CN103429696A - 从含有原油的地层中强化烃采收的方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了包含亚乙烯基烯烃磺酸盐的烃采收组合物。本发明也描述了处理原油地层的方法和制备烃采收组合物的方法。

Description

从含有原油的地层中强化烃采收的方法和组合物
发明领域
本发明总体涉及从含烃地层采收烃的方法，更特别地，此处所描述的实施方式涉及强化烃采收的方法以及用于其中的组合物。
发明背景
可以用一个或多个井穿透含烃地层，从地层中采收烃。烃可以通过井流到地面。含烃地层的条件(如渗透性、烃浓度、孔隙度、温度、压力和其他)可能影响从含烃地层开采烃的经济可行性。含烃地层可能具有自然能(如气体、水)以帮助烃流动到含烃地层表面。自然能可以是水的形式。水可以施加压力使烃流动到一个或多个生产井中。气体可以足够的压力存在于含烃地层(储烃层)中以使烃流动到一个或多个生产井中。自然能源可能随着时间被耗尽。可以采用补充采收工艺从含烃地层中继续采收烃。补充工艺的实例包括水驱油、聚合物驱油、碱驱油、热工艺、溶液驱油或其组合。
在化学强化油采收(EOR)中，通过表面活性剂获得残余油饱和体的流动，所述表面活性剂产生足够(超)低的原油/水界面张力(IFT)而产生足够大的毛细管数以克服毛细力并使油流动。(I.Chatzis andN.R.Morrows，“correlation of capillary number relationshipforsandstone”.SPE Journal，Vol29，pp555-562，1989)。然而，储烃层具有不同的特性(原油类型和组成、温度和水组成-盐度、硬度)，希望加入的表面活性剂的结构与这些条件匹配以实现低的IFT。此外，有前景的表面活性剂必须满足其它重要标准，包括低岩石保持力、与聚合物的相容性、热和水解稳定性以及可接受的成本。
用含α-烯烃硫酸盐的表面活性剂成分强化烃采收的组合物和方法是已知的。U.S.专利4,488,976和4,537,253描述了包含这种成分的强化油采收组合物。用内烯烃磺酸盐强化烃采收的组合物和方法也是已知的。这种表面活性剂的组合物描述在专利U.S.4,597,879中。前述专利中描述的组合物的缺点是在某些储烃层条件下的盐溶解度和二价离子耐受度不够。
专利U.S.4,979,564描述了在采用低张力粘性水驱的强化油采收方法中使用内烯烃磺酸盐。被描述为有用的商用材料的例子是ENORDETIOS1720，其是被确认为C17-20内烯烃磺酸钠盐的壳牌石油公司(ShellOil Company)的产品。该材料具有低的支化度。专利U.S.5,068,043描述了用于水驱法的含石油酸皂的表面活性剂体系，其中使用了含C17-20或C20-24内烯烃磺酸盐的助表面活性剂。
发明内容
本发明提供了包含亚乙烯基烯烃磺酸盐的烃采收组合物。
本发明还提供了处理含原油地层的方法，其包括：(a)将烃采收组合物提供至至少部分含原油地层，其中所述组合物包含亚乙烯基烯烃磺酸盐(IOS)；和(b)允许组合物和含原油地层中的烃相互作用。
本发明提供了制备烃采收组合物的方法，其包括：(a)使一种或多种α-烯烃二聚以生成一种或多种亚乙烯基物质；和(b)使所述亚乙烯基物质与磺酸盐接触以形成亚乙烯基烯烃磺酸盐。
附图简要说明：
图1描述了处理含烃地层的实施方式。
图2描述了处理含烃地层的实施方式。
虽然本发明易于有多种修改和替代形式，但是其具体实施方式通过附图中的实施例表现出来并将在此详细描述。应该理解，附图和详细说明不旨在将本发明限定于已公开的特定形式，而相反，其目的是为了涵盖随附的权利要求书所定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
实施方式详述
通过穿透含烃地层的井从含烃地层开采烃，“烃”一般被定义为主要由碳和氢原子组成的分子如油和天然气。烃也包含其它元素，例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。源自含烃地层的烃可能包含但不限于油母质、沥青、焦沥青、沥青质、树脂、饱和物、环烷酸、油或其组合。烃可能位于地球内部的矿物基质内或附近，基质可能包括但不限于，沉积岩、沙岩(sand)、沉积石英岩(silicilyte)、碳酸盐、硅藻土和其他多孔介质。
“地层”包括一层或多层含烃层，一层或多层非烃层，上覆地层(overburden)和/或下伏地层(underburden)。“上覆地层”和/或“下伏地层”包括一种或多种不同类型的不可渗透材料。例如，上覆地层/下伏地层可能包含岩石、页岩、泥岩、或湿/致密碳酸盐(即不含烃的不渗透碳酸盐)。例如，下伏地层可能包含页岩或泥岩。在某些情况下，上覆地层/下伏地层可能有一定的渗透性。例如，下伏地层可能由可渗透矿物如沙岩或石灰岩组成。在某些实施方式中，至少部分含烃地层可能存在于地面以下少于或多于1000英尺处。
含烃地层的性质可能影响烃怎样流经上覆地层/下伏地层到一个或多个生产井。所述性质包括但不限于地层的矿物学、孔隙率、渗透性、孔径分布、表面积、盐度或温度。上覆地层/下伏地层和烃的性质，如毛细管压力(静态)特征和相对渗透性(流动)特征相结合可能影响烃通过含烃地层的流动性。
含烃地层的渗透性可能根据地层的组成而变化。相对可渗透的地层可能包含夹带在例如砂岩或碳酸盐中的重质烃。此处所用的“相对可渗透的”指平均渗透率为10毫达西或更大的地层或其部分。此处所用的“相对低的渗透率”指平均渗透率低于约10毫达西的地层或其部分。1达西相当于约0.99平方微米。地层的不可渗透部分通常具有低于约0.1毫达西的渗透率。有些情况下，相对可渗透地层的部分或全部烃部分可能主要包含重质烃和/或没有支撑矿物颗粒骨架和仅有漂浮(或没有)矿物质的焦油(例如，沥青湖)。
不同密度的流体(例如，气体、水、烃或其组合)可能存在含烃地层中。含烃地层中的流体混合物可能根据流体密度在下伏地层和上覆地层之间形成层。在含烃地层中，气体可以形成顶层，烃可以形成中间层，水可以形成底层。流体可以不同量存在于含烃地层中。地层中流体间的相互作用可能在流体间产生界面或边界。流体和地层间的界面或边界可通过流体和地层间的相互作用产生。典型地，在含烃地层中，气体不会与含烃地层中的其它流体形成边界。在一个实施方式中，第一边界可能在水层和下伏地层之间形成。第二边界可能在水层和烃层之间形成。第三边界可能在含烃地层的不同密度的烃之间形成。在一些实施方式中，含烃地层中可能存在具有多个边界的多种流体。应该理解，在含烃地层中可能存在流体之间以及流体和上覆地层/下伏地层之间边界的许多组合。
开采流体可能会干扰流体之间以及流体与上覆地层/下伏地层之间的相互作用。当流体从含烃地层中移除时，不同的流体层可能混合并形成混合流体层。混合流体层在流体边界处具有不同的相互作用。根据混合流体边界处的相互作用的不同，开采烃可能变得困难。定量流体界面和/或流体与上覆地层/下伏地层的界面处的相互作用(例如，能量水平)有助于预测烃通过含烃地层的流动。
可能难以定量测量地层内流体间界面处相互作用(例如，混合)所需的能量。可以通过常用的已知技术(例如，旋转液滴张力测定仪、兰格缪尔槽(Langmuir trough))定量流体间界面处的能量水平。界面处需要的相互作用能量可以称作界面张力。此处所用的“界面张力”指的是表现出边界的两种或多种流体之间存在的表面自由能。高的界面张力值(例如，大于约10达因/厘米)可能表明一种流体不能和第二种流体混合以形成流体乳液。此处所用的“乳液”指的是通过添加降低流体间的界面张力的组分使一种不混溶的流体分散到第二种流体中达到稳定态。流体不能混合可能是由于两种流体间的高的表面相互作用能。低的界面张力值(例如，小于约1达因/厘米)可能意味着两种不混溶流体间的较低的表面相互作用。两种不混溶流体间的低的表面相互作用能可能导致这两种流体混合产生乳液。具有低界面张力值的流体由于降低的毛细力可能流动到井眼，并随后从含烃地层开采。
含烃地层中的流体可能发生润湿作用(例如，粘附在含烃地层的上覆地层/下伏地层或散布在上覆地层/下伏地层上)。此处所用“可润湿性”指的是在其他流体存在时，一种流体散布或粘附在地层中的固体表面上的优先性。在一个实施方式中，在水或气体存在下，烃可能粘附在砂岩上。基本上被烃覆盖的上覆地层/下伏地层可以称作“油润湿”。上覆地层/下伏地层可能是油润湿的，因为在含烃地层中存在极性和/或表面活性成分(例如，沥青质)。地层组分(例如二氧化硅、碳酸盐或粘土)可能决定了吸附在上覆地层/下伏地层表面的烃的量。在一些实施方式中，多孔和/或渗透性地层可以允许烃更容易润湿上覆地层/下伏地层。显著的油润湿上覆地层/下伏地层可能会阻碍从含烃地层中开采烃。在某些实施方式中，含烃地层的油润湿部分可能位于地表下少于或多于1000英尺处。
含烃地层可能含水。水可能会和下伏地层表面相互作用。如此处所用，“水润湿”指的是上覆地层/下伏地层上水包覆的地层。水润湿的上覆地层/下伏地层可能通过阻止烃润湿上覆地层/下伏地层而强化从地层开采烃。在某些实施方式中，含烃地层的水润湿部分可能含有较少量的极性和/或表面活性成分。
含烃地层中的水可以含有矿物质(例如，含钡、钙或镁的矿物质)和矿物盐(例如，氯化钠、氯化钾、氯化镁)。地层中水的盐度、pH和/或水硬度可能影响从含烃地层中采收烃。此处所用的“盐度”指溶解在水中的固体的量。此处所用的“水硬度”指水中二价离子(如钙、镁)的浓度。水的盐度和硬度可用公知的方法(例如电导率、滴定)测定。随着含烃地层中的水盐度增加，烃和水之间的界面张力可能增加，并且流体可能变得更难开采。
可以基于一些因素，例如但不限于地层中含烃层的厚度、估算的液体产品含量、地层的位置、地层的盐分含量、地层的温度和含烃层的深度来选择待处理的含烃地层。最初，天然的地层压力和温度可能足以使烃流动到井眼并流出地面。含烃地层的温度范围从约0℃到约300℃，但原油的增强油采收中通常的最大储层温度为约150℃。本发明的组合物当用于高温时特别有优势，因为亚乙烯基烯烃磺酸盐在此温度下稳定。随着烃从含烃地层中开采，地层内的压力和/或温度可能降低。可以采用各种形式的人工提升(例如泵、注气)和/或加热以继续从含烃地层中开采烃。随着地层中烃的枯竭，从含烃地层中开采所需的烃可能变得不经济。
由于烃的粘度和含烃地层的孔中的毛细管效应，留在含烃地层中的残余烃的流动可能困难。此处所用“毛细力”指流体和至少部分含烃地层间的吸引力。在一个实施方式中，毛细力可以通过提高含烃地层内的压力来克服。在其他的实施方式中，毛细力可以通过降低含烃地层中流体间的界面张力来克服。降低含烃地层中毛细力的能力取决于许多因素，包括但不限于含烃地层的温度、含烃地层中水的盐度和含烃地层中烃的组成。
随着开采率降低，可以采用其它方法以使含烃地层更加经济可行。所述方法可以包括将水源(例如盐水、蒸汽)、气体、聚合物、单体或其任何组合加入到含烃地层以增加烃的流动性。
在一个实施方式中，含烃地层可以用水驱处理。水驱可以包括通过注入井将水注入到部分含烃地层中。水驱至少部分含烃地层可能会以水润湿部分含烃地层。含烃地层的水润湿部分可以通过已知方法加压，水/烃混合物可利用一个或多个生产井收集。然而，水层可能和烃层不能有效地混合。差的混合效率可能是由于水和烃之间的高的界面张力。
通过用可使烃流动到一个或多个生产井的聚合物和/或单体处理含烃地层来强化从含烃地层的开采。聚合物和/或单体可以降低含烃地层孔中水相的流动性。降低水的流动性可以使烃更容易流过含烃地层。聚合物包括但不限于聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸脂、烯属共聚物、生物高分子、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸酯)或其组合。烯属共聚物的例子包括丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物、丙烯酸和月桂基丙烯酸酯的共聚物、月桂基丙烯酸酯和丙烯酰胺的共聚物。生物高分子的例子包括黄原胶和瓜尔胶。在一些实施方式中，聚合物可以在含烃地层中原位交联。在其他实施方式中，聚合物可以在含烃地层中原位生成。用于油采收的聚合物和聚合物制备方法描述在如下专利中，其全部作为参考引入本文：Zhang等人的美国专利No.6,427,268中，其名称为“疏水缔合聚合物的制备方法、使用方法和组合物(Methodfor makinghydrophobically associative polymers,methods and compositions)”；Wang的美国专利No.6,439,308,其名称为“泡沫驱方法(Foam drive method)”；Smith的美国专利No.5,654,261，其名称为“用于油采收的渗透性调节组合物(Permeability modifying composition for use in oil recovery)”；Surles等人的美国专利No.5,284,206，其名称为“地层处理(Formationtreating)”；Surles等人的美国专利5,199,490，其名称为“地层处理(Formation treating)”和Morgenthaler等人的美国专利No.5,103,490，其名称为“强化油采收的分布控制(Profile control in enhanced oilrecovery)”。
烃采收组合物
在一个实施方式中，烃采收组合物可被提供至含烃地层。在本发明中，该组合物包含特定的亚乙烯基烯烃磺酸盐或亚乙烯基烯烃磺酸盐的掺混物。亚乙烯基烯烃磺酸盐在化学上适用于EOR。
如上所详细讨论，本发明特别适用于含有原油的含烃地层。本发明的烃采收组合物被设计以生产对这些含原油地层和这些地层中发现的盐水而言最好的亚乙烯基烯烃磺酸盐采收组合物。优选的组合物包含C16、C20或C24亚乙烯基烯烃磺酸盐。
亚乙烯基烯烃是通式结构为2-烷基-1-烯烃的烯烃。在一个实施方式中，烃采收组合物可以包含约1重量％至约75重量％的亚乙烯基烯烃磺酸盐或含有其的掺合物，优选为约10重量％至约40重量％和更优选为约20重量％至约30重量％。在一个实施方式中，含烃组合物可以从含烃地层中开采。含烃组合物可以包括烃类、上述的亚乙烯基烯烃磺酸盐、增溶剂、甲烷、水、沥青质、一氧化碳和氨的任意组合。
组合物的剩余部分可能包括，但不限于水、低分子量醇、有机溶剂、烷基磺酸盐、芳基磺酸盐、盐水或其组合。低分子量醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、叔丁醇、仲丁醇、丁醇、叔戊醇或其组合。有机溶剂包括，但不限于甲乙酮、丙酮、低级烷基溶纤剂、低级烷基卡必醇或其组合。
烃采收组合物的制备
用来制备本发明亚乙烯基烯烃磺酸盐的亚乙烯基烯烃可以通过α-烯烃的二聚制备。α-烯烃定义为其双键位于末端碳原子的烯烃。α-烯烃可以包括具有4-18个碳原子的任何α-烯烃。α-烯烃优选包括具有6-16个碳原子的α-烯烃。更优选α-烯烃具有6-12个碳原子。
二聚可以用单一的α-烯烃或α-烯烃的掺合物进行。在使用单一的α-烯烃时，优选为C6、C8、C10或C12α-烯烃。在使用α-烯烃的掺合物时，可以使用α-烯烃的任意组合。
最终产物的物理性质通常受所选择的起始材料的影响，因此使用一些α-烯烃将产生更优选的最终产物。α-烯烃的可能的掺合物的一些实例是C4与C8、C4与C10、C4与C12、C4与C14、C4与C16、C6与C8、C6与C10、C6与C12、C6与C14、C6与C18、C8与C10、C8与C12、C10与C12、和C12与C14。还可以设想超过2种α-烯烃的掺合物可以用于生产适合的产物。
该方法将在下面针对使用单一α-烯烃C8进行描述，但是这种方法同等地应用于上述的其他单一α-烯烃和α-烯烃的掺合物。
该方法的第一步是使1辛烯二聚以生成2-己基-1-癸烯。2-己基-1-癸烯是亚乙烯基烯烃，其也可以称为7-亚甲基十五烷。有很多方法来进行这种二聚，例如，在US4,658,078、US4,973,788和US7,129,197中所描述的方法，所述文献通过引用并入本文。使用茂金属催化剂的二聚导致形成单一的亚乙烯基化合物。如果需要，可以将产物蒸馏，以去除未反应的单体和可能已经形成的任何三聚体或更高的低聚物，或者产物可以直接用于下一步骤中。
能够用于制备在本发明中使用的亚乙烯基烯烃磺酸盐的方法包括在膜反应器中使上述亚乙烯基烯烃与磺化试剂以磺化试剂比亚乙烯基烯烃为1∶1至1.25∶1的摩尔比反应，同时用温度不超过35℃的冷却介质冷却反应器，直接中和所述磺化步骤中获得的反应产物，而不萃取未反应的亚乙烯基烯烃，水解经中和的反应产物。
在制备亚乙烯基烯烃衍生的磺酸盐中，亚乙烯基烯烃和可以是三氧化硫、硫酸、或发烟硫酸的磺化剂反应，形成β-磺内酯。膜反应器优选是降膜反应器。
反应产物被中和并水解。在将α-或内烯烃磺化时，β-磺内酯在老化时转化为γ-磺内酯，然后其随后转化为δ-磺内酯。在中和及水解后，得到烯烃磺酸盐和羟基烷烃磺酸盐。与此相反，在磺化亚乙烯基烯烃后得到的β-磺内酯不会异构化成γ-和δ-形式，而是在中和时直接转化为烯烃磺酸盐。没有羟基烷烃磺酸盐形成。因此，亚乙烯基烯烃磺酸盐与相同平均碳数的相应α和内烯烃磺酸盐相比含有更少的异构体。这种高纯度具有减少或消除不期望的对油储层中的表面活性剂进行色谱分离的有益性质。在分子与特定的储烃层条件匹配时，亚乙烯基烯烃磺酸盐与相应的内烯烃磺酸盐相比也具有更低的表面张力(IFT)和更好的EOR性能。
冷却介质，优选水，温度不超过35℃，尤其是0到25℃范围的温度。也可以用更低的温度，取决于环境。
反应混合物然后被进料至中和水解单元。中和/水解用水溶性碱例如氢氧化钠或碳酸钠进行。由钾或氨衍生的相应的碱也是适合的。中和降膜反应器的反应产物一般用过量的碱进行，按酸成分计算。一般而言，中和在0到80℃的温度范围内进行。水解可以在100到250℃，优选130到200℃的温度范围进行。水解时间一般可能为5分钟到4小时。碱水解可用碱(碱土)金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和胺类化合物进行。
这种方法可以分批、半连续、或连续进行。反应一般在降膜反应器中进行，所述降膜反应器通过使反应介质在反应器的外壁流动而冷却。在反应器的内壁，亚乙烯基烯烃按向下的方向流动。三氧化硫用进入反应器的氮气、空气或其他任何惰性气体稀释。按载气体积计，三氧化硫的浓度一般为2体积％到5体积％。在制备本发明的衍生自亚乙烯基烯烃的亚乙烯基烯烃磺酸盐中，要求在中和水解步骤中反应产物和碱水要达到非常充分的混合。这可以如下完成，例如通过有效地搅拌或添加极性助溶剂(如低级醇)或添加相转移剂。
烃采收组合物的注入
烃采收组合物可能会和至少部分含烃地层中的烃相互作用。和烃的相互作用可降低烃和含烃地层中的一种或多种流体的界面张力。在其他实施方式中，烃采收组合物可降低烃和含烃地层中的上覆地层/下伏地层之间的界面张力。降低界面张力可以使至少部分烃流经含烃地层。
烃采收组合物降低烃和流体混合物界面张力的能力可以利用已知技术评价。在一个实施方式中，烃和水的混合物的界面张力值可用旋转液滴张力仪来测定。
由于在微乳液相行为和IFT之间已经确立的关系，在工业上，对低IFT行为通常通过在D.B.Levitt等的“Identification and Evaluation of HighPerformance EOR Surfactant”，SPE100089中所描述的基于实验室的油/水相行为测试来筛选表面活性剂和它们的制剂。在微乳液相测试中，最佳的盐度是等量的油和水增溶在中间相微乳液中的点，称为温莎III型(Winsor type III)。油增溶参数是油体积(Vo)与净表面活性剂体积(Vs)的比率，而水增溶比率是水体积(Vw)与净表面活性剂体积(Vs)的比率。Vo/Vs和Vw/Vs随着盐度变化的交集定义了a)最佳的盐度和b)在最佳盐度下的增溶参数。已经由Huh确立了IFT反比于增溶参数的平方，如在C.Huh的“Interfacial tensions and solubilizing ability of amicroemulsion phase that coexists with oil and brine，Journal of Colloid andInterface Science,1979年9月，408-426页”。当增溶参数为10或更大时，在最佳盐度时的IFT为＜0.003达因/厘米，这是通过表面活性剂EOR移动残余的油所需要的。因此，对我们的表面活性剂筛选而言，目标增溶参数为10或更大，且值越高，表面活性剂越具活性。
除了指明获得超低IFT的条件，微乳液相测试还提供了与表面活性剂驱有关的额外的定性信息。这包括相的相对粘度、润湿行为、不期望的微乳液或凝胶的存在和相平衡的时间(快的平衡表明更有吸引力的体系)。
一定量的烃采收组合物可被添加到烃/水混合物中，由此产生的流体的界面张力值可以被测定。低的界面张力值(例如低于1达因/厘米)可能表明组合物降低烃和水间的至少部分表面能。界面能的降低可能表明至少部分烃/水混合物可以流动通过至少部分含烃地层。
在一个实施方式中，烃采收组合物可以被加入烃/水混合物中并可以测定界面张力值。优选地，界面张力低于约0.1达因/厘米。超低的界面张力值(例如，低于约0.01达因/厘米)可能表明烃采收组合物降低了烃和水之间的至少部分表面张力，使得至少部分烃可以流动通过至少部分含烃地层。与用导致地层中的流体的界面张力值大于0.01达因/厘米的组合物处理的烃相比，至少部分烃更容易流过至少部分含烃地层。导致超低界面张力值的烃采收组合物添加到含烃地层的流体中可提高开采烃的效率。最小化含烃地层中的烃采收组合物的浓度可以最小化开采中的使用成本。
在一个处理含烃地层的方法的实施方式中，如图1所示，包含亚乙烯基烯烃磺酸盐的烃采收组合物可以通过注入井110被提供(例如，注入)到含烃地层100。含烃地层100可能包括上覆地层120、烃层130，和下伏地层140。注入井110可能包括开口112，以允许流体在不同的深度水平流过含烃地层100。在某些实施方式中，烃层130可能位于地面下小于1000英尺处。在有些实施方式中，含烃地层100的下伏地层140可能是油润湿的。在其他实施方式中，低盐度的水可能存在于含烃地层100中。
烃采收组合物可以基于含烃地层中存在的烃的量被提供至地层中。然而，烃采收组合物的量可能太少而不能用已知的传输技术(如，泵)准确的传输到含烃地层。为了便于将少量的烃采收组合物传输到含烃地层，烃采收组合物可以与水和/或盐水结合以产生可注入流体。
在一个实施方式中，通过将烃采收组合物与来自待提取烃的地层的盐水混合或与淡水混合，所述烃采收组合物被提供至含重质组分的原油的地层中。混合物然后被注入到含烃地层。
在一个实施方式中，烃采收组合物通过将其与地层中的盐水混合而提供至含烃地层100。优选地，烃采收组合物占约0.01到约2.00重量％，基于总的水和/或盐水/烃采收组合物混合物(可注入的流体)。更重要的是存在于可注入流体中的实际活性物质的量(活性物质是表面活性剂，此处是亚乙烯基烯烃磺酸盐或含它的掺合物)。因此，可注入流体中的亚乙烯基烯烃磺酸盐的量可以为约0.05到约1.0重量％，优选约0.1到约0.8重量％。超过1.0重量％可以用，但这可能会增加成本而没有提高性能。可注入流体然后被注入到含烃地层。
可以使用亚乙烯基烯烃磺酸盐而没有助表面活性剂和/或溶剂。对于某些原油，亚乙烯基烯烃磺酸盐由自身可能表现得不是最优。可以向烃采收组合物中加入助表面活性剂和/或助溶剂以增强活性。
烃采收组合物可以和烃层130中的至少部分烃相互作用。烃采收组合物和烃层130间的相互作用可以降低不同烃之间的至少部分界面张力。烃采收组合物还可以降低地层中一种或多种流体(例如，水、烃)和下伏地层140之间、地层中一种或多种流体和上覆地层120之间或其组合的至少部分界面张力。
在一个实施方式中，烃采收组合物可以与至少部分烃以及地层中一种或多种其它流体的至少一部分相互作用以降低烃和一种或多种流体间的至少一部分界面张力。界面张力的降低可能允许至少部分的烃和地层中的一种或多种流体的至少一部分形成乳液。烃与一种或多种流体间的界面张力值可以被烃采收组合物改变至小于约0.1达因/厘米的值。在有些实施方式中，烃和地层中其它流体之间的界面张力值可以被烃采收组合物降低到低于约0.05达因/厘米。在其他实施方式中，烃与地层中的其它流体之间的界面张力值可以被烃采收组合物降低到低于0.001达因/厘米。
至少部分的烃采收组合物/烃/流体混合物可被流动到生产井150。从生产井150获得的产物包括，但不限于烃采收组合物的成分(例如，长链脂肪醇和/或长链脂肪酸盐)、甲烷、一氧化碳、水、烃、氨、或其组合。将烃采收组合物添加到含烃地层后，来自含烃地层100的烃生产可以提高超过约50％。
在某些实施方式中，含烃地层100可以用烃移出流体预处理。烃移出流体可以由水、蒸汽、盐水、气体、液体聚合物、泡沫聚合物、单体或其混合物组成。在烃采收组合物加入到地层之前可用烃移出流体处理地层。在有些实施方式中，含烃地层100可能在地面下小于1000英尺处。在某些实施方式中，烃移出流体在被注入到含烃地层100前可以加热。烃移出流体可以降低地层中至少部分烃的粘度。地层中至少部分烃粘度的降低可以强化至少部分烃流动到生产井150。在含烃地层100中至少部分烃流动后，重复注入相同或不同的烃移出流体在使烃流动通过含烃地层时可能变得效率更低。低流动效率可能是由于烃移出流体在含烃地层100中产生了更易渗透区。烃移出流体可以通过含烃地层100中的可渗透区而不与剩余烃相互作用并使其流动。因此，吸附在下伏地层140的较重烃的位移可能随着时间缩短。最终，地层可能被认为对于开采烃而言是低产出或经济不理想的。
在某些实施方式中，在用烃移出流体处理含烃地层之后注入烃采收组合物可以强化吸附于下伏地层140的较重烃的流动。烃采收组合物可和烃相互作用，以降低烃和下伏地层140间的界面张力。界面张力降低使得烃可以流动到生产井150并从生产井150开采。在有些实施方式中，从生产井150开采的烃可能包括烃采收组合物的至少部分成分、注入到井中用于预处理的烃移出流体、甲烷、二氧化碳、氨、或其组合。将烃采收组合物加入到至少部分低开采含烃地层中可以延长含烃地层的开采寿命。在烃采收组合物加入到含烃地层中后，从含烃地层100中开采的烃可能增加超过约50％。增加的烃产量可以增加含烃地层的经济可行性。
烃采收组合物和地层中的至少部分烃的相互作用可以降低烃和下伏地层140之间的至少部分界面张力。至少部分界面张力的降低可使至少部分烃流过含烃地层100。然而，至少部分烃的流动可能不具经济可行的速率。
在一个实施方式中，在用烃采收组合物处理地层后，聚合物和/或单体可以通过注入井110注入到含烃地层100，以增加至少部分烃通过地层的流动。合适的聚合物包括，但不限于Ciba Specialty Additives(Tarrytown，New York)生产的
Figure BPA0000175368710000141
Figure BPA0000175368710000142
Tramfloc公司(Temple，Arizona)生产的
Figure BPA0000175368710000143
和雪佛龙菲利普斯化学公司(Chevron Phillips Chemical Co.)(The Woodlands，Texas)生产的
Figure BPA0000175368710000144
聚合物。烃、烃采收组合物和聚合物之间的相互作用可能增强至少部分保留在地层中的烃到生产井150的流动。
组合物中亚乙烯基烯烃磺酸盐是热稳定的，可在宽的温度范围内使用。由于亚乙烯基烯烃磺酸盐的高的热稳定性，烃采收组合物可以被加入到部分平均温度高于约60℃的含烃地层100中。
在有些实施方式中，烃采收组合物可以和至少部分烃移出流体(例如水、聚合物溶液)合并以生产可注入流体。烃采收组合物可通过如图2所示的注入井110注入到含烃地层100。烃采收组合物和含烃地层中的烃的相互作用可以降低烃和下伏地层140之间的至少部分界面张力。至少部分界面张力的降低可以使至少部分烃流动至含烃地层100中选定的区域160中，以形成烃池170。至少部分烃可以从含烃地层100的选定区域中的烃池170中开采。
在其它实施方式中，至少部分烃不是以经济可行的速率流动到选定的区域160。聚合物可以被注入到含烃地层100中以增加至少部分烃通过地层的流动性。烃、烃采收组合物和聚合物之间的至少部分相互作用可增加至少部分烃到生产井150的流动性。
在有些实施方式中，烃采收组合物可能包括无机盐(例如碳酸钠(Na2CO3)、氢氧化钠、氯化钠(NaCl)、或氯化钙(CaCl2))。加入无机盐有助于烃采收组合物分散到整个烃/水混合物中。强化烃采收组合物的分散可降低烃和水的界面之间的相互作用。使用碱(例如碳酸钠、氢氧化钠)可阻止亚乙烯基烯烃磺酸盐吸附到岩石表面，并可能和原油中的成分产生天然的表面活性剂。降低的相互作用可降低混合物的界面张力从而提供更易流动性的流体。碱可以约0.1到2重量％的量添加。
在储烃层中的温度和压力条件下，亚乙烯基烯烃磺酸盐是可溶的并且在降低IFT方面有效。然而，制备可注入流体组合物处的地面上的条件是不同的，即更低的温度和压力。在这样的条件下和在低盐度盐水或淡水(没有盐度)中，亚乙烯基烯烃磺酸盐可能不是完全溶解的。在可以注入可注入流体之前，亚乙烯基烯烃磺酸盐的至少显著部分从混合物中析出。不在溶液中，即仍然不溶并形成蜡状沉淀的表面活性剂的任何部分将最终堵塞井孔周围的孔状地层。该结果将是注入井将堵塞，随之损失注入流体的能力。必须对井进行修复处理以使其回复功能，由此损失时间和费用。如果找到将亚乙烯基烯烃磺酸盐在注入时保持在可注入流体溶液中的手段将会是有利的。
提高亚乙烯基烯烃磺酸盐的溶解性的一种方法是使用多种α-烯烃的组合来制备具有变化的碳链长度的亚乙烯基烯烃磺酸盐混合物。所得的VOS将具有一系列碳数目，并且相比于由单一α-烯烃源制备的“更纯”异构体亚乙烯基烯烃磺酸盐，可能提供增加的水溶解性。另一种方法是加入少量由内烯烃磺酸盐或一些其他的高度可溶的表面活性剂组成的增溶剂。
本发明提供了将包含亚乙烯基烯烃磺酸盐的烃采收组合物注入含烃地层的方法，包括：(a)通过将主要部分的亚乙烯基烯烃磺酸盐混入淡水或混入具有在50℃的温度或更低时少于约2重量％的盐水盐度的水中并向该混合物添加少量的增溶剂来制备溶有亚乙烯基烯烃磺酸盐的烃采收组合物流体，所述增溶剂包含C15-18内烯烃磺酸盐或C19-23内烯烃磺酸盐或其混合物；和(b)将溶有亚乙烯基烯烃磺酸盐的烃采收组合物注入含烃地层。增溶剂比亚乙烯基烯烃磺酸盐的重量比可以为约10∶90至约90∶10。
除了提高低温下水相的溶解性，使用内烯烃磺酸盐将提高亚乙烯基烯烃磺酸盐保留在含有高水平二价离子，例如钙和镁的溶液中的能力，因为与内烯烃磺酸盐的溶解性相比，亚乙烯基烯烃磺酸盐在这种溶液中的溶解性明显要小得多。
实施例
实施例1
在此实施例中，对包含亚乙烯基烯烃磺酸盐的组合物进行测试以确定它们作为化学强化采油的表面活性剂的性能。微乳相测试在90℃下使用水溶液和烷烃进行，所述水溶液含有2％活性浓度的测试表面活性剂，并且具有不同的氯化钠浓度。对亚乙烯基烯烃磺酸盐，使用烷烃正辛烷和正十二烷来测试最佳的盐度和增溶比率，以模拟不同烷烃碳数当量(Equivalent Alkane Carbon Number，EACN)的两种原油。另外，利用具有相似碳数的内烯烃磺酸盐进行了一些比较测试，以评估它们相对的性能。因此，C16VOS与IOS C15-18进行比较，C20VOS与C19-23IOS和C20-24IOS进行比较，以及C24VOS与IOS C24-28进行比较。结果显示在表1中。使用Chun Huh方程由增溶比率计算界面张力。
表1：微乳相测试数据
Figure BPA0000175368710000161
如从表中可见，亚乙烯基烯烃磺酸盐对化学EOR来说是更有效的表面活性剂，给出了与内烯烃磺酸盐相当的中等至高的增溶比率(和低至超低的IFT)。明显的是VOS的最佳盐度低于可比的IOS，这表示VOS家族更适合用于具有较低盐度的各种烃地层中。
VOS家族匹配0-4％的盐度范围，表明其适于最高达海水盐度的盐度。
在制备水溶液的过程中，注意到VOS的溶解性比相应的IOS更差。如之前所提及，提高亚乙烯基烯烃磺酸盐的溶解性的一个办法是使用多种α-烯烃的组合来制备具有变化的碳链长度的亚乙烯基烯烃磺酸盐混合物。所得的VOS将具有一个范围内的碳数，并且相比于由单一α-烯烃源制备的“更纯”异构体亚乙烯基烯烃磺酸盐，可能提供增加的水溶解性。另一种方法是加入少量由内烯烃磺酸盐或一些其他的高度可溶的表面活性剂组成的增溶剂。

Claims (9)

1.烃采收组合物，其包含至少10重量％的亚乙烯基烯烃磺酸盐。
2.如权利要求1所述的烃采收组合物，其中所述亚乙烯基烯烃磺酸盐衍生自碳数为12至36的亚乙烯基烯烃。
3.如权利要求1所述的烃采收组合物，其中所述亚乙烯基烯烃磺酸盐衍生自碳数为16至24的亚乙烯基烯烃。
4.如权利要求1所述的烃采收组合物，其包含至少20重量％的亚乙烯基烯烃磺酸盐。
5.如权利要求1所述的烃采收组合物，其包含1重量％至75重量％的亚乙烯基烯烃磺酸盐。
6.处理含原油地层的方法，其包括：
(a)将烃采收组合物提供至至少部分所述含原油地层，其中所述组合物包含至少10重量％亚乙烯基烯烃磺酸盐；和
(b)允许所述组合物和所述含原油地层中的烃相互作用。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述烃采收组合物如下提供至所述含原油地层中：首先将所述烃采收组合物与水和/或来自待提取原油的地层的盐水混合以形成可注入流体，其中所述亚乙烯基烯烃磺酸盐为所述可注入流体的0.05到1.0重量％、优选0.1到0.8重量％，然后将所述可注入流体注入到所述地层中。
8.制备烃采收组合物的方法，其包括：
(a)使一种或多种α-烯烃二聚以生成一种或多种亚乙烯基物质；
和
(b)使所述亚乙烯基物质与磺酸盐接触以形成亚乙烯基烯烃磺酸盐。
9.如权利要求8所述的方法，还包括向所述亚乙烯基烯烃磺酸盐中加入其他的成分。
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