CN102753647B - 从地下储层采收重油的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从地下储层采收重油的方法,该方法包括:将水包油纳米乳液注入一个或多个注入井中;-从一个或多个生产井采收所述重油。所述方法特别有利于在三次采收技术范围内强化从地下储层采收重油,通常称作“EOR”(“强化油采收”)。

Description

从地下储层采收重油的方法
本发明涉及从地下储层采收重油的方法。
更具体地,本发明涉及使用水包油纳米乳液从地下储层采收重油的方法。
所述方法特别有利于在三次采收技术范围内强化从地下储层采收重油,通常称作“EOR”(强化油采收”)。
已知通常通过油井进行从地下储层采收油。还已知的是这种采收通常分三个不同阶段进行,在所述阶段期间以维持原油产量在最高水平为目的而应用各种采收技术。所述采收技术称作:一次采收、二次采收和三次采收。
地下储层可具有例如由任选存在于所述地下储层中的水和/或气体所提供的能够有助于油朝向同一地面流动的天然能量。实际上,水和气体可施加能够使所述地下储层中存在的油朝向一个或多个生产井地面流动的压力(一次采收)。然而,这种天然能量随时间变得被耗尽,结果是一次采收通常允许采收地下储层中存在的油的一小部分(例如所述地下储层中原始存在的总油的约15-20%)。
二次采收通常通过注入水(水驱)或气体(气驱)来进行,将它们注入到所述地下储层中用以维持其中的压力,这使得油朝向它们的表面流动。通过所述二次采收,相对于所述一次采收,可采收所述地下储层中原始存在的总油的另外大约15-30%。
这些地下储层中剩余的油量可通过三次采收,通常称作“EOR”(强化油采收”)进行采收。所述三次采收可例如通过将流体注入到所述地下储层中进行,所述流体改善残油朝向它们表面的迁移性。所述流体可选自例如:与所述油混溶或不混溶的气体(通常是二氧化碳),蒸气,空气或氧气,聚合物溶液(“聚合物驱”),表面活性剂和聚合物的混合物(“表面活性剂-聚合物驱”),碱、表面活性剂和聚合物的混合物(“碱-表面活性剂-聚合物驱”或“ASP”),微生物混合物。
已知许多因素例如气体和/或所注入的流体与残油之间的界面张力,气体和/或所注入的流体的相对流度,所述地下储层中存在的岩石表面的可浸润性特性,对于确定由三次采收所采收的油的量而言都是重要的。
许多研究已证明,使用表面活性剂可改变所注入的水与残油之间的界面张力,以及岩面的可浸润性性能,从而提高残油的采收率。在许多情形中,聚合物随表面活性剂一起加入,或者在表面活性剂加入之后立即加入,可降低所注入的水与残油之间的流度比,由此让油更易于朝向地下储层表面流动且提高残油的采收率。
例如,美国专利US4,743,385描述了一种提高地下地层油采收率的方法,该方法包括将蒸汽注入所述地层中,所述蒸汽包含有效量的包括阴离子表面活性剂和水溶助长剂的混合物,所述阴离子表面活性剂选自C14-20磺化烷基甲苯、C14-20磺化乙苯或C14-20磺化烷基苯;所述水溶助长剂选自碱金属的二甲苯磺酸盐、碱金属的甲苯磺酸盐、碱金属的异丙基苯磺酸盐、碱金属的苯磺酸盐、碱金属的羟乙基磺酸盐、碱金属的丁烷磺酸盐和碱金属的己烷磺酸盐。
美国专利US6,022,834描述了一种从地下储层采收残油的方法,其中所述残油含有天然存在的有机酸组分,该方法包括注入包括“盐水”、碱金属和任选聚合物的表面活性剂配制剂,所述配制剂的浓度高于、等于或低于其临界胶束浓度,其中所述配制剂能够在残油和所述地层之间产生非常低的界面张力,从而让碱渗透通过储层孔隙,且因此使它们接触并使它们与储层中天然存在的所述有机酸化合物反应,原位形成二次表面活性剂体系,该体系包含与所述表面活性剂配制剂组合的具有表面活性剂性能的盐,因此使截留的残油得以乳化、流动和到达地面。
美国专利US7,055,602描述了一种方法用于处理含烃地层的方法,该方法包括:(a)向至少部分所述含烃地层提供一种组合物,其中所述组合物包含支链脂族阴离子表面活性剂和支链脂族非离子表面活性剂,其中所述阴离子表面活性剂的支链脂族基包含就每个脂族基而言约0.7-约2.5的支链平均数;和(b)使所述组合物与所述含烃地层中含有的烃相互作用。
美国专利申请US2008/0115945描述了一种使用酶液(enzymaticfluid)提高地下地层中存在的油或其它烃的采收率的方法,该方法包括将所述酶液加入到所述地层中;注入水、蒸汽或其二者;维持所述酶液、水和/或蒸汽浸透所述地层所必需的时间段;通过泵送或通过其它方式采收所述油或其它烃。
美国专利申请US2008/0261835描述了一种采收重油的方法,该方法包括:(a)将含有一种或多种表面活性剂的水性注射流体注入到一个或多个注入井中以与重油形成具有低粘度的外部(external)拟乳状液;(b)从一个或多个生产井采收重油。
美国专利申请US2008/0302531描述了一种从地下储层采收油的方法,其中注射流体包含:(a)一种或多种芳基烷基磺酸盐(arylakylsulfonate);(b)一种或多种助表面活性剂;(c)一种或多种溶剂;(d)任选地一种或多种碱金属;和(e)任选地一种或多种粘度剂,将所述注射流体注入到一个或多个注入井中,以及从一个或多个生产井采收油。
然而,上述方法可具有各种缺点。
可例如在所注入的流体和地下储层中存在的重油之间形成乳状液。特别是在水相和重油之间形成的乳状液,一旦在地面采收到乳状液则其特别难以破裂,因此使得所述重油的采收变得困难。实际上,在许多情形中,热处理和/或破乳剂对于破坏这些乳状液是必需的。此外,所述乳状液可提高所注入的流体的粘度,从而降低其注射容量,并且可在地下储层中形成乳状液阻塞物(block),如果可能的话,则其使得油采收变得困难。此外,在地下储层中存在水的高盐度和/或硬度的情形中,通过含有表面活性剂和/或聚合物的流体所进行的油采收会由于所述表面活性剂和/或聚合物的不稳定性而受到强烈限制。
因此,本申请人认为问题是找到改善由地下储层采收重油的能够克服上述问题的方法。
本申请人现发现可有利地使用水包油纳米乳液进行从地下储层采收重油。
使用所述水包油纳米乳液获得许多优势。所述水包油纳米乳液的使用,例如,使所述水包油纳米乳液中存在的水与所述地下储层中存在的油之间的界面张力降低,促进所述地下储层中存在的油与所述水包油纳米乳液中存在的水之间的溶混性。
此外,使用所述水包油纳米乳液使得所述地下储层中存在的岩石表面的可浸润性得到改变,以便降低截留所述地下储层内存在的岩石微孔中所存在的油的毛细作用力。
此外,使用所述水包油纳米乳液使所述水包油纳米乳液中存在的水与所述地下储层中存在的油之间的流度比由于油本身的粘度降低而减小,因此使油更易于朝向所述地下储层的表面移动并且使得所述油的采收率得到提高。
所述水包油纳米乳液降低所述地下储层中存在的油的粘度的能力,还使得将所述水包油纳米乳液注入到所述地下储层中所需的能量得到降低,以及允许在具有相对低渗透性的岩石存在下进行操作。
此外,使用所述纳米乳液,还可在具有高盐度和/或硬度的水存在下进行操作。
因此本发明的目的涉及从地下储层采收重油的方法,该方法包括:
-将水包油纳米乳液注入到一个或多个注入井中;
-从一个或多个生产井采收所述重油。
所述一个或多个注入井和所述一个或多个生产井可以不同。或者,所述一个或多个注入井和所述一个或多个生产井可以相同。
对于本发明说明书和后面的权利要求书而言,术语“重油”是指具有高密度,优选低于25°API,更优选10°API-20°API的油,所述密度按照标准ASTMD287-92(2006)进行测定。
根据本发明的优选实施方案,所述重油可具有在储层温度下按照标准ASTMD7042-04测定的高于或等于20cP,优选22cp-150cP的动态粘度。
对于本发明说明书和后面的权利要求书而言,除非另有规定,数字范围总是包括端值。
根据本发明的优选实施方案,所述水包油纳米乳液可包含被分散相(即油)和分散相(即水和表面活性剂)。
根据本发明的优选实施方案,在所述水包油纳米乳液中,被分散相(即油)可按直径为10nm-500nm,优选15nm-200nm的液滴形式分布在分散相(即水和表面活性剂)中。
用于上述方法目的的特别有用的水包油纳米乳液,可按国际专利申请WO2007/112967(将其内容并入本文作为参考)中所述进行制备。所述方法允许获得单分散水包油纳米乳液,其具有高的稳定性并且具有以具有高比表面积(面积/体积)(即比表面积高于或等于6,000m2/l)的液滴形式分布在分散相(即水和表面活性剂)中的被分散相(即油)。
根据本发明的优选实施方案,所述水包油纳米乳液可按照包括以下的方法进行制备:
-制备均匀的水/油混合物(1),该混合物的特征在于界面张力低于或等于1mN/m,优选为10-2mN/m-10-4mN/m,其包含相对于所述混合物(1)总重量的65重量%-99.9重量%,优选70重量%-90重量%的量的水,至少两种具有不同HLB的选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合物表面活性剂的表面活性剂,优选非离子表面活性剂,所述表面活性剂以使所述混合物(1)均匀这样的量存在;
-在由加入有至少一种选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合物表面活性剂的表面活性剂,优选非离子表面活性剂的水构成的分散相中稀释所述混合物(1),所述分散相和所述表面活性剂的量使得获得比所述混合物(1)具有更高HLB值的水包油纳米乳液。
根据本发明的优选实施方案,所述水包油纳米乳液可具有高于或等于9,优选10-16的HLB值。
根据本发明的优选实施方案,在所述水包油纳米乳液中,被分散相(即油)可按比表面积(面积/体积)为6,000m2/l-300,000m2/l,优选15,000m2/l-200,000m2/l的液滴形式分布在分散相(即水)中。
根据本发明的优选实施方案,所述水包油纳米乳液可包括相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.1重量%-20重量%,优选0.25重量%-12重量%的量的表面活性剂,和0.5重量%-10重量%,优选1重量%-8重量%的量的油。
根据本发明的优选实施方案,所述表面活性剂可选自非离子表面活性剂,例如烷基聚葡萄糖苷;山梨聚糖的脂肪酸酯;聚合物表面活性剂,例如具有聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸主链和聚乙二醇侧链的接枝丙烯酸类共聚物;或它们的混合物。
根据本发明的优选实施方案,所述纳米乳液的油可选自芳烃,例如二甲苯、二甲苯异构体的混合物、甲苯、苯或它们的混合物;线性、支链或环状的烃,例如己烷、庚烷、癸烷、环己烷或它们的混合物;烃的复杂混合物,例如瓦斯油、煤油、溶剂油(soltrol)、石油溶剂或其混合物;或者它们的混合物。
就考虑到用于制备所述纳米乳液的水而言,其可是任何种类。出于经济原因,优选所述水存在于所述水包油纳米乳液的制备位置附近。
根据本发明的优选实施方案,软水、盐水、具有添加剂的水或它们的混合物可用于制备所述纳米乳液。更具体地,可使用所述地下储层中存在的水。
所述地下储层中存在的油可任选包括其它化合物,例如含氧化合物如环烷酸;含卤素的化合物;含金属元素的化合物;含氮化合物;含硫化合物;或它们的混合物。
为了使所述固体基质中通常存在的环烷酸皂化,可将至少一种碱加入到所述水包油纳米乳液中。
根据本发明的其它实施方案,可将至少一种碱以相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.1重量%-10重量%,优选0.2重量%-5重量%的量加入到所述水包油纳米乳液中。优选的所述碱可选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾或它们的混合物。
为了从一个或多个生产井采收所述重油,在一定温度下,将所述水包油纳米乳液注入到所述一个或多个注入井中并持续一定时段,其取决于地下储层的类型(例如地下储层中存在的岩石类型),以及所述一个或多个注入井与所述一个或多个生产井的尺寸(dimension)和距离。
根据本发明的优选实施方案,可将所述水包油纳米乳液注入到一个或多个注入井中并持续80天-200天,优选90天-180天的时间。
根据本发明的优选实施方案,可将所述水包油纳米乳液在10℃-100℃,优选20℃-90℃温度下注入到一个或多个注入井中。
为了采收较高量的重油,可优选通过注入水(水驱)来有利地进行二次采收。
根据本发明的优选实施方案,所述方法可包括在注入所述水包油纳米乳液之前,将水注入(水驱)到所述一个或多个注入井中。
关于可用于所述注入(水驱)的水,其可具有任何来源。出于经济原因,可取的是可在注入位置附近获得这种水。
根据本发明的优选实施方案,可使用软水、盐水、具有添加剂的水或它们的混合物。更具体地,可使用所述地下储层中存在的水。
为了采收较高量的重油,可有利地是在注入所述水包油纳米乳液之后,将水和/或至少一种聚合物注入到所述一个或多个注入井中。
根据本发明的优选实施方案,所述方法可包括在注入所述水包油纳米乳液之后,将水和/或至少一种聚合物注入到所述一个或多个注入井中。
就考虑到可用于所述注入的水而言,其可具有任何来源。出于经济原因,可取的是可在注入位置附近获得这种水。
根据本发明的优选实施方案,可使用软水、盐水、具有添加剂的水或它们的混合物。更具体地,可使用所述地下储层中存在的水。
根据本发明的优选实施方案,所述聚合物可选自例如聚丙烯酰胺、丙烯酰胺的磺化共聚物、黄原胶或它们的混合物。
从所述一个或多个生产井采收所述重油随着将所述水包油纳米乳液注入所述一个或多个注入井中而进行。
可将通过本发明方法目的所采收的重油送到后续处理中,例如通过加氢或加氢裂化进行改质处理,以获得具有较高商业价值的烃馏分。
现将参考下文提供的图1通过说明性实施方案来描述本发明。
图1示意性地表示了本发明方法目的的一个实施方案。对具有重油颗粒(2)的地下储层(1)实施本发明的方法。为此目的,将水包油纳米乳液(4)注入到注入井(3)中。
在优选10℃-100℃的温度下,将所述纳米乳液(4)注入到注入井(3)中并持续优选80天-180天的时间。
随着所述纳米乳液(4)向所述注入井(3)中的注入的进行,从生产井(5)采收所述重油(6)。可将所述重油(6)送到随后的改质处理(未示于图1)中。
为了较好地理解本发明及其实施方案,下面提供了一些说明性和非限制性实施例。
实施例1
(1)水包油纳米乳液前体的制备
将0.121gAtlox4913(Uniqema的接枝共聚物聚甲基丙烯酸甲酯-聚乙二醇),0.769gSpan80(Fluka的山梨聚糖单油酸酯),3.620gGlucopone600CSUP(Fluka的烷基聚葡萄糖苷,50%水溶液)和6.150g二甲苯加入到磁力搅拌的50ml烧杯中,并将整个混合物维持处于搅拌直到完全溶解。一旦完全溶解,加入4.340g去离子水并将该混合物在温和搅拌下维持2小时,从而获得15gHLB值等于12.80的前体。
在使用之前,让所述前体在室温(25℃)下稳定化24小时。
(2)水包油纳米乳液的制备
向20ml玻璃小瓶中加入0.325gGlucopone215CSUP(Fluka的烷基聚葡萄糖苷,60%水溶液)和2.236g去离子水,并将整个混合物维持处于搅拌直到完全溶解。一旦完全溶解,加入2.439g按上述获得的前体,并将整个混合物维持搅拌2小时从而获得具有透明/半透明外观、13.80的HLB值和相对于纳米乳液总重量的等于20重量%的二甲苯含量的纳米乳液。
用96.25ml去离子水稀释所述纳米乳液以获得具有相对于纳米乳液总重量的等于1.25重量%的总表面活性剂含量和相对于纳米乳液总重量的等于2.5重量%的二甲苯含量的纳米乳液。
按上述获得的纳米乳液具有尺寸为40-60nm、多分散性指数低于0.2和稳定性超过6个月的被分散相(二甲苯)液滴。
实施例2
用26.6g来自Aghar(Egypt)油储层的砂子填充钢柱(1.4cm×10cm)并随后用盐水进行冲洗,从而获得填充柱(“砂子填充”)。在用盐水冲洗所述填充柱(“砂子填充”)之后,进行以下测量:盐水的渗透率,其经证实等于0.09D(darcy)和孔隙率,其经证实等于42%(对应于等于6.5ml的PV(孔隙体积))。
随后将按上述获得的填充柱(“砂子填充”)用5.0ml来自Aghar(Egypt)储层的油饱和,所述油具有在储层温度即77℃下按照标准ASTMD7042-04测定的等于64cP的动态粘度,对应于77.3%的PV(孔隙体积)的初始含油饱和度。
在用77℃的油将填充柱(“砂子填充”)维持饱和7天之后,将该柱子用3PV(孔隙体积)的盐水(水驱)进行冲洗,并采收到3.5ml的油(相对于饱和柱子中存在的油,等于70.3%)。盐水流速等于0.1ml/min。
在用盐水冲洗后,填充柱(“砂子填充”)中残油的量等于29.7%的PV(孔隙体积)。
然后用1PV(孔隙体积)的按照实施例1制备的纳米乳液,随后用4PV(孔隙体积)的盐水冲洗填充柱(“砂子填充”),采收到1.1ml油[相对于用盐水冲洗后填充柱(“砂子填充”)中存在的油,等于73.3%]。纳米乳液流速等于0.1ml/min。
为了采收残油且能够完成(close)物质平衡,用10PV(孔隙体积)的四氢呋喃冲洗填充柱(“砂子填充”)并采收到0.4ml油[相对于用纳米乳液冲洗后填充柱(“砂子填充”)中存在的油,等于100%]。四氢呋喃流速等于0.2ml/min。
冲洗后所采收的油的量通过用四氢呋喃提取油/水馏分和随后的在446nm下的分光光度剂量(dosage)法来进行测定。

Claims (34)

1.一种从地下储层采收重油的方法,该方法包括:
-将水包油纳米乳液注入一个或多个注入井中;
-从一个或多个生产井采收所述重油;
其中所述纳米乳液的油选自线性、支链或环状的烃;烃的复杂混合物;或者它们的混合物;和
其中所述水包油纳米乳液按照包括以下的过程进行制备:
-制备均匀的水/油混合物(1),该混合物的特征在于界面张力低于或等于1mN/m,其包含相对于所述混合物(1)总重量的65重量%-99.9重量%的量的水,至少两种具有不同HLB的选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合物表面活性剂的表面活性剂,所述表面活性剂以使所述混合物(1)均匀的量存在;
-在由加入有至少一种选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合物表面活性剂的表面活性剂的水构成的分散相中稀释所述混合物(1),所述分散相和所述表面活性剂的量使得获得比所述混合物(1)具有更高HLB值的水包油纳米乳液。
2.根据权利要求1的从地下储层采收重油的方法,其中所述一个或多个注入井和所述一个或多个生产井不同。
3.根据权利要求1的从地下储层采收重油的方法,其中所述一个或多个注入井和所述一个或多个生产井相同。
4.根据前述权利要求中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述重油具有在储层温度下按照标准ASTMD7042-04测定的高于或等于20cP的动态粘度。
5.根据权利要求4的从地下储层采收重油的方法,其中所述重油具有在储层温度下按照标准ASTMD7042-04测定的22cP-150cP的动态粘度。
6.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中在所述水包油纳米乳液中,被分散相(即油)以直径为10nm-500nm的液滴形式分布在分散相(即水)中。
7.根据权利要求6的从地下储层采收重油的方法,其中在所述水包油纳米乳液中,被分散相(即油)以直径为15nm-200nm的液滴形式分布在分散相(即水)中。
8.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述水包油纳米乳液具有高于或等于9的HLB值。
9.根据权利要求8的从地下储层采收重油的方法,其中所述水包油纳米乳液具有10-16的HLB值。
10.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中在所述水包油纳米乳液中,被分散相(即油)以比表面积(面积/体积)为6,000m2/l-300,000m2/l的液滴形式分布在分散相(即水)中。
11.根据权利要求10的从地下储层采收重油的方法,其中在所述水包油纳米乳液中,被分散相(即油)以比表面积(面积/体积)为15,000m2/l-200,000m2/l的液滴形式分布在分散相(即水)中。
12.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述水包油纳米乳液包含相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.1重量%-20重量%的量的表面活性剂。
13.根据权利要求12的从地下储层采收重油的方法,其中所述水包油纳米乳液包含相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.25重量%-12重量%的量的表面活性剂。
14.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述水包油纳米乳液包含相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.5重量%-10重量%的量的油。
15.根据权利要求14的从地下储层采收重油的方法,其中所述水包油纳米乳液包含相对于所述水包油纳米乳液总重量的1重量%-8重量%的量的油。
16.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述表面活性剂选自非离子表面活性剂,聚合物表面活性剂,或它们的混合物。
17.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述纳米乳液的水选自软水、盐水、具有添加剂的水或它们的混合物。
18.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述纳米乳液的水是所述地下储层中存在的水。
19.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中将至少一种碱以相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.1重量%-10重量%的量加入到所述水包油纳米乳液中。
20.根据权利要求19的从地下储层采收重油的方法,其中将至少一种碱以相对于所述水包油纳米乳液总重量的0.2重量%-5重量%的量加入到所述水包油纳米乳液中。
21.根据权利要求19的从地下储层采收重油的方法,其中所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾或它们的混合物。
22.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中将所述水包油纳米乳液注入到一个或多个注入井中并持续80天-200天的时间。
23.根据权利要求22的从地下储层采收重油的方法,其中将所述水包油纳米乳液注入到一个或多个注入井中并持续90天-180天的时间。
24.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中将所述水包油纳米乳液在10℃-100℃温度下注入到一个或多个注入井中。
25.根据权利要求24的从地下储层采收重油的方法,其中将所述水包油纳米乳液在20℃-90℃温度下注入到一个或多个注入井中。
26.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述方法包括在注入所述水包油纳米乳液之前,将水注入(水驱)到所述一个或多个注入井中。
27.根据权利要求26的从地下储层采收重油的方法,其中所述水选自软水、盐水、具有添加剂的水或它们的混合物。
28.根据权利要求26的从地下储层采收重油的方法,其中所述水是所述地下储层中存在的水。
29.根据权利要求1-3中任一项的从地下储层采收重油的方法,其中所述方法包括在注入所述水包油纳米乳液之后,将水和/或至少一种聚合物注入到所述一个或多个注入井中。
30.根据权利要求29的从地下储层采收重油的方法,其中所述水选自软水、盐水、具有添加剂的水或它们的混合物。
31.根据权利要求30的从地下储层采收重油的方法,其中所述水是所述地下储层中存在的水。
32.根据权利要求29的从地下储层采收重油的方法,其中所述聚合物选自聚丙烯酰胺、丙烯酰胺的磺化共聚物、黄原胶或它们的混合物。
33.根据权利要求1-3中任一项的方法,其中将所述重油送到后续处理中。
34.根据权利要求1-3中任一项的方法,其中所述环状的烃是芳烃。
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