WO2011107331A2 - Verfahren und vorrichtung zur "in-situ"-förderung von bitumen oder schwerstöl - Google Patents

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    • E21B43/30—Specific pattern of wells, e.g. optimising the spacing of wells
    • E21B43/305—Specific pattern of wells, e.g. optimising the spacing of wells comprising at least one inclined or horizontal well

Definitions

  • the invention relates to a method for "in situ" - promotion of bitumen or heavy oil from oil sands deposits as a reservoir according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to the associated apparatus for performing the method.
  • the invention relates to a method for conveying a hydrocarbon-containing substance, in particular bitumen or heavy oil, from a reservoir, wherein the reservoir is acted upon by thermal energy for reducing the viscosity of the substance, including at least two conductor loops for induk ⁇ tive energization as electrical / electromagnetic Heating are provided.
  • a respective one of the at least two conductor loops comprises at least two linearly extended conductors, which are guided in a horizontal orientation at a predetermined depth of the reservoir.
  • At least two alternating current generator ⁇ ren electric power are provided, which are each connected to one of the conductive loops, a first of said at least two AC generators and at least a second of the at least two AC generators loading omb their frequency are synchronous with each other and operated with a fixed phase relationship to one another.
  • the conductors are preferably substantially linear in a section and parallel to each other.
  • the phase position preferably has a phase difference of zero.
  • a non-zero konstan ⁇ th phase difference may be provided. It is only essential that the two generators to each other have a fixed, ie mutually synchronous phase position. It results from this synchronicity of the fed
  • the conductor loops in the reservoir synchronously to each other build a magnetic field and thus amplifies the induced electric field in the reservoir.
  • the operation of multiple conductor loops may be provided at a location by sequentially connecting each inverter. This means that the average amount of energy in this intermittent operation can not be maximized.
  • the intermittent operation and the alternating operation of induction loops can be provided because interference of the applied center frequency can lead to the extinction of eddy currents which cause dissipation of Joule heat in the reservoir.
  • the present invention aims in particular that for the promotion of hydrocarbons such as heavy oils or bitumen from oil sands or oil shale deposits by means of pipe systems which are introduced through drilling, their flowability can be significantly increased. By gravity then drainage of the hydrocarbon mixture can be achieved.
  • the alternating current generator ⁇ ren inverter
  • the alternating current generator ⁇ ren inverter
  • an individual can Stromamplituden- Regulation of the individual conductor loops and alternatively or additionally carried out an adjustment of the phase position.
  • the frequency and / or phase of the second of the at least two alternators can be adjusted so that after this adjustment, the two alternators with respect to frequency and / or phase are operated synchronously again ,
  • the energization of the conductor loops with respect Stromright. Voltage amplitude and / or frequency and / or phase can be changed. With respect to frequency, the variation can be limited to +/- 10% around the resonant frequency of the capacitively compensated conductor loop.
  • the first of the at least two alternating current generators and the second of the at least two alternating current generators can be operated such that their phase positions are constant relative to one another, wherein in particular their phase positions can be offset from one another in a predeterminable manner.
  • the at least two AC generator ⁇ ren can produce compared to each other the same or different current amplitudes.
  • the at least two AC generators can be synchronized with each other such that a change of Fre acid sequence and / or representing a change of the phase information of a first of the at least two AC Generators to more of the at least two AC generators ⁇ is transmitted.
  • the transmission of the information can preferably take place between control units of the alternators.
  • One of the alternators can therefore be defined as a master, which preferably via bus coupling, z. B. optical waveguide, or by radio signal said information - which may represent a clock signal or frequency information - to all other AC generators (slaves) passes, so that for all AC generators ⁇ the same frequency, for example, a preferred operating frequency between 1 kHz and 200 kHz, is used for operation.
  • ⁇ setting the current amplitude and a phase difference made on each alternator individually relative to the master builder.
  • the at least two AC generators can be synchronized with each other such that a change of frequency and / or a change of the phase information representing ei ⁇ nem clock to the at least two AC generators is transmitted.
  • a signal of a separately arranged ⁇ th reference oscillator can be distributed to all AC generator control units and there by means of synthesizers (eg with PLL circuits) the desired frequency and the desired phase - possibly incl. Individually offset phase position - are generated.
  • synthesizers eg with PLL circuits
  • the transmission of the information for synchronization between control units of the alternators takes place digitally.
  • a change in the frequency and / or a change of the phase information representing the frequency and / or the phase position are updated for each of at least two alternating-current generator ⁇ ren by a respective one of the at least two AC generators due to the reception.
  • the updating of the frequency and / or phases of all alternators preferably takes place simultaneously.
  • the current or voltage amplitude of all generators of a be Maximalwer ⁇ tes, or reduced to zero to a small value, for example below 5%, while the Aktualisie ⁇ tion of the frequency and / or the phase differences occur.
  • the increase of the output currents of all generators to the setpoints is then carried out with updated parameters.
  • a predetermined value for a current amplitude and a predefined value for a phase difference with respect to the transmitted phase position can be maintained.
  • Control options for the energization of the inductors of the conductor loops created, in particular, locally detected temperatures can be used as control variables.
  • the temperatures in the reservoir, but possibly also outside the reservoir can be measured.
  • thermally low-loaded inductors can preferably be supplied with current or re ⁇ reservoir regions low temperature preferably heated.
  • the alternators may be designed so that their operating frequencies are adjustable.
  • adjacent conductor loops can be energized in such a way that no extinguishing effects occur.
  • the effective resistance presented by the reservoir as a secondary winding can be much higher than that of closely adjacent conductors of widely separated and return conductors, which with comparatively low currents in the conductor loop (primary ⁇ winding) high heating power can be introduced into the reservoir.
  • FIG. 1 shows a detail of an oil sand deposit with repeating units as a reservoir and respective horizontal electrical conductor structure running in the reservoir
  • Figure 2 shows the scheme of the wiring of four inductor pairs with simultaneous energization with separate generators with mutually adjustable frequency, the associated forward and return conductors are spatially far apart.
  • Figure 1 is a perspective view when li ⁇ near repetitive arrangement (Array) shows, in Figure 2 a plan view, that is a horizontal section seen in the Indukto ⁇ rebene from above, shown, wherein the Deckge- Birge ( "overburden"
  • Array near repetitive arrangement
  • Figure 2 a plan view, that is a horizontal section seen in the Indukto ⁇ rebene from above, shown, wherein the Deckge- Birge ( "overburden"
  • FIG. 1 shows an arrangement for inductive heating.
  • the conductors 10 and 20 are routed vertically or at a predetermined angle into holes through the overburden ("overburden") and are powered by an RF generator 60 which may be housed in an external housing.
  • the conductors 10 and 20 extend substantially at the same depth either side by side or one above the other. It may be useful to offset the ladder.
  • Typical distances between the return and return conductors 10, 20 are 10 to 60 m with an outer diameter of the conductors of 10 to 50 cm (0.1 to 0.5 m).
  • An electrical double line 10, 20 in FIG. 1 with the aforementioned typical dimensions has a longitudinal inductivity coating of 1.0 to 2.7 ⁇ / m.
  • the characteristic frequency of an inductor arrangement of FIG. 1 is due to the loop length of the double line 10, 20 and the integrated series capacitances.
  • FIG. 2 In Figure 2, four high-frequency power generators 60 ', 60'',60''' and 60 '''' are present as the invention
  • Kemgene- generators which respectively in pairs, two of the in ⁇ ductors 1 to 8 drive (four inductors 1, 2, 3, 4 as a lead, the remaining four inductors 5, 6, 7, 8 as a return conductor).
  • the individual inductors 1 to 8 are arranged according to FIG. 1 in the reservoir 100.
  • a connection 15 is connected to the ends of the inductors which connect the forward and return conductors
  • Connection 15 can be arranged above or below ground. With this arrangement, it is possible in particular to power multiple ⁇ In duktorpase simultaneously with different currents at different frequencies, according to the invention is provided with different frequencies just no operation but a synchronous operation of the generators and therefore of the inductors.
  • the power generators 60 ', 60'',60''', 60 ''' each have ⁇ wells a control unit 61 ', 61'',61''', 61 ''', which together via a bus 70 or another connection communicate with each other in terms of communication or data. Information can be exchanged between the control units 61 ', 61'',61''', 61 '''via the bus 70. It is assumed that the power generator 60 'represents a master in terms of frequency and phase to be set, to which the other power generators 60 ", 60'", 60 "" adapt.
  • the frequency and phase position currently set at the power generator 60 ' are preferably determined by the controller 61' of the power generator 60 'and transmitted to all other control units 61 ", 61"', 61 "" in any desired coding.
  • the received control units 61 '', 61 ''',61''' values via the bus 70 emp ⁇ collected message, and then control the slave power generators 60 '''', 60 ''',60''''in such a way in that they adapt the frequency and the phase position for the current to be output to the frequency and phase position of the master power generator 60 '.
  • all dependent nursegenerato ⁇ ren 60 '', 60 ''',60''' the substantially same frequency is set as the frequency at the master power generator 60'.
  • the phase position it may be useful for all the dependent power generators 60 “, 60"', 60 “” to adjust to the exact same phase position of the master power generator 60'. The phase difference is thus zero.
  • the power generators 60 ', 60'',60''', 60 '''' can be operated with mutually offset phase position, provided there are no shifts in operation.
  • all provided power generators 60 ', 60'',60''', 60 ''' can be operated depending on a clock signal.
  • This clock signal can be transmitted to all the control units 61 ', 61 ", 61"', 61 "" of the power generators 60 ', 60 ", 60"', 60 “” connected to the bus 70, see also FIG then all the performance-generators 60 ', 60'',60''', 60 '''' in frequency and phase to adjust according to the clock signal and ak ⁇ tual ensue.
  • an oscillator can be operated, which dictates the frequency.
  • an arrangement of the power generator outside the reservoir also an underground installation of the generator is possible, which may be advantageous in some circumstances.
  • the electrical power would be at low frequency, ie 50-60Hz or possibly also as a DC, down and could be a conversion into the kHz range underground, so that no losses occur in the overburden ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Förderung von einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, insbesondere Bitumen oder Schwerstöl, aus einem Reservoir (100), wobei das Reservoir (100) mit Wärmeenergie zur Verringerung der Viskosität der Substanz beaufschlagt wird, wozu mindestens zwei Leiterschleifen (1, 2,..., 8) zur induktiven Bestromung als elektrische/elektromagnetische Heizung vorgesehen sind. Eine jeweilige der mindestens zwei Leiterschleifen (1, 2,..., 8) umfasst wenigstens zwei ausgedehnte Leiter (1, 2,..., 8), die zumindest abschnittsweise parallel in horizontaler Ausrichtung innerhalb des Reservoirs (100) geführt sind. Weiterhin sind mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60'', 60''', 60'''') für elektrische Leistung vorgesehen, die jeweils an eine jeweilige der Leiterschleifen (1, 2,..., 8) angeschlossen sind, wobei ein erster der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60'', 60''', 60'''') und mindestens ein zweiter der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60'', 60''', 60'''') bezüglich ihrer Frequenz synchron zueinander und mit fester Phasenlage zueinander betrieben werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur „in-situ"-Förderung von Bitumen oder Schwerstöl
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur „in-situ"- Förderung von Bitumen oder Schwerstöl aus Ölsandlagerstätten als Reservoir gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Förderung von Schwerstölen oder Bitumen aus Ölsand- oder Ölschiefervorkommen mittels Rohrsystemen, welche durch Bohrungen eingebracht werden, muss die Fließfähigkeit der in fester Konsistenz vorliegenden Ausgangsstoffe erheblich erhöht werden. Dies kann durch Temperaturerhöhung des Vorkommens im Reservoir erreicht werden.
Wird dazu eine induktive Heizung ausschließlich oder zur Un- terstützung des üblichen SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage) -Verfahrens verwendet, tritt das Problem auf, dass benach¬ barte gleichzeitig bestromte Induktoren sich gegenseitig ne¬ gativ beeinflussen können. So schwächen sich benachbarte entgegengesetzt bestromte Induktoren bezüglich der im Reservoir deponierten Heizleistung.
Bei den älteren deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern 10 2007 008 292.6, 10 2007 036 832.3 sowie
10 2007 040 605.5 werden einzelne Induktorpaare, d.h. Hin- und Rückleiter, in vorgegebener geometrischer Konfiguration bestromt, um das Reservoir induktiv zu erhitzen. Dabei wird die Stromstärke zum Einstellen der gewünschten Heizleistung genutzt, während die Phasenlage mit 180° zwischen benachbar¬ ten Induktoren fest eingestellt ist. Diese gegenphasige
Bestromung ergibt sich zwangsläufig aus dem Betrieb eines In¬ duktorpaares mit Hin- und Rückleiter zu einem Generator. In einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin mit der Bezeichnung „Anlage zur In-Situ-Gewinnung einer kohlenstoffhal- tigen Substanz" wird unter anderem die Steuerung der Heizleistungsverteilung bei einem Array von Induktoren beschrieben, wobei dies durch die Einstellbarkeit der Stromamplituden und Phasenlage benachbarte Induktorpaare erreicht wird. Alle bisherigen Patentanmeldungen gehen davon aus, dass die
Bestromung über größere Zeiträume von Tagen bis Monaten nur geringe Anpassungen erfährt und eine feste Zuordnung eines Generators zu einem Induktorpaar besteht. Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, geeignete Ver¬ fahren vorzuschlagen und zugehörige Vorrichtungen zu schaffen, die zur Verbesserung der Effektivität bei der Förderung aus Ölsand- oder Ölschiefer-Reservoiren dienen. Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist im Patentanspruch 11 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, insbesondere Bitumen oder Schwerstöl, aus einem Reservoir, wobei das Reservoir mit Wärmeenergie zur Verringerung der Viskosität der Substanz beauf- schlagt wird, wozu mindestens zwei Leiterschleifen zur induk¬ tiven Bestromung als elektrische/elektromagnetische Heizung vorgesehen sind. Eine jeweilige der mindestens zwei Leiter¬ schleifen umfasst wenigstens zwei linear ausgedehnte Leiter, die in horizontaler Ausrichtung in vorgegebener Tiefe des Re- servoirs geführt sind. Mindestens zwei Wechselstromgenerato¬ ren für elektrische Leistung sind vorgesehen, die jeweils an eine der Leiterschleifen angeschlossen sind, wobei ein erster der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren und mindestens ein zweiter der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren be- züglich ihrer Frequenz synchron zueinander und mit fester Phasenlage zueinander betrieben werden. Die Leiter sind dabei vorzugsweise im wesentlichen in einem Abschnitt linear und parallel zueinander.
Die Phasenlage weist vorzugsweise eine Phasendifferenz von Null auf. Alternativ kann eine von Null verschiedene konstan¬ te Phasendifferenz vorgesehen sein. Wesentlich ist lediglich, dass die beiden Generatoren zueinander eine feste, d.h. zueinander gleichlaufende Phasenlage aufweisen. Es ergibt sich durch diese Synchronität des eingespeisten
Stroms, dass auch die Leiterschleifen im Reservoir synchron zueinander ein magnetisches Feld aufbauen und sich somit das induzierte elektrische Feld im Reservoir verstärkt. Beim Stand der Technik kann der Betrieb mehrerer Leiterschleifen an einem Standort vorgesehen sein, indem jeder Umrichter sequentiell zugeschaltet wird. Dies bedeutet, dass die durchschnittliche Energiemenge in diesem Aussetzbetrieb nicht maximiert werden kann. Der Aussetzbetrieb und abwech- selnde Betrieb von Induktionsschleifen kann dabei vorgesehen sein, weil es durch Interferenz der angewendeten Mittelfrequenz zur Auslöschung von Wirbelströmen kommen kann, welche im Reservoir Dissipation von Joulscher Wärme verursachen. Die vorliegende Erfindung zielt jedoch insbesondere darauf ab, dass zur Förderung von Kohlenwasserstoffen wie Schwerölen oder Bitumen aus Ölsand- oder Ölschiefervorkommen mittels Rohrsystemen, welche durch Bohrungen eingebracht werden, deren Fließfähigkeit erheblich erhöht werden kann. Durch Gravi- tät kann dann eine Drainage des Kohlenwasserstoffgemisches erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Wechselstromgenerato¬ ren (Umrichter) aller Leiterschleifen synchron zu betreiben, insbesondere mit gleicher Frequenz und konstanter - aber vorzugsweiser einstellbarer - Phasenlage relativ zueinander. Für den Fall, dass Teile des Reservoirs unterschiedlich aufge¬ heizt werden sollen, kann eine individuelle Stromamplituden- regelung der einzelnen Leiterschleifen und alternativ oder zusätzlich eine Anpassung der Phasenlage erfolgen.
Durch synchronen Betrieb bei gleicher Frequenz und Phasenlage kann eine erhöhte maximal mögliche Energie, die die Umrichter zusammen liefern können, in das Reservoir eingebracht werden.
Vorzugsweise kann bei Änderung von Frequenz und/oder Phasenlage des ersten der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren die Frequenz und/oder Phasenlage des zweiten der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren derart angepasst werden, dass nach dieser Anpassung die zwei Wechselstromgeneratoren bezüglich Frequenz und/oder Phasenlage wieder synchron zueinander betrieben werden.
In einer Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in verschiedenen zeitlichen Ausbeutungsphasen des Reservoirs die Bestromung der Leiterschleifen bezüglich Strombzw. Spannungsamplitude und/oder Frequenz und/oder Phasenlage geändert werden kann. Bezüglich der Frequenz kann die Variation auf +/- 10% um die Resonanzfrequenz der kapazitiv kompensierten Leiterschleife beschränkt werden.
Insbesondere können jedoch der erste der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren und der zweite der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren derart betrieben werden, dass ihre Phasenlagen zueinander konstant sind, wobei insbesondere ihre Phasenlagen zueinander vorgebbar versetzt sein kann. Vorzugsweise können die mindestens zwei Wechselstromgenerato¬ ren im Vergleich zueinander gleiche oder unterschiedliche Stromamplituden erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, können die mindestens zwei Wechselstromgeneratoren derart miteinander synchronisiert werden, dass eine eine Änderung der Fre¬ quenz und/oder eine Änderung der Phase repräsentierende Information von einem ersten der mindestens zwei Wechselstrom- generatoren an weitere der mindestens zwei Wechselstromgene¬ ratoren übermittelt wird.
Die Übermittlung der Information kann dabei vorzugsweise zwi- sehen Steuereinheiten der Wechselstromgeneratoren erfolgen.
Einer der Wechselstromgeneratoren kann also als Master definiert werden, welcher vorzugsweise über Bus-Ankopplung, z. B. Lichtwellenleiter, oder durch Funksignal die genannte Infor- mation - die ein Taktsignal oder eine Frequenzinformation darstellen kann - an alle weiteren Wechselstromgeneratoren (Slaves) weiterleitet, so dass die für alle Wechselstromgene¬ ratoren die gleiche Frequenz, beispielsweise eine bevorzugte Arbeitsfrequenz zwischen 1 kHz und 200 kHz, für den Betrieb verwendet wird. Zusätzlich kann, wie bereits vorstehend er¬ wähnt, an jedem Wechselstromgenerator individuell die Einstellung der Stromamplitude sowie einer Phasendifferenz relativ zum Master-Generator erfolgen. In einer alternativen Ausgestaltung, können die mindestens zwei Wechselstromgeneratoren derart miteinander synchronisiert werden, dass eine eine Änderung der Frequenz und/oder eine Änderung der Phase repräsentierende Information von ei¬ nem Taktgeber an die mindestens zwei Wechselstromgeneratoren übermittelt wird.
Somit kann beispielsweise ein Signal eines separat angeordne¬ ten Referenzoszillators an alle Wechselstromgeneratoren- Steuereinheiten verteilt werden und dort mittels Synthesizer (mit z.B. PLL-Schaltungen) die gewünschte Frequenz und die gewünschte Phasenlage - evtl. inkl. individuell versetzter Phasenlage - erzeugt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Übermittlung der Information zur Synchronisation zwischen Steuereinheiten der Wechselstromgeneratoren digital. Weiterhin kann durch einen jeweiligen der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren aufgrund des Empfangens der eine Änderung der Frequenz und/oder eine Änderung der Phase repräsentierenden Information die Frequenz und/oder die Phasenlage für den jeweiligen der mindestens zwei Wechselstromgenerato¬ ren aktualisiert werden. Dabei erfolgen die Aktualisierung der Frequenz und/oder Phasen alle Wechselstromgeneratoren vorzugsweise gleichzeitig. Alternativ oder zusätzlich kann kurzzeitig - beispielsweise einige Sekunden bis Minuten - die Strom- bzw. Spannungsamplitude alle Generatoren auf einen kleinen Wert, beispielsweise unterhalb 5% eines Maximalwer¬ tes, oder auf Null reduziert werden, während die Aktualisie¬ rung von der Frequenz und/oder der Phasendifferenzen erfolgt. Die Steigerung der Ausgangsströme alle Generatoren auf die Sollwerte erfolgt dann mit aktualisierten Parametern.
Darüber hinaus kann für den jeweiligen Wechselstromgenerator bei der Aktualisierung der Frequenz und/oder Phasenlage ein vorgegebener Wert für eine Stromamplitude und ein vorgegebe- ner Wert für eine Phasendifferenz gegenüber der übermittelten Phasenlage beibehalten werden.
Weiterhin kann Gegenstand einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung sein, dass bei der elektrischen Beheizung des Reservoirs die dafür maßgeblichen Parameter der notwendigen elektrischen Wechselstromgeneratoren zeitlich und/oder örtlich variabel gestaltet werden können und die Möglichkeit vorgesehen werden kann, diese Parameter von außerhalb des Reservoirs zur Opti¬ mierung des Fördervolumens während der Förderung des Bitumens oder Schwerstöls zu verändern. Damit werden weitestgehende
Steuerungsmöglichkeiten für die Bestromung der Induktoren der Leiterschleifen geschaffen, wobei insbesondere auch lokal er- fasste Temperaturen als Steuergrößen herangezogen werden können. Dazu können die Temperaturen im Reservoir, aber gegebe- nenfalls auch außerhalb des Reservoirs gemessen werden. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können thermisch gering belastete Induktoren bevorzugt bestromt werden bzw. Re¬ servoirbereiche geringer Temperatur bevorzugt beheizt werden. Weiterhin kann während verschiedener zeitlicher Ausbeutungsphasen des Reservoirs zwischen beiden Bestromungsarten - zeitlich sequentielle oder gleichzeitige Bestromung mit meh¬ reren Generatoren -umgeschaltet werden. Es kann eine räumlich eng beieinander liegende Leitungsführung durch Overburden auf der Generator- und/oder Verbindungsseite erfolgen, um die unerwünschte Beheizung des Over¬ burdens zu vermeiden bzw. zu verringern. Weiterhin können die Wechselstromgeneratoren so ausgelegt sein, dass ihre Betriebsfrequenzen einstellbar sind.
Darüber hinaus können benachbarte Leiterschleifen derart bestromt werden, dass keine Auslöschungseffekte auftreten.
Zusätzlich kann ausgenützt werden, dass der Wirkwiderstand, den das Reservoir als Sekundärwicklung darstellt, für weit voneinander entfernte Hin- und Rückleiter sehr viel höher als bei eng benachbarten Leitern sein kann, wodurch mit ver- gleichsweise geringen Strömen in der Leiterschleife (Primär¬ wicklung) hohe Heizleistungen ins Reservoir eingebracht werden können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen .
Es zeigen Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Ölsand-Lagerstätte mit sich wiederholenden Einheiten als Reservoir und jeweiliger horizontal im Reservoir verlaufenden elektrischen Leiterstruktur,
Figur 2 das Schema der Beschaltung von vier Induktorpaaren mit gleichzeitiger Bestromung mit separaten Generatoren mit zueinander anpassbarer Frequenz, wobei die zugehörigen Hin- und Rückleiter räumlich weit auseinander liegen.
Während Figur 1 eine perspektivische Darstellung als sich li¬ near wiederholende Anordnung (Array) zeigt, sind in Figur 2 eine Aufsicht, d.h. ein horizontaler Schnitt in der Indukto¬ rebene von oben gesehen, dargestellt, wobei sich das Deckge- birge („Overburden" ) beidseitig gegenüber befindet. Gleiche Elemente in den Figuren haben gleiche Bezugszeichen. Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben.
Zur Förderung von Schwerstölen oder Bitumen aus Ölsand- oder Ölschiefervorkommen mittels Rohrsystemen, welche durch Bohrungen in die Öllagerstätte eingebracht werden, muss die Fließfähigkeit des feststoffartigen Bitumens bzw. der zähen Schwerstöle erheblich verbessert werden. Dies kann durch Temperaturerhöhung des Vorkommens (Reservoirs) erreicht werden, was eine Erniedrigung der Viskosität des Bitumens bzw.
Schwerstöls bewirkt.
Die früheren Patentanmeldungen der Anmelderin zielten vorwiegend darauf ab, eine induktive Heizung zur Unterstützung des üblichen SAGD-Verfahrens zu verwenden. Dabei sind Hin- und Rückleiter der Induktorleitungen, die zusammen die Induktionsschleife bilden, in vergleichsweise großen Abstand von beispielsweise 50-150 m angeordnet.
Zunehmend werden sog. EMGD-Verfahren betrachtet, bei denen die induktive Heizung als alleiniges Heizverfahren des Reser¬ voirs ohne Heißdampfeinbringung eingesetzt werden soll, was u. a. den Vorteil von vermindertem bzw. von praktisch keinem Wasserverbrauch mit sich bringt.
Bei alleiniger induktiver Heizung müssen die Induktoren näher am Bitumen-Produktionsrohr angeordnet werden, um einen frühzeitigen Produktionsbeginn bei gleichzeitig vermindertem Druck im Reservoir zu ermöglichen. Damit rücken Hin- und Rückleiter ebenfalls näher aneinander. Dies bringt das Prob¬ lem mit sich, dass die gegenseitige Feldschwächung der entge- gengesetzt bestromten Hin- und Rückleiter erheblich ist und zu verminderter Heizleistung bei konstanter Stromstärke, d.h. zu geringen Wirkwiderständen, führt. Dies kann zwar prinzipiell durch höhere Induktorströme ausgeglichen werden, womit jedoch die Anforderungen an die Stromtragfähigkeit der Leiter und damit deren Herstellungskosten erheblich steigen würden.
Es ist möglich, räumlich eng benachbarte Leiter zeitlich sequentiell, d.h. also nicht gleichzeitig, zu bestromen, womit das Problem der Feldschwächung nicht auftritt. Vorteilhaft dabei ist, dass ein Generator (Umrichter) für mehrere Leiterschleifen eingesetzt werden kann. Dabei ist aber nachteilig, dass die Induktoren nur einen Bruchteil der Zeit bestromt sind und nur dann zur Reservoirheizung beitragen. In Figur 1 ist eine Anordnung zur induktiven Heizung dargestellt. Diese kann durch eine lange, d.h. einige 100 m bis 1,5 km, in einem Reservoir 100 verlegte Leiterschleife 10 bis 20 gebildet werden, wobei der Hinleiter 10 und Rückleiter 20 nebeneinander, also in derselben Tiefe, im vorgegebenen Ab- stand geführt sind und am Ende über ein Element 15 als Lei¬ terschleife innerhalb oder außerhalb des Reservoirs 100 mit¬ einander verbunden sind. Am Anfang werden die Leiter 10 und 20 vertikal oder in einem vorgegebenen Winkel in Bohrungen durch das Deckgebirge („Overburden" ) hinunter geführt und von einem HF-Generator 60, der in einem externen Gehäuse untergebracht sein kann, mit elektrischer Leistung versorgt. Insbesondere verlaufen die Leiter 10 und 20 im wesentlichen in gleicher Tiefe entweder nebeneinander oder aber übereinander. Dabei kann ein Versatz der Leiter sinnvoll sein. Typische Abstände zwischen den Hin- und Rückleitern 10, 20 sind 10 bis 60 m bei einem Außendurchmesser der Leiter von 10 bis 50 cm (0,1 bis 0,5 m) .
Eine elektrische Doppelleitung 10, 20 in Figur 1 mit den vorstehend genannten typischen Abmessungen weist einen Längsin- duktivitätsbelag von 1,0 bis 2,7 μΗ/m auf. Der induktive
Spannungsabfall entlang der Doppelleitung - gemeint ist hiermit der Hin- und Rückleiter des Induktors - wird durch die eingebrachten Serienkapazitäten kompensiert. Der Querkapazi- tätsbelag, der bei den genannten Abmessungen bei nur 10 bis 100 pF/m liegt, wird nicht wirksam, da praktisch keine Span¬ nung zwischen den Leitungen anliegt und kann vernachlässigt werden. Damit werden Welleneffekte vermieden.
Die charakteristische Frequenz einer Induktoranordnung aus Figur 1 ist bedingt durch die Schleifenlänge der Doppellei¬ tung 10, 20 und den integrierten Serienkapazitäten.
In Figur 2 sind vier Hochfrequenz-Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''' und 60'''' als erfindungsgemäße Wechselstromgene- ratoren vorhanden sind, welche jeweils paarweise zwei der In¬ duktoren 1 bis 8 ansteuern (vier Induktoren 1, 2, 3, 4 als Hinleiter, die übrigen vier Induktoren 5, 6, 7, 8 als Rückleiter) . Die einzelnen Induktoren 1 bis 8 sind entsprechend Figur 1 im Reservoir 100 angeordnet. Beidseitig des Reservoirs 100 sind Bereiche 105 vorhanden, die nicht beheizt werden sollen und phänomenologisch das „Overburden" darstellen. Weiterhin ist eine Verbindung 15 an die Enden der Induktoren angeschlossen, welche die Hin- und Rückleiter miteinander verbindet. Die
Verbindung 15 kann ober- oder unterirdisch angeordnet sein. Mit dieser Anordnung ist es insbesondere möglich, mehrere In¬ duktorpaare gleichzeitig mit unterschiedlichen Stromstärken bei unterschiedlichen Frequenzen zu bestromen, wobei erfindungsgemäß gerade kein Betrieb mit unterschiedlichen Frequen- zen vorgesehen ist, sondern ein synchroner Betrieb der Generatoren und somit auch der Induktoren.
Die Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''', 60'''' weisen je¬ weils eine Steuereinheit 61', 61'', 61''', 61'''' auf, die miteinander über einen Bus 70 oder eine andere Verbindung miteinander kommunikations- oder datentechnisch in Verbindung stehen. Über den Bus 70 können Informationen zwischen den Steuereinheiten 61', 61'', 61''', 61'''' ausgetauscht werden. Es sei angenommen, dass der Leistungsgenerator 60' ein Master in Bezug auf einzustellender Frequenz und Phasenlage darstellt, an dem sich die anderen Leistungsgeneratoren 60'', 60''', 60'''' anpassen. Vorzugsweise wird von der Steuerung 61' des Leistungsgenerators 60' die aktuell beim Leistungsge- nerators 60' eingestellte Frequenz und Phasenlage ermittelt und an alle weiteren Steuereinheiten 61'', 61''', 61''''' in beliebiger Kodierung übermittelt. Die empfangenen Steuereinheiten 61'', 61''', 61''''' werten die über den Bus 70 emp¬ fangene Mitteilung aus und steuern daraufhin die abhängigen Leistungsgeneratoren 60'', 60''', 60'''' derart, dass diese die Frequenz und die Phasenlage für den abzugebenden Strom an die Frequenz und Phasenlage des Master-Leistungsgenerators 60' anpassen. Vorzugsweise werden durch alle abhängigen Leistungsgenerato¬ ren 60'', 60''', 60'''' die im wesentlichen selbe Frequenz eingestellt wird wie die Frequenz beim Master- Leistungsgenerator 60'. Bezüglich der Phaselage kann es sinnvoll sein, dass sich alle abhängigen Leistungsgeneratoren 60'', 60''', 60'''' auf die exakt gleiche Phasenlage des Master-Leistungsgenerators 60' einstellen. Die Phasendifferenz ist somit Null. Alternativ können die Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''', 60'''' mit zueinander versetzter Phasenlage betrieben werden, sofern es im Betrieb zu keinen Verschiebungen kommt. Es wird somit von den abhängigen Leistungsgeneratoren 60'', 60''', 60'''' eine Phasenlage eingestellt, die eine von Null verschiedene Pha¬ sendifferenz zum Master-Leistungsgenerators 60' aufweist, wo¬ bei jedoch die Phasendifferenz im Zeitverlauf konstant und unveränderlich bleibt. Änderungen in der Frequenz und in der Phasenlage sind vorzugsweise nur vorzunehmen, wenn diese nachjustiert werden müssen, um weiterhin synchron zu sein.
Alternativ zur angegebenen Master-Slave-Struktur, können alle vorgesehenen Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''', 60'''' abhängig von einem Taktsignal betrieben werden. Dieses Taktsignal kann an alle am Bus 70 angeschlossenen Steuereinheiten 61', 61'', 61''', 61'''' der Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''', 60'''' übermittelt werden, so daraufhin alle Leis- tungsgeneratoren 60', 60'', 60''', 60'''' sich in Frequenz und Phasenlage entsprechend dem Taktsignal anpassen bzw. ak¬ tualisieren .
Unabhängig von der Frequenz und Phasenlage kann es vorteil- haft sein, dass alle Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''', 60'''' mit unterschiedlichen Stromamplituden betrieben werden, entsprechend der Gegebenheiten - z.B. Temperatur - im Reservoir . Die Ankopplung über einen Bus 70 ist lediglich als beispielhaft zu sehen. Verschiedene andere Kommunikationswege sind denkbar .
Zum Erreichen einer guten Übereinstimmung und eines stabilen Betriebs, kann auch ein Oszillator betrieben werden, der die Frequenz vorgibt. Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass bei einer Anordnung des Leistungsgenerators außerhalb des Reservoirs auch eine unterirdische Installation des Generators möglich ist, was unter Umständen vorteilhaft sein kann. In diesem Fall würde dann die elektrische Leistung bei niedriger Frequenz, d.h. 50-60Hz oder gegebenenfalls auch als Gleichstrom, nach unten geführt und könnte eine Umrichtung in den kHz-Bereich unterirdisch erfolgen, so dass keine Verluste im Deckgebirge auf¬ treten .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Förderung von einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, insbesondere Bitumen oder Schwerstöl, aus einem Reservoir (100), wobei das Reservoir (100) mit Wärmeenergie zur Verringerung der Viskosität der Substanz beaufschlagt wird, wozu mindestens zwei Leiterschleifen (1, 2, 8) zur induktiven Bestromung als elektrische/elektromagnetische Hei¬ zung vorgesehen sind,
wobei eine jeweilige der mindestens zwei Leiterschleifen (1,
2, 8) wenigstens zwei ausgedehnte Leiter (1, 2, 8) um- fasst, die in horizontaler Ausrichtung innerhalb des Reservoirs (100) geführt sind,
wobei mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60',
60" , 60" ' , 60'''') für elektrische Leistung vorgesehen sind, die jeweils an eine jeweilige der Leiterschleifen (1, 2, 8) angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein erster der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") und mindestens ein zweiter der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60'", 60"") bezüglich ihrer Frequenz synchron zueinander und mit fester Phasenlage zueinander betrieben werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung von Frequenz und/oder Phasenlage des ersten der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60'", 60"") die Frequenz und/oder Phasenlage des mindestens einen zweiten der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60'", 60"") derart angepasst wird, dass nach dieser Anpassung die mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60'", 60"") bezüglich Frequenz wieder synchron zueinander und fester Phasenlage zueinander betrieben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in verschiedenen zeitlichen Ausbeutungsphasen des Reservoirs (100) die Bestromung der Leiterschleifen be- züglich Strom- bzw. Spannungsamplitude und/oder Frequenz und/oder Phasenlage geändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste der mindestens zwei Wechsel¬ stromgeneratoren (60; 60', 60" , 60" ' , 60'''') und der zweite der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60',
60'',60''', 60'''') derart betrieben werden, dass ihre Pha¬ senlagen zueinander konstant sind, wobei insbesondere ihre Phasenlagen zueinander vorgebbar versetzt sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Wechselstromgenera¬ toren (60; 60', 60", 60"', 60"") gleiche oder unterschied- liehe Stromamplituden aufweisen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Wechselstromgenera¬ toren (60; 60', 60", 60'", 60"") derart miteinander syn- chronisiert werden, dass eine eine Änderung der Frequenz und/oder eine Änderung der Phase repräsentierende Information von einem ersten der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60'", 60"") an weitere der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60'", 60"") über- mittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Wechselstromgenerato¬ ren (60; 60', 60", 60'", 60"") derart miteinander synchro- nisiert werden, dass eine eine Änderung der Frequenz und/oder eine Änderung der Phase repräsentierende Information von ei¬ nem Taktgeber an die mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") übermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen jeweiligen der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") auf¬ grund des Empfangens der eine Änderung der Frequenz und/oder Phase repräsentierenden Information die Frequenz und/oder die Phasenlage für den jeweiligen der mindestens zwei Wechsel¬ stromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") aktualisiert wird .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen Wechselstromgenerator (60; 60',
60", 60"', 60"") bei der Aktualisierung der Frequenz und/oder Phasenlage ein vorgegebener Wert für eine Stromamp- litude und ein vorgegebener Wert für eine Phasendifferenz gegenüber der übermittelten Phasenlage beibehalten werden.
10. Verfahren nach einem der vorliegenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen innerhalb des Reser- voirs lokal erfasst und zur Steuerung der Bestromung der Leiterschleifen, insbesondere zur Steuerung von Phasenlagen der Bestromung, und/oder zur Stromamplitudensteuerung der Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") verwendet werden .
11. Vorrichtung zur Förderung von einer kohlenwasserstoffhaltigen Substanz, insbesondere Bitumen oder Schwerstöl, aus ei¬ nem Reservoir (100), wobei das Reservoir (100) mit Wärmeenergie zur Verringerung der Viskosität der Substanz beaufschlag- bar ist, wozu mindestens zwei Leiterschleifen (1, 2, 8) zur induktiven Bestromung als elektrische/elektromagnetische Heizung vorgesehen sind,
wobei eine jeweilige der mindestens zwei Leiterschleifen (1, 2, 8) wenigstens zwei ausgedehnte Leiter umfasst, die in horizontaler Ausrichtung innerhalb des Reservoirs (100) ge¬ führt sind,
wobei mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60',
60", 60"', 60"") für elektrische Leistung vorgesehen sind, die jeweils an eine jeweilige der Leiterschleifen (1, 2, 8) angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Mittel zum Koppeln eines ersten der mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") und mindestens eines zweiten der mindestens zwei Wechselstromge¬ neratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") vorgesehen ist, mit¬ tels dem die mindestens zwei Wechselstromgeneratoren (60;
60', 60", 60"', 60"") bezüglich ihrer Frequenz synchron zueinander und mit fester Phasenlage zueinander betrieben werden .
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens ein Wechselstromgenerator (60; 60',
60", 60"', 60"") für die elektrische Leistung hinsichtlich seiner die Ausgangsleistung bestimmender Parameter variabel ist .
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass Temperatursensoren die Temperaturen innerhalb und/oder außerhalb des Reservoirs (100) angeordnet sind und zur zeitlichen Steuerung der Wechselstromgeneratoren (60;
60', 60", 60"', 60""), vorzugsweise zur Steuerung von Pha¬ senlagen von durch die Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") generierten Strömen, und/oder Stromamplituden-Steuerung der Wechselstromgeneratoren (60; 60',
60", 60"', 60"") verwendet werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatursensoren in und/oder an den
Leiterschleifen im Reservoir angeordnet sind und zur zeitlichen Steuerung und/oder Stromamplituden-Steuerung der Wechselstromgeneratoren (60; 60', 60", 60"', 60"") verwendet werden, um eine Überhitzung der Leiterschleifen zu vermeiden.
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