**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
teren Dampfes (20) umfasst, wiederholt durchgeführt wird, bis das Erdöl in den Erdöl führenden Schichten (3) aufgrund des wiederholten Spülens erschöpft ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Erdöl von einem Abschnitt eines Ölfeldes, das Schichten Ölschiefer oder Ölsand enthält. Erdöllagerstätten, die Ölschiefer enthalten, aus welchem das Kerogen gewonnen werden kann oder die Ölsand enthalten, aus welchem Bitumen gewonnen werden kann, weisen gemeinsam den Nachteil auf, dass kein natürlicher Gasdruck vorhanden ist, der die zu gewinnenden Stoffe gegen die Erdoberfläche treibt. Solche Erdöllagerstätten werden gegenwärtig bergmännisch abgebaut, und das Erdöl wird in von diesen Erdöllagerstätten entfernten Anlagen üblicherweise mittels eines Schwefelverfahrens gewonnen.
Dieses Vorgehen ist sehr kostenaufwendig, insbesondere, weil das abgebaute Rohgestein von der jeweiligen Erdöllagerstätte zur Verarbeitungsanlage transportiert werden muss und darauf die ausgebeuteten Rückstände wieder zur Ablagerung zurück transportiert werden müssen, bzw.
zu einem anderen Ort transportiert werden müssen.
Es sind schon mehrere Verfahren vorgeschlagen worden, mittels welchen das Entnehmen des Erdöles bei der Erdöllagerstätte selbst durchgeführt werden kann.
In der zwischenzeitlich abgelaufenen US-PS 2 757 738 ist vorgeschlagen, Abschnitte von Erdölfeldern mittels einer Erwärmung durch Radiofrequenzwellen zu erwärmen und damit das Erdöl zur Gewinnung fliessfähig zu machen. Dieses vorgeschlagene Verfahren hat sich aber in der Praxis nicht durchgesetzt, weil die örtliche Erhitzung in der nächsten Umgebung der Elektroden zur Erzeugung der Radiofrequenzwellen derart hoch war, dass ein Verkoken des Erdöls auftrat.
In der US-PS 3 538 488 ist vorgeschlagen, Abschnitte von Erdölfeldern mittels eingebrachtem Dampf zu behandeln, um das Erdöl in dieser Weise fliessfähig zu machen. Bei diesem Verfahren tritt jedoch oft die Erscheinung auf, dass der Dampf, dem Weg des geringsten Widerstandes folgend, von einem Bohrloch zu andern durchbläst, so dass nur ein sehr begrenzter Abschnitt der Erdöl führenden Schichten erwärmt wird. Dieses hat zur Folge, dass ein nur kleiner Prozentsatz des Erdöls ausgebeutet werden kann, weil die von den vom Dampf durchgeblasenen Kanäle entfernt liegenden Abschnitte der jeweiligen Erdöl führenden Schichten nicht erwärmt werden und somit ihre Erdölanteile nicht fliessfähig werden. Diese Erscheinung des Durchblasens des Dampfes wird in der Fachwelt als override oder fingering bezeichnet.
In der US-PS 3 881 550 ist die Verwendung von Lösungsmitteln beschrieben, welche beim Ölfeld in billiger Weise hergestellt werden können und mittels welcher die Viskosität des Erdöls gesenkt werden kann. Gemäss der Offenbarung dieser Patentschrift werden die Lösungsmittel für Erdöl mit einer hohen Temperatur eingebracht, was zur Folge hat, dass sie auf den Ölschiefer- und Ölsandschichten aufliegen und somit kein vollständiges Vermischen und Lösen von Erdöl stattfindet.
Ziel der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus einem Abschnitt eines Ölfeldes, das Schichten Ölschiefer oder Ölsand enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Bohrloch durch die Erdöl führenden Schichten hinunter bis in die darunterliegende, erdölfreie Schicht gebohrt wird, dass der untere, in der erdölfreien Schicht gelegene Abschnitt des ersten Bohrloches erweitert wird, um eine Sammelkammer zu bilden, dass neben dem ersten Bohrloch eine Mehrzahl zweiter Bohrlöcher durch die Erdöl führenden Schichten in einem das erste Bohrloch umgebenden Muster gebohrt werden, dass bei zwischen den zweiten Bohrlöchern gelegenen Stellen eine Mehrzahl dritter Bohrlöcher durch die Erdöl führenden Schichten in einem das erste Bohrloch umgebenden Muster gebohrt werden, wobei jedes dritte Bohrloch von einem zur Sammelkammer führenden Ablaufkanal gefolgt ist,
dass ein Abschnitt der zwischen den zweiten und dritten Bohrlöchern gelegenen Erdöl führenden Schichten mittels Radiofrequenzwellen oder einer elektrischen Widerstandserwärmung vorgewärmt wird, dass ausgehend von den zweiten Bohrlöchern Druck mit gleichzeitiger Aus übung einer weiteren Erwärmung angelegt wird, womit dadurch fliessfähig gemachtes Erdöl gegen die dritten Bohrlöcher gefördert wird, um darin durch die Ablaufkanäle in die Sammelkammer zu strömen, um daraus durch das erste Bohrloch hindurch entnommen zu werden, dass darauf das Aus üben von Wärme und Druck beendet wird, um die Schichten Ölschiefer oder Ölsand wiederholt einem Spülen auszusetzen, um weiteres Erdöl zu entnehmen, und dass der ausgebeutete Abschnitt der Schichten mit einem Schaumstoff gefüllt wird.
Vorteilhaft kann das Anlegen von Druck mit gleichzeitiger Erwärmung mittels Dampf durchgeführt werden, der in die zweiten Bohrlöcher eingebracht werden kann.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird bei den zweiten Bohrlöchern eine in vertikaler Richtung verlaufende Feuerfront erzeugt, wobei die davon herrührenden Verbrennungsgase den Druck mit gleichzeitiger Ausübung von Wärme erzeugen können.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikal verlaufenden Schnitt durch einen Abschnitt eines Ölschiefer oder Ölsand enthaltenden Erdölfeldes,
Fig. 2 eine Aufsicht auf das in der Fig. 1 gezeigte Ölfeld,
Fig. 3 in vergrössertem Massstab die Einzelheit A der Fig.
1, wobei Elektroden zur Widerstandserwärmung des Abschnittes dargestellt sind,
Fig. 4 einen Schnitt gleich dem der Fig. 3, wobei das Einbringen von Dampf gezeigt ist,
Fig. 5 einen Schnitt gleich dem der Fig. 3, wobei das Einbringen von Lösungsmitteln dargestellt ist,
Fig. 6 eine Ansicht gleich der der Fig. 3, wobei das Mischen zwischen dem Erdöl und den Lösungsmitteln dargestellt ist,
Fig. 7 eine Ansicht gleich der Fig. 3, wobei das Abfliessen des durch die Lösungsmittel gelösten Erdöls gezeigt ist,
Fig. 8 eine Ansicht gleich der Fig. 3, wobei das Wiederaufbringen von Dampf dargestellt ist,
Fig. 9 eine Ansicht gleich der Fig. 3, wobei die Verwendung einer Feuerfront dargestellt ist.
Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 verwiesen. In der Fig. 1 ist ein lotrechter Schnitt durch ein Ölfeld gezeigt. Dabei ist die Erdoberfläche mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet das sogenannte Obergestein, welches die zwischen der Erdoberfläche 1 und den Erdöl führenden Schichten 3 gelegene, kein Erdöl enthaltende Schicht bildet. Diese Schicht kann wenige Meter betragen. Unter dem Abschnitt 3 der Erdöl führenden Schichten ist dann die erdölfreie Schicht 4 dargestellt.
Im gewählten Abschnitt des Erdölfeldes wird zuerst in dessen Zentrum ein erstes Bohrloch 5 gebohrt, welches nachfolgend als Entnahmeloch 5 bezeichnet ist. Dieses Entnahmeloch 5 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Hochdruckwasserbohrtechnik gebohrt und verläuft durch die obere Schicht, das Obergestein 2, durch den Abschnitt 3 der Erdöl führenden Schichten bis in die erdölfreie Schicht 4 hin
unter. Beim unteren Ende dieses Entnahmeloches 5 wird eine kavernenförmige Sammelkammer 9 wieder mittels des bekannten Hochdruckwasserbohrverfahrens ausgebildet. Der Durchmesser des Entnahmeloches 5 beträgt beispielsweise 25 cm und der Durchmesser der Sammelkammer 9 ungefähr 6 m. In dieser Sammelkammer 9 wird eine nicht näher dargestellte Pumpe angeordnet, mittels welcher die Sammelkammer 9 durch das Entnahmeloch 5 hindurch von den dort hineinströmenden und sich sammelnden Stoffen entleert wird.
Um das Entnahmeloch 5 herum wird darauf eine Mehrzahl zweiter Bohrlöcher 6 durch die Erdöl führenden Schichten 3 gebohrt, und dies gemäss der Fig. 2 in einem das Entnahmeloch 5 umgebenden Muster, welches beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch konzentrische Kreise beschrieben ist. Diese zweiten Bohrlöcher werden nachfolgend als Einbringlöcher 6 bezeichnet. Aus der Fig. list ersichtlich, dass diese lediglich bis zur unteren Grenze der Erdöl führenden Schichten 3 verlaufen und nicht in die erdölfreie Schicht 4 hineindringen. Der Durchmesser dieser Einbringlöcher 6 ist beispielsweise 10 cm, kann jedoch auch beträchtlich kleiner sein.
Darauf werden dritte Bohrlöcher 7 durch die Erdöl führenden Schichten 3 gebohrt. Diese sind wieder in einem das Entnahmeloch 5 umgebenden Muster angeordnet, wobei jedes dieser dritten Bohrlöcher 7 insofern zwischen den Einbringlöchern 6 angeordnet sind, indem sie ebenfalls entlang konzentrischer Kreislinien angeordnet sind, wie dies aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Diese dritten Bohrlöcher 7 werden nachfolgend als Sammellöcher 7 bezeichnet. Diese Sammellöcher 7 sind jeweils von einem Ablaufkanal 8 gefolgt, der bis zur Sammelkammer 9 des Entnahmeloches 5 verläuft. Hierzu wird auf die Fig. 1 verwiesen, wobei zu bemerken ist, dass der gezeichnete Verlauf dieser Ablaufkanäle nur beispielsweise ist, sie können auch geradlinig sein und eine verhältnismässig scharfe Übergangsstelle zu den jeweiligen Sammellöchern 7 aufweisen.
Der Durchmesser der Sammellöcher 7 ist derselbe wie derjenige der Einbringlöcher 6. Die horizontale Abmessung des mit dieser Vielzahl Bohrlöchern versehenen Erdölfeldes beträgt beispielsweise in jeder Richtung etwa 125 m, welche Strecke in der Fig. 2 dem Durchmesser der äussersten Kreislinie entspricht, welche durch die Einbringlöcher 6 beschrieben ist, die den grössten Abstand vom Entnahmeloch 5 aufweisen. Der Abstand zwischen den einzelnen Bohrlöchern, in radialer Richtung des zu bearbeitenden Ölfeldes gesehen, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 20 m.
Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 verwiesen. Das Verfahren wird jetzt auf einzelnen Ringabschnitten 10, siehe Fig. 2, des Ölfeldes durchgeführt. Ein solcher Ringabschnitt ist in radia ler Richtung gesehen aussen und innen von je einer Folge Einbringlöchern 6 begrenzt, die auf zwei konzentrischen Kreisbogenabschnitten angeordnet sind, wobei dazwischen eine Folge Sammellöcher 7 ebenfalls entlang eines Kreisbogenabschnittes verlaufend angeordnet sind. Das Ölfeld wird Ringabschnitt für Ringabschnitt ausgebeutet, wobei jetzt schon erwähnt werden soll, dass ein jeweils vollständig ausgebeuteter Ringabschnitt 10 mittels eines Schaumstoffes gefüllt wird.
In der Fig. 3 ist die Einzelheit A der Fig. 1 in vergrössertem Massstab dargestellt, wobei der gezeigte Schnitt entlang einer Radiallinie der Fig. 2 durch den Ringabschnitt 10 verläuft.
In der Fig. 3 ist wieder die Erdoberfläche 1, die obere Schicht, das Obergestein 2, der Abschnitt der Erdöl führenden Schichten 3 sowie die darunter liegende, erdölfreie Schicht 4, gezeigt. Weiter sind zwei Einbringlöcher 6 gezeichnet, zwischen welchen ein Sammelloch 7 einschliesslich seines Ablaufkanales 8 angeordnet ist. Zum Durchführen des ersten Schrittes des Verfahrens weden in den Einbringlöchern 6 angeordnete Elektroden 14 verwendet, welche mit Speiseleitungen 15 versehen sind. Mittels dieser Elektroden 14 werden nun die Erdöl führenden Schichten 3 mittels Radiofrequenzwellen oder mittels elektrischer Widerstandsheizung erwärmt, um das Vorwärmen derselben durchzuführen.
Um nun ein örtliches Überhitzen der Erdöl führenden Schichten 3 bei Bereichen unmittelbar neben den Einbringlöchern 6 zu verhindern, wird während des Erwärmens derselben durch die Einbringlöcher 6 gleichzeitig ein Kühlfluid eingebracht.
Dadurch wird ein örtliches Verkoken des Erdöls verhindert.
Durch dieses Vorwärmen kann ein Teil des Erdöls bereits fliessfähig werden. Dieser Teil fliessfähigen Erdöles strömt durch das Sammelloch 7 und den Ablaufkanal 8 hinunter in die Sammelkammer 9, aus welcher Sammelkammer 9 solches Erdöl durch das Entnahmeloch 5 mittels der nicht gezeigten Pumpe entnommen wird.
Der nächste Verfahrensschritt wird nun anhand der Fig. 4 erläutert. Diese Fig. 4 entspricht weitgehend der Fig. 3, wobei jedoch den Bohrlöchern zugeordnete Abschliessorgane schematisch dargestellt sind. Jedes Einbringloch 6 ist mit dem Einbringventil 11 versehen, welches beim oberen Ende des jeweiligen Einbringloches 6 angeordnet ist. Dabei muss bemerkt werden, dass die Einbringventile 11 nicht wie in der Zeichnung dargestellt unterhalb der Erdoberfläche 1 angeordnet sein müssen, sie können auch oberhalb der Erdoberfläche 1 in einem mit dem Einbringloch 6 verbundenen Rohrleitungsstutzen angeordnet sein. Dasselbe trifft auch für das Schliessventil 12 des Sammelloches 7 zu. Beim unteren Ende des Sammelloches 7 ist ein Ablaufventil 13 angeordnet, mittels welchem die Verbindung zwischen dem Sammelloch 7 und seinem Ablaufkanal 8 wahlweise unterbrochen bzw. hergestellt werden kann.
Nach erfolgtem Vorwärmen der Erdöl führenden Schicht 3 mittels beispielsweise Radiofrequenzwellen wird Dampf 16 jedem Einbringloch 6 zugeführt. Während der Zufuhr dieses Dampfes können die Radiofrequenzwellen weiterhin erzeugt werden, welches jedoch für das Verfahren nicht unbedingt notwendig ist. Aus den Einbringlöchern 6 dringt nun der Dampf wie mit den Pfeilen 17 bezeichnet ist, in die Erdöl führenden Schichten 3 ein. Es ist nun eingangs gesagt worden, dass es bei gemäss dem Stand der Technik vorgeschlagenen Verfahren auftritt, dass der eingebrachte Dampf 17, dem Weg des geringsten Widerstandes folgend, relativ direkt zum Sammelloch 7 strömt, so dass viele Teile der Schichten 3 umgangen werden, so dass sie dem Druck und der Temperatur des eingebrachten Dampfes 17 nicht ausgesetzt werden.
Diese Erscheinung, override oder fingering genannt, wird gemäss dem vorliegenden Verfahren durch besondere Vorkehrungen verhindert. In jedem Sammelloch 7 ist ein Temperaturfühler 27 angeordnet. Sobald ein direktes Strömen von Dampf 16 von einem Einbringloch 6 zu einem Sammelloch 7 stattfindet, wird die dadurch im Sammelloch 7 entstehende schlagartige Temperaturerhöhung vom Temperaturfühler 27 wahrgenommen. Das Einbringen des Dampfes 17 von den Einbringlöchern 6 und die Austrittsrichtung des Dampfes 17 ist gesteuert. Tritt nun ein direktes Durchströmen von Dampf von den Einbringlöchern 6 zu den Sammellöchern 7 auf, welches vom Temperaturfühler 27 wahrgenommen wird, können die Eintrittsstellen des Dampfes 17 von den Einbringlöchern 6 in die Erdöl führenden Schichten 3 der dem Sammelloch 7 am nächsten gelegenen Einbringlöcher 6 geschlossen werden.
Dabei ist es möglich, durch eine geeignete Auswahl der Stellen des Dampfeintrittes aus den Einbringlöchern 6 in die Erdöl führenden Schichten 3 auch die Richtung des aus den Einbringlöchern 6 austretenden Dampfes zu ändern. Durch dieses gesteuerte Einbringen des Dampfes 17 wird ein Dampfdurchbruch gegen die Sammellöcher 7 verunmöglicht, was zur Folge hat, dass der in Frage stehende Abschnitt des Ölfeldes gleichförmig und an allen Stellen erwärmt wird.
Während des Einbringens des Dampfes 17 aus den Einbringlöchern 6 bleibt nun das Ablaufventil 13 beim unteren Ende des Sammelloches 7 geschlossen. Das fliessfähig gemachte Erdöl sammelt sich folglich um das Sammelloch 7 an, dies vor allem, weil in oberen Schichten 3 vorhandenes fliessfähig gemachtes Erdöl aufgrund der Schwerkraft offensichtlich nach unten strömt, mit der Folge, dass sich um jedes Sammelloch 7 eine kegelförmige Ansammlung 18 fliessfähigen Erdöls ansammelt. Es ist nun insbesondere noch zu bemerken, dass Dampf vor allem bei gegen der erdölfreien Schicht 4 gelegenen unteren Abschnitten der zweiten Bohrlöcher 6 eingebracht wird, um insbesondere den unteren Abschnitt des Kegels 18 des fliessfähigen Erdöles erwärmt zu halten.
Es wird nun auf die Fig. 5 verwiesen. In den Kegel 18 fliessfähigen Erdöles wird vom unteren Bereich des Sammelloches 7 her ein Lösungsmittel für Erdöl, z.B. Dieselöl, eingebracht. Weil, wie oben erwähnt, insbesondere der untere Abschnitt des Kegels 18 warmgehalten ist, kann das Lösungsmittel verhältnismässig einfach aus dem Sammelloch 7 in den unteren Teil des Kegels 18 eintreten. Es ist nun wichtig zu bemerken, dass im Gegensatz zum Stand der Technik das eingebrachte Lösungsmittel kalt und nicht erwärmt ist. Das Lösungsmittel, das auch etwas dichter als das im Kegel 18 vorhandene fliessfähige Erdöl ist, bildet unmittelbar nach dem Einbringen aus dem Sammelloch 7 eine Tasche 19 beim Basisbereich des Kegels 18.
Von den Einbringlöchern 6 wird weiterhin Dampf eingebracht, wie dies mit den Pfeilen 20 bezeichnet ist, wobei im Gegensatz zum eingebrachten Dampf 17 der Fig. 4 dieser während des Einbringens des Lösungsmittels eingebrachte Dampf nur gegen einen unteren Abschnitt des Kegels 18 einwirkt. Somit werden Erdöl und Lösungsmittel im unteren Teil des Kegels 18 erwärmt und steigen in Richtung der Pfeile 21 gegen den Scheitel des Kegels auf, wobei ein Ausweiten des Scheitels des Kegels stattfindet, wie dies mit den Bezugsziffern 22 in der Fig. 5 angedeutet ist.
Es wird nun auf die Fig. 6 verwiesen. Währenddem das Ablaufventil 13 des Sammelloches 7 immer noch geschlossen gehalten wird, und immer noch Dampf aufgebracht wird, vermischen sich die Lösungsmittel innig mit dem Erdöl des Kegels, wie dies mit den Pfeilen 21 angedeutet ist, so dass ein grösstmöglicher Mischungsgrad erzielt wird. Damit wird die Viskosität der Erdölteile um einen Faktor von 99% oder mehr gesenkt. Um das Durchmischen und Erwärmen weiter zu fördern, wird wieder auf die vollständige Höhe des Kegels Dampf 20 zum Einwirken gebracht, wie in der Fig. 6 gezeigt ist.
Der nächste Schritt ist in der Fig. 7 dargestellt. Der von den Einbringlöchern 6 einströmende Dampf 20 wird wieder lediglich gegen den unteren Abschnitt des vorgängigen
Kegels 18 gelösten Erdöls zum Einwirken gebracht. Der Zweck ist, den oberen Bereich der Erdöl führenden Schichten abkühlen zu lassen, so dass ein Dichten gegen ungewollt ausströmenden Dampf (override) sichergestellt ist. Jedoch wird der untere Teil der Schichten beim Kegel 18 weiterhin mit eingebrachtem Dampf 20 erwärmt. Durch die erhöhte Temperatur zusammen mit den Folgen des Einbringens des Lösungsmittels wird ein gut fliessfähiges Gemisch bzw. eine gut fliessfähige Lösung entstanden sein.
Nun wird bei geschlossen gehaltenem Schliessventil 12 des Sammelloches 7 dessen unteres Ablaufventil 13 geöffnet, somit ist die Verbindung zwischen Sammelloch 7 und Ablaulkanal hergestellt, so dass die Lösung in das Sammelloch 7 eintritt, durch den Ablaulkanal 8 in die Sammelkammer 9 hinunterströmt, von welcher Sammelkammer es dann durch das Entnahmeloch 5 hindurch ausgepumpt wird.
Damit ist grundlegend ein Arbeitsumlauf zum Gewinnen des Erdöles beendet. Es wird nun auf die Fig. 8 verwiesen.
Wieder wird durch eingebrachten Dampf 16, der in die Einbringlöcher 6 strömt, die Erdöl führenden Schichten 3 unter Druck gesetzt. Dabei wird zuerst ein Durchströmen von Dampf von den Einbringlöchern 6 zum Sammelloch 7 stattfinden, und somit wird ein Austritt von Dampf aus den Einbringlöchern 6 bei Stellen neben der darunterliegenden erdölfreien Schicht 4 unterbunden. Jedoch wird ein Einströmen von Dampf im mittleren Bereich der Schichten 3 zugelassen, wie dies mit den Pfeilen 20 gezeigt ist. Somit entsteht nach einer gewissen Zeitspanne ein Durchströmen von Dampf von den Einbringlöchern 6 zum Sammelloch 7 im oberen Bereich der Erdöl führenden Schichten 3, wie dies mit dem Pfeil 29 gezeigt ist.
Nachdem dieses aufgetreten ist, wird ein Austreten von Dampf aus den Einbringlöchern 6 im genannten oberen Bereich unterbunden und weiterhin lediglich im mit den Pfeilen 20 angedeuteten Bereich weiter Dampf eingebracht.
Damit wird ein neuer, etwas kleinerer Kegel 28 Erdöl (einschliesslich gelöste Anteil, da offensichtlich auch ein Teil des Lösungsmittels in den Schichten verbleibt) gebildet, und die vorgängig beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt.
Dieses wird mehrmals wiederholt, bis der gesamte Ringabschnitt (siehe Fig. 2) kein Erdöl mehr aufweist. Darauf wird durch die Bohrlöcher Schaumstoff in die vormals Erdöl führenden Schichten 3 eingebracht. Dieser dient dazu, den ausgebeuteten Teil gegen ein Strömen von Dampf, Erdöl usw. in einer nicht gewollten Richtung abzudichten. Somit wird ein Abschnitt nach dem anderen des Ölfeldes ausgebeutet, wobei der Betrieb vom radial äussersten Rand des fraglichen Abschnittes her gegen das Entnahmeloch verläuft.
In der Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei nicht mit Dampf gearbeitet wird. Hier wird das Verfahren mit Ausnützung einer Feuerfront verwendet. Bei den Einbringlöchern 6 wird in bekannter Weise eine in vertikaler Richtung verlaufende Feuerfront 23 erzeugt. Durch diese entstehen Verbrennungsgase 25, so dass wieder Druck und Temperatur auf die zu gewinnenden Erdölteile erzeugt wird, wobei wieder ein Kegel 26 fliessfähigen Erdöls entsteht.
Die Fortschreit- bzw. Ausbreitrichtung der Feuerfront 23 wird mittels Frischluft 24 gesteuert, wobei analog zum Verfahren mit Dampf die Eintrittsstellen von Frischluft aus dem Einbringloch 6 in die Erdöl führenden Schichten 3 sowohl auch die Eintrittsrichtung derselben wahlweise gesteuert wird, wozu wieder in den Sammellöchern 7 angeordnete (in der Fig. 9 nicht gezeigte) Temperaturfühler verwendet werden.
Sollte ein örtliches Blockieren der Ausbreitung der Feuerfront 23 entstehen, wird der betreffende Bereich durch die früher erwähnte Radiofrequenzwellen-Erwärmung auf eine höhere Temperatur gebracht, um die Ausbreitung der Feuerfront 23 sicherzustellen. Nach Aufheben der Feuerfront 23 wird durch die Einbringlöcher 6 heisses Druckwasser in die Erdöl führenden Schichten 3 eingebracht. Dabei bleibt das Schliessventil 12 beim oberen Ende der jeweiligen dritten Bohrlöcher 7 sowie das entsprechende Ablaufventil 13 geschlossen. Nach der Sättigung der Erdöl führenden Schichten 3 mittels des Druckwassers wird auch das Einbringventil 11 der jeweiligen Einbringlöcher 6 geschlossen, wobei sich das heisse Druckwasser aufgrund der durch die Feuerfront entstandene Wärme in den Schichten 3 weiter erwärmt.
Dabei ist es wichtig, dass die Temperatur des eingebrachten Wassers höher als ungefähr 105"C ist, wobei falls notwendig zum Erreichen dieses Zieles wieder ein weiteres Beheizen mit Radiofrequenzwellen durchgeführt wird.
Darauf wird das Schliessventil 12 und das Ablaufventil 13 des jeweiligen Sammelloches 7 zusammen geöffnet, wobei gleichzeitig eine Verbindung zwischen den Einbringlöchern 6 und einem Teil der Erdöl führenden Schichten 3 hergestellt wird, welcher Schichtteil in der Fig. 9 mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Damit entsteht eine schlagartige Druckentlastung und offensichtlich ein schlagartiges Verdampfen des Wassers in diesem Schichtteil 30. Dadurch wird das Erdöl freigesetzt, und wird gegen das jeweilige Sammelloch 7 getrieben, durch welches es hinunter, durch den Ablaufkanal 8 zur
Sammelkammer 9 strömt. Darauf wird der Abschnitteil 30 mit
Schaumstoff gefüllt und ein schlagartiges Verdampfen im nachfolgenden, unmittelbar darunterliegenden Schichtteil 31 durchgeführt.
Dieses Verfahren wird schrittweise nach unten, gegen die erdölfreie Schicht 4 hin fortgeführt, bis der gesamte Erdölanteil ausgetrieben ist.
Auch dieses Verfahren wird Abschnitt 10 für Abschnitt 10 des jeweiligen Ölfeldes durchgeführt, um vollständig daraus Erdöl zu gewinnen.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
tere steam (20) is carried out repeatedly until the petroleum in the petroleum-bearing layers (3) is exhausted due to the repeated flushing.
The invention relates to a method for extracting petroleum from a section of an oil field that contains layers of oil shale or oil sand. Oil deposits that contain oil shale, from which the kerogen can be extracted, or that contain oil sands, from which bitumen can be extracted, have the disadvantage in common that there is no natural gas pressure that drives the materials to be extracted against the earth's surface. Such oil deposits are currently being mined and the oil is typically extracted by a sulfur process from plants remote from these oil deposits.
This procedure is very costly, in particular because the extracted rock has to be transported from the respective oil deposit to the processing plant and the exploited residues have to be transported back to the deposit, or
need to be transported to another location.
Several methods have already been proposed by means of which the oil can be extracted from the oil deposit itself.
US Pat. No. 2,757,738, which has expired in the meantime, proposes to heat sections of oil fields by means of heating by means of radio frequency waves and thus to make the oil flowable for extraction. However, this proposed method has not become established in practice because the local heating in the immediate vicinity of the electrodes for generating the radio frequency waves was so high that coking of the oil occurred.
In US Pat. No. 3,538,488 it is proposed to treat sections of oil fields by means of introduced steam in order to make the oil flowable in this way. However, in this process, the phenomenon often occurs that the steam, following the path of least resistance, blows from one borehole to another, so that only a very limited section of the oil-bearing layers is heated. The consequence of this is that only a small percentage of the oil can be exploited because the sections of the respective oil-conducting layers that are distant from the channels blown through by the steam are not heated and thus their oil components are not able to flow. This phenomenon of the steam blowing through is referred to in the specialist world as override or fingering.
US Pat. No. 3,881,550 describes the use of solvents which can be produced inexpensively in an oil field and by means of which the viscosity of the petroleum can be reduced. According to the disclosure of this patent, the solvents for petroleum are introduced at a high temperature, with the result that they lie on the oil shale and oil sand layers and thus there is no complete mixing and dissolution of petroleum.
The aim of the invention is to remedy the disadvantages mentioned.
The method according to the invention for extracting oil from a section of an oil field which contains layers of oil shale or oil sand is characterized in that a first borehole is drilled down through the oil-bearing layers into the underlying, oil-free layer, that the lower, in the the oil-free section of the first borehole is expanded to form a plenum that, in addition to the first borehole, a plurality of second boreholes are drilled through the petroleum-bearing layers in a pattern surrounding the first borehole, that a plurality at locations between the second boreholes third holes are drilled through the petroleum-bearing layers in a pattern surrounding the first borehole, with every third borehole being followed by a drainage channel leading to the collecting chamber,
that a section of the oil-bearing layers between the second and third boreholes is preheated by means of radio frequency waves or electrical resistance heating, that starting from the second boreholes, pressure is applied with simultaneous application of further heating, thereby producing flowable petroleum against the third boreholes in order to flow through the drainage channels into the collecting chamber, to be taken therefrom through the first borehole, and then the application of heat and pressure is stopped in order to repeatedly flush the layers of oil shale or oil sand for further petroleum and that the exploited portion of the layers is filled with a foam.
The application of pressure with simultaneous heating can advantageously be carried out by means of steam which can be introduced into the second boreholes.
According to a further advantageous embodiment of the method, a fire front extending in the vertical direction is generated in the second boreholes, the combustion gases resulting therefrom being able to generate the pressure with simultaneous application of heat.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example. Show it:
1 is a vertical section through a section of an oil shale or oil sands containing oil field,
2 is a plan view of the oil field shown in FIG. 1,
3 on an enlarged scale the detail A of FIG.
1, electrodes for resistance heating of the section being shown,
4 shows a section similar to that of FIG. 3, showing the introduction of steam,
5 shows a section similar to that of FIG. 3, showing the introduction of solvents,
6 is a view similar to that of FIG. 3, showing the mixing between the petroleum and the solvents,
7 is a view similar to FIG. 3, showing the drainage of the petroleum dissolved by the solvents,
FIG. 8 is a view similar to FIG. 3 showing steam re-application; FIG.
Fig. 9 is a view similar to Fig. 3, showing the use of a fire front.
Reference is now made to FIGS. 1 and 2. 1 shows a vertical section through an oil field. The surface of the earth is designated by the reference number 1. The reference number 2 designates the so-called upper rock, which forms the layer 3, which contains no petroleum and lies between the earth's surface 1 and the petroleum layers 3. This layer can be a few meters. The petroleum-free layer 4 is then shown under section 3 of the petroleum-bearing layers.
In the selected section of the oil field, a first borehole 5 is drilled in the center thereof, which is referred to below as extraction hole 5. In this exemplary embodiment, this extraction hole 5 is drilled by a high-pressure water drilling technique and runs through the upper layer, the upper rock 2, through the section 3 of the petroleum-bearing layers and into the petroleum-free layer 4
under. At the lower end of this extraction hole 5, a cavern-shaped collecting chamber 9 is again formed by means of the known high-pressure water drilling method. The diameter of the removal hole 5 is, for example, 25 cm and the diameter of the collecting chamber 9 is approximately 6 m. A pump (not shown in detail) is arranged in this collecting chamber 9, by means of which the collecting chamber 9 is emptied through the removal hole 5 by the substances flowing in and collecting there.
Around the extraction hole 5, a plurality of second drill holes 6 are then drilled through the layers 3 carrying the oil, and this in accordance with FIG. 2 in a pattern surrounding the extraction hole 5, which is described by concentric circles in the present exemplary embodiment. These second drill holes are referred to below as insertion holes 6. It can be seen from the list that these only extend to the lower limit of the layers 3 carrying oil and do not penetrate into the oil-free layer 4. The diameter of these insertion holes 6 is, for example, 10 cm, but can also be considerably smaller.
Third holes 7 are then drilled through the oil-bearing layers 3. These are again arranged in a pattern surrounding the removal hole 5, each of these third boreholes 7 being arranged between the insertion holes 6 in that they are also arranged along concentric circular lines, as can be seen from FIG. 2. These third boreholes 7 are referred to below as collecting holes 7. These collecting holes 7 are each followed by a drain channel 8 which extends to the collecting chamber 9 of the removal hole 5. For this purpose, reference is made to FIG. 1, wherein it should be noted that the drawn course of these drainage channels is only for example, they can also be straight and have a relatively sharp transition point to the respective collecting holes 7.
The diameter of the collecting holes 7 is the same as that of the insertion holes 6. The horizontal dimension of the oil field provided with this large number of drilling holes is, for example, approximately 125 m in each direction, which distance in FIG. 2 corresponds to the diameter of the outermost circular line through the insertion holes 6, which are at the greatest distance from the removal hole 5. The distance between the individual boreholes, viewed in the radial direction of the oil field to be processed, is approximately 20 m in this exemplary embodiment.
Reference is now made to FIGS. 2 and 3. The method is now carried out on individual ring sections 10, see FIG. 2, of the oil field. Such a ring section is seen in the radial direction outside and inside by a series of insertion holes 6, which are arranged on two concentric circular arc sections, with a series of collecting holes 7 also being arranged between them along a circular arc section. The oil field is exploited ring section by ring section, and it should already be mentioned that a completely exploited ring section 10 is filled with a foam.
FIG. 3 shows detail A of FIG. 1 on an enlarged scale, the section shown running along a radial line of FIG. 2 through ring section 10.
3 again shows the earth's surface 1, the upper layer, the upper rock 2, the section of the layers 3 carrying oil and the layer 4 of oil-free underneath. Furthermore, two insertion holes 6 are drawn, between which a collecting hole 7 including its drainage channel 8 is arranged. In order to carry out the first step of the method, electrodes 14 which are provided in the insertion holes 6 and are provided with feed lines 15 are used. By means of these electrodes 14, the oil-bearing layers 3 are now heated by means of radio frequency waves or by means of electrical resistance heating in order to preheat them.
In order to prevent local overheating of the petroleum-bearing layers 3 in areas immediately next to the introduction holes 6, a cooling fluid is simultaneously introduced through the introduction holes 6 during the heating thereof.
This prevents local coking of the oil.
This preheating can already make part of the oil flowable. This part of flowable petroleum flows through the collecting hole 7 and the drainage channel 8 down into the collecting chamber 9, from which collecting chamber 9 such petroleum is extracted through the removal hole 5 by means of the pump, not shown.
The next process step will now be explained with reference to FIG. 4. This FIG. 4 largely corresponds to FIG. 3, but with the closure members assigned to the boreholes being shown schematically. Each insertion hole 6 is provided with the insertion valve 11, which is arranged at the upper end of the respective insertion hole 6. It must be noted here that the introduction valves 11 do not have to be arranged below the earth surface 1 as shown in the drawing, they can also be arranged above the earth surface 1 in a pipeline connection connected to the introduction hole 6. The same applies to the closing valve 12 of the collecting hole 7. At the lower end of the collecting hole 7, a drain valve 13 is arranged, by means of which the connection between the collecting hole 7 and its drain channel 8 can optionally be interrupted or established.
After preheating of the oil-bearing layer 3 by means of radio frequency waves, for example, steam 16 is fed to each insertion hole 6. While this steam is being supplied, the radio frequency waves can still be generated, but this is not absolutely necessary for the method. From the insertion holes 6, the steam penetrates into the oil-bearing layers 3 as indicated by the arrows 17. It has now been said at the beginning that it occurs in the method proposed according to the prior art that the introduced steam 17 flows, following the path of least resistance, relatively directly to the collecting hole 7, so that many parts of the layers 3 are bypassed that they are not exposed to the pressure and temperature of the introduced steam 17.
This phenomenon, called override or fingering, is prevented by special measures in accordance with the present method. A temperature sensor 27 is arranged in each collecting hole 7. As soon as there is a direct flow of steam 16 from an insertion hole 6 to a collecting hole 7, the sudden temperature increase which thereby arises in the collecting hole 7 is sensed by the temperature sensor 27. The introduction of the steam 17 from the insertion holes 6 and the exit direction of the steam 17 is controlled. If there is a direct flow of steam from the insertion holes 6 to the collecting holes 7, which is sensed by the temperature sensor 27, the entry points of the steam 17 from the insertion holes 6 into the petroleum layers 3 of the insertion holes 6 closest to the collecting hole 7 can be closed will.
It is possible to change the direction of the steam emerging from the insertion holes 6 by a suitable selection of the points of steam entry from the insertion holes 6 into the layers 3 leading to the petroleum. This controlled introduction of the steam 17 makes a steam breakthrough against the collecting holes 7 impossible, with the result that the section of the oil field in question is heated uniformly and at all points.
During the introduction of the steam 17 from the insertion holes 6, the drain valve 13 at the lower end of the collecting hole 7 now remains closed. The fluidized oil consequently accumulates around the collecting hole 7, above all because the fluidized oil present in the upper layers 3 obviously flows downwards due to the force of gravity, with the result that a conical collection 18 of fluid oil flows around each collecting hole 7 accumulates. It should now be noted in particular that steam is introduced especially in the lower sections of the second boreholes 6 located against the oil-free layer 4, in order in particular to keep the lower section of the cone 18 of the flowable petroleum heated.
Reference is now made to FIG. 5. In the cone 18 of flowable petroleum, a solvent for petroleum, e.g. Diesel oil, brought in. Because, as mentioned above, in particular the lower section of the cone 18 is kept warm, the solvent can enter the lower part of the cone 18 relatively easily from the collecting hole 7. It is now important to note that, contrary to the prior art, the solvent introduced is cold and not heated. The solvent, which is also somewhat denser than the flowable petroleum present in the cone 18, forms a pocket 19 at the base region of the cone 18 immediately after being introduced from the collecting hole 7.
Steam is also introduced from the introduction holes 6, as is indicated by the arrows 20, whereby, in contrast to the introduced vapor 17 of FIG. 4, this vapor introduced during the introduction of the solvent acts only against a lower section of the cone 18. Thus, petroleum and solvent are heated in the lower part of the cone 18 and rise in the direction of the arrows 21 towards the apex of the cone, the apex of the cone expanding, as indicated by the reference numerals 22 in FIG. 5.
Reference is now made to FIG. 6. While the drain valve 13 of the collecting hole 7 is still kept closed and steam is still being applied, the solvents mix intimately with the petroleum of the cone, as indicated by the arrows 21, so that the greatest possible degree of mixing is achieved. This lowers the viscosity of the oil parts by a factor of 99% or more. In order to further promote mixing and heating, steam 20 is brought back to the full height of the cone, as shown in FIG. 6.
The next step is shown in FIG. 7. The steam 20 flowing in from the insertion holes 6 is again only against the lower section of the previous one
Cone brought 18 dissolved petroleum to act. The purpose is to allow the upper area of the oil-bearing layers to cool, so that sealing against unwanted escaping steam (override) is ensured. However, the lower part of the layers at the cone 18 is still heated with the steam 20 introduced. Due to the increased temperature together with the consequences of introducing the solvent, a well-flowable mixture or a well-flowable solution will have been created.
Now, when the closing valve 12 of the collecting hole 7 is kept closed, its lower drain valve 13 is opened, thus the connection between the collecting hole 7 and the drainage channel is established, so that the solution enters the collecting hole 7, flows down through the drainage channel 8 into the collecting chamber 9, from which collecting chamber it is then pumped out through the removal hole 5.
This basically completes a work cycle for extracting the oil. Reference is now made to FIG. 8.
Again, the petroleum-bearing layers 3 are pressurized by the introduced steam 16, which flows into the introduction holes 6. In this case, steam will first flow through from the insertion holes 6 to the collecting hole 7, and thus steam will be prevented from escaping from the insertion holes 6 at locations next to the petroleum-free layer 4 underneath. However, an inflow of steam is permitted in the central region of the layers 3, as shown by the arrows 20. Thus, after a certain period of time, steam flows through from the introduction holes 6 to the collecting hole 7 in the upper region of the layers 3 carrying oil, as is shown by the arrow 29.
After this has occurred, steam is prevented from escaping from the insertion holes 6 in the upper region mentioned and further steam is only introduced in the region indicated by the arrows 20.
This forms a new, somewhat smaller cone 28 of petroleum (including the dissolved portion, since part of the solvent obviously also remains in the layers), and the process steps described above are carried out.
This is repeated several times until the entire ring section (see FIG. 2) no longer has any petroleum. Foam is then introduced through the boreholes into the layers 3 that previously contained oil. This serves to seal the exploited part against a flow of steam, oil, etc. in an undesired direction. Thus, one section after the other of the oil field is exploited, the operation running from the radially outermost edge of the section in question against the extraction hole.
A further exemplary embodiment is shown in FIG. 9, but steam is not used. Here the method is used with the use of a fire front. In the insertion holes 6, a fire front 23 extending in the vertical direction is produced in a known manner. These produce combustion gases 25, so that pressure and temperature are again generated on the oil parts to be extracted, again producing a cone 26 of flowable oil.
The direction of advancement or spreading of the fire front 23 is controlled by means of fresh air 24, analogously to the method with steam, the entry points of fresh air from the introduction hole 6 into the layers 3 carrying oil and both the direction of entry thereof is optionally controlled, for which purpose again in the collecting holes 7 arranged temperature sensors (not shown in FIG. 9) can be used.
If the spreading of the fire front 23 occurs locally, the area in question is brought to a higher temperature by the radio-frequency wave heating mentioned earlier in order to ensure the spread of the fire front 23. After lifting the fire front 23, hot pressurized water is introduced into the oil-bearing layers 3 through the insertion holes 6. The closing valve 12 at the upper end of the respective third boreholes 7 and the corresponding drain valve 13 remain closed. After the layers 3 carrying oil have been saturated by means of the pressurized water, the introduction valve 11 of the respective introduction holes 6 is also closed, the hot pressurized water being heated further in the layers 3 due to the heat generated by the fire front.
It is important that the temperature of the water introduced is higher than approximately 105 ° C., and if necessary, further heating with radio frequency waves is carried out again to achieve this goal.
The closing valve 12 and the drain valve 13 of the respective collecting hole 7 are then opened together, a connection being simultaneously established between the insertion holes 6 and a part of the layers 3 carrying petroleum, which part of the layer is designated by the reference number 30 in FIG. 9. This creates an abrupt pressure relief and obviously an abrupt evaporation of the water in this layer part 30. This releases the petroleum and is driven against the respective collecting hole 7, through which it descends, through the drainage channel 8 to
Collection chamber 9 flows. Then the section part 30 with
Foam filled and a sudden evaporation is carried out in the subsequent layer part 31 immediately below.
This process is continued downwards, towards the petroleum-free layer 4, until the entire petroleum component has been driven off.
This procedure is also carried out section 10 for section 10 of the respective oil field in order to obtain crude oil completely therefrom.