Für Forschungen zur Ausbeutesteigerung von Erdöllagerstätten stehen fünf Memmert Wärmeschränke, ein Vakuumschrank und eine Feuchtekammer im Labor des Harold Vance Department of Petroleum Engineering der Texas A&M University. 

Die Filmszene, als der Farmarbeiter Jett Rink, gespielt von James Dean in seinem letzten Film „Giant“, in Texas auf Öl stößt und ölverschmiert unter der Fontäne steht, ist legendär. Die Wirklichkeit ist weit weniger dramatisch und glücklicherweise verhindern Absperrventile heutzutage derartige Springquellen, aus denen das Erdöl alleine durch den Druck in der unterirdischen Lagerstätte unkontrolliert nach oben schießt. Diese erste Phase der Ölförderung wird auch als Primärförderung bezeichnet. Sinkt der Lagerstättendruck nach einiger Zeit, kann im Rahmen der Sekundärförderung Wasser oder Erdgas über Einpressbohrungen von der Seite in die Lagerstätte eingepresst werden, um den Druck wieder zu erhöhen. Mit der Kombination aus Primär- und Sekundärförderung werden zwischen 30 und 50 % des Ölreservoirs gefördert. Steigende Ölpreise und sinkende Ölvorkommen machen zunehmend tertiäre Fördertechniken interessant. Durch Einpressen von Heißdampf oder die Injektion von Gasen, organischen Polymeren oder Tensiden wird der Rohstoff auch aus erdölhaltigen Gesteinen, Mineralien und sogar aus von Öl umschlossenen Sandkörnern gelöst. Abhängig von den Gegebenheiten in der Lagerstätte kann so die Ausbeute noch einmal auf 50 bis 70 % erhöht werden. (Muggeridge A., 2013)  

Tertiäre Erdölförderung

Tertiäre Erdölförderung

 

Tertiärförderung: Injektion von CO2 oder Tensiden

Im Labor des Harold Vance Department of Petroleum Engineering an der Texas A & M University forschen die Studenten vor allem zur Flutung der Erdölreservoirs mit Tensiden sowie mit CO2. Bei letzterem wird der Lagerstättendruck erhöht und gleichzeitig die Viskosität von Öl herabgesetzt, da das Gas sich teilweise im Öl löst.

Die zwischen Wasser und Öl herrschenden Grenzflächenkräfte verhindern ein Vermischen, daher ist das reine Fluten mit Wasser nicht effizient. Der Grund ist der starke Zusammenhalt der Wassermoleküle, die vereinfacht gesagt, unter sich bleiben wollen. Grenzflächenaktive Tenside (Surfactants = surface active agents) setzen die Oberflächenspannung zwischen Flutwasser und Öl herab. Dadurch verformen sich Öltröpfchen leichter und mehr Öl aus feinporigem Gestein dispergiert ins Flutwasser. Parameter, die die Effizienz der Tensidflutung beeinflussen sind neben der Tensid-Zusammensetzung vor allem Temperatur und Salzkonzentration im Gestein, die Saugfähigkeit des Gesteins, die Druckverhältnisse sowie natürlich die Porosität der Felsformationen (Iglauer S., 2009).

Bei der Injektion inerter Gase unterscheidet man „Miscible und Immiscible Flooding“. Ersteres Verfahren ist das wesentlich effizientere, da sich das Gas ganz fein mit dem Öl mischt und es an die Oberfläche befördert. Wird keine vollständige Vermischung erreicht, spricht man von einer Flutung unter „nicht mischbaren Zuständen“. Teilweise Vermischung, bei der Erdöl ins Gas verdampft bzw. Gas ins Öl diffundiert, findet jedoch immer statt. Druck, Temperatur und Ölzusammensetzung beeinflussen den Grad der Vermischung.

Kontrollierte Atmosphäre in Memmert Temperierschränken

Experimentelle Flutungsversuche werden im Institut in Texas unter kontrollierten Temperatur- und Druckbedingungen durchgeführt. Als Proben dienen Bohrkerne aus ölhaltigen Gesteinsschichten, die unter hohem Druck in Metallzylindern aufbewahrt werden. Die Versuchstemperaturen in den Memmert Wärmeschränken liegen zwischen 65 und 120 °C. Der Versuchsaufbau enthält Spritzenpumpen für die exakte Flüssigkeitsinjektion, Flüssigkeitsspeicher und Messeinrichtungen für die Ermittlung der Permeabilität sowie die Überwachung des Druckabfalls im Bohrkern. Die Einrichtung kann für Versuche zu allen gängigen EOR-Technologien wie Gas-, Tensid-, Schaum-, Nanopartikelflutung etc. eingesetzt werden. Über seitliche Durchführungen in den Wärmeschränken ist der Versuchsaufbau im Innenraum mit externen Geräten verbunden.

Im Memmert Vakuumtrockenschrank VO werden die vorher gereinigten Bohrkerne getrocknet, die Feuchtekammer HCP dient zur Konditionierung der noch nicht für einen Versuch verwendeten Bohrkerne.

Bei der Geräteauswahl wurde das Institut vom Memmert-Partner in den USA, Wisconsin Oven Distributors, beraten. Insbesondere die ausgezeichnete Temperaturstabilität in den Geräten ist für das Gelingen der Versuche von wesentlicher Bedeutung. Darüber hinaus schätzt das Team in Texas die schnellen Aufheizzeiten, die einfache Bedienung, die Laufruhe und das kompakte, ästhetische Design.  

Grenzflächenaktive „verbindende“ Eigenschaft eines Tensidmolekül: Der Kopf zieht Wasser an, der Stab ist wasserabweisend.

Grenzflächenaktive „verbindende“ Eigenschaft eines Tensidmoleküls: Der Kopf zieht Wasser an, der Stab ist wasserabweisend.

Trocknung der Bohrkerne im Vakuumschrank VO

Trocknung von Bohrkernen im Memmert Vakuumschrank VO

Schematische Darstellung eines Experiments zur Bohrkernflutung

Schematische Darstellung eines Experiments zur Bohrkernflutung; Studie zum Einsatz von Polymeren und CO2 für EOR an der Texas A&M University (Tovar et al., 2015).

Reproduzierbare Probenaufbereitung im Trockenschrank

Die Berliner BAM konditioniert Proben für die Betonprüfung in einem Memmert Kühlbrutschrank IPP, einem Trockenschrank sowie einem Klimaschrank CTC.

mehr Information

 


AtmoSAFE bedankt sich bei den Teams im Harold Vance Department of Petroleum Engineering und bei Wisconsin Oven Distributors für die Unterstützung bei der Erstellung dieses Artikels.

 
Themenschwerpunkte in der Übersicht
  • EOR, Enhanced Oil Recovery
  • Erdölförderung, Lagerstätte, Erdöl-Reservoir
  • CO2, Tenisde, Surfactants 
  • Harold Vance Department of Petroleum Engineering, Texas A&M University
  • Syringe Pump, Spritzenpumpe
  • Memmert Wärmeschrank, Vakuumtrockenschrank, Feuchtekammer

 

Literaturverzeichnis und Quellen:

Tovar et al. (2015). Experimental Investigation of Polymer Assisted WAG for Mobility Control in the Highly Heterogeneous North Burbank Unit in Oklahoma, Using Anthropogenic CO2.

Iglauer S., W. Y. (Dezember 2009). New surfactant classes for enhanced oil recovery and their tertiary oil. Journal of Petroleum Science and Engineering.

Muggeridge A., C. A. (Dezember 2013). Recovery rates, enhanced oil recovery and technological limits. Philosophical Transactions A of The Royal Society.

Memmert Laborgeräte
Texas A&M University

Wämeschrank U

Vakuumschrank VO

Feuchtekammer HCP