DE2933988A1

DE2933988A1 - Verfahren zur gewinnung von viskosem oel oder bitumen aus unterirdischen formationen

Info

Publication number: DE2933988A1
Application number: DE19792933988
Authority: DE
Inventors: Douglas Ian Exall; Michael John Goss
Original assignee: Texaco Canada Inc
Current assignee: Huntsman Corp
Priority date: 1978-09-14
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1980-04-03
Also published as: BR7905833A; YU223579A; US4217956A

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

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22. AUG. 1979

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Don Hills, Ontario, Kanada

Verfahren zur Gev/innung von viskosen Öl oder Bitumen aus unterirdischen Formationen

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur insitu-Gewinnung bzw. -Förderung von Öl aus ölführenden Formationen mit viskosen ölen oder Bitumen, insbesondere ein in-situ-Förderverfahren zur Gewinnung von Bitumen aus Teersanden durch Injektion von Dampf oder eines Gemischs aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas, bei welchem unter Druck gesetzt und zu Beginn des Unterdrucksetzens Kohlendioxid injiziert wird.

Die in-situ-Gewinnung oder -Förderung von eine niedrige API-Schwere aufweisenden bzw. viskosen Ölen aus unterirdischen ölführenden Formationen und von Bitumen aus Teersanden bereitet in der Regel Schwierigkeiten. Obwohl die in-situ-Gewinnung oder -Förderung von Schwerölen, d.h. Ölen einer API-Schwere im Bereich von 10° bis 25° API, etwas verbessert wurde, ist in-situ-Verfahren zur Gewinnung oder Förderung von Bitumen aus Teersanden noch kaum ein Erfolg beschieden worden. Bitumen läßt sich als hochviskoses Öl einer API-Schwere im Bereich von etwa 5° bis 10° API und einer Viskosität im Bereich von einigen Hillionen mPasbei Formationstemperatur ansehen und ist in einem im wesentlichen nicht-verfestigten, in der Regel als Teersand bezeichneten Sand enthalten.

In der Athabasca-Region der kanadischen Provinz Alberta existieren riesige Teersandlagerstätten. Vermutlich enthalten diese Lagerstätten einige hundert Milliarden Barrel Bitumen, seine Gewinnung oder Förderung unter Anwendung üblicher in-situ-Techniken hat jedoch - wie angedeutet noch kaum zum Erfolg geführt. Die Gründe für den wechseln-

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den Erfolg beruhen vornehmlich darauf, daß das Bitumen bei der Pormationstemperatur extrem viskos und folglich (nur) sehr schwer beweglich ist. Darüber hinaus besitzen Teersandformationen trotz des nicht-verfestigten Zustande nur eine sehr geringe Permeabilität.

Da es bekannt ist, daß die Viskosität eines viskosen Öls bei Temperaturerhöhung deutlich sinkt und das Öl dabei stärker beweglich wird, wurden zur Gewinnung oder Förderung von Bitumen aus Teersanden bereits thermische Gewinnungs- oder Fördertechniken angewandt. Bei diesen thermischen Gewinnungs- oder Förderverfahren erfolgen in der Regel eine Injektion von Dampf oder heißem Wasser und eine in-situ-Verbrennung.

In typischer Weise bedient man sich bei derartigen thermischen Verfahren einer die ölführende Formation oder Teersandformation durchtäufenden Injektionsbohrung und Förderbohrung. Bei einem üblichen Durchsatzdampfbetrieb wird in die Formation durch eine Injektionsbohrung Dampf eingeführt. Nach dem Eintritt in die Formation senkt die durch das heiße wäßrige Fluidum auf die Formation übertragene 'warne die Viskosität des Formationsöls, wobei dessen Beweglichkeit verbessert wird. Darüber hinaus liefert die fortgesetzte Injektion des heißen wäßrigen Fluidums den Antrieb für die Verschiebung des Öls in Richtung auf die Förderbohrung, aus der es gefördert wird.

Aus der US-PS 3 259 186 ist ein thermisches Verfahren bekannt, das an einer einzigen Bohrung durchgeführt und als "Blas- und Ausschießtechnik" bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird über eine Bohrung so viel Dampf eingeblasen, daß die unterirdische, Kohlenwasserstoffe führende Forma-

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tion in der Nahe der Bohrung erwärmt wird. Nach einer gewissen Einweichdauer, während der die Bohrung geschlossen ist, wird die Bohrung auf Förderung umgestellt. Nachdem die Förderung abgenommen hat, kann man sich an derselben Bohrung zur erneuten (provozierten) Förderung wiederum der "Bias- und Ausschießtechnik" bedienen.

Auch gemäß der US-PS 2 881 838 ist die Gewinnung von Schwerölen oder Bitumen durch Gravitationsdrainage mit Hilfe einer Dampfinjektion durch eine einzige Bohrung vorgesehen. Durch die Lehren der US-PS 3 155 160 wird das aus der US-PS 2 881 838 bekannte Verfahren verbessert, wobei Dampf injiziert und in geeigneter Weise getimte Unterdrucksetz- und Entspannungsstufen durchgeführt werden. Bei Anwendung im Gelände können Einblasen und Ausschießen so geschaltet werden, daß in eine Reihe von Bohrungen injiziert, aus anderen Bohrungen dagegen gefördert wird. Diese Zyklen werden dann (nach einer gewissen Zeit) umgekehrt.

Bei einer üblichen Vorwärts-in-situ-Verbrennung wird in die Formation über eine Bohrung ein sauerstoffhaltiges Gas, z.B. Luft, eingeführt, worauf nahe dem Bohrloch eine Verbrennung des an Ort und Stelle vorhandenen Rohmaterials begonnen wird. Durch fortgesetztes Einblasen von Luft entsteht eine Verbrennungsfront einer Temperatur im Bereich von 482° bis 649°C. Die fortlaufend eingeblasene Luft verschiebt die Verbrennungsfront durch die Formation, wobei die Verbrennungsfront ihrerseits das vor ihr befindliche Öl durch die Formation zu einer Förderbohrung hin, aus der das Öl gefördert wird, verdrängt. Die Verbrennungsfront wird durch die Verbrennung eines Teils des an Ort und Stelle befindlichen Öls während der fortschreitenden Bewegung der Front durch die Formation aufrechterhalten.

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Ein verbessertes thermisches Verfahren zur Gewinnung von eine niedrige API-Schwere aufweisenden Rohprodukten oder von Bitumen ist aus der US-PS 4 006 778 bekannt. Dieses bekannte Verfahren bedient sich einer gesteuerten IJiedrigtemperaturoxidation. Bei dem bekannten Verfahren wird in die Formation zur Erzeugung und .anschließenden Steuerung einer in-situ-Hiedrigtemperaturoxidation ein Gemisch aus einem sauerstoffhaltigen Gas und Dampf injiziert. Das Gemisch wird bei einer Temperatur entsprechend der Temperatur von gesättigtem Dampf bei Formationsdruck injiziert. Durch diese Maßnahme einer Niedrigtemperaturoxidation wird die Temperatur der Formation auf einen Wert eingestellt und auf diesem Wert gehalten, der weit niedriger ist als bei üblichen in-situ-Verbrennungsverfahren. Die betreffende Temperatur beträgt in der Regel 121° bis 260⁰C.

Aus der DE-OS 2 830 646 ist es bekannt, mit der Injektion von thermischen Gewinnungs- oder Förderfluida in Form eines Gemischs aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas Unterdrucksetz- und Absenkzyklen durchzuführen. Das Unterdrucksetzen der Formation läßt sich beispielsweise dadurch bewerkstelligen, daß man mit einer im Vergleich zur Fördergeschwindigkeit höheren Injektionsgeschwindigkeit arbeitet. Die anschließende Absenkung, bei der es sich um eine Entspannung des Formationsdrucks handelt, kann durch Fördern mit im Vergleich zur Injektionsgeschwindigkeit höheren Geschwindigkeit bewerkstelligt werden.

Andere bekannte Verfahren zur "Zwangsförderung" verwenden als Injektionsfluidum einen niedrigmolekularen Kohlenwasserstoff oder Kohlendioxid, die mit dem an Ort und Stelle vorhandenen Rohprodukt oder -öl eine Lösung bilden oder

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mischbar sind. Im Falle von Kohlendioxid kommt es, wenn es sich bei Drucken unterhalb des Mischbarkeitsdrucks in dem Öl löst, zu einer Viskositätsverminderung und einer Quellung des Öls in der Formation, was im Hinblick auf eine erhöhte Ölförderung von Vorteil ist. Die Anwendung von Kohlendioxid bei Drucken unter dem Mischbarkeitsdruck für Kohlendioxid und Öl ist beispielsweise aus der US-PS 3 252 512 bekannt. Die Verwendung von Kohlendioxid bei Drucken von etwa 69 bis 276 bar ist aus der US-PS 2 623 596 bekannt. Kohlendioxid kann auch unter Bedingungen eingeschränkter Mischbarkeit zum Einsatz gelangen. So ist beispielsweise aus der US-PS 3 811 502 ein Gewinnungs- oder Förderverfahren bekannt, bei welchem sich der Formationsdruck auf einem Wert befindet oder auf einen Viert eingestellt wird, bei dem das Kohlendioxid mit dem in der Formation enthaltenen Öl eingeschränkt mischbar ist.

Es ist auch bekannt, Dampf in Kombination mit Kohlendioxid zu verwenden. So v/ird beispielsweise in der US-PS 3 412 die Gewinnung oder Förderung von Öl durch Injektion von Dampf in die ölführende Schicht bei geringerer Förderung beschrieben. Der Wärmeverlust wird hierbei durch Injektion von Kohlendioxid in eine höherliegende und eine hohe Permeabilität aufweisende Zone vermindert. Aus der US-PS 3 425 492 ist ein Dampftreibverfahren bekannt, bei dem längere Zeit Dampf und danach ein lediglich aus einem von Dampf verschiedenen Gas, z.B. Kohlendioxid, bestehendes Treibmittel (slug) injiziert werden. Das injizierte Treibmittel dient dazu, den Dampf und das Kondensat tiefer in die Formation zu treiben und das Öl daraus zu verdrängen. Danach wird ein zweiter "Schlag" Dampf und schließlich ein weiterer "Schlag" Gas injiziert.

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Aus der US-PS 3 908 762 ist die Verwendung von Dampf und eines nicht-kondensierbaren Gases, wie Kohlendioxid, das entweder gleichzeitig oder getrennt und nach und nach mit dem Dampf injiziert wird, um einen Verbindungsweg in den Teersandlagerstätten zur Gewinnung von viskosem Erdöl aus diesen zu schaffen, bekannt.

Aus der US-PS 3 948 323 ist es bekannt, Öl durch Injizieren eines Dampf und ein nicht-kondensierbares Gas, wie Kohlendioxid, enthaltenden erhitzten Fluidums zu fördern. Nachdem die Injektionsgeschwindigkeit auf einen gegebenen Wert gesunken ist, wird ein dampffreies erhitztes nichtkondensierbares Gas injiziert, bis eine gewünschte Injektionsgeschwindigkeit erreicht ist. Danach wird wiederum das Gemisch aus Dampf und nicht-kondensierbarem Gas injiziert.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß eine zusätzliche Förderung von viskosem Öl oder Bitumen bei einem mit einer Injektion eines thermischen Gewinnungsoder Förderfluidums arbeitenden in-situ-Gewinnungs- oder -Förderverfahren möglich ist, wenn mit der Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums Kohlendioxid injiziert wird und die Injektion des Kohlendioxids mit während des Betriebs durchgeführten Unterdrucksetz- und Absenkzyklen synchronisiert wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein verbessertes insitu-Verfahr en zur Gewinnung von eine niedrige API-Schwere aufweisenden oder viskosen Ölen, insbesondere die Förderung von Bitumen aus Teersanden durch Injektion von Dampf oder eines Gemische aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas, bei welchem Unterdrucksetz- und Absenkzyklen

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durchgeführt land Kohlendioxid zu Beginn des Unterdrucksetzzyklus injiziert werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der prozentualen Bitumenförderung gegen das Porenvolumen der geförderten Flüssigkeiten bei Versuchen, bei denen Dampf bzw. ein Gemisch aus Dampf und ^*uft und Kohlendioxid am Ende der Versuche injiziert werden, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der prozentualen Bitumenförderung gegen die Porenvolumina der geförderten Flüssigkeiten, wobei Kohlendioxid mit Dampf und zu Beginn der Unterdrucksetzzyklen injiziert wird.

Ganz allgemein betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur thermischen in-situ-Förderung von eine niedrige API-Schwere aufweisenden oder viskosen Ölen aus ölführenden Formationen oder Bitumen aus Teersanden durch Injektion eines thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums. Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, daß sich eine merkliche Erhöhung der Bitumenförderung erreichen läßt, wenn man, unter Durchführung von Unterdrucksetz- und Absenkzyklen synchron zur Injektion von Dampf oder eines Gemischs aus Dampf und einem sauerstoff haltigen Gas zu Beginn des Unterdrucksetzzyklus ein kohlendioxidhaltiges Fluidum injiziert. Unter "Unterdrucksetz- und Absenkzyklen" ist zu verstehen, daß während des Betriebs, d.h. während der Verfahrensdurchführung, Druckänderungszyklen eingehalten werden. Hierbei sind einerseits die Injektionsgeschwindigkeiten relativ zu den Fördergeschwindigkeiten

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höher (wobei der Formationsdruck steigt = unter Druck setzen) bzw. die Injektionsgeschwindigkeiten relativ zu den Fördergeschwindigkeiten niedriger (wobei der Formationsdruck sinkt = Absenken), Es hat sich gezeigt, daß das Kohlendioxid bei Verwendung im Rahmen der Unterdrucksetz- und Absenkzyklen die Fähigkeit besitzt, durch Schäumwirkung zwischen Bitumen und Wasser eine mechanische Bewegung zu induzieren. Diese Schäumwirkung erleichtert den Transport des Bitumens durch die Formation in Richtung auf eine Förderbohrung, aus der es gefördert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur erhöhten öl- oder Bitumenförderung läßt sich auf Formationen anwenden, aus denen eine Förderung durch Injektion eines thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums, wie Dampf oder eines Gemischs aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas, erfolgt (ist). Bei diesem Verfahren wird in der Regel das thermische Gewinnungs- oder Förderfluidum bei einer Temperatur vorzugsweise im Bereich von 121° bis 260⁰C oder der Temperatur entsprechend der Sättigungstemperatur des Dampfs bei Formationsdruck injiziert. Die Dampfqualitat, die als Gewichtsprozent Trockendampf in 453 g Naßdampf definiert ist, beträgt vorzugsweise 60 bis etwa 100%. Wenn ein Gemisch aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas zum Einsatz gelangt, kann das sauerstoffhaltige Gas aus Luft, angereichertem Sauerstoff oder praktisch reinem Sauerstoff bestehen. Unter einem "sauerstoffhaltigen Gas" ist zu verstehen, daß das Gasgemisch freien Sauerstoff als einen Bestandteil enthält. Unter "angereichertem" Sauerstoff ist zu verstehen, daß das sauerstoffhaltige Gas einen höheren prozentualen Anteil an freiem Sauerstoff als Luft aufweist. Das Verhältnis von freiem Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas zu dem injizierten Dampf beträgt vorzugsweise

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etwa 0,85 bis 3,7 nr (unter Standardbedingungen) Sauerstoff pro Barrel Dampf. Bei Verwendung von Luft beträgt das Verhältnis Luft zu Dampf zweckmäßigerweise etwa 4,25 bis 18,4, vorzugsweise 4,8 bis 7,1 m (unter Standardbedingungen) Luft pro Barrel Dampf.

Obwohl es sich bei dem in dem thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidum verwendeten Dampf in der Regel um Sattdampf handelt (die Dampfqu»lität beträgt weniger als 100%), kann in Formationen, deren Eigenschaften die Anwendung höherer Temperaturen und Drucke ermöglichen, überhitzter Dampf verwendet werden.

Vor der Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums kann es erforderlich sein, die Formation vorzubereiten, um entweder eine angemessene Durchlässigkeit zu schaffen oder um die Bohrungen anzuregen. Die Vorbereitung kann durch bekannte Brechmaßnahmen und/oder kurzzeitige Dampfinjektion zur Anregung der Bohrungen bewerkstelligt werden.

Die Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums erfolgt in der Regel bei einem mit den Eigenschaften der Formation verträglichen vorgegebenen Druck. So läßt sich beispielsweise der Druck während der Injektion praktisch auf dem Druckwert der Formation zu Beginn der Injektion halten. Andererseits kann der Druck auf einen Wert erhöht und eingesteuert werden, der dem Berstdruck der Formation nahekommt. Weiterhin kann der Druck so eingestellt werden, daß der Injektionsdruck des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums praktisch dem Druck entsprechend der Temperatur von Sattdampf eines gewünschten Temperaturbereichs entspricht.

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Definitionsgemäß ist der Formationsdruck zu Beginn des ersten Absenkzyklus als anfänglicher Formationsdruck "bezeichnet.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen thermischen Gewinnungs- oder Förderverfahrens bedient man sich, nachdem die Förderung unerwünscht weit gefallen ist, eines Absenkzyklus. Hierbei wird auf später noch beschriebene Weise der Formationsdruck gesenkt (und ein Absenkzyklus eingeleitet). Das Absenken erreicht man durch Vermindern der Injektionsgeschwindigkeit des thermischen Gewinnungsoder Förderfluidums und/oder Erhöhen der Fordergeschwindigkeit der Formationsfluida, beispielsweise durch Betreiben der Förderbohrungen unter praktisch nicht beschränkten Bedingungen. Die Injektionsgeschwindigkeit während des Absenkens kann bis zu etwa 20% der anfänglichen Injektionsgeschwindigkeit betragen. Vorzugsweise soll sich der Druckabfall während des Absenkzyklus fortsetzen, bis der Druck auf einen Wert von nicht mehr als 5090 des in der Formation zu Beginn des Absenkzyklus herrschenden Drucks, d.h. des anfänglichen Formationsdrucks, gesunken ist. In der Regel wird mit dem Absenken fortgefahren, bis die Οίο der Bitumenförderung unerwünscht weit gefallen ist.

Während sich die Formation am Ende des Absenkzyklus auf irgendeinem (gewünschten) niedrigen Druck befindet, wird die Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums eingestellt und mit einer Injektion eines kohlendioxidhaltigen Fluidums begonnen. Gleichzeitig wird die Förderung der Formationsfluida durch Senken der Fördergeschv/indigkeit relativ zur Injektionsgeschwindigkeit beschränkt, um einen Unterdrucksetzzyklus einzuleiten. Das Unterdrucksetzen kann durch Drosseln der Förderbohrung zur

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Beschränkung der Fördergeschwindigkeit relativ zur Injektionsgeschwindigkeit erfolgen. Es ist zwar zweckmäßig, daß das Injektionsfluidum zu Beginn des Unterdrucksetzzyklus vornehmlich Kohlendioxid enthält, in dem injizierten Fluidura können jedoch auch andere gasförmige Bestandteile, wie Stickstoff, Kohlenmonoxid oder Erdgas, enthalten sein. Das kohlendioxidhaltige Fluidum kann so lange injiziert werden, bis der Formationsdruck auf einen Wert etwa 20 bis etwa 5096 des Unterschieds zwischen dem Druck vor Beginn des Absenkzyklus, d.h. dem anfänglichen Formationsdruck, und dem Druck am Ende des Absenkzyklus gestiegen ist.

Danach erfolgt erneut eine Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums, während weiter unter Druck gesetzt wird, bis der Formationsdruck einen gewünschten Wert erreicht hat und/oder die Fördergeschwindigkeit unerwünscht weit gesunken ist. So kann beispielsweise der erreichte Druck praktisch derselbe sein wie zu Beginn des Absenkzyklus oder etwas unter dem Berstdruck der Formation liegen. Während dieses Teils des Unterdrucksetzzyklus kann die Injektion des Kohlendioxids gleichzeitig mit der Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums fortgesetzt werden. Wenn der gewünschte Druck erreicht ist, wird ein zweiter Absenkzyklus durchgeführt. Hierbei wird der Formationsdruck erneut in der geschilderten Weise auf irgendeinen gewünschten niedrigen Wert vermindert. Danach können die Unterdrucksetz- und Absenkzyklen wiederholt werden.

Die folgenden Laboratoriumsversuche zeigen den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Versuche werden mit einem Teersand aus der McMurray-Formation in der kana-

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dischen Provinz Alberta durchgeführt. Zur Durchführung jeden Versuchs werden etwa 90 bis 95 kg Teersand in einen etwa 45,7 cm langen und einen Durchmesser von 61 cm aufweisenden Behälter gepackt. Der Behälter ist derart ausgelegt, daß er bei gesteuerten Temperaturen bis zu 216⁰C und Drucken bis zu 35,5 bar verwendet werden kann. Er enthält simulierte Injektions- und Förderbohrungen. Der gepackte Behälter enthält ferner zahlreiche Thermoelemente, mit deren Hilfe die Temperaturen in der Behälterpackung gemessen und die Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten errechnet werden können.

Bei Versuch 1 erfolgt eine Dampfinjektion, ferner werden Unterdrucksetz- und Absenkzyklen durchgeführt. Während des Betriebs wird etwa 30 min lang Dampf injiziert, worauf zur Erniedrigung des Drucks von einem Injektionsdruck von 22,1 bar auf etwa 0 30 min lang abgesenkt wird. Ein zweiter Unterdrucksetzzyklus mittels Dampfinjektion erfolgt während 10 min. Die Absenk- und Ünterdrucksetzzyklen werden so lange wiederholt, bis etwa 5 Porenvolumina Flüssigkeit gefördert sind. Danach wird auf den Dampf folgend Kohlendioxid injiziert, bis etwa ein weiteres halbes Porenvolumen Flüssigkeit gefördert ist. Die Injektionsmaßnahmen werden derart variiert, daß zu Beginn des Unterdrucksetzzyklus Kohlendioxid bis zu einem Druck von 22,1 bar injiziert und danach auf einen Druck von 8,1 bar abgesenkt wird. Schließlich wird Dampf bis zu einem Druck von 22,1 bar injiziert und dann bis zu einem Druck von 0 bar abgesenkt. Bei einer anderen Zyklenvariation wird Kohlendioxid injiziert, bis der Druck einen Wert von 4,5 bar angenommen hat. Danach wird Dampf bis zu einem Druck von 8,1 bar injiziert. Schließlich werden Kohlendioxid und Dampf

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nacheinander injiziert, wobei sich der Druck während der aufeinanderfolgenden Stufen in Inkrementen von 4,5 bar auf einen Enddruck von 22,1 bar erhöht hat.

Der Versuch 2 wird unter ähnlichen Betriebsbedingungen, nämlich bei einem Injektionsdruck von 22,1 bar und unter Anwendung von Unterdrucksetz- und Absenkzyklen, gefahren. Nach etwa 30-minütiger Dampfinjektion wird 30 min lang abgesenkt. Danach wird ein Gemisch aus Dampf und Luft 10 min lang injiziert. Die Absenk- und Unterdrucksetzzyklen werden so lange wiederholt, bis etwa 3,5 Porenvolumina Flüssigkeit gefördert sind. Schließlfc h wird Kohlendioxid injiziert. Bei den Unterdrucksetz- und Absenkzyklen erfolgt eine aufeinanderfolgende Injektion von Kohlendioxid und Dampf, bis ein weiteres halbes Porenvolumen Flüssigkeit gefördert ist.

Die Ergebnisse beider Versuche sind in Figur 1, in der die prozentuale Bitumenförderung gegen das Porenvolumen der geförderten Flüssigkeit aufgetragen ist, graphisch dargestellt. Die durchgezogenen Linien entsprechen der Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums ohne Mitverwendung von Kohlendioxid, die gestrichelten Linien zeigen die Ergebnisse einer Kohlendioxidinjektion. Die Ergebnisse zeigen, daß die Injektion eines Gemisch? aus Dampf und Luft eine höhere prozentuale Bitumenförderung zur Folge hat als ein vergleichbarer Versuch, bei dem lediglich Dampf verwendet wird. Bei 3,5 Porenvolumina sind beispielsweise bei dem mit Dampf und Luft arbeitenden Versuch etwa k2% Bitumen gefördert. Im Gegensatz dazu sind bei dem unter Verwendung von Dampf alleine durchgeführten Versuch lediglich etwa 2Q% Bitumen gefördert. In beiden Fällen zeigen die Ergebnisse eindeutig ein merkliches An-

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sprechen der prozentualen Bitumenförderung auf die Kohlendioxidinjektion.

Bei einem dritten Versuch wird erneut die Wirksamkeit von Kohlendioxid gezeigt. Unter Verwendung des einen Durchmesser von 61 cm aufweisenden Behälters und einer etwa 90 kg schweren Teersandpackung arbeitet man mit einem simulierten 5-Stellenmuster, d.h. mit einer simulierten Zentralinjektionsbohrung und vier simulierten Entnahme- oder Förderbohrungen, Bei 22,1 bar wird Dampf injiziert, bis 1,5 Porenvolumina Flüssigkeit gefördert sind. Danach wird ein Gemisch aus Dampf und Kohlendioxid injiziert, wobei das Verhältnis Kohlendioxid zu Dampf etwa 0,02 nr⁵ Luft pro Barrel Dampf (0,75 MSCF/bbl) beträgt. Die Injektion erfolgt so lange, bis ein weiteres Porenvolumen Fluidum gefördert ist. Danach werden Unterdrucksetz- und Absenkzyklen durchgeführt, wobei zwischen den Injektions- und Förderbohrungen am Behälter ein Druckgefälle von etwa 1,4 bar aufrechterhalten wird. Der Unterdrucksetzzyklus wird so lange fortgesetzt, bis ein Druck von etwa 22,1 bar erreicht ist. Dann wird so lange abgesenkt, bis der Druck auf etwa 8,1 bar gesunken ist. Zu Beginn des Unterdrucksetzzyklus wird zusammen mit dem Dampf während etwa ein Drittel bis zwei Drittel des Unterdrucksetzzyklus Kohlendioxid injiziert, wobei Drucke von etwa 11,6 bis 18,6 bar erreicht werden. Danach wird lediglich Dampf bis zum Erreichen eines Drucks von 22,1 bar injiziert. Diese Zyklen werden so lange fortgesetzt, bis etwa zwei weitere Porenvolumina Fluidum gefördert sind. Danach werden, wie vorher beschrieben, aufeinanderfolgend Kohlendioxid und Dampf Inji ziert und Unterdrucksetz- und Absenkzyklen bei einem Iiiriclestabsenkdruck von 4,5 bar bis zur Förderung von weii'⁵rr; 1,5 Porenvolumina Fluidum durchgeführt. Während der

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letzten Periode wird Kohlendioxid während des ersten Teils des Unterdrucksetzzyklus injiziert, bis der Druck einen Wert von etwa 4,1 bar angenommen hat. Danach wird lediglich Dampf injiziert, bis der Druck einen Wert von 11,6 bar erreicht hat. Die Ergebnisse dieses Versuchs finden sich in Figur 2. Aus Figur 2 ist zu entnehmen, daß nach der Förderung von etwa 2,5 Porenvolumina Flüssigkeiten ein deutlicher Anstieg in der Bitumenförderung zu verzeichnen ist, was auf die Durchführung von Unterdrucksetz- und Absenkzyklen bei gleichzeitiger Kohlendioxidinjektion zurückzuführen ist. Ferner ist die erhöhte Ansprechbarkeit der Bitumenförderung auf die Injektion des Kohlendioxids und Dampfs und die Unterdrucksetz- und Absenkzyklen feststellbar.

Es wird postuliert, daß bei der in-situ-Gewinnung von Bitumen aus Teersanden unter Verwendung eines thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums zwei Hauptmechanismen beteiligt sind. Der erste Mechanismus besteht in einer Trennung oder Verdrängung des Bitumens aus der Sandmatrix. Der zweite Mechanismus betrifft den Transport des verdrängten Bitumens durch die Formation zu einer Forderbohrung. Durch den ersten Verdrängungsmechanismus wird das Bitumen beweglich gemacht, wobei zwischen dem beweglich gemachten Bitumen und dem Bitumen im ungestörten Zustand eine Grenzfläche oder Übergangszone geschaffen wird. Die Übergangszone enthält darüber hinaus Dampf, Kondensat und fossiles Wasser. Mit fortschreitender Injektion des thermischen Fluidums wird die Bewegung der Übergangszone schwieriger. Gleichzeitig sinkt der Wirkungsgrad der thermischen Gewinnungs- oder Förderfluida, die hauptsächlich aufgrund ihres Wärmeinhalts zur Verdrängung des Bitumens beigetragen haben,

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als Wirkungsmechanismus zum Verschieben des Bitumens bzw. der Formationsfluida durch die Formation. Folglich sinkt die Fördergeschwindigkeit für Öl oder Bitumen mit fortschreitender Injektion.

Erfindungsgemäß wird ferner postuliert, daß durch Stimulieren der Grenzfläche oder Übergangszone durch mechanisches Bewegen der darin enthaltenen Fluida die Bewegung erleichtert und die Verschiebung des Bitumens oder der Formationsfluida durch die Formation verbessert werden. Die gezeigte Wirksamkeit der Anwendung von Unterdrucksetz- und Absenkzyklen beruht vermutlich auf einer mechanischen Bewegung der Grenzfläche. Erfindungsgemäß wird die mechanische Bewegung durch das Einleiten von Kohlendioxid in ihrer Wirksamkeit deutlich verbessert. Dies ist vermutlich auf die ausgeprägte Fähigkeit von Kohlendioxid zur Induzierung einer Schäumwirkung auf Bitumen und Wasser in der Übergangszone und folglich eine deutliche Erhöhung der mechanischen Bewegung der darin enthaltenen Fluida zurückzuführen .

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auf eine unterirdische ölführende Formation, in der bereits ein in-situ-Gewinnungs- oder Förderverfahren (z.B. eine Dampfflutung, eine in-situ-Verbrennung oder eine sonstige Zwangsförderung) stattgefunden hat, angewandt werden. Ferner läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren als Durchsatzverfahren unter Verwendung einer zentralen Injektionsbohrung und Entnahme- oder Förderbohrungen in Form eines beispielsweise 5-fleckigen Musters durchführen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren im Linientrieb durchgeführt werden. Hierbei liegt beispielsweise eine Reihe von Injek-

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tionsbohrungen zwischen zwei Reihen Förderbohrungen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren als Blas- und Ausschieß verfahren gestaltet werden. Hierbei durchtäuft eine einzige Bohrung die Formation. Über diese einzige Bohrung wird Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas injiziert, um die Formation unter Druck zu setzen. Danach wird abgesenkt, wobei über die einzige Bohrung gefördert wird. Bei Blas- und Ausschießbetrieb wird das Kohlendioxid zu Beginn der Injektionsphase injiziert und so lange weiter injiziert, bis der Formationsdruck irgendeinen gewünschten Wert angenommen hat. Danach wird die Injektionsphase unter Verwendung von Dampf alleine fortgesetzt, bis der Enddruck erreicht ist. Weiterhin kann, wie bei üblichem Blas- und Ausschießbetrieb, "geweicht" werden.

Die Versuche haben gezeigt, daß sich durch Kohlendioxid die Förderung oder Gewinnung viskoser Öle oder von Bitumen bei in-situ-Gewinnungs- oder -Förderverfahren, bei denen ein erhitztes thermisches Fluidum, wie Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und Luft, und ein sauerstoffhaltiges Gas injiziert und Uhterdrucksetz- und Absenkzyklen durchgeführt werden, erhöht, wenn das Kohlendioxid zu Beginn des Unterdrucksetzzyklus injiziert wird.

Zusammenfassend ergibt sich, daß bei der Gewinnung oder Förderung von Schwerölen oder Bitumen bei thermischen insitu-Verfahren unter Ausnutzung einer Injektion eines thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums die Gewinnung oder Förderung weiter erhöhen läßt, wenn man mit der Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums nach Durchführung eines Absenkzyklus in der Formation Kohlendioxid injiziert. Das Kohlendioxid wird zu

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Beginn eines Unterdrucksetzzyklus injiziert und so lange weiter injiziert, bis die Formation auf irgendeinen Teilwert der gesamten gewünschten Druckerhöhung unter Druck gesetzt ist. Danach wird das thermische Gewinnungs- oder Förderfluidum injiziert, um den Unterdrucksetzzyklus zu vervollständigen. Schließlich können, wenn die Förderung auf einen unerwünscht niedrigen Grad gesunken ist, die Absenk- und Unterdrucksetzzyklen wiederholt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von viskosem Öl oder Bitumen aus einer unterirdischen Formation durch Injektion eines thermischen Gewinnungsfluiduas in eine Formation zur Erhöhung von deren Innendruck und Förderung von Öl oder Bitumen aus dieser Formation, dadurch gekennzeichnet, daß man, nachdem die Förderung von Öl oder Bitumen unerwünscht weit abgefallen, der Formationsinnendruck auf einen gegebenen Wert gesunken und die Injektion des thermischen Gewinnungsfluldums beendet sind, ein kohlendioxidhaltiges Fluidum in die Formation zur Erhöhung von deren Innendruck injiziert und danach gegebenenfalls das thermische Gewinnungsfluidum oder Förderfluidum injiziert und Öl oder Bitumen fördert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formation durch mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine Förderbohrung durchtäuft ist und sich die Formation bei Anfangsformationsdruck befindet, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die Injektionsgeschwindigkeit für das thermische Gewinnungsfluidum relativ zur Förderungsgeschwindigkeit der Formationsfluida senkt, wenn die Förderung von Öl oder Bitumen unerwünscht weit abgefallen ist, um einen Absenkzyklus der Formation einzuleiten,

b) die Injektionsgeschwindigkeit auf einem Wert unter der Fördergeschwindigkeit hält, um den Absenkzyklus bis zum Absinken des Formationsdrucks auf einen Wert von nicht mehr als 5O?6 des Anfangsdrucks des Absenkzyklus fortzuführen,

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c) die Injektion eines thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums einstellt und unter gleichzeitiger Senkung der Fördergeschwindigkeit relativ zur Injektionsgeschwindigkeit über die Förderbohrung mit der Injektion eines kohlendioxidhaltigen Fluidums beginnt, um die Formation unter Druck zu setzen,

d) mit der Injektion des kohlendioxidhaltigen Fluidums so lange fortfährt, bis der Formationsdruck auf einen Wert etwa 2096 bis etwa 50% des Unterschieds zwischen dem Formationsdruck zu Beginn des Absenkzyklus und dem Druck am Ende des Absenkzyklus gestiegen ist,

e) die Injektion von Kohlendioxid einstellt und mit der Injektion eines thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums beginnt, während man die Formation weiter unter Druck setzt,

f) mit der Injektion des thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidums fortfährt, bis der Formationsdruck auf den gewünschten Wert, der jedoch unterhalb des Berstdrucks der Formation liegt, gestiegen ist, wobei man gleichzeitig die Fördergeschwindigkeit relativ geringer hält als die Injektionsgeschwindigkeit, und

g) die Stufen a) bis f) wiederholt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man"vor der Durchführung der Stufe a) durch Injektion von Dampf oder eines Gemische aus Dampf und einem sauerstoff haltigen Gas so weit unter Druck setzt, daß der Berstdruck des Deckgesteins erreicht wird.

+) die Formation

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4. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig mit dem kohlendioxidhaltigen Fluidum während der Stufen c) und d) Dampf indiziert.

5. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Unterdrucksetzens das kohlendioxidhaltige Fluidum gleichzeitig mit dem thermischen Gewinnungs- oder Förderfluidum injiziert.

6. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Unterdrucksetzen und den Absenkzyklus wiederholt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst zum Anwärmen der Bohrlöcher Dampf in die Injektions- und Förderbohrungen injiziert.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formation durch mindestens eine Bohrung durchtäuft ist, dadurch gekennzeichnet, daß man

1) das thermische Gewinnungs- oder Förderfluidum über die Bohrung so lange injiziert, bis die Formation bis zum Erreichen ihres Berstdrucks unter Druck gesetzt ist,

2) bis zum Abfallen der Förderung auf einen unerwünscht niedrigen Wert über die Bohrung Öl oder Bitumen fördert, wobei die Formation entspannt wird,

3) über die Bohrung so lange ein kohlendioxidhaltiges Fluidum injiziert, bis der Formationsdruck einen Wert von etwa 20% bis etwa 509» des Unterschieds

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zwischen dem Formationsdruck vor Durchführung der Stufe 2) und dem Formationsdruck zu Beginn der Stufe 3) erreicht hat,

4) die Injektion des kohlendioxidhaltigen Fluidums einstellt und über die Bohrung das thermische Gewinnungs- oder Förderfluidum injiziert, bis der Formationsdruck etwa auf den Druckwert in Stufe 1) gestiegen ist, und

5) die Stufen 2) bis 4) wiederholt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bohrung schließt und die Formation nach Durchführung der Stufe(n) 1) und/oder 4) einer Weichung unterwirft.

10. Verfahren nach Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Durchführung der Stufe 3) gleichzeitig mit Kohlendioxiddampf injiziert.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermisches Gewinnungs- oder Förderfluidum Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und einem sauerstoffhaltigen Gas verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als sauerstoffhaltxges Gas Luft, angereicherten Sauerstoff oder praktisch reinen Sauerstoff verwendet.

ORIGINAL INSPECTED

3 ■= 20