CN1006919B

CN1006919B - 非冷凝气体注入以及刺激石油开采工艺

Info

Publication number: CN1006919B
Application number: CN 85108889
Authority: CN
Inventors: 约翰·H·杜尔克森; 罗伯特·G·沃尔; 扎克·D·克尼特
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1990-02-21
Also published as: CN85108889A

Abstract

一种改进的用于从地下油层中开采石油的非冷凝气体注入工艺方法，该工艺包括用α-烯基磺酸盐，α-烯基磺酸盐二聚体和齐聚体表面活性剂和气体一起形成一种气体/泡沫驱油介质，并将该介质通过至少一口注入地层来提高至少从一口生产井的石油采收率。

Description

本发明涉及提高石油的采取率。更具体一些，本发明涉及用气体泡沫注入的方法提高石油的采收率。

许多产油地层需要使用辅助手段才能进行有经济价值的开采。石油可以使用气体驱进行开采，其中气体与就地石油相混或产生就地石油的混相驱，有时该气体驱还可降低石油的粘度和强化石油向生产井的流动。但是，当在生产井开始见到气体后，该注入气体就会优先沿着最短路径流动。这样一来，注入气体所扫及的地层数量就会受到限制。现已经使用商业表面活性剂的溶液（这些表面活性剂如普罗克特-甘布尔（Procter & Gamhle）公司的orvus K Liquid和GAF公司的Alipal CD-128）和气体一同注入而形成泡沫注入物，这些材料分别是改性烷基硫酸铵和硫酸化直链伯醇乙氧化物的铵盐。表面活性剂和气体形成的泡沫能阻止气体流入仅含残余油饱和度的区域。残余油饱和度的定义是指留在气体或其他强化开采手段作用过的贮层区的未动石油。这样一来，就使气体能够驱动可采石油从油层的未枯竭区域流向生产井。

为了最大限度地从地层中开采石油，期望有一些发泡表面活性，它们可以阻止在仅含残留油饱和度气区的气体流动。还期望在气体泡沫采油工艺中找到一些表面活性剂，它们阻止仅含残留油饱和度区域内的气体流动，并加强含可采石油区域内的气体的流动。但期望在含油饱和度大于残油饱和度区域内的可采石油的流动不会受到阻止。

我们发明了一种在没有蒸汽存在的情况下从地下油层开采石油的表面活性剂气体泡沫工艺方法。该气体可以是任何非冷凝气体，如CO₂，N₂， CH₄，CO，烟道气，等，此方法包括在至少一口注入井中向注入气体注入一类作为起沫剂的α-烯基磺酸盐，α-烯基磺酸盐的齐聚物（如二聚物）或它们的混合物，来强化至少一口生产井的石油开采，α-烯基磺酸盐和/或α-烯基磺酸盐的二聚物的起泡特性可加强蒸汽对地层的扫及作用，这能提高生产井的石油采收率。根据地层的不同，可单独选用α-烯基磺酸盐，α-烯基磺酸盐的二聚物，也可选用这些材料的混合物来提高石油的采收率。该表面活性剂/气体泡沫混合物也可以从先前仅被气体扫及地层中的残留油饱和区域中采出额外的石油。将气体和表面活性剂溶液的发泡性混合物由注入井注入地层，而其随后被继续注入的发泡性混合物，单独的气体，或一种水驱驱替而流向生产井，从而从地层中采出石油。

可以通过泡沫的几种特性的比较来评价用来注入的发泡表面活性剂，其中阻力系数R₁就可以用来评价。R₁是用泡沫发生器或填沙层两边的压降决定的。泡沫发生器或填沙层是在下列条件下一同通入难压缩气体和盐水：（1）残油饱和度时使用表面活性剂，（2）含油饱和度时用或不用表面活性剂。R₁的定义如表1。

R₁值高表明表面活性剂可产生对含有残余油气区的气体流动有强大阻止力的气泡，该参数在此之前已经用来评价表面活性剂和气体注入物。R值越高表明表面活性剂越理想。另外阻力系数数R₂，R₃对评价表面活性剂的效率也是很重要的，R₂值高表明表面活性剂在含残油的气区产生的气泡对流动的阻止力要比在含可采石油气区的情况要强大的多，这样就产生了一种效果，即把已被扫过可采石油地层区域封闭起来，并使另外的气体注入物驱动可采石油流向生产井。R₃的值应接近1，最好小于1。R₃的值小于1表明相对于不用表面活性剂来说表面活性剂本身实际上可以提高气区中可采石油的流动性。因此高的R₁，R₂和小于1的R₃表示了一种理想的表面活性剂，它能使气体离开枯竭的油区，从而促进了气区的扩大，提高了在一定的气体的注入量下原油的生产速度和产量。

本发明的α-烯基磺酸盐显示出了比传统的硫酸盐表面活性剂更加优越的R₁-R₃值，这些传统的表面活性剂如Alipal CD-128，它是硫酸化的直链伯醇乙氧化物的铵盐。

本发明的表面活性剂是α-烯基磺酸盐，其碳链长度为5～24个碳原子，较好为11～18个碳原子，最好为11～14个碳原子。C₁₁～C₁₄的α-烯基磺酸盐表现出了比其他α-烯基磺酸盐和Alipal CD-128更加优越流度比，这是按约翰·T·帕顿（John T.Patton）的方法进行测试的。该方法记载在1982年4月出版第DOE/MC/03259-15号美国能源部出版物题目为“用CO₂泡沫注入的强化石油开采”的文章上（这是全部引用以供参照），并在Shigeto Suzuki的“用于以气体泡沫注入来强化石油开采的α-烯基磺酸盐”的专利申请中进行了进一步的讨论（申请日1984年5月15日，美国序号610449），这里将该专利引述以供参考。这些C₁₁～C₁₄的磺酸盐比链较短的C₈～C₁₀的α-烯基磺酸盐表现出了更好的在石油存在下的起泡性能。α-烯基磺酸盐单体的混合物可用来从特殊地层中进行最优化石油开采。α-烯基磺酸盐可用任何已知的方法制备（如英国专利（GB）2095309A中所述的方法）。合适的α-烯基磺酸盐的例子是Far Best公司的Thermphoam BW-D，和史蒂苯（Stepan）公司的Stepanflo 30和开文（Chevron）化学公司的Chevren α-烯基产品系列，这是一类已被磺化的产品。

较好的α-烯基磺酸盐是按在美国3444191号专利或者3463231号公布的方法制备的的产品（两者均在此引述供参考）。

本发明的α-烯基磺酸盐二聚体表面活性剂是单体链长为约C₅～C₂₄的磺酸盐二聚体，换句话说，α-烯基磺酸盐二聚体在C₁₀～C₄₈的范围内。较好是α-烯基磺酸二聚物由C₁～C₁₈的α-烯制备的，它在C₂₂～C₃₆的范围内。这些α-烯基磺酸盐二聚体的混合物可用来从一特殊地层中进行最优化石油开采。另外可以把α-烯基磺酸盐二聚体和上述α- 烯基磺酸盐混合物用来进一步从一特殊地层中进行最优化石油开采。

α-烯基磺酸盐二聚物可用任何适用的方法来制备，但α-烯基磺酸盐可以是各种化合物的复杂混合物，这些化合物是在大于约110℃下加热α-烯基单体而制得的（这在美国专利第3721707号中有透露在此加以引述供参考）;更具体一些，该α-烯基磺酸盐二聚物是由一种齐聚过程制备的，该齐聚过程是在液体中加热三氧化硫和含碳原子在5～24范围内的直链烯烃的磺化反应产物，其中加热温度高于约110℃但低于磺酸盐的碳化温度，该过程在几乎无水的条件下进行，并进行足够的时间使相当数量的磺酸盐物料转变为相应的齐聚二磺酸。如需要可将制得的齐聚磺酸用碱（如铵，碱金属碱，钙碱，镁碱或它们的混合物）进行中和。为了方便起见，我们把分子量约等于起始原料二倍的齐聚混合物，即主要含有二聚物，但也含有链烷基二磺酸，环烷基二磺酸，链烷基磺酸内酯的混合物都叫作α-烯基磺酸盐二聚物。当然，一种具体的二聚物可用具体的对应单体来制备。

注入井和生产井可按任何在形式来布置。如双点法、三点布井法、正四点布井法，斜四点布井法、五点布井法、七点布井法、反七点布井法等，使用的布井法记载在小福雷斯特·F·克雷格（Forrest F·Craig，Jr.）的“注水的油藏工程问题”中，（Society of Petroleum Engineers of A IME，1971，P49），最好是注入井被生产井包围，即采用反五点和反七点布井法。

任何产生气体表面活性剂泡沫的精典方法都适用于本发明。最好是所用的非冷凝气体是氮气和二氧化碳。产生泡沫和扫及地层的较好方法公布在约翰·H·杜尔克迅（John H·Duerksen）的题目为“用于在地下油层进行蒸汽和蒸馏驱替的蒸汽、非冷凝气体和泡沫”的美国专利申请中，该申请的申请日为1983年3月18日，美国序号为476642，即现在的美国专利4488598号，在此将其公布的方法全部加以引述以供参考。但该表面活性剂和水的混合物绝不能加热到形成蒸汽的温度。也可选用美国专利4086964号的方法。（这里全部加以引用以供参考）。另外，对于含有高渗透率和对沟道作用特别酶感的区域的产油地层可以使用美国专利4085800和3412793号中提出的方法（这里加以引述以供参考）。在这些地层中，将高渗透性的区域堵塞来提高较低渗透率区域石油的采收率。在此，这些工艺方法仍应在低于蒸汽生成温度和在地层压力下进行，并主要以非冷凝气体为驱替流体。

泡沫是这样制备的，即搅拌含有表面活性剂的水或其他合适的液体，并以每天5000000标准立方英尺（5M SCF/D）的速率注入非冷凝气体。表面活性剂的用量约为气体/泡沫混合物液相的0.01%至10%，最好是表面活性剂的用量越少越好，但又能强化石油开采，这大约为液相的0.1%至1%。该非冷凝气体/泡沫混合物按体积计非凝析气体的量可从1%至99%，表面活性剂相的数量从99%至1%，最好是该气体/泡沫混合物含有高于75%的非冷凝气体。该气体-泡沫注入注入井的速度取决于地层的特性和布井方式和面积，典型的情况是气体和表面活性剂溶液注入每一注入井的速率分别为5 MSCF/D和2500桶/天（BPD）。根据情况，用来产生泡沫的水或其他适用的液体可含有增强其性能的其他添加剂，如防垢剂，助表面活性剂，等。水也可含盐。

此工艺应按下列步骤实施以便最大限度地减少操作成本。开始，注进油层的第一个气体段塞应保持足够的时间以便在含油地层中形成一气体区。气体注入继续到在生产井见气为止。这样能采出扫段塞过地层部分的可动石油。此后，注入第二个气体和起泡表面活性剂，该段塞将见气区域的气体移开，并使其去驱扫油层未枯竭的部分以采出额外的石油。气体和表面活性剂段塞可和纯气体段塞倒换。根据情况，每一段塞的组分含量从一个段塞到另一段塞可依次减少以造成平稳地过渡，也就是说表面活性剂一气体的注入应是连续的。

现已对本发明作了描述，并将以下面的例子对此优异的表面活性剂，采油工艺进行说明，但这并不限制本发明的范围。那些对普通技术人员来说显而易见的对上述α-烯基磺酸盐，α-烯基磺酸盐二聚体，和采油工艺的改进当然都应属于本发明的范围。

实施例

用不锈钢棉人造岩芯实验方法来比较一种α-烯基磺酸盐和推荐用于CO注入的表面活性剂以评价它们的性能。气体泡沫试验是直径为1/4英寸，长2.5英寸的不锈钢棉人造岩芯中进行的，该岩芯含有盐水（1% NaCl+500ppm CaCl₂）和Kern River原油。试验在100°F和1000磅/平方英寸（表）下进行。泡沫流率为43.3CC/min，液体体积分数为0.075，泡沫发生器两边的压降和阻力系数R₁列于表2中。

表2

△P〔磅/平方英（R₁）盐水（R₁）去离子水

寸（表）〕

Alipal CD-128 136 5.0 19.4

Chevron C₁₅～C₁₈145 5.4 20.7

α-烯基磺酸盐

M·W·井269盐水 27 1.0 3.9

去离子水 7 0.26 1.0

本发明的C₁₅～C₁₈的α-烯基磺酸盐泡沫的R₁比马菲-怀特尔（Murphy-Whittier）盐水和Alipal CD-128和去离子水或Alipal CD-128和盐水的R都高。R₂，R₃的值未加计算。

Claims

1、一种在没有蒸汽存在的情况下从地层中开采石油的非冷凝气体工艺方法，其中所述地层被至少一口注入井和至少一口生产井钻入，本工艺的特征在于包括以下步骤：

(1)在注入井注入非冷凝气体，并在无蒸汽存在的情况下注入足够量的α-烯基磺酸盐和/或α-烯基磺酸盐二聚体来形成一种非冷凝气体α-烯基磺酸盐和/或α-烯基磺酸盐二聚体的泡沫，

(2)继续注入所述非冷凝气体和α-烯基磺酸盐和/或α-烯基磺酸盐二聚体泡沫来促使石油向生产井流动，

(3)从生产井开采石油。

2、权利要求1所述的工艺方法，其特征在于其中α-烯基磺酸盐和/或α-烯基磺酸盐二聚体的数量约为泡沫液体相的0.01%-10%。

3、权利要求2所述的工艺方法，其特征在于非冷凝气体约占泡沫的1%-99%。

4、权利要求3所述的工艺方法，其特征在于非冷凝气体选自N₂、CO₂、CH₄、空气、CO和烟道气。

5、权利要求4所述的工艺方法，其特征在于注入非冷凝气体和α-烯基磺酸盐二聚体，该二聚体是通过齐聚过程制备的，即在液相中加热三氧化硫和含5-24个碳的直链烯烃的磺化反应产物，加热温度高于约110℃且低于磺酸盐的碳化温度，此聚合过程是在几乎无水的条件下进行的，并持续足够的时间使相当数量的磺酸盐进料转变为对应的齐聚二磺酸。

6、权利要求4所述的工艺方法，其特征在于所述α-烯基磺酸盐二聚体包括C₁₀～C₄₈的磺酸盐二聚体。

7、权利要求5所述的工艺方法，其特征在于所述直链烯烃是一种C₅～C₂₄的混合物。

8、权利要求7所述的工艺方法，其特征在于所述直链烯烃是一种C₁₁～C₁₈的混合物。

9、权利要求7所述的工艺方法，其特征在于所述磺酸盐二聚体包括C₁₀～C₄₈的磺酸盐二聚体的混合物。

10、权利要求9所述的工艺方法，其特征在于其中包括α-烯基磺酸盐，该α-烯基磺酸盐包括碳链长度范围的为C₅～C₂₄的α-烯基磺酸盐。

11、权利要求5规定的工艺方法，其特征在于其中包括α-烯基磺酸盐，α-烯基磺酸盐包括碳链长度范围的为C₅～C₂₄的α-烯基磺酸盐。

12、权利要求2规定的工艺方法，其特征在于该工艺方法还包括在注入泡沫之前，向地层注入非冷凝气体。

13、权利要求12所述的工艺方法，其特征在于该工艺方法还包括在注入泡沫之后，再向地层注入非冷凝气体。

14、权利要求13所述的工艺方法，其特征在于非冷凝气体注入逐渐变为非冷凝气体和泡沫注入，然后再逐渐变为非冷凝气体注入。

15、权利要求14所述的工艺方法，其特征在于α-烯基磺酸盐表面活性剂和/或α-烯基磺酸盐二聚体表面活性剂可以其盐或酸的形式注入。

16、权利要求15所述的工艺方法，其特征在于注入非冷凝气体和α-烯基磺酸盐，该α-烯基磺酸盐包括烃链长度约为C₅～C₂₄的α-烯基磺盐。

17、权利要求16所述的工艺方法，其特征在于α-烯基磺酸盐有长为C₁₁～C₁₈的碳链。

18、权利要求17所述的工艺方法，其特征在于所述气体是CO₂，α-烯基磺酸盐具有长度在C₁₁～C₁₄范围内的碳链。

19、权利要求17所述的工艺方法，其特征在于所述非冷凝气体是CO₂或氮气。

20、权利要求16所述的工艺方法，其特征在于所述泡沫还包括α-烯基磺酸盐二聚体，该二聚体是按齐聚方法合成的，该齐聚方法包括在液相中加热三氧化硫和C₅～C₂₄的直链烯烃的磺化反应产物，其中加热温度高于约110℃但低于磺酸盐的碳化温度，该齐聚过程是在几乎无水的条件下进行的，并维持足够的时间使相当数量的磺酸盐进料转化为对应的齐聚二磺酸，将所制得的齐聚磺酸用铵，碱金属碱、钙碱、镁碱、或它们的混合物进行中和。

21、权利要求20所述的工艺方法，其特征在于所述直链烯烃是范围在C₅～C₂₄的混合物。

22、权利要求21所述的工艺方法，其特征在于所述α-烯基磺酸盐二聚体包括C₂₂～C₃₆的α-烯基磺酸盐二聚体的混合物。

23、权利要求21所述的工艺方法，其特征在于所述直链烯烃是范围在C₁₁～C₁₈的混合物。

24、一种在没有蒸汽存在的情况下从地下油层开采石油的工艺方法，该地层至少被一口注入井和一口生产井钻入，此工艺方法的特征在于包括下述步骤：

于注入井向所述地层注入CO₂或氮气;

于注入井在低于水在地层中能形成蒸气的温度和压力条件下向地层继续注入CO₂或氮气和α-烯基磺酸盐以形成一种CO₂或氮气和α-烯基磺酸盐泡沫，所述α-烯基磺酸盐具有长度在C₅～C₂₄范围内的碳链，α-烯基磺酸盐的用量约为泡沫液相的0.01%-10%;

驱替所述气体泡沫使其流向生产井;

从生产井开采石油。

25、权利要求24所述的工艺方法，其特征在于进行注入时，在注入条件下无蒸汽存在。

26、权利要求25所述的工艺方法，其特征在于α-烯基磺酸盐的碳链长度在C₁₅～C₁₈的范围内。

27、权利要求25所述的工艺方法，其特征在于α-烯基磺酸盐的碳链长度在C₁₁～C₁₄的范围内，所述气体是CO₂。

28、权利要求25所述的工艺方法，其特征在于所述α-烯基磺酸盐是一种C₅～C₂₄的α-烯基磺酸盐。

29、权利要求24所述的工艺方法，其特征在于所述α-烯基磺酸盐还包括α-烯基磺酸盐二聚体，该二聚体是按齐聚工艺过程制备的，该齐聚过程包括在液相中加热含碳原子数约在5-24之内的直链烯烃和三氧化硫的磺化反应产物，加热温度高于大约110℃，但低于磺酸盐的碳化温度，该齐聚过程是在几乎无水的情况下进行的，并持续足够的时间以便使相当数量的磺酸盐进料转化为相应的齐聚二磺酸。

30、权利要求29所述的工艺方法，其特征在于其中的α-烯基磺酸盐二聚体包括在C₁₀～C₄₈范围内的α-烯基磺酸盐二聚体的混合物。

31、一种非冷凝气体强化石油开采驱油工艺方法和/或循环工艺方法，该工艺方法包括在没有蒸汽的情况下向非冷凝气体加入表面活性剂，其改进是应用一种C₅～C₂₄范围内的α-烯基磺酸盐混合物和/或一种范围为C₁₀～C₄₈的α-烯基磺酸盐齐聚物的混合物作为表面活性剂。

32、权利要求31所述的工艺方法，其特征在于其中使用α-烯基磺酸和/或α-烯基磺酸盐二聚体。