[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Förderung von Erdöl und/oder
Erdgas gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
[0002] Erdöl bzw. Erdgas befinden sich typischerweise in Lagerstätten unterhalb der Erdoberfläche
oder in unterseeischen Lagerstätten. Um Erdöl bzw. Erdgas zu fördern, werden über
Bohrungen Förderleitungen bis zur Tiefe einer entsprechenden Lagerstätte in den Erd-
oder Seeboden eingebracht.
[0003] Die Förderung erfolgt dabei im Wesentlichen in drei Phasen. In der ersten Phase,
der Primärförderung, lässt sich das Erdöl bzw. Erdgas oft ohne weitere Maßnahmen durch
den Eigendruck in der Lagerstätte fördern. In größerer Tiefe steht das Erdöl bzw.
Erdgas unter dem Druck der auflastenden Erdschichten.
[0004] In der zweiten Phase, der Sekundärförderung, reicht der Eigendruck der Lagerstätte
nicht mehr aus, um das Erdöl bzw. Erdgas an die Oberfläche zu transportieren. Der
Druck in der Lagerstätte wird daher durch Einpressen von Wasser, Dampf oder Gas über
Leitungen erhöht, die mittels Bohrungen ins Erdreich eingebracht werden.
[0005] Das restliche, in der Lagerstätte verbleibende, zunehmend zähe, dichte und bitumenartige
Erdöl erschwert eine weitere Förderung. Entsprechendes gilt auch für Erdgas, das beispielsweise
durch Kapillarwirkung in Gesteins- oder Erdschichten festgehalten wird. Weiteres Erdöl
bzw. Erdgas kann dann nur noch über spezielle Verfahren der sogenannten Tertiärförderung
gewonnen werden.
[0006] Bei der Tertiärförderung, auch als Enhanced Oil Recovery (EOR) bezeichnet, können
unterschiedliche Fluide unter Druck in die Nähe der bzw. direkt in die Lagerstätte
eingepresst werden. Beispielsweise können dabei heißer Wasserdampf oder Gase wie Stickstoff
und Kohlendioxid verwendet werden. Kohlendioxid erhöht zum einen den Druck in der
Lagerstätte und löst sich zum anderen unter geeigneten Bedingungen im Erdöl. Durch
das im Erdöl gelöste Kohlendioxid wird dessen Viskosität deutlich verringert und die
Förderung verbessert. Die Verwendung von Kohlendioxid und Kohlendioxid-Stickstoff-Gemischen
zur Tertiärförderung von Erdöl ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 038 444 A1 und der
DE 10 2009 038 445 A1 bekannt.
[0007] Ein ähnliches Anwendungsgebiet von Kohlendioxid liegt in der Ausbeutung von Flöz-bzw.
Grubengasen wie dem sogenanntem Coal Bed Methane (CBM), adsorptiv gebundenem Methan
in Kohlenlagerstätten mit mehr als 90% Methangehalt. Kohlendioxid wird im Rahmen der
sogenannten Enhanced CBM Recovery ebenfalls in entsprechende Lagerstätten eingepresst.
Auch zur verbesserten Ausbeutung von Ölschiefern und Ölsanden kann Kohlendioxid verwendet
werden.
[0008] Für die genannten Anwendungen werden im Allgemeinen Gasgemische mit einem relativ
hohen Anteil an Kohlendioxid von 50 bis 80 Mol-% benötigt. In bestimmten Fällen ist
es vorteilhaft, wen entsprechende Gasgemische einen möglichst geringen Anteil von
Verunreinigungen wie Argon, Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid sowie Stickstoff- und
Schwefeloxiden enthalten. Insbesondere kann ein geringer Sauerstoffgehalt wünschenswert
sein. Die maximal zulässige Sauerstoffkonzentration wird in derartigen Fällen in der
Regel mit 100 ppm, oft auch nur mit 10 ppm angegeben. In entsprechenden Gasgemischen
enthaltene Kohlenwasserstoffe sind naturgemäß häufig weniger nachteilig.
[0009] Für die herkömmliche Tertiärförderung wird das benötigte Kohlendioxid typischerweise
über Pipelines von einem Petrochemiekomplex zu einem entsprechenden Öl- oder Gasfeld
transportiert. Derartige Pipelines sind kostenaufwendig und wegen der mitunter großen
zu überbrückenden Entfernung häufig nicht wirtschaftlich.
Offenbarung der Erfindung
[0010] Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Förderung
von Erdöl und/oder Erdgas und eine entsprechende Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche vor. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche
sowie der nachfolgenden Beschreibung.
[0011] Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren
Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert.
[0012] Flüssige und gasförmige Stoffströme und dergleichen können im hier verwendeten Sprachgebrauch
"reich" oder "arm" an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen
Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm"
für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% oder 0,01% auf molarer,
Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann.
[0013] Ein entsprechender Stoffstrom ist von einem anderen Stoffstrom "abgeleitet" oder
aus diesem "gebildet", wenn er zumindest einige in dem anderen Stoffgemisch enthaltene
oder aus diesem erhaltene Komponenten aufweist. Ein in diesem Sinne abgeleiteter oder
gebildeter Stoffstrom kann aus dem anderen Stoffstrom beispielsweise durch Abtrennen
oder Abzweigen eines Teils oder einer oder mehrerer Komponenten, Anreichern oder Abreichern
bezüglich einer oder mehrerer Komponenten, chemisches oder physikalisches Umsetzen
einer oder mehrerer Komponenten, Erwärmen, Abkühlen, Druckbeaufschlagen und dergleichen
erhalten werden. Ist nachfolgend davon die Rede, dass ein Stoffstrom "unter Verwendung"
eines weiteren Stoffstroms gebildet wird, sei hierunter verstanden, dass zur Bildung
eines entsprechenden Stoffstroms auch weitere Stoffströme zum Einsatz kommen können.
[0014] Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen
die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden
soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht
in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische
Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise
in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen
Mittelwert liegen. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar
angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
Vorteile der Erfindung
[0015] Methan, beispielsweise aus Erdgas, wird derzeit überwiegend verfeuert. Eine stoffliche
Nutzung ist jedoch aus wirtschaftlicher Sicht von großem Interesse. So befinden sich
derzeit Verfahren zur Herstellung höherer Kohlenwasserstoffe aus Methan durch oxidative
Methankopplung (engl. Oxidative Coupling of Methane, OCM) in intensiver Entwicklung.
Bei der oxidativen Methankopplung handelt es sich um die direkte Umsetzung von Methan
in einem oxidativen, heterogen katalysierten Verfahren zu höheren Kohlenwasserstoffen.
Entsprechende Verfahren erscheinen insbesondere zur Herstellung von Ethylen vielversprechend.
[0017] Bei der oxidativen Methankopplung wird ein methanreicher Stoffstrom, beispielsweise
Erdgas oder ein aus Erdgas gebildeter methanreicher Stoffstrom, zusammen mit einem
sauerstoffreichen Stoffstrom einem Reaktor zugeführt. Es wird ein Produktstrom erhalten,
der neben Reaktionsprodukten der oxidativen Methankopplung, insbesondere Ethylen,
ggf. Propylen, Wasserstoff, Kohlendioxid und nicht umgesetztes Methan enthält. Wird
beispielsweise stickstoffhaltiges Erdgas eingesetzt, enthält der Produktstrom auch
Stickstoff.
[0018] Der für die oxidative Methankopplung eingesetzte sauerstoffreiche Stoffstrom wird
typischerweise durch ein Luftzerlegungsverfahren geliefert. Die Herstellung von Luftprodukten
mittels entsprechender Luftzerlegungsverfahren ist seit langem bekannt und beispielsweise
bei
H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, "Cryogenic Rectification", beschrieben. Die vorliegende
Erfindung betrifft dabei insbesondere solche Luftzerlegungsverfahren, die zur Erzeugung
gasförmiger, sauerstoffreicher Stoffströme eingerichtet sind.
[0019] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich nun überraschend herausgestellt, dass
eine Kombination einer Förderung von Erdöl und/oder Erdgas mit einer oxidativen Methankopplung
gegenüber einer herkömmlichen Förderung von Erdöl und/oder Erdgas wie eingangs erläutert,
besondere Vorteile bietet. Eine derartige Kombination profitiert von einer vielfältigen
Synergie der beiden genannten Prozesse, die nachfolgend im Detail erläutert wird.
Die Förderung des Erdöls und/oder Erdgases erfolgt dabei insbesondere in Form der
erläuterten Tertiärförderung.
[0020] Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Förderung von Erdöl und/oder
Erdgas aus einer Lagerstätte vor, bei dem Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid enthaltendes,
insbesondere ein an Kohlendioxid reiches, Gasgemisch in die Lagerstätte eingepresst
wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kohlendioxid oder das Kohlendioxid
enthaltende Gasgemisch unter Verwendung eines Abstroms einer oxidativen Methankopplung
gebildet wird, welcher ein Methan enthaltender Einsatzstrom zugeführt wird.
[0021] Die vorliegende Erfindung schlägt also eine verfahrenstechnische Kopplung zwischen
einer oxidativen Methankopplung und einem Verfahren zur (Tertiär-)Förderung von Erdöl
und/oder Erdgas vor, bei dem insbesondere auf kostenaufwendige Leitungen über weite
Strecken zum Transport von Kohlendioxid verzichtet werden kann. Gleichzeitigt ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren die Nutzung des bei der oxidativen Methankopplung anfallenden
Kohlendioxids, das anderenfalls ungenutzt bliebe. Wenngleich das Verfahren zur oxidativen
Methankopplung ggf. mit beträchtlichem Aufwand impliziert werden muss, überwiegen
die zuvor erläuterten und nachfolgenden angegebenen Vorteile diesen erhöhten Aufwand.
[0022] Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn der Methan
enthaltende Einsatzstrom, der der oxidativen Methankopplung zugeführt wird, unter
Verwendung von Erdgas und/oder Erdölbegleitgas, das aus der Lagerstätte gefördert
wird, gebildet wird, indem das Erdgas oder Erdölbegleitgas einem oder mehreren Aufbereitungsschritten,
insbesondere zur Entfernung störender Verunreinigungen, unterworfen wird. Auch ein
Verfahren zur oxidativen Methankopplung profitiert daher direkt von der Kopplung mit
einem Verfahren zur (Tertiär-)Förderung von Erdöl und/oder Erdgas. Entsprechendes
Erdgas und/oder Erdölbegleitgas muss nicht über weite Strecke transportiert werden,
so dass auch diesbezüglich auf entsprechende kostenintensive Pipelines verzichtet
werden kann. Auch ist es gegebenenfalls nicht erforderlich, Erdgas und/oder Erdölbegleitgas,
das aus der Lagerstätte gefördert wird, aufwendig aufzureinigen, bevor es der oxidativen
Methankopplung zugeführt wird. Insbesondere stören beispielsweise Restmengen an Stickstoff
in Erdgas und/oder Erdölbegleitgas in der oxidativen Methankopplung nicht. Der Aufbereitungsaufwand
für entsprechendes Erdgas und/oder Erdölbegleitgas verringert sich damit beträchtlich,
zumindest in Bezug auf den Anteil des Erdgases und/oder Erdölbegleitgases, das in
der oxidativen Methankopplung genutzt wird.
[0023] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abstrom
der oxidativen Methankopplung einer Gaswäsche, beispielsweise einer Aminwäsche, unterworfen
wird, wie sie grundsätzlich bekannt ist und bei welcher das Kohlendioxid oder das
Kohlendioxid enthaltende Gasgemisch unter Verwendung eines Abstroms der Gaswäsche
gebildet wird. Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. des Einsatzes von Kohlendioxid
bzw. eines entsprechenden Kohlendioxid enthaltenden Gasgemischs in der (Tertiär-)Förderung
von Erdöl und/oder Erdgas ist es, dass hierbei ein geringerer Aufwand erforderlich
ist als er für andere Zwecke nötig wäre. Im Gegensatz zu anderen Verfahren können
für die Tertiärförderung von Erdöl und/oder Erdgas beispielsweise auch beträchtliche
Mengen an Kohlenwasserstoffen in einem entsprechenden Gasgemisch toleriert werden.
Das Kohlendioxid bzw. das Kohlendioxid enthaltende Gasgemisch wird im Rahmen der vorliegenden
Erfindung derart aufbereitet und ggf. verdichtet und in geeigneter Weise temperiert,
dass es sich für den Einsatz in der (Tertiär-)Förderung von Erdöl und/oder Erdgas
eignet.
[0024] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung des Abstroms der oxidativen
Methankopplung ferner vorteilhafterweise ein Wasserstrom gebildet, der auf vielfältige
Weise, insbesondere auch im Rahmen der Tertiärförderung von Erdöl und/oder Erdgas,
genutzt werden kann. Ein entsprechender Wasserstrom kann bereits im Rahmen einer Sekundärförderung
von Erdöl und/oder Erdgas genutzt und in entsprechende Lagerstätten in flüssiger Form
eingepresst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren entfaltet dabei besondere Vorteile
in Wüstengebieten mit Wasserknappheit.
[0025] Mit besonderen Vorteil kann ein entsprechender Wasserstrom mit wenigstens einem Zusatz
beaufschlagt und zur hydraulischen Frakturierung (Fracking) eingesetzt werden. Entsprechende
Frackingverfahren sind grundsätzlich bekannt, so dass in diesem Zusammenhang auf einschlägige
Fachliteratur verwiesen werden kann.
[0026] Insbesondere in Wüstengebieten kann es jedoch auch von Vorteil sein, den bei der
oxidativen Methankopplung anfallenden bzw. aus dem Abstrom der oxidativen Methankopplung
gebildeten Wasserstrom zu einem Trinkwasserstrom aufzubereiten. Ein entsprechender
Trinkwasserstrom kann zur lokalen Bereitstellung von Trinkwasser, beispielsweise in
einer geografisch isolierten Anlage, verwendet werden. Anstelle eines Trinkwasserstroms
kann jedoch auch ein Bewässerungsstrom gebildet werden, der beispielsweise in der
Landwirtschaft eingesetzt werden kann.
[0027] Die vorliegende Erfindung erstreckt sich ferner auf eine Anordnung zur Förderung
von Erdöl und/oder Erdgas aus einer Lagerstätte, die dafür eingerichtet ist, Kohlendioxid
oder ein Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch in die Lagerstätte einzupressen. Erfindungsgemäß
zeichnet sich die Anordnung dadurch aus, dass zur Erzeugung des Kohlendioxids oder
des Kohlendioxid enthaltenden Gasgemischs wenigstens ein Reaktor bereitgestellt ist,
der zur Durchführung einet oxidativen Methankopplung und zur Speisung mit einem Methan
enthaltenden Einsatzstrom eingerichtet ist. Vorteilhafterweise ist eine entsprechende
Anlage zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor erläutert wurde,
und weist entsprechende Mittel auf. Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden
Anordnung sei daher auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen.
[0028] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
erläutert, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0029] Figur 1 veranschaulicht ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
[0030] In Figur 1 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt
mit 100 bezeichnet.
[0031] In dem Verfahren 100 gemäß der hier veranschaulichten Ausführungsform wird einer
oxidativen Methankopplung 1, d.h. einem oder mehreren entsprechenden Reaktoren, ein
Einsatzstrom a, beispielsweise ein Erdgasstrom, zugeführt. Der Einsatzstrom a kann
neben einem Frischeinsatz, der Methan umfasst, das zuvor keinen weiteren umsetzenden
Verfahrensschritten unterworfen wurde, auch einen oder mehrere Recycleströme umfassen,
die beispielsweise aus einem Produktstrom der oxidativen Methankopplung 1 gebildet
werden.
[0032] In der oxidativen Methankopplung 1, die grundsätzlich auf bekannte Weise durchgeführt
werden kann, wird ein Abstrom b erhalten, der im dargestellten Beispiel zunächst einer
Aminwäsche 2 unterworfen wird. In der Aminwäsche 2 wird, wie in Gaswäscheverfahren
üblich, der Abstrom b mit einem ein Waschmittel aufweisenden Waschstrom beaufschlagt,
so dass insbesondere Kohlendioxid, das in dem Abstrom b enthalten ist, aus dem Abstrom
b ausgewaschen werden kann. Es wird ein kohlendioxidhaltiger Abstrom erhalten, aus
dem ein kohlendioxidreicher Strom, hier mit c veranschaulicht, zurückgewonnen werden
kann. Weitere Details der Aminwäsche 2 sind der Übersichtlichkeit halber nicht veranschaulicht.
Ein mittels der Aminwäsche an Kohlendioxid abgereicherter Stoffstrom ist in Figur
1 mit d bezeichnet.
[0033] Der Stoffstrom d kann einem an sich bekannten Trennverfahren unterworfen werden,
in welchem mehrere Produktströme e, f gebildet werden können. Entsprechende Produktströme
e, f können beispielsweise Ethylen, Wasserstoff und Propylen umfassen. Die Produktströme
e, f können in an sich bekannter Weise verarbeitet und beispielsweise zu Polymerprodukten
umgesetzt werden.
[0034] Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung gemäß der in Figur 1 veranschaulichten, besonders
bevorzugten Ausführungsform ist die Verwendung des kohlendioxidreichen Stroms c in
einem Verfahren zur (Tertiär-)förderung von Erdöl und/oder Erdgas. Hierzu wird das
kohlendioxidreiche Gasgemisch des Stroms c in einem Konditionierungsschritt 4 in geeigneter
Weise aufbereitet, beispielsweise druckbeaufschlagt und/oder erwärmt. Enthält der
Strom c Wasser, kann dieses entfernt werden.
[0035] Der Konditionierungsschritt 4 kann unter Verwendung von Wärme durchgeführt werden,
die aus dem Abstrom b der oxidativen Methankopplung gewonnen wird, so dass eine vorteilhafte
Wärmeintegration ermöglicht wird. Der Strom c wird nach einer entsprechenden Konditionierung
in eine Erdöl- und/oder Erdgaslagerstätte, die hier schematisch mit 10 bzw. 20 veranschaulicht
sind, eingepresst. Auf diese Weise gefördertes Erdöl bzw. Erdgas ist in Form der Stoffströme
g bzw. h und i veranschaulicht. Mit g ist dabei ein Rohölstrom, mit h und i sind Erdgasströme
bezeichnet. Es sei in diesem Zusammenhang betont, dass der Strom stromab des Konditionierungsschritts
4 insbesondere nicht separat in unterschiedliche Lagerstätten 10, 20 eingepresst werden
muss. Vielmehr ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Coförderung von
Erdgas in Form der Ströme h bzw. i zusammen mit einem Rohölstrom g aus einer gemeinsamen
Lagerstätte möglich.
1. Verfahren (100) zur Tertiärförderung von Erdöl und/oder Erdgas aus einer Lagerstätte
(10, 20), bei dem Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch in die
Lagerstätte (10, 20) eingepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid oder das Kohlendioxid enthaltende Gasgemisch unter Verwendung eines
Abstroms (b) einer oxidativen Methankopplung (1) erzeugt wird, der ein Methan enthaltender
Einsatzstrom (a) zugeführt wird.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, bei dem der Methan enthaltende Einsatzstrom (a) unter
Verwendung von Erdgas und/oder Erdölbegleitgas, das aus der Lagerstätte (10, 20) gefördert
wird, gebildet wird, indem das Erdgas und/oder Erdölbegleitgas einem oder mehreren
Aufbereitungsschritten unterworfen wird.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Abstrom (c) der oxidativen Methankopplung
(1) einer Gaswäsche (2) unterworfen wird, wobei das Kohlendioxid oder das Kohlendioxid
enthaltende Gasgemisch unter Verwendung eines Abstroms der Gaswäsche (2) gebildet
wird.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, bei dem die Gaswäsche (2) eine Aminwäsche umfasst.
5. Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem unter Verwendung des
Abstroms (c) der oxidativen Methankopplung (1) ferner ein Wasserstrom gebildet wird.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, bei dem der Wasserstrom mit wenigstens einem Zusatz
beaufschlagt und zur hydraulischen Frakturierung verwendet wird.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 5, bei dem der Wasserstrom zu einem Trinkwasserstrom
oder Bewässerungsstrom aufbereitet wird.
8. Anordnung zur Tertiärförderung von Erdöl und/oder Erdgas aus einer Lagerstätte (10,
20), die dafür eingerichtet ist, Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch
und in die Lagerstätte (10, 20) einzupressen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Kohlendioxids oder des Kohlendioxid enthaltenden Gasgemischs wenigstens
ein Reaktor bereitgestellt ist, der zur Durchführung einer oxidativen Methankopplung
(1) und zur Speisung mit einem Methan enthaltenden Einsatzstrom (a) eingerichtet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, die zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem
der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist und entsprechende Mittel aufweist.