DE2817658A1

DE2817658A1 - Verfahren zur gewinnung von erdoel mittels waermeeinwirkung

Info

Publication number: DE2817658A1
Application number: DE19782817658
Authority: DE
Inventors: Richard Harvey Widmyer
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1978-11-02
Also published as: CA1088415A; US4109723A

Description

Dr. Gerhard Schupfner

Patentanwalt

Kxrchenstraße 8

2110 Buchholz/Nordheide 14. April 1978

T 78 008 DE (D 73,33*0

TEXACO DEVELOPMENT COEPORATION 135 West 42nd Street New York, N.Y. 10017 t (V. St. A.)

VERFAHREN ZUR GEWINNUNG VON ERDÖL MITTELS WÄRMEEINWIRKUNG

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von zähflüssigem Erdöl durch Wärmeeinwirkung aus einer unterirdischen, durchlässigen, zähflüssiges Erdöl enthaltenden Formation über ein einziges Bohrloch. Bei diesem Verfahren wird Dampf in einem Einloch-Druck/Zug-Dampf- _: anregungsverfahren in die Formation injiziert, wobei die ölgewinnung durch das gleiche Bohrloch, hindurch erfolgt. Vermittels einer Druckimpulstechnik wird die■'" Erdölförderung lh einem größeren Abstand vom Bohrloch aus der Formation angeregt. .

Viele bekannte und erforschte Erdöllagerstätten enthalten riesige Mengen an Erdöl, das jedoch nicht oder nur zu einem ganz kleinen Teil gefördert werden kann, da das Erdöl in diesen" Lagerstätten äußerst zähflüssig und bei den in der Lagerstätte herrschenden Bedingungen praktisch immobil ist. Daher strömt kein öder nur sehr wenig Erdöl in ein in eine solche Formation niedergebrachtes Bohrloch ein, auch wenn ein natürliches oder künstlich erzeugtes Druckdifferential zwischen der Formation und dem Bohrloch herrscht. Die Gewinnung des zähflüssigen Erdöls ist lh manchen Fällen vermittels Lösungsmitteln möglich, jedoch liegen die Kosten von Lösungsmittelflutung im allgemeinen zu hoch im Vergleich zu der erzielbaren Erdölförderung. In manchen Formationen werden auch mit Wärmeanregung Fortschritte erzielt/ wobei im allgemeinen Dampf in ein Bohrloch oder in mehrere Bohrlöcher; injiziert wird und durch den Dampf erhitztes Erdöl aus dem gleichen oder einem entfernt angeordneten Bohrloch gewonnen wird.

Die Durchsatzdampfinjektion erbringt bei der Gewinnung von zähflüssigem.Erdöl einen höheren Wirkungsgrad, läßt sich jedoch im allgemeinen nicht anwenden auf Formationen

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niedriger Permeabilität, und außerdem sind viele Formationen mit zähflüssigem Erdöl nicht ausreichend permeabil, um einen Dampfdurchsatz zu gestatten. Bei manc-hen Anwendungen wurden Erfolge erzielt mit Einlochanregung mit sogenannten Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren, bei denen Dampf in die Formation injiziert und während einer ausreichend langen Einwirk zeit zur Erhitzung des zähflüssigen Erdöls und Verringerung seiner Viskosität in Berührung mit der Formation belassen wird, wonach der Druck im Bohrloch ausreichend stark abgesenkt wird, um den Eintritt des erhitzten Erdöls in das Bohrloch zu ermöglichen. Die Schwierigkeiten bei den Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren beruhen im allgemeinen auf der begrenzten Eindringtiefe des Dampfs in die Formationen, mit dem Ergebnis, daß die Menge an ausreichend stark erhitztem öl, die aus der Formation zu gewinnen ist, nicht die Kosten der Dampfinjektion in die Formation gerechtfertigt. Bei Injektion von Dampf höherer Qualität wie z.B= überspanntem Dampf kann eine Anregung der ölförderung in größeren Abständen vom Bohrloch erfolgen, jedoch sind die Kosten für die Erzeugung von überhitztem Dampf zu hoch. Der Einsatz von qualitativ hochwertigem Dampf wirft außerdem noch andere Probleme auf wie z.B. die höheren Injektionsdrücke pro injizierter Wärmeeinheit und die sehr hohen Fehlerquoten an der Verrohrung.

Bekanntlich gibt es große Erdöllagerstätten, aus denen bis jetzt nur wenig Erdöl gefördert werden kann. Da allgemein eine Steigerung der Erdölproduktion aus den bekannten Lagerstätten angestrebt wird, besteht ein großes Interesse an der Schaffung von Verfahren, welche die Ausbeutung dieser bis jetzt ungenutzten Lagerstätten gestatten.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von zähflüssigem Erdöl durch Wärmeeinwirkung aus einer unterirdischen, durchlässigen, zähflüssiges Erdöl enthaltenden Formation über ein einziges Bohrloch zu schaffen, mit dem eine größere Tiefenwirkung erzielbar und dementsprechend Erdöl aus einem größeren Bereich der Formation als mit bekannten Einloch-Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren gewinnbar ist.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) durch die Formation wenigstens ein Bohrloch niedergebracht wird und in diesem zwei getrennte, zur Erdoberfläche führende Strömungswege ausgebildet werden, von denen der erste in Verbindung mit wenigstens einem Abschnitt im oberen Bereich der erdölführenden Formation, und der zweite in Verbindung mit wenigstens einem Abschnitt im unteren Bereich der erdölführenden Formation steht,

b) ein Dampf enthaltendes, erhitztes thermisches Fördermedium während eines vorbestimmten Zeitraums über die beiden Strömungswege in den oberen und den unteren Bereich der Formation injiziert wird,

c) erhitztes Erdöl aus dem oberen und dem unteren Bereich der Formation über die beiden Strömungswege gewonnen wird,

d) dann das thermische Fördermedium über einen der beiden Strömungswege in bekanntem oder bestimmbarem Durchsatz und unter Druck in einen Bereich der Formation injiziert wird,

e) gleichzeitig Erdöl in einem vorbestimmten Durchsatz, der wesentlich nieder liegt als der Injektionsdurchsatz in Verfahrensschritt d) aus dem anderen Bereich der Formation über den anderen Strömungsweg gewonnen

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wird, bis der Druck im Produktionsbereich auf einen Wert ansteigt, der von 50 bis 9 0 % des Injektionsdrucks für das thermische Fördermedium in Verfahrensschritt d) beträgt,

f) dann unter fortgesetzter Dampfzufuhr der Durchsatz an gefördertem Erdöl auf einen sicheren Höchstwert gesteigert wird,

g) bei Abfallen des Durchsatzes an gefördertem Erdöl

auf einen vorbestimmten Wert Verfahrensschritt f) eingestellt wird,

h) anschließend erhitztes thermisches Fördermedium in bekanntem oder bestimmbarem Durchsatz und unter Druck in den Bereich, aus dem die Erdölförderung in Ver- f- fahrensschritt e) erfolgt, injiziert wird,

i) Erdöl aus dem Bereich, in welchen in Verfahrensschritt d) Dampf injiziert wurde, in einem begrenzten Durchsatz gewonnen wird, der niedriger ist als der Injektionsdurchsatz in Verfahrensschritt h), bis der Druck im Produktionsbohrloch auf einen Wert ansteigt, der von 50 bis 90 % des Injektionsdrucks des thermischen Fördermediums beträgt, und

j) dann die Förderung von Erdöl aus dem Bereich unter fortgesetzter Dampinjektion in den anderen Bereich auf einen sicheren Höchstwert gesteigert wird.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren" stellt somit ein verbessertes Einloch-Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren dar, welches besonders gut für zähflüssiges Erdöl enthaltende Erdölformationen niedriger Permeabilität geeignet ist und gestattet, die Fördermenge durch Steigerung der in einen bestimmten Bereich injizierten Dampfmenge und des Volumens der. um das Bohrloch herum aufgrund der gesteigerten Dampfmenge erhitzten Formation zu steigern. Bei diesem Verfahren wird wenigstens ein Bohrloch durch

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die gesamte, das zähflüssige Erdöl enthaltende Formation niedergebracht und in der Weise ausgebaut, daß zwei getrennte Strömungswege zwischen der Erdoberfläche und verschiedenen Bereichen in unterschiedlichen Tiefen der Formation entstehen. Vorzugsweise steht der eine Strömungsweg in Verbindung mit dem oberen Bereich der Formation, und der andere Strömungsweg in Verbindung mit dem unteren Bereich der Formation. Es ist nicht erforderlich, daß sich die beiden Anschlußpunkte der Strömungswege jeweils im oberen bzw. im unteren Bereich der Formation befinden. In einer Formation mit verhältnismäßig gleichförmiger Permeabilitätsverteilung werden die Anschlußpunkte der Strömungswege bevorzugt in einem großen Abstand ausgebildet, wobei sich der eine Punkt vorzugsweise im oder am oberen Bereichsende, und der andere im oder am unteren Bereichsende befindet. Wenn sich am oberen oder unteren Bereichsende der Formation ein Bereich sehr niedriger Permeabilität befindet, sollten die beiden Strömungswege in verschiedenen Tiefen des verbleibenden, höher permeabilen Bereichs der Formation ausgebildet werden. Die Formation kann auch praktisch homogen sein oder Zwischenschichten geringerer Permeabilität als die Formationsbereiche, in welche Dampf injiziert wird, zwischen den beiden Ausbaubereichen aufweisen, wobei jedoch die Zwischenschichten zwischen den Strömungs'veganschlußpunkten nicht völlig undurchlässig zu sein brauchen, da in diesem Falle der Durchgang von Dampf oder eines anderen Mediums völlig gesperrt werden würde.

Im ersten Verfahrensschritt wird Dampf über beide Strömungswege in die Formation injiziert, bis der Injektionsdruck auf einen Wert angestiegen ist, der dem aus Sicherheitsgründen höchstzulässigen Druck entspricht,

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bei dem es nicht zur Rißbildung im über der erdölführenden Formation anstehenden Gestein kommt. Der Druck kann auch niedriger liegen und dem Höchstdruck der Dampfgeneratoranlage entsprechen. Die Dampfinjektion in beide Strömungswege wird dann abgestellt, so daß erhitztes Erdöl über beide Strömungswege in das Bohrloch eintreten und über dieses zur Erdoberfläche gefördert werden kann. Zwischen der anfänglichen Dampfinjektion in die beiden Bereiche und dem Produktionstakt kann ggf. eine Einwirk zeit zwischengeschaltet werden, was jedoch für den ersten Verfahrensschritt nicht erforderlich ist. Sobald die ölproduktion nach der ersten thermischen Anregung abnimmt, wird Dampf in nur einen der beiden Strömungswege injiziert, wobei der andere Strömungsweg zunächst gesperrt bleibt. Normalerweise ist es wirksamer. Dampf in den unteren Bereich der Formation und nicht in den oberen Bereich derselben zu injizieren, wenngleich es in manchen Fällen mechanisch gesehen einfacher ist, Dampf in den oberen und nicht in den unteren Bereich zu injizieren. Wenn während der zweiten/Dampf in einen Bereich der Formation über den einen Strömungsweg injiziert wird, sollte eine gedrosselte Förderung aus dem anderen Formationsbereich über den anderen Strömungsweg erfolgen. Damit tritt Medium über den einen Strömungsweg in die Formation ein und über den anderen Strömungsweg aus der Formation aus, wobei jedoch der Formationsdruck ansteigt, da die Injektion von Medium in einem höheren Durchsatz erfolgt als die Förderung. Vermittels dieses zweiten Verfahrensschritts wird zwischen oberem und unterem Formationsbereich ein Druckdifferential erzeugt. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann ein dritter Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem die Rollen von Injektion und Förderung in bezug auf den zweiten

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Verfahrensschritt miteinander vertauscht sind, indem Dampf über den im zweiten Verfahrensschritt zur ölgewinnung dienenden Strömungsweg in die Formation injiziert und Erdöl über den im zweiten Verfahrensschritt zur Dampfinjektion verwendeten Strömungsweg aus der Formation gefördert wird« Vermittels einer derartigen selektiven Injektion in unterschiedliche Tiefen der Formation mit gedrosselter Förderung aus anderen Tiefen der Formation unterliegt diese einer wirksamen Druckimpulsbehandlung _r wodurch eine größere Eindringtiefe der Wärmeanregung erzielt wird als bei Druck/Zug-Dampfinjektion und Produktion von erhitztem Erdöl in bzw."aus der gleichen Formationstiefe in einem Taktverfahren.

Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich vermittels Dampf beliebiger Qualität ausführen, wobei natürlich normalerweise bevorzugt ist, daß der Dampf von hoher Qualität ist und wenigstens im Bereich von etwa 30 bis etwa 100 % liegt* Dampf kann alleine injiziert werden oder mit anderen Stoffen kombiniert sein, um die Wirksamkeit der Dampfanregung zu steigern. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Gemisch aus gesättigtem Dampf und einem leichten Kohlenwasserstoff wie z.B. einem C₄- bis C_1Q- Kohlenwasserstoff oder einem handelsüblichen Gemisch wie z.B. Naturbenzin, Naphtha usw. injiziert. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens sollte der Kohlenwasserstoff-Prozentgehalt von etwa 1 bis zu etwa 15 Gew.-% betragen.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel· für das erfindungsgemäße Verfahren und zeigt ein Bohrloch, das in eine homogene, zähflüssiges Erdöl enthaltende Formation niedergebracht ist, wobei der Ringraum zwischen der Verrohrung und einer Produktionstubing als erster.

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in Verbindung mit dem oberen Bereich der Erdölformation stehender Strömungsweg, und die Produktionstubing als in Verbindung mit dem unteren Formationsbereich stehender zweiter Strömungsweg dient.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Gewinnung des zähflüssigen Erdöls Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und Kohlenwasserstoffen oder Dampf und anderen Stoffen verwendet. Dieses Verfahren stellt eine Weiterentwicklung der bekannten Druck/Zug- oder "Huff-und-Puff"- Dampfanregung dar. Bei dem bekannten Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren wird Dampf in die Formation injiziert, um das zähflüssige Erdöl in einem Formationsbereich in der Nähe des zur Dampfinjektion dienenden Bohrlochs zu erhitzen, wonach das erhitzte Erdöl in das Bohrloch eintreten gelassen und über das zuvor zur Dampfinjektion verwendete Bohrloch zur Erdoberfläche gefördert wird. Diese Art der Anregung von zähflüssigem Erdöl ist zwar in manchen Formationen wirksam, jedoch in ihrer Wirksamkeit verhältnismäßig beschränkt auf den unmittelbar an das Bohrloch für die Dampfinjektion angrenzenden Formationsbereich, wobei nach Erdölgewinnung aus dem bohrlochnahen Formationsbereich der Wirkungsgrad bei der Anregung weiter vom Bohrloch entfernter Formationsbereiche rasch abfällt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erbringt eine gesteigerte Kosteneffektivität der Druck/Zug-Dampf— anregung, indem die Eindringtiefe der Anregung weiter in die Formation hinein gesteigert wird und abwechselnd und/oder gleichzeitig in unterschiedliche Tiefen der Formation eine Injektion in einer bestimmten Abfolge durchgeführt wird, welche eine Druckimpulswirkung in der Formation hervorruft. Vermittels der abwechselnden Abfolge

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von Injektion und Förderung wird Erdöl aus dem bohrlochnahen Formationsbereich in gleich guter Weise wie bei den bekannten Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren erhalten, jedoch wird zusätzlich die Eindringtiefe vom Bohrloch weg in die Formation hinein gesteigert/ so daß eine Berührung zwischen dem injizierten heißen Medium und dem zähflüssigen Erdöl in weitaus größerer Eindringtiefe als bei den bekannten Verfahren erfolgt und dementsprechend auch mehr öl aus einem einzigen Bohrloch gewonnen werden kann.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sei im nachstehenden anhand der Zeichnung näher erläutert/ welche eine Formation 1 mit zähflüssigem Erdöl und verhältnismäßig gleichförmiger Permeabilität zeigt. Dabei soll jedoch nicht gesagt sein, daß das Vorhandensein eines Bereichs niedrigerer Permeabilität an einer Stelle der Formation zwischen den Strömungswegen nachteilig ist, so lange wie die senkrechte Permabilität dieser Bereiche ausreichend hoch ist und einen Dampfdurchsatz -gestattet.

Ein Bohrloch 2 ist durch die ganze erdölführende Formation 1 bis zum Boden derselben niedergebracht. Eine Verrohrung 3 erstreckt sich bis etwa zur Mitte der Formation, wohingegen eine Produktionstubing 4 nahezu bis zum Boden der erdölführenden Formation geführt ist. Ein Packer 5 ist oberhalb des unteren Endes der Verrohrung 3 eingesetzt und verschließt den Ringraum 6 zwischen Tubing 4 und Verrohrung 3. Perforationen oder Ausnehmungen 7 im unteren Abschnitt der Tubung 4 stellen eine Verbindung zwischen der Erdoberfläche und dem unteren Bereich der erdölführenden Formation über die Tubing 4 her. Perforationen oder Ausnehmungen 8 in der Verrohrung 3 vervoll-

ständigen einen Strömungsweg zwischen der Erdoberfläche und dem oberen Bereich der erdölführenden Formation. Bei dem hier beschriebenen Ausbau dient der Ringraum 6 als Strömungsweg zwischen der Erdoberfläche und dem oberen Teil der erdölführenden Formation, während die Produktionstubing 4 als Strömungsweg zwischen der Erdoberfläche und dem unteren Bereich der erdölführenden Formation dient. Der die Perforationen 7 in der Produktionstubing 4 umgebende Bohrlochbereich kann mit Kies oder einem anderen, durchlässigen Material gefüllt sein, welches dazu dient, den Eintritt von Teilchen der angrenzenden Formation während der Förderung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Tubing zu verhindern. Entsprechende Ausbaumaßnahmen sollten getroffen werden für den in Verbindung mit dem oberen Formationsbereich stehenden Strömungsweg, so z.B. eine Kiespackung, verdichteter Sand, Siebe und andere, dem Fachmann hinlänglich bekannte und auf Erdölfeldern durch Dienstleistungsunternehmen erhältxliche Mittel und Maßnahmen.

Hierbei sei darauf hingewiesen, daß der für das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausbau nicht notwendigerweise erforderlich ist und auch andere Ausbaumaßnahmen getroffen werden können. So können beispielsweise innerhalb einer einzigen Verrohrung zwei Tubingstränge eingesetzt werden, wobei der Ringraum dann nicht als Strömungsweg verwendet wird, sondern die beiden Produktionstubings zur Dampfinjektion und/oder ölförderung, d.h. als Strömungswege zwischen dem Ausbaubereich und der Formation dienen und beide Strömungswege durch Packer voneinander getrennt sind.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem

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Bohrloch, das entsprechend der Zeichnungsdarstellung ausgebaut ist, wird ein an der Erdoberfläche befindlicher Dampfgenerator oder eine in anderer Weise beschaffene Dampfquelle über Schieber aufweisende Rohrleitungen in der Weise angeschlossen, daß Dampf entweder in die Produktionstubing 4, unabhängig davon in den Ringraum 6 und/ oder in beide Strömungswege gleichzeitig eingeführt werden kann. Entsprechende Rohrleitungen mit Schiebern sollten vorgesehen sein, um Fördermedium aus beiden Strömungswegen unabhängig voneinander oder gleichzeitig aufzunehmen.

In der ersten Verfahrensphase wird Dampf vorzugsweise in sämtliche zur Verfügung stehende Strömungswege injiziert, um alle bohrlochnahen Formationsbereiche zu erhitzen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbexspiel wird Dampf in die Produktionstubing 4 injiziert und gelangt durch die Perforationen 7 in den unteren Bereich der mit öl gesättigten Formation 1. Gleichzeitig wird Dampf in den Ringraum 6 injiziert und gelangt durch die Perforationen 8 in den oberen Bereich der ölführenden Formation 1. Aufgrund der Dampfinjektion wird das in den beiden Bereichen enthaltene zähflüssige öl erhitzt. Da die Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur bei den meisten zähflüssigen ölen sehr hoch ist, braucht die Temperatur des zähflüssigen Erdöls in den meisten Fällen lediglich um etwa 28 ⁰C angehoben zu werden, um exne beachtliche Verringerung der Viskosität des Erdöls zu bewirken, so daß diese frei in die Bohrung einströmt, sobald der Druckgradient umgekehrt und der Formationsdruck höher ist als der Bohrlochdruck. In manchen Fällen ist wünschenswert, während eines Zeitraums zu injizieren, der üblicherweise so bemessen ist, bis der Injektionsdruck auf einen vorbestimmten Wert angestiegen¹ ist, der dem bekannten höchstzulässigen Betriebsinjektionsdruck

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entspricht, unter dem Medium in die Formation 1 injiziert werden kann, ohne Rißbildung in der Formation oder dem überstehenden Gebirge hervorzurufen. Der Höchstdruck kann auch niedriger liegen und durch die Grenzwerte der Dampferzeugungsanlage vorgegeben sein. Es ist wichtig, Rißbildung im überstehenden Gebirge zu vermeiden, damit kein Dampf zur Erdoberfläche entweichen kann. Nachdem ein bestimmtes Dampfvolumen oder Dampf während eines vorbestimmten Zeitraums injiziert worden ist oder sobald der Injektionsdruck einen vorbestimmten Wert angenommen hat, wird das Injektionsbohrloch vorzugsweise geschlossen und das injizierte heiße Medium während eines Zeitraums in Berührung mit dem zähflüssigen Erdöl und der Mineralmatrix der Formation belassen, um thermisches Gleichgewicht zwischen dem injizierten Medium und dem bohrlochnahen Formationserdöl herbeizuführen, üblicherweise beträgt die Einwirk zeit in der ersten Phase von etwa 5 bis etwa 20 Tagen. Es ist nicht unbedingt erforderlich, eine Einwirk zeit vorzusehen, jedoch ist eine solche in der Vorbehandlung für die erste Phase des erfindüngsgemäßen Verfahrens sehr nützlich.

Nach Beendigung der Dampfinjektion und Ablauf einer ggf. vorgesehenen Einwirk zeit wird das Bohrloch geöffnet, so daß Erdöl aus der Formation in beide Strömungswege im Bohrloch eintreten und zur Erdoberfläche gefördert werden kann. Der von Haus aus vorhandene Formationsdruck oder der bei der Dampfinjektion in der Formation erzeugte Druck bewirkt das Austreten des Erdöls in das Bohrloch, so daß normalerweise kein Pumpen erforderlich ist. Der Durchsatz kann zunächst sehr hoch sein und nimmt im allgemeinen im Laufe der Zeit auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert ab, wobei dieser Zeitraum etwa gleich oder kürzer ist als der zur Dampfinjektion erforderliche Zeitraum.

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Nach Abschluß der vorstehend beschriebenen ersten Phase sollte Dampf nur in einen der beiden Bereiche durch den mit diesem in Verbindung stehenden Strömungsweg injiziert werden, während eine begrenzte Menge an Fördermedium aus dem anderen Bereich gefördert wird. So wird z.B. Dampf in den oberen Bereich der Formation Λ durch den Ringraum 6 hindurch injiziert und ein geringer Erdöldurchsatz aus dem unteren Formationsbereich durch die Produktionstubing 4 hindurch abgeführt. Die Drosselung des Produktionsdurchsatzes kann vermittels einer Drossel oder eines teilweise geschlossenen Drosselschiebers erfolgen, und entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Förderdurchsatz so weit verringert, daß der Druck an den öffnungen im jeweils verwendeten Strömungsweg für die Förderung gleich ist etwa 50 bis etwa 90 % des Drucks, unter dem Dampf über den anderen Strömungsweg in die Formation injiziert wird.

Entsprechend einer anderen, besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Durchsatz von der Formation in das Bohrloch auf einen Wert von 25 bis 75 % des Dampfinjektionsdurchsatzes gehalten.

Bei der wirksamsten Ausführungsform der zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Dampf in den unteren Formationsbereich durch die Produktionstubing 4 wie in der Zeichnung dargestellt injiziert und Erdöl in einem gedrosselten Durchsatz aus dem oberen Bereich der erdölführenden Formation 1 durch den Ringraum 6 hindurch gefördert. Für manche Ausbautechniken dürfte es aus mechanischen Gründen einfacher oder vorzuziehen sein, diesen Vorgang umzukehren, d.h. Dampf in den oberen Bereich der Formation 1 zu injizieren und Erdöl aus dem unteren Bereich der erdölführenden Formation 1 zu fördern.

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Die zweite Phase des Verfahrens wird während eines Zeitraums ausgeführt, der vorgegeben ist durch die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Dampfinjektionsdruck ausbildet oder der Dampfinjektionsdurchsatz während der Phase abnimmt. Sobald der Druck, unter dem in den gewünschten Bereich injizierter Dampf den vorbestimmten Höchstbetriebswert erreicht hat, kann die Dampfinjektion weiter fortgesetzt und zugleich Erdöl gefördert werden, bis der Produktionsbereich Dampf und/oder Dampfkondensat mitführt, wodurch der bevorzugte Zeitpunkt für die Beendigung dieser Verfahrensphase angezeigt ist.

Eine natürliche Erscheinung spielt eine wichtige Rolle zur Erzielung der durch das erfindungsgemäße Verfahren möglichen ausgezeichneten Ergebnisse, insbesondere der größeren Eindringtiefe in die Formation, aus welcher zähflüssiges Erdöl gewonnen werden kann. Die senkrechte Permeabilität der Erdölformationen ist normalerweise wesentlich niedriger als die Permeabilität in waagerechter Richtung. In manchen Formationen beträgt das Verhältnis von waagerechter zu senkrechter Permeabilität bis zu 100 zu 1,0 oder höher. Somit neigt in einer bestimmten Tiefe injizierter Dampf nicht so sehr zur Ausbreitung in senkrechter Richtung nach oben oder nach unten, sondern mehr zum seitlichen Eindringen in die Formation nach außen vom Bohrloch weg.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine dritte Phase angewandt, in welcher die Injektions- und Förderrollen nach der vorhergehenden Phase umgekehrt sind. Wenn beispielsweise die Dampfinjektion in der zweiten Phase in den unteren Bereich der erdölführenden Formation 1 durch die Produktionstubing 4 hindurch erfolgt ist und die ge-

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drosselte Erdölförderung aus dem oberen Bereich der Formation durch den Ringraum 6 hindurch erzielt worden ist, wird in der dritten Phase Dampf in den oberen Formationsbereich durch den Ringraum 6 hindurch injiziert und dabei gleichzeitig Erdöl in gedrosseltem Durchsatz aus dem unteren Formationsbereich durch die Produktionstubing 4 hindurch gefördert.

Die vorstehend beschriebenen, sich gegenseitig abwechselnden Injektions- und Fördertakte werden fortgesetzt, wobei vorzugsweise Dampf abwechselnd in die oberen und die unteren Formationsbereiche injiziert und in entsprechender Weise Erdöl aus dem jeweils anderen Formationsbereich während jeder Injektionsphase gefördert wird. Das wird so lange fortgesetzt, bis eine weitere Dampfinjektion in einen der beiden Formationsbereiche keine nennenswerte Anregung der Förderung aus dem anderen Formationsbereich mehr erbringt. Vermittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird die Eindringtiefe der Druck/Zug-Anregung wesentlich weiter in die Formation hinein verlagert als bei herkömmlichen Druck/Zug-Dampfanregungsverfahren.

Für die vorstehend beschriebenen Verfahrensmaßnahmen kann Dampf ohne irgendwelche Zusätze eingesetzt werden. In bestimmten Formationen lassen sich noch bessere Ergebnisse mit den vorstehend beschriebenen Injektions- und Fördertakten erhalten, wenn das injizierte Medium aus einem Gemisch aus Dampf und anderen Stoffen besteht, welche die Gewinnung von zähflüssigem Erdöl aus der Formation begünstigen.

Bestimmte Sortenvon zähflüssigem Erdöl bilden bei' Berührung mit Dampf spontan Emulsionen niedriger·.Viskosität, wodurch der Eintritt des zähflüssigen Erdöls in

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das Bohrloch erleichtert wird. Bei vielen Anwendungen wird die Emulsionsbildung begünstigt durch Zugabe einer kleinen Menge von z.B. 0,05 bis 5,0 Gew.-% eines Erdalkalihydroxids wie z.B. Natrium-, Kalium-, Lithiumoder Ammoniumhydroxid, zu. dem in die Formation injizierten Dampf.

Entsprechend einer anderen Ausgestaltung können von 1 bis 15 Cew.-% eines C₄- bis C._Q- Kohlenwasserstoffs einschließlich handelsüblicher Kohlenwasserstoffgemische wie z.B. Naphtha, Naturbenzin, Kerosin usw. mit dem in die Formation injizierten Dampf vermischt werden.

Praktisches Ausführungsbeispiel

Zur weiteren Veranschaulichung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine typische zähflüssige Erdölformation sei ein praktisches Anwendungsbexspxel beschrieben, wobei ausdrücklich angemerkt wird, daß das Verfahren keineswegs auf dieses Beispiel beschränkt ist.

Eine Formation mit zähflüssigem Erdöl befindet sich in

einer Tiefe von 556 bis 590 m. Es wird ermittelt, daß die Formation aus drei getrennten Bereichen oder Intervallen besteht, die sämtlich Erdöl enthalten, jedoch meßbar unterschiedliche Permeabilität aufweisen. Das obere Intervall, das eine mittlere Mächtigkeit von 15m aufweist, enthält Roherdöl von 9° API, und die mittlere waagerechte Permeabilität des oberen Intervalls wird zu 1700 Millidarcies bestimmt. Die mittlere Mächtigkeit des mittleren Intervalls beträgt 6,7 m. Die ölsättigung in diesem Intervall beträgt 70 %, im Vergleich zu einer Sättigung von 50 % im oberen Intervall. Die waagerechte Permeabilität des mittleren Intervalls beträgt 4 00 Millidarcies. Die mittlere Mächtigkeit des untersten Inter-

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valls der Formation beträgt 12m, und es wird ermittelt, daß dieses untere Intervall eine mittlere ölsättigung von 60 % und eine waagerechte Permeabilität von etwa 1000 Millidarcies aufweist. Die in API-Werten gemessene Dichte des Roherdöls ist in allen drei Intervallen in etwa gleich groß. Die senkrechte Permeabilität -in jedem Intervall der Formation beträgt im Mittel etwa 10 % der entsprechenden waagerechten Permeabilität.

Eine Bohrung wird bis zum Boden des untersten Intervalls niedergebracht, und eine Verrohrung wird bis zum Boden des mittleren Intervalls eingesetzt.· Perforationen werden in der Verrohrung in der oberen Hälfte des oberen Intervalls ausgebildet, und ein Packer wird am unteren Ende der Verrohrung eingesetzt, so daß der Ringraum zwischen der Produktionstubing und der Verrohrung einen Strömungsweg zwischen der Erdoberfläche und dem oberen Bereich des oberen Intervalls bildet. Eine Schlitzmanschette ist an den unteren 9 Metern der Produktionstubing angebracht, und eine Kiespackung befindet sich innerhalb des Bohrlochs um die Schlitzmanschette herum, verhindert den Sandeintritt in die Schlitzmanschette und stellt eine Strömungsverbindung über die Produktionstubing zwischen der Erdoberfläche und den unteren 9 Metern des untersten Intervalls der ölformation her.

Ein in Bohrlochnähe befindlicher Dampferzeuger wird über getrennte Schieber sowohl mit der Produktipnstubing als auch mit dem Ringraum verbunden. Das Bohrloch ist in der Weise ausgebaut, daß Dampf entweder in die Produktionstubing oder getrennt davon in den Ringraum oder in beide gleichzeitig injiziert werden kann. In entsprechender Weise kann die Förderung entweder von der Tubing oder getrennt von dieser aus dem Ringraum oder auch aus

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diesen beiden gleichzeitig erfolgen.

Zunächst wird Dampf in einer Qualität von 80 % mit dem Höchstdurchsatz des Dampfgenerators gleichzeitig in die Produktionstubing und in den Ringraum injiziert, wobei der Druck genau überwacht wird. Es wird ermittelt, daß der aus Sicherheitsgründen zulässige Injektionshöchstdruck 105 bar beträgt, der Dampferzeuger jedoch höchstens 49 bar liefert. Dampf wird im Höchstdurchsatz eingespeist, und der Injektionsdruck steigt über einen Zeitraum von etwa 9 Tagen allmählich an, bis der Injektionsdruck auf einen etwa dem Höchstdruck des Dampfgenerators entsprechenden Druck angestiegen ist. Dann wird die Dampfinjektion abgestellt, und die Bohrlöcher werden < etwa 7 Tage lang geschlossen, damit der Dampf

einwirken, d.h. in der Formation verbleiben kann, um die höchstmögliche Wärmeabgabe von dem injizierten Medium an das zähflüssige öl und die Formationsmatrix zu erhalten. Nach Ablauf der Einwirk zeit werden die Verbindungen zu beiden Formationsbereichen geöffnet, und Erdöl wird aus beiden Bereichen gefördert, wobei die Drosselung des Förderdurchsatzes nur insoweit erfolgen muß, um die mechanischen Teile im Bohrloch vor Beschädigungen zu schützen. Zu diesem Zweck wird eine Drossel in beiden Strömungswegen verwendet. Der Förderdurchsatz nimmt mit der Zeit ab, und nach etwa 20 Tagen ist die Erdölförderung aus der Formation so weit abgefallen und das Wasser-Öl-Verhältnis ist so hoch geworden, daß eine weitere Förderung nicht gerechtfertigt erscheint.

Dann wird die zweite Verfahrensphase eingeleitet, in welcher Dampf durch die Produktionstubing in den unteren Formationsbereich mit dem höchsten, zur Verfügung stehenden Injektionsdurchsatz unter dem zur Verfügung stehenden

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Druck wie zu Anfang der ersten Phase injiziert wird. Die Förderung erfolgt aus dem oberen Bereich über den Ringraum, wobei jedoch der Durchsatz vermittels einer Drossel auf etwa die Hälfte des in Barrels oder Kubikmeter pro Tag gemessenen Injektionsdurchsatzes gedrosselt wird, so daß der Druck im oberen Formationsbereich während dieser Phase des Verfahrens allmählich ansteigt. Diese Injektionsphase in den unteren Formationsbereich unter gedrosselter Förderung aus dem oberen Intervall wird etwa 14 Tage lang aufrecht erhalten, wonach Dampf und Dampfkondensat aus dem oberen Intervall gefördert werden, so daß in diesem Zeitpunkt diese Phase beendet wird.

Für die nächste Verfahrensphase werden die Anschlüsse an der Erdoberfläche umgekehrt verbunden, und Dampf wird dann in den oberen Formationsbereich durch den Ringraum hindurch injiziert, während eine gedrosselte Förderung aus dem unteren Formationsbereich in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben erfolgt, bis das Auftreten von Dampf und Dampfkondensat in der geforderten Flüssigkeit anzeigt, daß die Höchstwirksamkeit dieser Verfahrensphase erreicht ist.

Der Verfahrensgang wird mit abwechselnder Dampfinjektion in oberen und unteren Formationsbereich unter gedrosselter Förderung aus dem jeweils anderen'Formationsbereich und mit Umkehr der Injektions- und Fördertakte so lange fortgesetzt, bis aus dem Bohrloch keine weitere Erdölförderung mehr erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die abwechselnde Dampfinjektion in einen Bereich und die gedrosselte Förderung aus einem anderen Bereich zur Druckimpulsbeeinflussung der Formation, wodurch die Wirksamkeit der Druck/Zug-Dampfanregung zähflüssiger Erdölformationen

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wesentlich gesteigert ist gegenüber der bei einem ein fachen Druck/Zug-Verfahren.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Erdöl mittels Wärmeeinwirkung aus einer unterirdischen, durchlässigen, insbesondere zähflüssiges Erdöl enthaltenden Formation über ein einziges Bohrloch, dadurch gekennzeichnet , daß

b) ein Dampf enthaltendes, erhitztes Fördermedium während eines vorbestimmten Zeitraums über die beiden Strömungswege in den oberen und den unteren Bereich der Formation injiziert wird,

d) dann das erhitzte Fördermedium über einen der beiden Strömungswege mit bekannter oder bestimmbarer Geschwindigkeit und Druck in einen Bereich der,Formation injiziert wird,

J/

^e) gleichzeitig Erdöl in einer vorbestimmten Geschwindigkeit, die wesentlich niedriger ist als die Injektionsgeschwindigkeit in Verfahrensschritt d) aus dem anderen Bereich der Formation über den anderen Strömungsweg gewonnen wird, bis der Druck im Produktionsbereich auf einen Wert ansteigt, der 50 bis 90 °/o des Injektionsdrucks des erhitzten Fördermediums in Verfahrensschritt d) beträgt,

f) dann unter fortgesetzter Dampfzufuhr die Fördergeschwin— digkeit des Erdöls auf einen sicheren.Höchstwert gesteigert wird,

g) bei Abfallen der Geschwindigkeit des geförderten Erdöls auf einen vorbestimmten Wert Verfahrensschritt f) eingestellt wird,

h) anschließend erhitztes Fördermedium unter bekannter oder bestimmbarer Geschwindigkeit und Druck in den .Bereich, aus dem die Erdölförderung in Verfahrensschritt e) erfolgte, injiziert wird,

i) Erdöl aus dem Bereich, in welchen in Verfahrensschritt d) Dampf injiziert wurde, mit gedrosselter Geschwindigkeit gewonnen wird, die niedriger ist als d±e Injektionsgeschwindigkeit in Verfahrensschritt h), bis der Druck im Produktionsbohrloch auf einen Wert ansteigt,"der 50 bis 90 °/o des Injektionsdrucks des erhitzten Fördermediums beträgt, und

j Y dann die Froduktion von Erdöl aus dem Bereich unter fortgesetzter Dampfinjektion in den anderen Bereich auf einen sicheren Höchstwert gesteigert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Förderung aus der Formation in Verfahrenssehritt e) auf einen Wert von etwa 25 bis
etwa--75 °/o der Injektionsgeschwindigkeit in Verfahrensschritt d) begrenzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich wechselweise Dampf in einen Bereich der Formation injiziert und Erdöl mit gedrosselter Geschwindigkeit aus dem anderen Bereich der Formation gefördert wird, wobei die zur Dampfinjektion und Erdölgewinnung verwendeten Strömungswege jeweils im Wechsel
miteinander vertauscht werden.

^-· Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß als Fördermedium ein Gemisch aus Dampf und einem leichten Kohlenwasserstoff eingesetzt wird. - - _t

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als leichter Kohlenwasserstoff C.- bis C₁₀- aliphatische ■ Kohlenwasserstoffe, Naturbenzin, Naphtha oder Gemische dieser Stoffe eingesetzt werden.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Ve rfahrensschritt e) so lange fortgesetzt wird bis zusammen mit dem über den anderen Strömungs— weg entsprechend Verfahrensschritt e) gewonnenen Erdöl Dampf aus der Formation gefördert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfinjektion in Verfahrensschritt d) über den zweiten Strömungsweg in den unteren Bereich der Formation erfolgt und Erdöl über den ersten Strömungsweg aus dem oberen Bereich der Formation gewonnen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Erdölgewinnung aus dem oberen Bereich der Formation über den ersten Strömungsweg Dampf über den ersten Strömungsweg in den oberen Formationsbereich injiziert und Erdöl über den zweiten Strömungsweg aus dem unteren Formations bereich gewonnen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der in Verfahrensschritt b) in der Formation injizierte Dampf vor Beginn der Erdölgewinnung entsprechend Verfahrensschritt c) während einer Einwirkzeit von 5 bis zu 20 Tagen in der Formation gehalten wird.

10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3 oder 6-9» da-

durch gekennzeichnet, daß als Fördermedium Dampf mit

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0,05 t>is zu 5»Ö Gew. — °/o Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid, Kaliutnhydroxidj Ammoniumhydroxid oder Gemischen dieser Stoffe eingesetzt wird.