CN106367053B - 降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用 - Google Patents

降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用。按重量份计，该降粘组合物包括：0.5～15份的多元磺酸盐、0.5～15份的产气剂以及65～99份的水；其中，产气剂为在100℃以上的温度下能产生气体的物质；多元磺酸盐的结构式包括烃基和与烃基相连的一个或多个磺酸根基团，烃基为有机物A去掉一个或多个氢原子后形成的残基。本发明中的多元磺酸盐为稠环多磺基表面活性剂，其与特超稠油相容性好，这有利于降低特超稠油界面张力。同时上述多元磺酸盐的加入能够降低特超稠油的粘度且易破乳，这有利于采出液的处理。产气剂的加入能够提高多元磺酸盐的发泡效率，这有利于特超稠油的驱动和助排。

Description

降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用
技术领域
本发明涉及石油开采领域，具体而言，涉及一种降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用。
背景技术
我国拥有丰富的稠油和沥青砂资源，其中稠油(油层温度下的脱气原油粘度大于50mPa·s)资源预测约有2.50×1010t，约占石油总资源量的20％。近年来，我国发现了一大批特超稠油油藏，特超稠油在油藏条件下流动性差或不具流动性，我国开采超稠油的主要方法目前是采用常规蒸汽吞吐。由于特超稠油粘度很高，采用常规蒸汽吞吐技术开采特超稠油油藏时，往往会出现含水上升率高，递减率大，最终使得原油采收率低、经济效率差。
为了降低特超稠油的粘度，增加其流动性，并提高蒸汽波及体积，通常采用在注蒸汽时，辅助注入降粘剂或氮气等气体来提高注汽开采效率。
公开号为CN201110001666.5的申请文件公开了一种用于稠油注蒸汽开采的复合催化乳化降粘剂及其制备方法，结合了稠油催化降粘和乳化降粘两种技术，适用于稠油或超稠油的地下注蒸汽开采，其由催化剂乙酰丙酮镍和乳化剂十二烷基苯磺酸钠复合而成，然而上述降粘剂的成本较高。授权号为CN201110235265.6的中国专利公开了一种伴蒸汽用耐高温特超稠油降粘剂及制备方法。授权号为CN201210018507.0的中国专利公开了一种用于石油开采领域中超稠油开采的油溶性水溶性复合型耐温耐盐稠油降粘剂，该复合降粘剂同时含有由油溶性降粘剂和水溶性降粘剂。虽然上述降粘剂在稠油开采领域有一定的效果，但上述降粘剂的组分复杂，制备成本较高。
授权号为CN200810015696.X的中国专利公开了一种利用油溶性复合降粘剂和二氧化碳辅助水平井热采开发的热化学辅助强化蒸汽驱油方法，该方法中周期性地将油溶性复合降粘剂、液态二氧化碳和蒸汽以段塞形式顺序注入稠油油藏油层下部钻水平井中。然而该方法涉及到将液态二氧化碳注入到开采口的过程，而液态二氧化碳在注入过程中易挥发，这就容易给开采造成不利影响。
公开号为CN201110001428.4的申请文件提供了一种降粘剂和氮气(或二氧化碳)辅助蒸汽驱油的特超稠油开采方式，然而该方法仅适用于浅层超稠油粘度的方法，同时上述方法涉及到将氮气注入到开采口的过程，这在一定程度上构成了超稠油开采过程的不安全因素。
在此基础上，有必要开采一种制备工艺简单、成本低、使用方便且降粘效果优异的降粘组合物。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用，以解决现有的用于超稠油开采的降粘剂制备工艺复杂、制备成本较高及使用不方便的问题。
为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种降粘组合物，按重量份计，降粘组合物包括：0.5～15份的多元磺酸盐、0.5～15份的产气剂以及65～99份的水；其中，产气剂为在100℃以上的温度下能够产生气体的物质；多元磺酸盐的结构式包括烃基和与烃基相连的一个或多个磺酸根基团，烃基为有机物A去掉一个或多个氢原子后形成的残基，有机物A包括以下化合物中的一种或多种：
式(Ⅰ)至式(Ⅵ)中，n为4～25。
进一步地，多元磺酸盐由以下方法制得：将稠油减二线油或稠油中馏程在350℃以上的馏分油进行磺化，得到磺化产物；将磺化产物进行碱中和，得到多元磺酸盐；或者将石油磺酸盐的磺化过程中产生的酸渣进行中和，得到多元磺酸盐。
进一步地，按重量份计，组合物还包括0～5份的碱。
进一步地，碱包括无机强碱和/或无机弱碱。
进一步地，无机强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；无机弱碱选自碳酸钠、碳酸钾和硅酸钠组成的组中的一种或多种。
进一步地，按重量百分含量计，碱包括0～30％的无机强碱，70～100％的无机弱碱；优选为包括10～30％的无机强碱，70～90％的无机弱碱。
进一步地，产气剂选自尿素、乌洛托品和碳酸铵组成的组中的一种或多种。
本发明另一方面提供了一种上述降粘组合物在特超稠油开采领域的应用。
进一步地，应用包括向特超稠油的开采井注入降粘组合物的步骤，其中降粘组合物的量按下式计算：Q＝γπR2HΦ式中Q为降粘组合物的用量，单位为m3；γ为波及系数，单位为％；R为处理半径，单位为m；H为油层厚度，单位为m；Φ为孔隙度，单位为％。
进一步地，向特超稠油开采井中注入降粘组合物后，还包括：向开采井中注入水蒸汽；
注入水蒸汽后，封闭开采井3～7天；其中，水蒸汽的温度为250～350℃。
本发明提供了一种降粘组合物及其在特超稠油开采领域的应用。应用本发明的技术方案，具有上述结构的多元磺酸盐为稠环多磺基表面活性剂，因而其与特超稠油相容性好，且具有良好的降低特超稠油界面张力的能力，提高洗油效率；多元磺酸盐为水溶性表面活性剂，能够增加特超稠油储层空隙表面的亲水性，从而降低特超稠油与储层间的摩擦阻力，从而有利于特超稠油的驱动。上述多元磺酸盐与特超稠油容易形成水包油乳液，这能够降低特超稠油的粘度，且上述乳液易破乳，从而有利于特超稠油采出液的处理。产气剂在受热的情况下可以产生气体，这有利于提高多元磺酸盐的发泡效率，进而有利于特超稠油的降粘、驱动和助排。将多元磺酸盐、产气剂以及水的用量限定在上述范围内有利于增强上述两种组分的协同作用，进一步降低特超稠油的粘度。此外，将上述组分直接混合即可制得上述将降粘组合物。上述三方面的原因使得本发明提供的降粘组合物具有成本低、制备工艺简单且降粘效果优异的特点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，采用现有的用于超稠油开采的降粘剂的制备工艺复杂、制备成本较高及使用不方便的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种降粘组合物，按重量份计，该降粘组合物包括：0.5～15份的多元磺酸盐、0.5～15份的产气剂以及65～99份的水；其中，产气剂为在100℃以上的温度下能产生气体的物质；多元磺酸盐的结构式包括烃基和与烃基相连的一个或多个磺酸根基团，烃基为有机物A去掉一个或多个氢原子后形成的残基，有机物A的主要组成为以下化合物中的一种或多种：
式(Ⅰ)至(Ⅵ)中，n为4～25。
具有上述结构的多元磺酸盐为稠环多磺基表面活性剂，因而其与特超稠油相容性好，且具有良好的降低特超稠油界面张力的性质；多元磺酸盐为水溶性表面活性剂，能够增加特超稠油储层空隙表面的亲水性，从而降低特超稠油与储层间的摩擦阻力，从而有利于特超稠油的驱动。上述多元磺酸盐与特超稠油容易形成水包油乳液，这能够降低特超稠油的粘度，且上述乳液易破乳，从而有利于特超稠油采出液的处理。
产气剂在受热的情况下可以产生气体，这有利于提高多元磺酸盐的发泡效率，进而有利于特超稠油的驱动和助排。将多元磺酸盐、产气剂以及水的用量限定在上述范围内有利于增强上述两种组分的协同作用，进一步降低特超稠油的粘度。此外，将上述组分直接混合即可制得上述将降粘组合物。上述三方面的原因使得本发明提供的降粘组合物具有成本低、制备工艺简单且降粘效果优异的特点。
本发明提供的降粘组合物中的多元磺酸盐只要含有(Ⅰ)至式(Ⅵ)中的一种或多种即可降低特超稠油开采成本。在一种优选的实施方式中，上述多元磺酸盐原料采用以下方法制得：将稠油减二线油或稠油中馏程在350℃以上的馏分油进行磺化，得到磺化产物；将上述磺化产物进行碱中和，得到上述磺酸盐；或者将石油磺酸盐的磺化过程中产生的酸渣料进行中和，得到多元磺酸盐。通过上述方法制得的多元磺酸盐成本较低，环保性好，同时制备工艺也相对简单。
上述降粘组合物具有较好的特超稠油降粘效果。在一种优选的实施方式中，按重量份计，上述降粘组合物还包括0～5份的碱。特超稠油中含有大量的有机酸，加入碱有利于使上述部分有机酸形成有利于降低界面张力的活性物质，从而降低油层间的摩擦阻力；同时碱的加入有利于提高降粘组合物中各组分的协同作用。上述两方面的原因使得无机碱的加入有利于进一步降低特超稠油的粘度。
上述降粘组合物中，可以选择碱的类型。在一种优选的实施方式中，碱包括无机强碱和/或无机弱碱。无机碱具有较小的分子结构，因而更容易与特超稠油中的有机酸发生反应，从而有利于缩短将特超稠油降至所需粘度需要的时间。
上述降粘组合物中，可以采用本领域常用的无机强碱和无机弱碱。在一种优选的实施方式中，无机强碱包括但不限于氢氧化钠和/或氢氧化钾；无机弱碱包括但不限于碳酸钠、碳酸钾和硅酸钠组成的组中的一种或多种。上述无机碱廉价易得，有利于降低降粘组合物的制备成本。
上述组合物中，采用上述碱可以降低特超稠油的粘度，同时降低降粘组合物的成本。在一种优选的实施方式中，碱包括0～30％的无机强碱，70～100％的无机弱碱。采用上述无机碱的组合有利于进一步降低特超稠油的粘度。优选为包括10～30％的无机强碱，70～90％的无机弱碱。同时采用上述无机强碱和无机弱碱有利于更好地发挥两类物质的协同作用，从而起到更好的降粘效果。
上述组合物中，产气剂只要在100℃以上能够产生气体即可。在一种优选的实施方式中，产气剂包括但不限于尿素、乌洛托品和碳酸铵组成的组中的一种或多种。上述产气剂可以在较合适的温度下产生气体，同时产气量较高，从而有利于提高产气剂与多元磺酸盐的协同作用，进而进一步降低特超稠油的粘度。
本发明另一方面还提供一种降粘组合物在特超稠油开采领域的应用。
具有上述结构的多元磺酸盐是以稠油为原料制得，为稠环多磺基表面活性剂，因而其与特超稠油相容性好，且具有良好的降低特超稠油界面张力的能力，以及降低特超稠油的粘度的能力；多元磺酸盐为水溶性表面活性剂，可改变特超稠油储层空隙表面为亲水性，从而降低摩擦阻力，从而有利于原油的开采。上述多元磺酸盐与特超稠油容易形成水包油乳液，这能够降低特超稠油的粘度，且上述乳液易破乳，从而有利于特超稠油的采出处理。同时产气剂的加入有利于提高多元磺酸盐的发泡效率，进而有利于特超稠油的降粘、驱动和助排。此外采用上述比例关系的多元磺酸盐、产气剂以及水作为组合物，有利于通过增强上述两种组分的协同作用，进一步降低特超稠油的粘度。在此基础上，采用本发明提供的降粘组合物应用于特超稠油开采领域的降粘过程，有利于降低工艺成本，简化操作工艺且便于推广。
上述应用过程中，本领域技术人员可以根据油藏条件选择注入的降粘组合物的量。在一种优选的实施方式中，上述应用包括向特超稠油的开采井注入降粘组合物的步骤，其中降粘组合物的量按下式计算：
Q＝γπR2HΦ
式中Q为降粘组合物的用量，单位为m3；γ为降粘剂组合物的波及系数，单位为％；R为降粘剂组合物的波及范围的半径，单位为m；H为油层厚度，单位为m；Φ为降粘组合物波及范围内的孔隙度，单位为％。通常地，γ取70％，R取5～15m。将降粘组合物的用量控制在上述范围内有利于使特超稠油尽可能多地转化为水包油乳液，进而有利于进一步提高降粘组合物的降粘效果。
上述应用过程中，本领域技术人员可以选择辅助方式提高降粘组合物的降粘效果。在一种优选的实施方式中，向特超稠油的开采井中注入降粘组合物后，还包括以下步骤：向开采井中注入水蒸汽；注入水蒸汽后，封闭开采井3～7天；其中，水蒸汽的温度为250～350℃。随着温度的升高，特超稠油的粘度呈现出下降的趋势。因而在注入降粘组合物之后，向特超稠油开采井注入250～350℃的水蒸汽有利于降低部分特超稠油的粘度，也有利于提高降粘组合物的波及范围和体积，从而提高驱油效率。
术语“特超稠油”是指油藏温度下，原油粘度大于50000mPa·s的超稠油。
本发明实施例1至7及对比例1和2中采用的“多元磺酸盐”通过以下方式制得：1)稠油减二线馏分油用三氧化硫磺化，沉降分理出酸渣；2)酸渣用氢氧化钠水溶液中和至pH＝8～10。其成分主要为以下一种或多种化合物中的双磺酸盐、三磺酸盐及单磺酸盐。
式(Ⅰ)至(Ⅵ)中，n为4～25。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
本发明实施例1至7及对比例1和2中的降粘组合物均通过以下方法制得：
将水多元磺酸盐、产气剂以及可选的碱进行混合，搅拌至完全溶解，制得降粘组合物。分别记作J-1，J-2，J-3，J-4，J-5，J-6，J-7，D-1，D-2。
实施例1至7及对比例1和2中的降粘组合物中各组分的含量见表1。
表1
实验用A原油地层温度下粘度1650000mPa.s，其在50℃粘度26500mPa.s；B原油底层温度下粘度5690000mPa.s，50℃粘度60600mPa.s。在保证原油与降粘组合物的总重量不变的情况下，实施例1至7及对比例1和2中降粘组合物的降粘性能(80℃)，见表2。
表2
以降粘组合物J-1为例，在保证原油与降粘组合物的总重量不变的情况下，原油与降粘组合物的重量比对特超稠油的粘度的影响(80℃)，见表3。
表3
实施例1至7及对比例1和2中降粘组合物对特超稠油A的界面张力的性能的影响(80℃)，见表4。
表4
实施例1至7及对比例1和2中降粘组合物的发泡性能，见表5。
表5
实施例 温度/℃ 初始体积/ml 半衰期/s
J-1 50 1080 450
J-2 50 750 384
J-3 50 755 396
J-4 50 660 549
J-5 50 560 378
J-6 50 755 378
J-7 50 725 344
D-1 50 500 410
D-2 50 540 400
将降粘组合物J-3应用于特超稠油蒸汽开采，具体过程如下：
A井采用蒸汽吞吐生产，周期注入速度为117t/d至169t/d，平均142t/d，采出程度10.8％，油汽比0.22。实施方法：1)在轮次注汽前用泵车注入40m3降粘组合物J-3；2)注入300℃的蒸汽2000t；3)注完蒸汽后关井焖井3天；4)开井正常生产。生产2个月后，日产液从18.3t上升到32.5t，日产油从1.2t上升到13.8t，含水从93.4％下降到57.6％。
B井采用蒸汽吞吐生产，周期注入速度为82t/d至181t/d，平均127t/d，采出程度12.4％，油汽比0.2。实施方法：1)在轮次注汽前用泵车注入30m3降粘组合物J-3；2)注入300℃的蒸汽1500t；3)注完蒸汽后关井焖井7天；4)开井正常生产。生产2个月后，日产液从5.9t上升到40.3t，日产油从0.3t上升到1.7t，含水稳定在95％左右
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：采用本发明提供的降粘组合物能够明显降低特超稠油的粘度和表面张力，同时提高了特超稠油的开采量，并降低了特超稠油中的含水量。
具有上述结构的多元磺酸盐为稠环多磺基表面活性剂，因而其与特超稠油相容性好，且具有良好的降低特超稠油界面张力的能力；多元磺酸盐为水溶性表面活性剂，能够增加特超稠油储层空隙表面的亲水性，从而降低特超稠油与储层间的摩擦阻力，从而有利于特超稠油的驱动。上述多元磺酸盐与特超稠油容易形成水包油乳液，这能够降低特超稠油的粘度，且上述乳液易破乳，从而有利于特超稠油采出液的处理。产气剂在受热的情况下可以产生气体，这有利于提高多元磺酸盐的发泡效率，进而有利于特超稠油的降粘、驱动和助排。将多元磺酸盐、产气剂以及水的用量限定在上述范围内有利于增强上述两种组分的协同作用，进一步降低特超稠油的粘度。此外，将上述组分直接混合即可制得上述将降粘组合物。上述三方面的原因使得本发明提供的降粘组合物具有成本低、制备工艺简单且降粘效果优异的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种降粘组合物，其特征在于，按重量份计，所述降粘组合物包括：0.5～15份的多元磺酸盐、0.5～15份的产气剂以及65～99份的水；
其中，所述产气剂为在100℃以上的温度下能够产生气体的物质；
所述多元磺酸盐的结构式包括烃基和与所述烃基相连的一个或多个磺酸根基团，所述烃基为有机物A去掉一个或多个氢原子后形成的残基，所述有机物A包括以下化合物中的一种或多种：
所述式(Ⅲ)至式(Ⅵ)中，所述n为4～25。
2.根据权利要求1所述的降粘组合物，其特征在于，所述多元磺酸盐由以下方法制得：
将稠油减二线油或稠油中馏程在350℃以上的馏分油进行磺化，得到磺化产物；将所述磺化产物进行碱中和，得到所述多元磺酸盐；或者
将石油磺酸盐的磺化过程中产生的酸渣进行中和，得到所述多元磺酸盐。
3.根据权利要求1或2所述的降粘组合物，其特征在于，按重量份计，所述组合物还包括0～5份的碱。
4.根据权利要求3所述的降粘组合物，其特征在于，所述碱包括无机强碱和/或无机弱碱。
5.根据权利要求4所述的降粘组合物，其特征在于，所述无机强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述无机弱碱选自碳酸钠、碳酸钾和硅酸钠组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求4或5所述的降粘组合物，其特征在于，按重量百分含量计，所述碱包括0～30％的所述无机强碱，70～100％的所述无机弱碱。
7.根据权利要求6所述的降粘组合物，其特征在于，按重量百分含量计，所述碱包括10～30％的所述无机强碱，70～90％的所述无机弱碱。
8.根据权利要求1或2所述的降粘组合物，其特征在于，所述产气剂选自尿素、乌洛托品和碳酸铵组成的组中的一种或多种。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的降粘组合物在特超稠油开采领域的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括向所述特超稠油的开采井注入所述降粘组合物的步骤，其中所述降粘组合物的量按下式计算：
Q＝γπR2HΦ
式中Q为所述降粘组合物的用量，单位为m3；γ为波及系数，单位为％；R为处理半径，单位为m；H为油层厚度，单位为m；Φ为孔隙度，单位为％。
11.根据权利要求9或10所述的应用，其特征在于，向所述特超稠油开采井中注入所述降粘组合物后，还包括：
向所述开采井中注入水蒸汽；
注入所述水蒸汽后，封闭所述开采井3～7天；
其中，所述水蒸汽的温度为250～350℃。
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