeschwindigkeit der Gase und Dämpfe. Das Druckgefälle wird aufgebaut durchdas Einpressen von Flutungswasser in die Flutbohrungen und Fördern von Lagerstätteninhalt aus denFörderbohrungen. Die Flutwasserlinie folgt der Reaktionszone und strömt ein in das leergebrannte,heiße Gestein. Unter Bildung von Wasserdämpfen findet Rückgewinnung der hier gespeicherten Wärmestatt, und der Dampf wirkt regulierend auf den Verbrennungsvorgang in der oben geschilderten Weiseein. Die Reaktionszone wird dabei in Richtung zur Förderzone verschoben, wie in den Abschnitten Vund VII der A b b. 1 dargestellt.ίο include the detection area of the reaction zone,it is proposed to generate a pressure gradient in the direction of the primary movement and therebyto cause a parallel shift of the reaction zone in the direction of the conveying zone. Your walking speeddepends on the oxygen content of that which maintains the combustion in the reaction zoneactivated combustion gas and the amount of that formed in the reaction zoneFuel and can be controlled by the amount of oxygen. The firing progress isalways less than the flow speed of the gases and vapors. The pressure gradient is built up bythe injection of flood water into the flood wells and the extraction of reservoir contents from theProduction wells. The flood water line follows the reaction zone and flows into the empty,hot rocks. The heat stored here is recovered with the formation of water vaporsinstead, and the steam has a regulating effect on the combustion process in the manner described abovea. The reaction zone is shifted in the direction of the conveying zone, as in Sections Vand VII of A b b. 1 shown.
In diesem Stadium kann sowohl in die Behandlungsbohrung als auch in die Leitbohrung aktiviertesVerbrennungsgas in die Lagerstätte eingebracht werden, um die wandernde Reaktionsfront mit diesemMedium zu versorgen. Ist die Reaktionszone z. B. den halben Weg bis zur nächsten Bohrungsreihe gewandert,so wird in vielen Fällen vor und hinter der Reaktionszone eine so große Wärmequelle entstandensein, die ausreicht, daß die zweite Hälfte bis zur nächsten Bohrungsreihe nur mit Fluten entölt wird,so daß für diesen Betriebsabschnitt zusätzlicher Sauerstoff nicht mehr nötig ist, da das Flutwasserdie eingebrachte Wärme vor sich hertreibt. Wenn aber in ungünstigen Lagerstätten mit ihrem Inhaltnun die wandernde Reaktionsfront in den Bereich der nächsten Bohrungsreihe in Richtung zur Förderzonekommt, übernehmen diese Bohrungen die Funktion der Leit- bzw. der Behandlungsbohrung,und die zurückgelassenen Bohrungen dienen jetzt als Flutbohrungen. Das durch diese eingebrachte Flutungswasserwird an dem noch heißen Gestein des leergebrannten Lagerstättenabschnittes in Dampfumgewandelt, der die oben geschilderten wichtigen Funktionen im Verfahrensgang erfüllt.At this stage, both the treatment bore and the guide bore can be activatedCombustion gas can be introduced into the storage facility in order to react with the migrating reaction frontSupply medium. Is the reaction zone z. B. hiked half the way to the next row of holes,so in many cases such a large heat source is created in front of and behind the reaction zonesufficient for the second half to be de-oiled only with flooding up to the next row of holes,so that additional oxygen is no longer necessary for this operating section, as the flood waterthe introduced heat drifts in front of you. But if in unfavorable deposits with their contentnow the moving reaction front in the area of the next row of holes in the direction of the production zonecomes, these holes take over the function of the guide or treatment hole,and the holes left behind now serve as flood holes. The flooding water brought in by thisturns into steam on the still hot rock of the burned-out section of the depositconverted, which fulfills the important functions described above in the course of the procedure.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, bei sehr hochviskosem Lagerstätteninhalt oder bei geringer Durch- lässigkeit des Lagerstättengesteins mit Sauerstoff beladenes Flutungswasser in die Flutbohrungen einzupressenund die Zufuhr von aktiviertem Verbrennungsgas zur Reaktionszone einzustellen, wenn ungefährdie Hälfte des Abstandes zwischen zwei parallelen Bohrungsreihen von der zwischen ihnen wanderndenReaktionszone leergebrannt ist. Der Sauerstoffgehalt des Flutungswassers wird so bemessen,daß er ausreicht, eine schwache Verbrennung auf-It is also proposed that if the reservoir content is very viscous or if there is little throughput permeability of the reservoir rock to press oxygen-laden flooding water into the flood wellsand ceasing the supply of activated combustion gas to the reaction zone when abouthalf the distance between two parallel rows of holes of the one moving between themReaction zone has burned out. The oxygen content of the flooding water is measured in such a way thatthat it is sufficient to prevent a weak burn.
rechtzuerhalten, da sie nur im vorgewärmten Lagerstättengesteinstattfindet. Die Verfahrensabwandlung kann zeitweise durchgeführt werden, eventuell bisdie nächste Bohrungsreihe erreicht ist. Dieser Verfahrensabschnitt ist in AbschnittIX der Abb. 1 gezeigt.right, as they only exist in the preheated deposit rocktakes place. The process modification can be carried out temporarily, possibly up tothe next row of holes has been reached. This process step is shown in Section IX of FIG.
Die in den Abschnitten I, III, V, VII und IX der Abb. 1 dargestellten Verfahrenschritte sind nur ausGründen der Anschaulichkeit in getrennt nebeneinanderliegenden Abschnitten der Lagerstätte eingezeichnet.Sie verlaufen selbstverständlich nacheinander in jedem Abschnitt.The procedural steps shown in Sections I, III, V, VII and IX of Fig. 1 are only fromFor reasons of clarity, drawn in separately adjacent sections of the deposit.Of course, they run one after the other in each section.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, nicht alle nebeneinanderliegenden Abschnitte gleichzeitig inBehandlung und Produktion zu nehmen, sondern gleichzeitig behandelte Abschnitte zu trennen durchdazwischenliegende Abschnitte. Der Behandlungsbeginn in diesen Zwischenabschnitten kann zeitlichverschoben aufgenommen werden, beispielsweise, wenn in den ersten Abschnitten keine Behandlungüber Tage notwendig und der Sauerstoffbedarf vermindert ist. Er kann aber auch erst aufgenommenwerden, wenn die ersten Abschnitte leergefördert sind. Bei dieser Verfahrensdurchführung kann derBedarf an Vorrichtungen, wie Pumpen, Kompressoren, Dampfkessel und Sauerstoffanlagen, kleiner gehaltenwerden, als wenn gleichzeitig das ganze Lagerstättenfeld in Angriff genommen wird. Da bei derkombinierten Anwendung der in-situ-Verbrennung mit Wasserfluten eine Lagerstätte schneller und vollständigerausgefördert werden kann als bei den bekannten Verfahren, ist auch der wirtschaftliche Erfolgbeachtlich. Es braucht im Mittel nur die Hälfte der Lagerstättenfläche mit Sauerstoff behandelt zuwerden.It has been found to be useful not to put in all adjacent sections at the same timeTo take treatment and production, but to separate treated sections through at the same timeintermediate sections. The start of treatment in these intermediate sections can be timedpostponed, for example, if there is no treatment in the first few sectionsnecessary for days and the need for oxygen is reduced. But it can also be added firstwhen the first sections are empty. In this procedure, theThe need for devices such as pumps, compressors, steam boilers and oxygen systems has been kept smalleras if the entire field of deposits is being tackled at the same time. Since thecombined use of in-situ incineration with water flooding creates a deposit faster and more completelyCan be promoted than with the known processes, is also the economic successconsiderable. On average, only half of the deposit area needs to be treated with oxygenwill.
Wie schon mehrfach betont, ist es zur möglichst vollkommenen Erfassung des Lagerstättenmhalteswichtig, neben dem Zwangsfluß in der Reaktionszone auch im Flutungsbereich die Fließrichtungen zubeeinflussen und zu lenken. Dies kann unter anderem dadurch geschehen, daß einzelne Flutbohrungenoder zu Flutbohrungen gewordene Behandlungsoder Leitbohrungen zeitweilig mit verschiedenen undwechselnden Mengen Flutungswasser beschickt werden oder daß einzelne Bohrungen zeitweilig ganzgeschlossen werden. Eventuell kann auch Flutungswasser zwischen benachbarten Bohrungen im Kreislaufbewegt werden. Mit all diesen Maßnahmen werden Kreuz- und Querströmungen, FließrichtungsundDruckänderungen oder -umkehrungen erreicht, die Bildung von bevorzugten Kanälen und Prielenunmöglich gemacht und auf diese Weise der gesamte Inhalt einer Lagerstätte in Bewegung gebracht undausgefördert.As already emphasized several times, it is for the most complete possible recording of the reservoir contentimportant, in addition to the forced flow in the reaction zone, the flow directions also in the flooding areainfluence and direct. This can be done, among other things, by the fact that individual flood boreholesor treatment or guide wells that have become flood wells temporarily with various andchanging amounts of flooding water are charged or that individual boreholes are temporarily completelygetting closed. Flooding water may also be used between adjacent boreholes in the circuitbe moved. With all these measures, cross and transverse flows, flow direction andPressure changes or reversals achieved, the formation of preferential channels and troughsmade impossible and in this way the entire contents of a deposit set in motion andpromoted.
Um die Ausförderung eines ausgedehnten Lagerstättenfeldes auch mit größeren Bohrlochabständenvon beispielsweise 300 m durchführen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Verfahren infolgender Weise abzuwandeln:About the extraction of an extensive field of deposits, even with larger borehole spacingsto be able to carry out, for example, 300 m, it has proven advantageous to use the method incan be modified as follows:
In eine durch Behandlungsbohrung und Leitbohrung begrenzte Behandlungszone wird im periodischenWechsel in eine der beiden Bohrungen aktiviertes Verbrennungsgas eingepreßt, wobei die andereBohrung verschlossen wird. Dabei wird die Fließbewegung des die Verbrennungszone senkrechtdurchströmenden Wasserdampfes aufrechterhalten. Die beiden Fließbewegungen wirken in Form vonVerdrängungskörpern aufeinander ein, die vom Druckgefälle — von der Einpreßbohrung zur geschlossenenBohrung —- und vom Viskositätsgefälle — vom Verbrennungsgas zum Wasserdampf mit erheblichniedrigerer Viskosität — beeinflußt werden. Es findet hierbei eine keilförmige Verschiebung desEinwirkungsbereiches des aktivierten Verbrennungsgases statt, mit einer breiten Basis des Keiles im Bereichdes hohen Druckes des Verbrennungsgases um die Einpreßbohrung und mit der Spitze im BereichIn a treatment zone delimited by treatment bores and guide bores, the periodicSwitch activated combustion gas is injected into one of the two bores, with the otherBore is closed. The flow movement of the combustion zone becomes perpendicularMaintain flowing water vapor. The two flow movements act in the form ofDisplacement bodies on each other, which from the pressure gradient - from the press-fit bore to the closedBore - and the viscosity gradient - from the combustion gas to the water vapor with considerablelower viscosity - are affected. There is a wedge-shaped shift of theArea of action of the activated combustion gas instead, with a wide base of the wedge in the areathe high pressure of the combustion gas around the injection bore and with the tip in the area
ίο des niedrigeren Druckes bei der geschlossenen Bohrrung. Das Überwiegen des aktivierten Verbrennungsgases an der Basis bewirkt eine verstärkte Krackung,seine Verminderung an der Keilspitze eine verstärkte Flashverdampfung des Lagerstätteninhaltes. Durchden periodischen Wechsel der Einpreßbohrung bzw. der geschlossenen Bohrung wird der keilförmige Einwirkungsbereichjeweils umgekehrt. Es ergibt sich hieraus auch bei einem größeren Abstand der Bohrungeneine erwünschte Lenkung des Reaktionsprozesses und eine günstige Ausnutzung des in derLagerstätte erzeugten Dampfes.ίο the lower pressure with the closed drillingtion. The predominance of the activated combustion gas at the base causes increased cracking,its reduction at the wedge tip results in increased flash evaporation of the deposit. Bythe periodic change of the press-fit bore or the closed bore becomes the wedge-shaped area of actionvice versa. This also results from a larger distance between the holesa desired control of the reaction process and a favorable utilization of the in theDeposit generated steam.
Es besteht nun die Gefahr, daß nach einer längeren Betriebszeit nur wenig brennbare Rückstände inder Nähe der Einpreßbohrung verbleiben. Um dem vorzubeugen, wird ein weiterer Verfahrensschrittvorgeschlagen, der darin besteht, bei der Umkehrung der Fließrichtung in die bisher geschlossene Bohrungkurzzeitig flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe, eventuell zusammen mit modifiziertem Verbrennungsgaseinzuleiten. Die Kohlenwasserstoffe können abgezweigt werden aus den Produkten derFörderbohrungen oder aus anderen Bohrungen, die zu diesem Zeitpunkt sich in einer anderen Verfahrensperiodebefinden; sie dienen dazu, den Vorrat an brennbaren Medien im Bereich der Bohrung zu erneuernbzw. zu ergänzen. Anschließend wird durch das Einpressen von aktiviertem VerbrennungsgasSauerstoff zugeführt und die Verbrennungsfront dadurch weiter in Gang gehalten oder eventuell auchneu gezündet.There is now the risk that, after a long period of operation, only little flammable residues will be inremain in the vicinity of the press-fit bore. In order to prevent this, there is a further procedural stepproposed, which consists in reversing the direction of flow in the previously closed borebriefly liquid or gaseous hydrocarbons, possibly together with modified combustion gasinitiate. The hydrocarbons can be branched off from the products of theProduction wells or from other wells that are at this point in a different procedural periodare located; they serve to renew the supply of flammable media in the area of the boreor to supplement. Then activated combustion gas is injectedOxygen is supplied and the combustion front is thereby kept going, or possibly alsore-ignited.
Enthält eine Lagerstätte ein sehr gut durchlässiges Lagerstättengestein oder ist der Lagerstätteninhaltdünnflüssig und leicht beweglich, so kann es vorteilhaft sein, die beiden Verfahrensschritte der in-situ-Verbrennungund der Flutung nicht gleichzeitig, sondern getrennt nacheinander durchzuführen. Es wirdin der Behandlungszone einer Lagerstätte anfangs eine Verbrennungszone aufgebaut, die unter Einleitenvon Oxydationsmitteln zwischen der Behandlungsbohrung und der Leitbohrung im Zwangsflußgeführt wird. Nach Stillsetzen des Zwangsflusses zwischen den beiden Bohrungen wird dann anschließendeine Flutung der Behandlungszone eingeleitet, die in einem von der Richtung des Verbrennungszwangsflussesabweichenden Winkel durchgeführt und durch Aufnahme der Förderung in Richtung der Primärbewegungunterstützt wird. Die in der Verbrennungszone erzeugte Wärme reicht aus, um den Lagerstätteninhaltbis zur nächsten Bohrungsreihe auszufluten.Does a deposit contain a very well permeable deposit rock or is the deposit contentThin and easy to move, it can be advantageous to use the two process steps of in-situ combustionand flooding should not be carried out simultaneously, but separately one after the other. It willa combustion zone is initially built in the treatment zone of a deposit, which is discharged underof oxidizing agents between the treatment bore and the guide bore in the forced flowto be led. After the forced flow between the two bores has been stopped, thena flooding of the treatment zone is initiated in one of the direction of the forced combustion flowdifferent angle carried out and by taking up the promotion in the direction of the primary movementis supported. The heat generated in the combustion zone is sufficient to remove the contents of the depositto be flooded to the next row of holes.
Bei der Kondensation des Wasserdampfes in kälteren Partien der Lagerstätte werden erheblicheMengen an elektrolytfreiem Wasser gebildet, welches Quellungen der tonhaltigen Anteile des Speichergesteinsverursachen kann, besonders in Lagerstätten mit einem geringen Gehalt an salzhaltigem Haftwasser.Die Durchlässigkeit wird dadurch mehr oder weniger stark verschlechtert und der Weg der Ver-The condensation of the water vapor in colder parts of the deposit becomes considerableQuantities of electrolyte-free water are formed, which swell the clay-containing parts of the storage rockcan cause, especially in deposits with a low content of salty adhesive water.The permeability is thereby worsened to a greater or lesser extent and the path of
brennungsgase und der Verbrennungsfront ungünstig beeinflußt.Combustion gases and the combustion front are adversely affected.
Es wird daher vorgeschlagen, daß vor Einleitung der in-situ-Verbrennung mit Salz und/oder Katalysatorenbeladenes Flutungswasser zwischen den Behandlungsbohrungen und den Leitbohrungen zirkuliertwird. Mit diesem Flutungswasser wird eine Salzanreicherung in der Behandlungszone erreicht, sodaß Quellungen durch Kondensatwasser der anschließenden in-situ-Verbrennung vermieden werden.Besonders wichtig ist diese Anhebung der Salinität, wenn die Verbrennung mit angereichertem Sauerstofldurchgeführt wird, da hierbei eine intensive Verbrennung bei hoher Temperatur stattfindet, so daßneben dem Reaktionswasser auch viel verdampftes Haftwasser in davorliegende kältere Abschnitte gelangt.It is therefore proposed that before initiating the in-situ combustion with salt and / or catalystsloaded flooding water circulates between the treatment wells and the guide wellswill. With this flooding water, a salt enrichment is achieved in the treatment zone, see abovethat swelling due to condensate water of the subsequent in-situ combustion can be avoided.This increase in salinity is particularly important when burning with enriched oxygenis carried out, since this takes place intensive combustion at high temperature, so thatIn addition to the reaction water, a lot of evaporated adhesive water also reaches the colder sections in front of it.
Die eventuell gleichzeitig mit dem Salz deponierten Katalysatoren können wirksam werden, wenndie Reaktionszone in den betreffenden Lagerstättenabschnitt vorgedrungen ist. Sie können dazu dienen,die Krackung, Verkokung oder Verbrennung des Lagerstätteninhaltes zu beeinflussen bzw. zu unterstützen.The catalysts possibly deposited at the same time as the salt can become effective ifthe reaction zone has penetrated into the relevant deposit section. They can serveto influence or support the cracking, coking or combustion of the deposit.
Wenn ein Lagerstättenfeld in das Endstadium der Förderung gelangt, wird vorgeschlagen, in die Flutbohrungenkomprimierte Luft zusammen mit Flutungswasser einzupressen. Das Feld wird so gewissermaßenmit einem Vorrat an pneumatischer Energie aufgeladen, der ausreicht, die Förderung über einenunter Umständen beträchtlichen Zeitabschnitt aufrechtzuerhalten, ohne daß hierzu noch die üblichenVorrichtungen notwendig wären und die somit zu einem früheren Zeitpunkt zum Einsatz an andererStelle frei werden.When a field of deposits reaches the final stage of production, it is suggested that the flood drilling be carried outto inject compressed air together with flooding water. The field becomes so in a sensecharged with a supply of pneumatic energy that is sufficient to support the conveyance via apossibly to maintain a considerable period of time without adding the usualDevices would be necessary and thus to be used at an earlier point in timeVacancy.
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