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Verfahren zur Erdölgewinnung
Die bei Erdölforderungen, erzielten Ausbeuten werden durch den mittels Flutverfahren erzielten Ent- ölungsgrad (bezogen auf die vor Beginn des Flutverfahrens in der Lagerstätte vorliegende Erdölmenge) bestimmt. Zwecks Erzielung hoher Ausbeuten sollen die zum Fluten verwendeten Medien zumindest an der Flutfront eine Viskosität aufweisen, die höher ist als die Viskosität des zu verdrängenden Rohöls.
Bekannt sind verdickte Flutwasser z. B. solche, die Zucker, Dextrane, Carboxylmethylcellulose,
Amine und verschiedene Polymere enthalten. Die Fähigkeit des Flutwassers, vorzugsweise Erdöl aus der Lagerstätte zu fördern, wurde durch verschiedene Zusätze, z. B. von Natriumhydroxyd, kolloidalen Sul- fonaten, Kohlendioxyd, Schwefelwasserstoff, Mischungen von wasserlöslichen organischen Säuren oder Alkylarylsulfonaten, verbessert. Viele derselben Zusätze wurden zusammen mit andern Gasen und oberflächenaktiven Mitteln zur Verringerung der Viskosität des Rohöls verwendet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdölgewinnung aus durchlässigen, ölhältigen unterirdischen Formationen durch Einbringen eines Öls durch eine oder mehrere Sonden und nachfolgendes Einpressen eines Verdrängungsmediums.
Erfindungsgemäss werden bessere Ausbeuten dadurch erzielt, dass als Öl ein lösliches Öl Verwendung findet. Erfindungsgemäss kann nach Einführung des löslichen Öls, wie im Zusammenhang mit andern Fördermethoden bekannt, eine Emulsion und allenfalls nach dieser ein verdicktes Flutmedium eingepresst werden.
Obgleich die löslichen Öle weder mit dem Rohöl der Lagerstätte noch mit dem Triebmedium mischbar sind, sind sie mit dem Rohöl und dem Triebmedium verträglich. Erfindungsgemäss eingesetzte lösliche Öle können eine hohe Viskosität an ihrer Vorderfront und eine niedere Viskosität an ihrem Endteil aufweisen.
In den löslichen Ölen bildet Öl die äussere Phase. Zwecks Verbesserung der Verträglichkeit des Pufferendteiles wird vorgezogen, vor dem Einpressen von Wasser, dem eingebrachten löslichen Öl eine Emulsion, in der Wasser die Aussenphasebildet, folgen zu lassen. "Verträglichkeit" soll hier dieselbe Bedeutung haben wie "Mischbarkeit", wobei jedoch die innere Phase mit der Subatnz, mit welcher die äussere Phase des löslichen Öls oder der Emulsion in Berührung kommen soll, im wesentlichen nicht mischbar ist.
Erfindungsgemäss verwendbare lösliche Öle sind beweglich und mit Bezug auf die in der Lagerstätte vorhandenen Ionen stabil. Diese löslichen Öle können Zusätze enthalten, um optimale Bedingungen zu
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flächenaktiven Mittel gebildet. Gewöhnlich ist eines der mischbaren Materialien polar und das andere nicht polar. Zu nicht polaren Materialien, die erfindungsgemäss eingesetzt werden können, zählen aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe und Mischungen solcher Kohlenwasserstoffe, z. B. Mineral- öle, tierische und pflanzliche Öle und vorzugsweise schwefelfreie Rohöle und Fraktionen derselben. Verwendbar sind auch chlorierte Lösungsmittel, z. B. Äthylendichlorid, Dichloräthyläther und Propylendichlorid.
Wasser ist das bevorzugte polare Material. Andere geeignete polare Materialien sind niedermolekulare Alkohole, z. B. Methanol und Äthylenglykol, Ester, z. B. Äthylacetat und Methylformiat, Ketone,
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z. B. Aceton und Methylähtylketon, sowie Amide, z. B. Formamid und Acetamid.
Erfindungsgemäss verwendbare oberflächenaktive Mittel sind nichtionische, kationische und an- ionischeMittel dieser Art. Wenn ein aus einem schweren Kohlenwasserstoff und Wasser bestehendes lös- liches Öl eingesetzt werden soll, werden vorzugsweise anionische oberflächenaktive Mittel verwen- det, z. B. höhere Alkylarylmonosulfonate, insbesondere Alkylnaphtylmonosulfonate, bei denen der
Alkylrest ungefähr 10-20 Kohlenstoffatome enthält. Auch Natriumsalze von Dialkylsuccinaten sind ober- flächenaktive Mittel, die bei der Herstellung der löslichen Öle verwendet werden können. Vorzugsweise weisen die Alkylreste verwendeter Succinatverbindungen ungefähr 6 bis ungefähr 10 Kohlenstoffatome auf.
Lösliche Öle, die als polare Verbindungen chlorierte Lösungsmittel enthalten, werden vorzugsweise unter Verwendung eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels hergestellt, z. B. des Natriumsulfat- derivats des 3,9-Diäthyltridecanol-6 oder des Natriumsulfatderivats des 7-Äthyl-2-methylundecanol-4.
Die Verwendung eines Amindertergenten, z. B. von l-Hydroxyäthyl-2-heptadecenylglyoxalidin, wird be- vorzugt, wenn das Wasser in der Lagerstätte sauer ist oder verhältnismässig grosse Anteile an Kalzium- oder Schwermetallionen enthält.
DieArt des verwendeten oberflächenaktivenMittelshängtvon derTemperatur der Formation und der -Härte, einschliesslich des Salzgehaltes und dem PH-Wert des Haft- und des Flutwassers ab. Es wäre nicht von Nutzen als oberflächenaktives Mittel z. B. Natriumoleat in einer Lagerstätte einzusetzen, die verhältnismässig hohe Konzentrationen an Kalzium- und Magnesiumionen enthält, da die ausgefällten Kalzium-und Magnesiumseifen die Lagerstätte verstopfen würden. Ebenso muss, wenn in dem Rohöl selbst eine oberflächenaktive Verbindung vorhÅanden ist, ein oberflächenaktives Mittel mit gleicher Ionenladung verwendet werden, um das Ausfällen eines unlöslichen Reaktionsproduktes zu vermeiden.
Das zur Herstellung der löslichen Öle verwendete Wasser ist vorzugsweise weich ; jedoch kann auch gewöhnliches hartes Leitungswasser und sogar halbsalziges Wasser mit oberflächenaktiven Mitteln verwendet werden, die gegenüber den verunreinigenden Ionen stabil sind. Die löslichen Öle, die erfindungsgemäss eingesetzt werden, werden nach den allgemein in der Industrie zur Herstellung löslicher Öle verwendeten Verfahren hergestellt. Im wesentlichen besteht das Verfahren darin, das oberflächenaktive Mittel in einem oder in beiden der nicht mischbaren Materialien, welche das lösliche Öl bilden sollen, aufzulösen. Ein Material wird in kleinen Anteilen in das andere Material eingerührt, um das lösliche Öl zu ergeben.
Wenn oberflächenaktive Mittel eingesetzt werden, die gegenüber den Ionen des Poren- oder Haftwassers oder des als Triebmedium verwendeten Wassers empfindlich sind, kann im wesentlichen reines Wasser verwendet werden, um den Puffer von dem einen hohen Ionengehalt aufweisenden Wasser zu isolieren.
Die Menge an verwendeter Flüssigkeit steigt mit dem Volumen des zu durchflutenden Raumes, obgleich das perzentuelle Porenvolumen abnimmt. So sind Volumina von 2,5 bis 5, 00/0 hinreichend, um ein Gebiet von ungefähr 1618 bis 2025 a zu durchfluten, wogegen 5-10 Vol.-% four einen Bereich von etwa 202 bis 405 a erforderlich sind. Das zu verwendende Volumen wird auch von der Rohviskosität, erheblichen Unterschieden in der Durchlässigkeit der Lagerstätte und andern Erwägungen beeinflusst. So sind grössere Anteile an löslichem Öl erforderlich, wenn die Viskosität des Rohöls hoch ist, damit jeder Abfall der Viskosität von einer hohen Viskosität an der Frontseite auf eine niedere Viskosität an dem Ende gering wird.
Vorgezogen wird in der Lagerstätte an Puffermaterial zumindest ungefähr 1-20% des Porenvolumens der Formation einzuführen. Es können 3calo und auch höhere Anteile an löslichem Öl eingesetzt werden, was jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht empfehlenswert werden kann.
Die scheinbare Viskosität der Zusammensetzungen, die ein spezielles Rohöl enthalten, kann durch Kontrolle des Wassergehaltes der Zusammensetzung geregelt werden. Die Viskosität der Zusammensetzungen nimmt bei Zugabe von Wasser bis zu einem bestimmten Punkt zu. Sodann verringert ein weiterer Wasserzusatz die Viskosität der Zusammensetzung. Aus diesen Gründen kann die Viskosität des Puffermaterials von einer hohen Viskosität nahe der Rohöl-Puffer-Grenzfläche bis zu einer niederen Viskosität nahe der Puffer-Wasser-Grenzfläche variiert werden.
Nach Einführung des Puffers wird-in die Lagerstätte gewöhnlich durch dieselben Sonden ein Triebmedium eingeführt, um das Puffermaterial durch die Lagerstätte und das Rohöl vor das Puffermaterial zu pressen. Wasser ist das bevorzugte Triebmedium, wobei jedoch z. B. auch Stickstoff, Kohlendioxyd und Erdgas als Triebmedium verwendet werden können.
Das oben angegebene Verfahren kann auf verschiedene Weise abgeändert werden. Die Viskosität des
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löslichen Öls kann an der Pufferfront die Viskosität des vorliegenden Rohöls und an dem Pufferende die Viskosität des Triebmediums aufweisen. Es kann aber auch einem Puffer aus löslichem Öl ein verdicktes Material und schliesslich ein Triebmedium folgen gelassen werden, welches das lösliche Öl und das ver- dickte Material durch die Formation presst. Verdickungsmittel gibt es viele. Bei einem besonders bewährten verdickten Flutwasser wird bis zu 1% Polyacrylsäure mit einem Molekulargewicht im Bereich von ungefähr 1 bis 10 Millionen eingesetzt ; Viskositäten von über 50 cps werden bei einem Gehalt von
1, rJ1/0 erzielt.
Es können verschiedene Kombinationen von löslichem Öl und verdickten Flutmedien verwendet werden. Gewöhnlich sind Mengenanteile dieser beiden Zusätze, die ungefähr 1 bis ungefähr 201o des Lagerstättenporenvolumens entsprechen, zur Erzielung einer guten ölgewinnung erforderlich ; vorzugsweise werden ungefähr 2 bis ungefähr 100/0 eingesetzt. Die Gesamtmenge an löslichem Öl und verdickter Flüssigkeit hängt von dem zu durchflutenden Bereich ab. Das Anteilverhältnis kann wie gewünscht gewählt werden, wobei jedoch der Anteil an löslichen Ölen ungefähr 5-50% und vorzugsweise 10-30go des Gesamtvolumens der Kombination von löslichem Öl und verdickter Flüssigkeit betragen soll.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung, wobei jedoch die Erfindung nicht auf die Verwendung bestimmter Erdölbestandteile, oberflächenaktiver Mittel, Alkohole oder Verfahren eingeschränkt werden soll.
Beispiel l : Es wurde ein lösliches Öl hergestellt, das 4010 destilliertes Wasser, 310 Isopropanol, 11, 40/0 eines oberflächenaktivenMaterials und 45, 60/0 Pentan enthielt. Das oberflächenaktive Mittel war ein in Lösung vorliegendes monofunktionelles Alkylnaphthalinsulfonat von ungefähr der Formel CnHn-lo SO3 Na (n hat einen Wert von 25-30) ; die Lösung enthielt ungefähr 621o des Sulfonats ineinem aliphatischen Kohlenwasserstofföl, mit einem Wassergehalt von ungefähr 3-5%. Die Lösung des oberflächenaktiven Mittels und der Alkohol wurden in das Pentan eingerührt.
Das Wasser wurde unter Rühren in die Mischung, bestehend aus Pentan, oberflächenaktivem Mittel und Alkohol versetzt. Die erhaltene Flüssigkeit war fast klar und gelbbraun gefärbt. Die Lösung hatte eine scheinbare Viskosität von 10 cps.
Beispiel 2 : Es wurde ein trockener, nicht verfestigter Kern mit einem Durchmesser von 1, 27 cm und einer Länge von 304,8 cm hergestellt und mit Hughes-Rohöl aus dem Illinois Becken mit einer Viskosität von 11,2 cps gesättigt. Das in Beispiel 1 angegebene Puffermaterial wurde zur Ölgewinnung aus dem Kern verwendet. Hiebei wurde festgestellt, dass infolge des Verhältnisses der Viskositäten des löslichen Öls und des Rohöls sich eine grosse Mischzone bildete, dass die Ölgewinnung ungefähr 90% betrug und besser war als die bei Verwendung eines vergleichbaren Flutwassers.
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Mischzone erhalten wurde.
Es wird angenommen, dass die bessere Ausbeute auf das Viskositätsverhältnis von Puffer zu Hughes-Rohöl von nahezu 2 : 1 und die vollständige Mischbarkeit des Rohöls und des Puffermaterials zurückzuführen ist.
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sung wies eine hohe Viskosität und eine gute Mischbarkeit mit Bezug auf die Lagerstättenflüssigkeiten auf. Die höhere Konzentration des lyophilen oberflächenaktiven Mittels verleiht der Flüssigkeit ein grösseres Durchdringungsvermögen mit Bezug auf das Lagerstättenöl und das Haftwasser, wobei bei dem Gewinnungsverfahren mehr Öl als Wasser erhalten wird. Die Lösung ist teilweise mit Wasser mischbar und ermöglicht, dass der Puffer gleichmässig durch das Reservoir gepresst werden kann.
Beispiel 5 : Durch die vier äusseren Sonden eines Fünfpunktsystems wurden 8493,5 hl eines löslichen Öls in einen Pennsylvania-Sand in der Nähe des Illinois Beckens in einer Tiefe von ungefähr 2895 dm eingeführt. Das lösliche Öl hatte eine Viskosität von 9, 1 cps und bestand aus 61% eines durch direkte Destillation aus rohem Erdöl gewonnenen Benzins, 24% Wasser, 3, 8% Isopropanol, 11, 1% Alkylarylnaphthensäuremonosulfonat. Der Sandabschnitt hatte eine Dicke von ungefähr 30,5 dm, ein Durchdringungsvermögen von 150 Millidarcy, eine initiale Ölsättigung von 50 bis 55%, eine Wassersättigung von 23 bis 27% und eine Gas- bzw. Leerraumsättigung von 18 bis 27% des Porenvolumens. Die Rohviskosität betrug ungefähr 11, 5 cps bei 21 C.
Der Puffer, in dem das Öl die äussere Phase bildete, wurde in Mengenanteilen von ungefähr 238 bis 397 hl/Tag eingeführt, wonach 15991,6 hl einer Emulsion, in der Wasser die äussere Phase bildete, in Mengenanteilen von ungefähr 238 bis 397 hl/Tag eingepresst wurden.
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Die Emulsion hatte die Zusammensetzung (pro Volumen) : 60% Wasser, 32, 2% durch direkte Destillation aus rohem Erdöl gewonnenes Benzin, 5, 8% Alkylarylnaphthensäuremonosulfonat und 2, 00/0 Isopropanol.
Die Anfangsviskosität der Emulsionen lag bei ungefähr 10,9 cps, wobei der Endabschnitt der Emulsion eine
Viskosität aufwies, die ungefähr derjenigen des Wassers entsprach.
Sodann wurde in die Lagerstätte Wasser in Anteilen von ungefähr 95 bis 238 hl/Tag eingepresst. Vor obiger Behandlung betrug die Gewinnung aus dem Fünfpunktsystem weniger als ungefähr 1, 59 hl/Tag.
Die Produktion wurde allmählich gesteigert und entspricht jetzt einer Förderung von 12,7 hl/Tag Wasser und ungefähr 11, 1 hl/Tag Öl. Das Durchfluten der Lagerstätte innerhalb des Fünfpunktsystems soll- von Beginn der Durchflutung gerechnet-innerhalb von 480 Tagen beendet sein, wogegen bei Verwendung von gewöhnlichem Flutwasser das Durchflutungsverfahren ungefähr 750 Tage erfordern würde.
In dem oben beschriebenen Verfahren werden ungefähr 0,9 der gesamten Porenvolumina an löslichem Öl,
Emulsionen und Wasser zum Durchfluten der Lagerstätte benötigt, wogegen normalerweise ungefähr
1,4-2, 0 Porenvolumina Wasser für den gleichen Zweck mit dem herkömmlichen Flutwasser erforderlich wären.
Beispiel 6 : Eine Menge an löslichem Öl, die 30/0 des Porenvolumens einer Formation umfasst und in der Öl die äussere Phase bildet, wird in die äusseren Sonden eines Fünfpunktsystems eingeführt, das in einem Sand in einer Tiefe von ungefähr 289,5 m gelegenen Sand einer Dicke von etwa 3,05 m eingesetzt ist. Das lösliche Öl besteht aus 24 Vol. do Wasser, 61, 10/0 durch direkte Destillation aus rohem Erd- öl gewonnenem Benzin, 11, 1% eines gereinigtenAlkylnaphthensäuremonosulfonats und 3, 8% Isopropanol.
Die Bohrung erfasste ungefähr 1 ha. Der-Sand in der Lagerstätte hatte eine Durchlässigkeit von 150 Millidarcy und eine Porosität von 19 bis 210/0. Die initiale Ölsättigung der Formation betrug 50-55%, die Wassersättigung 23-27%. Gas und Lücken ergaben ein Porenvolumen von 18 bis 27%. Die Rohviskosität betrug ungefähr 11, 5 cps bis 210C.
Diesem löslichen Öl, in dem Öl die Aussenphase bildet, folgt in einem Anteil von ungefähr 30/0 des Porenvolumens eine Emulsion mit einer äusseren Wasserphase mit folgender Zusammensetzung : 60Vol.-% Wasser, 32, 2% durch direkte Destillation aus rohem Erdöl gewonnenes Benzin, 5, 8% Alkylnaphthensäuremonosulfonat und 2, CP/o Isopropanol. Die beiden obigen Puffer hatten eine annähernd der Viskosität des Rohöls entsprechende Viskosität.
Sodann wird verdicktes Wasser mit einer Viskosität, die allmählich von der des Rohöls bei dessen Vorderfront bis auf die Viskosität des Wassers bei dessen Endteil abnimmt, in die Lagerstätte eingeführt.
Ungefähr 0, 1% einer hochmolekularen Polyacrylsäure ist für die erwünschte Regelung der Viskosität des Wassers erforderlich. Das Flutverfahren wird mit Einpressmengen von etwa 47,5 bis 95 hl/Tag fortgesetzt.
Es ist weniger als ein Porenvolumen an eingepressten Flüssigkeiten zur Entfernung des Öls aus dem durchfluteten Bereich erforderlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erdölgewinnung aus durchlässigen, ölhältigen unterirdischen Formationen durch Einbringen eines Öls durch eine oder mehrere Sonden und nachfolgendes Einpressen eines Verdrängungs-
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als Öl ein lösliches Öl Verwendung findet.Öls eine Emulsion eingepresst wird.