DE4238247C2 - Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Teersand- oder Schweröllagerstätten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Teersandlagerstät­ te oder aus einer Schweröllagerstätte. Derartige Lagerstätten bzw. Reservoirs enthalten Öl, das so viskos ist, daß die La­ gerstätte zunächst undurchlässig sein kann. Um Kohlenwasser­ stoffe aus einer derartigen Lagerstätte zu fördern, muß die Viskosität des Öls verringert werden, was durch Erhitzen der Lagerstätte erreicht werden kann.

Die US 4 344 485 A beschreibt ein Verfahren zur Förderung bzw. Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Teersand- oder Schweröllagerstätte, umfassend (a) Bohren und Komplettieren eines Bohrlochpaars, wobei das Paar ein in der Lagerstätte endendes Injektionsbohrloch und ein in der Lager­ stätte unterhalb des Injektionsbohrlochs endendes Förderbohr­ loch umfaßt, und (b) Erzeugen einer permeablen Zone zwischen dem Injektionsbohrloch und dem Förderbohrloch durch Injizieren von Dampf in das Injektionsbohrloch und das Förderbohrloch.

Nachdem permeable Zonen zwischen dem Injektionsbohrloch und dem Förderbohrloch gebildet worden sind, wird die Dampfinjektion durch das Förderbohrloch abgebrochen und Dampf nur noch durch das Injektionsbohrloch injiziert, während Kohlenwasserstoffe durch das Förderbohrloch gefördert werden.

Es wird angenommen, daß der injizierte Dampf in der Lagerstätte eine dampfhaltige erhitzte Zone entlang des Injektionsbohrlochs bildet und daß Kohlenwasserstoffe in der erhitzten Lagerstätte mo­ bilisiert werden und durch die erhitzte Zone zu dem Förderbohrloch gelangen, das sich unterhalb des Injektionsbohrlochs befindet. Da­ her wird dieses Verfahren als dampfunterstütztes Gravitationsver­ fahren (Gravitationstrieb) bezeichnet, s. auch US-Patentschrift 5,016,709.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zu verbessern.

Zu diesem Zweck umfaßt das Verfahren zur Förderung von Kohlen­ wasserstoffen aus einer unterirdischen Teersandlagerstätte oder Schweröllagerstätte nach der Erfindung (a) das Bohren und Komplet­ tieren von mindestens zwei Paaren von Bohrlöchern, wobei jedes Bohrlochpaar ein Injektionsbohrloch, das in der Lagerstätte endet, und ein Förderbohrloch, das in der Lagerstätte unterhalb des In­ jektionsbohrlochs endet, umfaßt, (b) das Erzeugen einer permeablen Zone zwischen dem Injektionsbohrloch und dem Förderbohrloch bei jedem Bohrlochpaar, was das Durchleiten von Dampf unter die Injek­ tionsbohrlöcher und eine abwechselnde Dampfinjektion und Kohlen­ wasserstoffförderung durch mindestens eines der Förderbohrlöcher umfasst, und (c) das Injizieren von Dampf durch die Injektions­ bohrlöcher, während Kohlenwasserstoffe durch die Förderbohrlöcher gefördert werden, wobei der Injektionsdruck des Injektionsbohr­ lochs des ersten Bohrlochpaares größer ist als der Injektionsdruck des Injektionsbohrlochs des zweiten Bohrlochpaares.

Die Wirkung des Injizierens von Dampf mit unterschiedlichen Drü­ cken besteht darin, daß die dampfhaltige Zone des Injektionsbohr­ lochs, das zu dem ersten Bohrlochpaar gehört, schneller und weiter in die Lagerstätte hineinwächst von dem Injektionsbohrloch des ersten Bohrlochpaares auf das Injektionsbohrloch des zweiten Bohr­ lochpaares hin.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im Detail in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, bei denen

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht der unter­ irdischen Teersandlagerstätte mit zwei Bohrlochpaaren zeigt,

Fig. 2 schematisch einen vertikalen Querschnitt der unterir­ dischen Teersandlagerstätte der Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 schematisch eine perspektivische Ansicht der unterir­ dischen Teersandlagerstätte mit drei Bohrlochpaaren zeigt und

Fig. 4 einen Plan der oberflächlichen Lage von vier Reihen von Bohrlöchern zeigt.

Es wird nun auf Fig. 1 verwiesen, die eine unterirdische Teer­ sandlagerstätte 1 zeigt, wobei die Lagerstätte sich unter einer Deckformationsschicht 5 befindet, die sich bis zur Oberfläche (nicht gezeigt) erstreckt. Von der Oberfläche der Lagerstätte aus wurden zwei Paare von Bohrlöchern gebohrt, und zwar ein er­ stes Paar 6, umfassend die Bohrlöcher 9 und 13, und ein zweites Paar 7, umfassend die Bohrlöcher 14 und 18. Jedes Paar 6 und 7 der Bohrlöcher umfaßt ein Injektionsbohrloch 9 bzw. 14, wobei die Injektionsbohrlöcher in der Lagerstätte enden, und jedes Bohrlochpaar 6 und 7 umfaßt ein Förderbohrloch 13 bzw. 18, wo­ bei die Förderbohrlöcher 13 und 18 in der Lagerstätte unterhalb der Injektionsbohrlöcher 9 und 14 enden. Das zweite Paar 7 der Bohrlöcher liegt dem ersten Paar 6 gegenüber.

Jedes Bohrloch besitzt einen horizontalen Endteil, der sich in der unterirdischen Teersandlagerstätte 1 befindet. Die horizon­ talen Endteile sind mit den Bezugszeichen 9', 13', 14' und 18' bezeichnet. Die unterbrochenen Linien wurden verwendet, um den Teil des Bohrlochs zu zeigen, der sich unterhalb des oberen En­ des der Teersandlagerstätte 1 befindet. Jedes der Bohrlöcher 9, 13, 14 und 18 wurde komplettiert mit einer Verrohrung (nicht gezeigt), die sich bis zu der gesamten Tiefe erstreckt und die in dem horizontalen Endteil 9', 13', 14' bzw. 18' perforiert ist. Darüber hinaus wurde jedes Bohrloch 9, 13, 14 und 18 mit einem Rohrstrang (Tubing) (nicht gezeigt) versehen, der in je­ dem Bohrloch angeordnet war, und wobei sich der Rohrstrang in die horizontalen Endteile 9', 13', 14' bzw. 18' erstreckte.

Während der normalen Arbeit entsteht bei jedem Paar von Bohrlö­ chern eine permeable Zone zwischen dem Injektionsbohrloch 9 bzw. 14 und dem Förderbohrloch 13 bzw. 18 in der ursprünglich undurchlässigen Teersandlagerstätte 1. Die Erzeugung der per­ meablen Zonen umfaßt das Einleiten von Dampf durch die Injek­ tionsbohrlöcher 9 bzw. 14 und Durchführung einer alternierenden Dampfinjektion und Kohlenwasserstofförderung durch die Förder­ bohrlöcher 13 bzw. 18. Das Einleiten von Dampf durch ein Bohr­ loch wird erreicht durch Injizieren von Dampf durch den Rohr­ strang, der in dem Bohrloch angeordnet ist, und Fördern von Flüssigkeiten durch den Ringraum zwischen dem Rohrstrang und der Verrohrung des Bohrlochs oder durch Injizieren von Dampf durch den Ringraum und Fördern von Flüssigkeiten durch den Rohrstrang. Die abwechselnde Dampfinjektion und Kohlenwasser­ stofförderung durch die Förderbohrlöcher 13 und 18 kann für eine Zeit unterbrochen werden, in der die Förderbohrlöcher 13 und 18 geschlossen werden, so daß die Förderbohrlöcher entspre­ chend einem Dampfaufsaugverfahren oder einem huff-and-puff-Ver­ fahren, d. h. Aufblas- und Platzverfahren arbeitet. Abwechselnde Dampfinjektion und Kohlenwasserstofförderung durch das Förder­ bohrloch 13 kann in Phase mit der abwechselnden Dampfinjektion und Kohlenwasserstofförderung durch das Förderbohrloch 18 durchgeführt werden, oder sie kann phasenverschoben durchge­ führt werden, so daß, wenn die Injektion durch das Förderbohr­ loch 13 erfolgt, Kohlenwasserstoff durch das Förderbohrloch 18 gefördert wird und anschließend umgekehrt.

Wenn ein permeabler Durchgang zwischen den Injektionsbohrlö­ chern und den Förderbohrlöchern gebildet worden ist, wird die Dampfinjektion durch die Förderbohrlöcher 13 und 18 abgebrochen, und eine dampfunterstützte Schweredrainage nach der Erfindung beginnt. Zu diesem Zweck wird Dampf durch die Injektionsbohrlö­ cher 9 und 14 injiziert, während Kohlenwasserstoffe durch die Produktions- bzw. Förderbohrlöcher 13 und 18 gefördert werden, wobei der Injektionsdruck des Injektionsbohrlochs 9 des ersten Paares 6 der Bohrlöcher größer ist als der Injektionsdruck des Injektionsbohrlochs 14 des zweiten Bohrlochpaars 7.

Im folgenden wird Fig. 2 erläutert. Während der dampfunterstütz­ ten Schweredrainage nach der Erfindung tritt Dampf über die ho­ rizontalen Teile 9' und 14' der Injektionsbohrlöcher in die Formation ein, und es entstehen dampfhaltige Zonen 20 und 21. Als Ergebnis des Unterschieds in dem Injektionsdruck kann sich die dampfhaltige Zone 20 expandieren und größer werden als die dampfhaltige Zone 21. Auf diese Weise wird ein größerer Teil der Lagerstätte erhitzt als bei dem üblichen Verfahren. Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine größere dampfhal­ tige Zone gebildet, was zu einer höheren Fördergeschwindigkeit und einer höheren Fördereffizienz führt. Die Verbesserungen sind in dem folgenden hypothetischen Beispiel gezeigt.

Eine numerische Simulationsstudie wurde durchgeführt, um das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Grundverfahren zu verglei­ chen. Die Lagerstättenbedingungen waren solche entsprechend der Peace River Teersandlagerstätte in Kanada. In der Teersandla­ gerstätte mit einer Formationsdicke von 26 m in einer Tiefe von etwa 570 m wurden zwei Bohrlochpaare angeordnet, wobei die Län­ ge der horizontalen Bohrlöcher 790 m betrug. Die horizontalen Teile der Förderebohrlöcher lagen etwa 10 m unter den horizon­ talen Teilen der Injektionsbohrlöcher. Der horizontale Abstand zwischen den beiden Bohrlochpaaren betrug 64 m.

Der Gang wurde wie folgt erzeugt. Zunächst wurde Dampf von 260°C in die Injektionsbohrlöcher geleitet, um die die Injek­ tionsbohrlöcher 9 und 14 umgebende Formation zu erhitzen, und es wurden erhitzte Flüssigkeiten gefördert, um die Druckzunahme in dem Reservoir zu verringern. Dies wurde ein Jahr lang durch­ geführt. Während dieses Zeitraums wurden in dem Förderbohrloch 13 in abwechselnden Zeiträumen Dampf injiziert und gefördert. Anschließend wurde während 60 Tagen Dampf mit einer Dampfquali­ tät von 90% (d. h. Dampf, enthaltend 10 Massen-% Wasser in flüs­ siger Phase) durch das Förderbohrloch 13 injiziert und Flüssig­ keiten durch das Förderbohrloch 18 gefördert. Anschließend wur­ de 60 Tage umgekehrt gearbeitet. Dieser 120 Tage dauernde In­ jektions- und Förderzyklus wurde zweimal wiederholt.

Anschließend wurde die dampfunterstützte Schweredrainage begon­ nen. Für die Grundarbeitsweise wurde Dampf durch die Injek­ tionsbohrlöcher 9 und 14 mit Injektionsdrücken von 4000 kPa in­ jiziert und Flüssigkeiten durch die Förderbohrlöcher 13 und 18 gefördert. Am Ende einer 10-Jahresperiode betrug die Effizienz 0,62, wobei die Gewinnungseffizienz die Menge an gewonnenem Teer, dividiert durch die Menge an ursprünglich an der Stelle vorhandenem Teer ist, und die kumulative Ölförderung betrug 184.000 m³.

Die dampfunterstützte Schweredrainage nach der Erfindung wird durchgeführt, nachdem der Gang wie oben angegeben erzeugt wor­ den ist durch Injizieren von Dampf durch das Injektionsbohrloch 9 mit einem Druck von 4000 kPa und durch das Injektionsbohrloch 14 mit einem niedrigeren Druck von 3500 kPa. Am Ende eines 10-Jahreszeitraums betrug die Gewinnungseffizienz 0,90 und die kumulative Ölförderung 267.000 m³.

Der Unterschied in dem Injektionsdruck zwischen angrenzenden Injektionsbohrlöchern liegt günstigerweise zwischen 50 und 2000 kPa.

Bei dem in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 diskutierten Ver­ fahren wurden nur zwei Paare von Bohrlöchern angewandt. Es ist jedoch verständlich, daß ein weiteres Paar von Bohrlöchern an­ gewandt werden kann, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei die Bohrlöcher dieses weiteren Paars 24 mit den Bezugszeichen 25 und 26 be­ zeichnet sind. Das Injektionsbohrloch ist das Bohrloch 25 und das Förderbohrloch das Bohrloch 26. Das weitere Paar 24 von Bohrlöchern steht dem zweiten Paar 7 von Bohrlöchern gegenüber.

Das weitere Paar 24 von Bohrlöchern ist ein erstes Paar von Bohrlöchern, bezogen auf das zweite Paar 7 von Bohrlöchern, so daß während der normalen Arbeitsweise nach der Bildung einer permeablen Zone zwischen den Injektionsbohrlöchern 9, 14 und 25 und den Förderbohrlöchern 13, 18 und 26, wie oben beschrieben, die Dampfinjektionsdrücke in den Injektionsbohrlöchern so ge­ wählt werden, daß der Injektionsdruck in den Injektionsbohrlö­ chern 9 und 25 größer ist als der Injektionsdruck in dem Injek­ tionsbohrloch 14. Günstigerweise liegt die Druckdifferenz zwi­ schen 50 und 2000 kPa.

Ein nächstes Paar von Bohrlöchern (nicht gezeigt) kann eben­ falls rechts von dem weiteren Paar 24 von Bohrlöchern angewandt werden, das ein zweites Paar von Bohrlöchern, bezogen auf das weitere Paar 24 von Bohrlöchern, darstellt. Wenn mehr Paare von Bohrlöchern angewandt werden, folgen die Bezeichnungen erstes und zweites Paar von Bohrlöchern der oben angegebenen Regel.

Es wird jetzt auf Fig. 4 verwiesen, die die Oberflächenlager von vier Reihen von Bohrlöchern zeigt, die mit den Bezugszeichen 41, 42, 43 und 44 bezeichnet sind. Die Reihe 41 umfaßt zwei Paar von Bohrlöchern, wobei jedes Paar ein Injektionsbohrloch 46 bzw. 49 und ein Förderbohrloch 48 bzw. 53 umfaßt. Die Reihe 42 umfaßt zwei Paar von Bohrlöchern, wobei jedes Paar ein In­ jektionsbohrloch 55 bzw. 57 und ein Förderbohrloch 56 bzw. 59 umfaßt. Die Reihe 43 umfaßt zwei Paar von Bohrlöchern, wobei jedes Paar ein Injektionsbohrloch 61 bzw. 65 und ein Förder­ bohrloch 62 bzw. 66 umfaßt. Die Reihe 44 umfaßt zwei Paar von Bohrlöchern, wobei jedes Paar ein Injektionsbohrloch 67 bzw. 70 und ein Förderbohrloch 69 bzw. 72 umfaßt. Die Injektionsbohrlö­ cher enden in der Lagerstätte (nicht gezeigt), und die Förder­ bohrlöcher enden in der Lagerstätte unterhalb der Injektions­ bohrlöcher.

Die Reihe 42 von Bohrlöchern liegt der Reihe 41 von Bohrlöchern gegenüber, und die Reihe 42 ist eine zweite Reihe von Bohrlö­ chern, bezogen auf die Reihe 41. Die Reihe 43 liegt der Reihe 42 gegenüber und ist eine erste Reihe von Bohrlöchern, bezogen auf die Reihe 42, und die Reihe 44 ist eine zweite Reihe von Bohrlöchern, bezogen auf die Reihe 43.

Während der normalen Arbeitsweise werden permeable Zonen zwi­ schen den Injektionsbohrlöchern und den Förderbohrlöchern ge­ bildet, was ein Durchleiten von Dampf durch die Injektionsbohr­ löcher und abwechselnde Dampfinjektion und Kohlenwasserstoff­ förderung durch die Förderbohrlöcher umfaßt.

Anschließend wird Dampf durch die Injektionsbohrlöcher inji­ ziert, wobei der Injektionsdruck der Injektionsbohrlöcher die zu den ersten Reihen 41 und 43 von Bohrlöchern gehören, größer ist als der Injektionsdruck der Injektionsbohrlöcher der zwei­ ten Reihen 42 und 44 von Bohrlöchern.

Günstigerweise liegt der Unterschied in dem Injektionsdruck zwischen angrenzenden Injektionsbohrlöchern zwischen 50 und 2000 kPa.

Günstigerweise besitzen das Injektionsbohrloch und das Förder­ bohrloch eines Paars von Bohrlöchern einen horizontalen Endteil (nicht gezeigt), der sich in der Lagerstätte befindet. Die ho­ rizontalen Endteile können zueinander parallel sein, und der horizontale Endteil des Förderbohrlochs erstreckt sich in einer ähnlichen Richtung wie die Richtung des horizontalen Endteils des Injektionsbohrlochs. Günstigerweise sind die Bohrlöcher in einer Reihe von Bohrlöchern so angeordnet, daß die Richtungen der horizontalen Endteile der Bohrlöcher im wesentlichen mit der Richtung der Reihe übereinstimmen.

Die Bohrlöcher sind mit horizontalen Endteilen komplettiert worden, und der Teil der Verrohrung in dem horizontalen Endteil ist perforiert. Zumindest ein Teil der perforierten Verrohrung kann ersetzt werden durch eine Auskleidung, die in dem horizon­ talen Bereich des Bohrlochs angeordnet ist.

Die Bohrlöcher können auch mit mehr als einem Rohrstrang kom­ plettiert werden, z. B. eine duale Rohrstrangkomplettierung, so daß die Injektion durch einen Rohrstrang und die Förderung durch den anderen Rohrstrang durchgeführt wird, statt durch den Ringraum um den Rohrstrang.

Claims (12)

1. Verfahren zur Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Teersandlagerstätte oder einer Schweröllager­ stätte, umfassend

• a) das Bohren und Komplettieren von mindestens zwei Paa­ ren von Bohrlöchern, wobei jedes Paar von Bohrlöchern ein In­ jektionsbohrloch, das in der Lagerstätte endet, und ein Förder­ bohrloch, das in der Lagerstätte unterhalb des Injektionsbohr­ lochs endet, umfasst und wobei das zweite Paar von Bohrlöchern dem ersten Paar von Bohrlöchern gegenüberliegt,
• b) Erzeugen einer permeablen Zone zwischen dem Injekti­ onsbohrloch und dem Förderbohrloch bei jedem Bohrlochpaar, was das Durchleiten von Dampf durch die Injektionsbohrlöcher und eine abwechselnde Dampfinjektion und Kohlenwasserstoffförderung durch mindestens eines der Förderbohrlöcher umfasst, und
• c) Injizieren von Dampf durch die Injektionsbohrlöcher, während Kohlenwasserstoffe durch die Förderbohrlöcher gefördert werden, wobei der Injektionsdruck des Injektionsbohrloches des ersten Paars von Bohrlöchern größer ist als der Injektionsdruck des Injektionsbohrlochs des zweiten Paars von Bohrlöchern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (c) der Unterschied in dem Injektionsdruck zwischen benachbarten Injektionsbohrlöchern zwischen 50 und 2000 kPa liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsbohrloch und das Förderbohrloch eines Paars von Bohrlöchern einen horizontalen Endteil aufweisen, der sich in der Lagerstätte befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Endteile zueinan­ der parallel sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Endteil des För­ derbohrlochs sich in Richtung des horizontalen Endteils des In­ jektionsbohrlochs erstreckt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Reihen von Bohrlö­ chern gebohrt werden, von denen jede Reihe ein oder mehrere Paar(e) von Bohrlöchern umfasst, und jedes Paar ein Injektions­ bohrloch, das in der Lagerstätte endet, und ein Förderbohrloch, das in der Lagerstätte unterhalb des Injektionsbohrlochs endet, umfasst, dass die zweite Reihe von Bohrlöchern der ersten Reihe von Bohrlöchern gegenüberliegt und dass nach Bildung einer per­ meablen Zone zwischen den Injektionsbohrlöchern und den ent­ sprechenden Förderbohrlöchern jeder Reihe Dampf durch die In­ jektionsbohrlöcher injiziert wird, und dass der Injektionsdruck der Injektionsbohrlöcher, die zu der ersten Reihe von Bohrlö­ chern gehören, größer ist als der Injektionsdruck der Injekti­ onsbohrlöcher der zweiten Reihe von Bohrlöchern.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der permeablen Zone zwischen dem Injektionsbohrloch und dem Förderbohrloch das Durchleiten von Dampf durch die Injektionsbohrlöcher und ab­ wechselnde Dampfinjektion und Kohlenwasserstoffförderung durch die Förderbohrlöcher umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied in dem Injektions­ druck zwischen benachbarten Injektionsbohrlöchern zwischen 50 und 2000 kPa liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsbohrloch und das Förderbohrloch eines Paars von Bohrlöchern einen horizontalen Endteil aufweisen, der sich in der Lagerstätte befindet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Endteile zueinan­ der parallel sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Endteil des För­ derbohrlochs sich in Richtung des horizontalen Endteils des In­ jektionsbohrlochs erstreckt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrlöcher in einer Reihe von Bohrlöchern so angeordnet sind, dass die Richtungen der hori­ zontalen Endteile der Bohrlöcher im wesentlichen mit der Rich­ tung der Reihe übereinstimmen.