CN1011522B - 用于开采地下油层石油的二聚磺酸盐表面活性剂循环蒸汽刺激工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于从地下含油层开采石油的改进的循环蒸汽注入工艺方法，此工艺包括在蒸汽中加入α-烯基磺酸盐二聚物表面活性剂而形成一种蒸汽——泡沫驱替介质，并通过注入井将其注入，来增加所述井在处于生产操作时的石油产量。

Description

这是一项关于提高石油采收率的发明。更具体一些，此发明涉及用循环注入蒸汽的方法提高石油采收率。

有很多石油是很粘稠的，如不使用辅助手段，就很难把它们从地下含油层中开采出来，这些石油烃是储层中未开采的或残留的重质油，可用蒸汽驱进行开采。蒸汽驱的作用是加热地层，降低石油烃粘度，强化石油从注入井到生产井的流动。

但是，并不是所有的储层都适于采用标准的注入井-生产井类型的开采方法。有些地层可用循环蒸汽刺激的办法，但蒸汽易指进到油井周围的储层区去。由于循环蒸汽驱的主要机理是降低就地石油的粘度并在生产周期中靠重力把石油排回到注入井，这就缩小了强化采油潜在的区域。除非能强制注入使蒸汽远离仅含残余油饱和度的那部分地层，蒸汽注入起作用的储层总体积就会减少。

残余油饱和度定义为蒸汽扫及过的储层区域内残留下的未流动的油。堵塞注入蒸汽通过的那些只为残余油饱和的地层的主要通道，就会大大增加采油数量。但是，任何添加剂，如表面活性剂，必须能渗入储层，而不干扰重力排替和降低粘度的采油机理，最好这些添加剂能够形成优先进入被残余油饱和储层的泡沫，此泡沫可让蒸汽和注入混合物中的水进入含有可采石油的储层部分。另外，在注入的混合物水相中加入的每一种添加剂都能增强剩余石油的流度。

美国第3463211和3953338号专利讲到了应用称之为α-烯基磺酸盐的物质的单体和齐聚物来作为净化井筒的材料，但没有提到此材料能用于循环蒸汽过程。美国第4393937号专利建议在注入井-生产井联合采油过程中采用α-烯基磺酸盐的单体。但上述专利没有提到，说明或建议在循环蒸汽操作中通过使用α-烯基磺酸盐的齐聚物（最好是它的二聚物）进行强化采油的可能性。

为了最大限度地从储层中提取石油烃，我们非常需要有一个优越的起泡表面活性剂，这种活性剂限制蒸汽在仅含残余油饱和度的蒸汽带内的流动，但并不阻碍石油在注入井处于生产操作时向注入井的流动。另外，在蒸汽泡沫采油过程中期望有一种表面活性剂，它限制蒸汽在仅含残余油饱和度的区 域内流动，而加强蒸汽在含有可采油的区域内的流动。总之，我们希望当注入井以生产井的形成操作时，可采石油烃向注入井的流动不会受到阻碍。

我们发明了从地下油层开采石油烃的循环泡沫表面活性剂蒸汽工艺方法。此工艺包括在蒸汽注入阶段向注入井注入一种α-烯基磺酸盐二聚物作为起泡表面活性剂，其中二聚物的单体具有一长度为5个碳到24个碳的烷基链。然后，把注入井转为生产井操作，此时对井中的石油开采带来强化作用。此工艺延长了循环注汽井的有效期，在此之前，它们废置不用，或仅能维持着亏本的生产。除此之外，它还可提高不采用本循环蒸汽泡沫工艺的循环注入井的采油速度。

α-烯基磺酸盐二聚物的优越的起泡特性大大增强了蒸汽对地层的扫及效率，这就增加了当注入井转为生产井操作时的石油采出量。同时我们也希望泡沫表面活性剂蒸汽联合工艺能从以前为纯蒸汽扫过地层的残留油饱和区中采出更多的石油。首先，将含有蒸汽、表面活性剂、非凝析气体（也可不用）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或单独的蒸汽驱替而深入地层，然后，注入井转为生产型操作，并从油层中开采石油烃。

我们对所推荐的α-烯基磺酸盐发泡表面活性剂的阻力系数R进行了计算，并和我们的美国第489649号专利申请中汽气泡沫驱的其他表面活性剂进行了比较（此申请是1983年4月28日提出的，在此引用，仅作参照）。根据这些计算和进一步的研究，我们确信，α-烯基二聚物是循环蒸汽泡沫驱的理想表面活性剂，此二聚物提高了石油的采收率而不干扰石油的重力排替机理，此机理对石油流到注入-生产井以便开采是非常必要的。

本发明的α-烯基表面活性剂在蒸汽泡沫驱试验中呈现出比标准表面活性剂如Siponate A168，Thermophoam BW-D和Stepanflo 30更优越的R₁-R₃值。这些著名的表面活性剂是烯基链长度为16个碳到18个碳的α-烯基磺酸盐，此结果使我们确认α-烯基磺酸盐二聚物是循环蒸汽泡沫驱的较好材料。

本发明的表面活性剂是α-烯基磺酸盐的二聚物，其单体的碳链长度大约为5-24个碳，换句话说，该二聚物的碳链长度为10～48个碳。从11-20个碳的α-烯基磺酸盐获得的二聚物比较好，但最好的还是15-20个碳的α-烯基磺酸盐形成的二聚物。二聚物的混合物可用来从一特殊的油层中进行最优化的石油开采。此二聚物可用任何已知的方法制取，例如此单体的二聚物是一些化合物的复杂混合物，它可以在高于大约110℃的温度下加热其单体的方法制取，正如美国3721707号专利所揭示出的那样（本文引用只作参照）。为了方便起见，可能含有羟烷基磺酸、烷基磺酸盐、烯基磺酸的混合物及其它们总的混合物，我们把它们统一称作α-烯基磺酸盐的二聚物。当然，一种具体的二聚物可用其单体作原料来制取。美国3721707号专利所提出的二聚物或齐聚物以及这里通称之为的α-烯基磺酸盐二聚物是特别满意的表面活性剂。我们认为，二聚物的两个磺酸基对其优良的性质有部分贡献。另外二聚物也可以以其盐或酸的形式使用。

任何标准的制取蒸汽表面活性剂泡沫的方法都可应用于本发明，这个方法最好将非凝析性气体如氮气、二氧化碳、一氧化碳、空气之类加入到蒸汽泡沫表面活性剂联合体系中去。一个较好的发泡，重力超复扫及油层的工艺方法在一项题目为“用于在地下油层中进行蒸汽和蒸馏驱替的蒸汽，非凝析气体和泡沫”的美国专利申请中被提出过，此项申请是由约翰·H·杜尔克逊提出并在1983年3月18日登记的，美国序号为476642，（这里引用此工艺，仅作参照）另外也可选用美国第4086964，4393937，4085800，3412793号专利（这里引用，仅作参照）中提出的方法来发泡，但必须按照我们的工艺循环操作。

泡沫是用在地层压力下加热水至沸点（100℃或更高）而形成蒸汽的方法产生的。对于加利福尼亚的重质油储层，蒸汽的典型温度在250～400°F之间。在典型情况下，注入水的80%（或稍低）转化为蒸汽，其余作为热水注入。此后，把表面活性剂注入到蒸汽中，其数量为蒸汽液相的0.01-10%。最好是表面活性剂注入量尽量少但能提高石油的采收率，此量大约为液相的0.1-1%。根据需要，可在蒸汽中注入足够的非凝析气体，以使气相的组成为大约1-50%体积的非凝析气体和99-50%体积的蒸汽。把带有相应表面活性剂以及非凝析气体的蒸汽注入到注入井，其速率由储层的 性质决定，典型的情况是向注入井注入蒸汽的速率为大约100-1000桶/天（BPD）（为等值的冷水），最好其速度是大约200桶/天液体。根据情况，产生蒸汽的水可含有改善其性质的其他添加剂比如防垢剂，助表面活性剂之类，水中也可以含盐。

此工艺应按以下步骤实施以便最大限度地减少操作成本，虽然应由具体的储层条件来确定不同的时间。开始，注进油层的第一个蒸汽段塞应保持足够的时间，以便在含石油烃的地层中形成一个蒸汽带和热水带，此时间一般为1-10天或更长一些，最好大约在2天左右。此后，在3-30天或更长一些最好是10天的时间内注入蒸汽、α-烯基磺酸盐二聚物表面活性剂，和难凝析气体（也可不用），磺酸盐浓度最好为0.5%。在紧接的7天的继续注入中，表面活性剂的浓度降低至0.25%。接着注入纯蒸汽3天，然后，把注入井转向采油，直至产量降至已无经济价值为止。根据情况，在注入井转向采油之前也可关井1-14天。

描述本发明后，我们应该知道即使对普通熟练的技术工人都能看出的改进都应属于本发明的范围，如：蒸汽、表面活性剂和气体段塞可转换为纯蒸汽段塞。根据情况，每次注入的含量从一个段塞到另一个段塞在组分上可依次减少以造成平稳的过渡，或者说，蒸汽-表面活性剂-气体的注入可以是连续的。

实例：

下例将说明我们的工艺方法，这是一循环蒸汽注入，干度为80%的蒸汽注入量为22000桶，注入速率为1000桶/天（B/D）。当然，根据注入规模的大小，这些参数可以改变。此过程是在900磅/平方英寸（表压），535°F下每天大约注入200桶液相。假设井底压力为1000磅/平方英寸，干度为70%，则液体为300桶/天。在蒸汽和蒸汽-表面活性剂注入的全过程中，与蒸汽，蒸汽-活性剂一起，还在1000磅/平方英寸，545°F的条例下，注入氮气，其速率为10标准立方英尺/分。

首先，以1000桶/天液体的速率注2天蒸汽，其地面干度为80%，即共为2000桶。然后，注入浓度大约为0.5%的α-烯基磺酸盐二聚物的蒸汽混合物大约10天，速率为1000桶/天，总共10000桶。再次将活性剂浓度降至0.25%，以1000桶/天的速率注入7天，总共为7000桶。最后以1000桶/天的速率注入3天纯蒸汽，总数3000桶。然后注入井转为采油作业，我们可以看到一个有经济价值的生产速度，而此井以前是无经济价值的，从而延长了井的寿命，并采出了更多的石油。

表Ⅰ

阻力

系数    定义    和油层的关系    期望值

WP（表面活性剂+盐水+NCD（也可不加）

+Sor）    WP（含残留油饱和度的泡沫蒸汽带）

R₁高

WP（盐水+NCD（也可不加）+Sor）    WP（含残留油饱和度的非泡沫蒸汽带）

WP（表面活性剂+盐水+NCD（也可不加）

+Sor）    WP（含残留油饱和度的泡沫蒸汽带）

R₂高

WP（表面活性剂+盐水+NCD（也可不加）    WP（含油饱和度泡沫蒸汽带）

+So）

WP（表面活性剂+盐水+NCD（也可不加）

+So）    WP（含油饱和度泡沫蒸汽带）

R₃低（最好小于1）

WP（盐水+NCD（也可不加）+So）    WP（含油饱和度非泡沫蒸汽带）

WP-泡沫发生器的压降    Sor-残留油饱和度

NCD-非凝析气体    So-含油饱和度（So＞Sor）

Claims (11)

1、一种从被一油井钻入的地层中开采石油的循环蒸汽--泡沫工艺方法，其特征是包括以下步骤：

向该井注入蒸汽和一种α-烯基磺酸盐的二聚物。此二聚物的单体链长为5-24个碳原子，二聚物在蒸汽水相水的含量为0.01～10%；驱替上述蒸汽使其全部一入地层；终止蒸汽注入并从该井开采石油。

2、按权利要求1所规定的工艺方法，其特征是在向注入井注入上述蒸汽相之前向蒸汽注入占蒸汽相1-50%的非凝析气体。

3、按权利要求2所规定的工艺方法，其特征是非凝析气体选自包括氮气、二氧化碳、空气、一氧化碳的气体组。

4、按权利要求3规定的工艺方法，其特征是其中的表面活性剂是α-烯基磺酸盐的二聚物，其单体的链长为11-20个碳原子。

5、按权利要求1规定的工艺方法，其特征是在上述蒸汽和二聚物注入之前向地层注入大量的纯蒸汽。

6、按权利要求5规定的工艺方法，其特征是在上述蒸汽和二聚物注入之后，再向地层注入大量纯蒸汽。

7、按权利要求6规定的工艺方法，其特征是所述蒸汽注入逐渐减少而过渡为蒸汽和表面活性剂注入，它再逐渐减少并且过渡为蒸汽注入。

8、按权利要求7规定的工艺方法，其特征是α-烯基磺酸盐二聚物可以以酸或盐的形式注入。

9、按权利要求8所规定的工艺方法，其特征是在向注入井注入上述蒸汽相之前向蒸汽注入占蒸汽相1-50%的非凝析气体。

10、按权利要求9规定的工艺方法，其特征是其中的表面活性剂是α-烯基磺酸盐的二聚物，其单体的链长为11-20个碳原子。

11、按权利要求1规定的工艺方法，其特征是所述蒸汽和二聚物形成一种蒸汽泡沫混合物，其中混合物的泡沫部分优先进入地层中被残余油饱和的部分，而所述蒸汽和二聚物则进入地层中含可采石油的部分。