CN106715641A - 用于增强型油回收的热不稳定羧酸铵 - Google Patents

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Abstract

一种包括以下的工艺：(a)将蒸汽组合物注入含有重烃、优选沥青的地下位置中，其中所述蒸汽组合物包含(i)蒸汽和(ii)羧酸铵；以及(b)从所述地下位置将所述重烃回收到地面上。所述工艺优选是周期注蒸汽(cyclic steam stimulation，CSS)工艺、蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravity drainage，SAGD)或其组合。

Description

用于增强型油回收的热不稳定羧酸铵
技术领域
本发明涉及一种蒸汽组合物，其适用于从地下位置移出重烃、优选沥青的原位蒸汽萃取方法。所述蒸汽组合物包含蒸汽和羧酸铵。
背景技术
从油砂回收沥青是需要接近地下沥青、从地下砂中萃取沥青、并且随后将沥青从地下位置回收到地面上的一种具有挑战性的工作。提出了用于从油砂回收沥青的众多方法。US2008/0139418的背景技术部分提供了许多回收方法的评述，包括露天采矿(stripmining)、冷流技术(cold flow technique)、周期注蒸汽(cyclic steam stimulation，CSS)、蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravity drainage，SAGD)以及蒸气萃取工艺(vapor extraction process，VAPEX)。
露天采矿将沥青连同砂一起从地下移出，并且随后在地面上时从砂中萃取沥青。露天采矿不是一种原位萃取方法，因为其涉及在将砂从地面移出之后，从砂中萃取沥青。原位沥青萃取涉及从位于其地下天然位置的砂中萃取沥青。原位萃取比露天采矿更合乎需要，因为其对地景的破坏比露天采矿少。
冷流技术只适用于回收粘度低到足以在储槽条件下进行泵吸的油。在大部分地下油砂矿藏中，沥青过于粘滞，使得冷流技术无法成为用于从油砂回收沥青的合理方法。
VAPEX是需要将烃溶剂注入延伸到地下油砂中的第一水平井中的方法。溶剂渗透到油砂中，通过稀释降低沥青的粘度，并且使沥青/溶剂混合物能够泄放到位于第一水平井下方的第二水平井中，从第二水平井回收沥青/溶剂混合物。宜在地面上从沥青中去除烃溶剂，并且宜使其再循环。VAPEX方法是一种“冷”工艺，意指与将蒸汽注入井中的“热”工艺(通常称为热方法)，如CSS和SAGD相反，注入井中的材料未加热任何明显的量。在萃取沥青方面，冷工艺(如VAPEX方法)的效率不如热工艺(如CSS和SAGD工艺)，因为沥青的粘度在低温下较高。因此，为了有效，VAPEX方法需要将大量烃溶剂注入井中，以便充分稀释沥青，从而实现泄放。
在原位沥青回收工艺中可能不需要使用烃溶剂，特别是高浓度烃溶剂。烃会使沥青烯从沥青中沉淀，并且沉淀的沥青烯会不合需要地降低储槽的渗透性。此外，烃溶剂会在周围地下环境中损失，这可能导致环境污染问题并且增加处理成本。使用使沥青适当溶剂化所需的大量烃溶剂还需要额外处理步骤以在萃取沥青时从沥青回收烃。因此，需要避免“冷”工艺方法以及在原位沥青回收期间烃的使用。
CSS和SAGD工艺是“热”工艺(即，热方法)，其使用热蒸汽来降低地下沥青的粘度。在这些工艺中，将蒸汽沿第一井向下注入地下油砂中。蒸汽渗透砂并且通过加热油砂来降低沥青的粘度，这促使沥青流过砂进入第一井(CSS)或第二井(SAGD)中，从所述井回收沥青。使用CSS方法，蒸汽是在250℃-400℃温度下注入井中。接着使所述井保持数天或数周，在此期间，蒸汽将井周围地下环境中的沥青加热，使沥青排放到井中，并且之后，历经数周或数月从井中泵吸出与冷凝蒸汽混合的热油。随后重复所述工艺。在SAGD工艺中，钻凿两个水平井，一个位于另一个的下方(通常相隔约五米)。将蒸汽注入上部井中，加热周围地下环境中的沥青，由此降低沥青粘度，使其流入下部井中。随后将所得沥青与冷凝蒸汽的混合物从下部井泵吸到地面。根据US2008/0139418，通过CSS从油砂储槽回收沥青的回收率典型地仅为约20-25百分比(％)，而在SAGD工艺中，据报导在油砂储槽中可用沥青的回收率高达约60％。
典型地，SAGD中的油回收仅使用蒸汽(无添加剂)。蒸汽室边缘的冷凝潜热充分降低沥青的粘度从而允许重力泄放。然而，这种工艺速度缓慢并且典型地需要约3:1的蒸汽/油比(SOR)。人们认为：促进水包油乳液形成的添加剂将提高泄过多孔室的速率(因为乳滴较小)并且可能通过降低SOR来减少水用量。
也已知一种SAGD工艺的改良形式。美国专利6230814描述了作为溶剂扩容蒸汽辅助重力泄油(expanding solvent steam assisted gravity drainage，ES-SAGD)工艺而为人所知的工艺。ES-SAGD工艺需要在SAGD型工艺中组合烃与蒸汽，由此烃可以溶解地下油砂中的沥青以进一步降低沥青粘度，从而促进沥青泄放到第二井孔中以回收到地面上。所述参考文献确定适合添加剂是具有1到25个碳的烃。然而，如上文所解释，需要避免将烃注入井中以促进沥青的移出。
如NaOH、NaHCO3或Na2CO3的常规碱性增强型油回收剂不具有挥发性，并且因此不会到达蒸汽室边缘(尽管理论上可以通过将其溶解在注入器井中的剩余热水中而将其运载到蒸汽室底部)。
需要确定用于从油砂回收重烃，如沥青的原位(即，地下)方法，所述方法不需要将烃注入地下油砂中，但比当前CSS和SAGD工艺提供更大回收率。
发明内容
本发明提供一种使用蒸汽的原位重烃，即，沥青回收工艺，所述工艺为相对于当前CSS和SAGD工艺提高重烃回收率的问题提供了解决方案。
在一个实施例中，本发明是一种包含以下的工艺：(a)将蒸汽组合物注入含有重烃、优选沥青的地下位置中，蒸汽组合物包含(i)蒸汽和(ii)羧酸铵，以羧酸铵与蒸汽的组合重量计，浓度优选在0.005重量％或更高与25重量％或更低之间，更优选地在0.005重量％或更高与5重量％或更低之间，所述羧酸铵具有以下化学式：
其中L表示亚甲基；烷基醚基，优选-CH2CH2O-、-CHMeCH2O-或-CH2CHMeO-；芳基；芳氧基，优选-C6H4O-；烷基芳基，优选-CH2C6H4-；或烷基芳氧基，优选-CH2C6H4O-；在一些实施例中，L基可以被烷基、分支链烷基或如羟基、乙酰氧基、烷基醚或卤基的含有杂原子的基团取代，
R1是氢或直链或支链烷基，所述直链或支链烷基的主链长等于或大于1个碳并且等于或小于15个碳，优选等于或大于3个碳并且等于或小于小于15个碳，并且
R2、R3和R4独立地是氢、直链烷基或支链烷基
以及(b)从地下位置将重烃回收到地面上。
在上文中所披露的本发明工艺的一较佳实施例中，羧酸铵是下文中所列铵离子(i)中的一个或多个与下文中所列羧酸酯离子(ii)中的一个或多个的任何组合：优选地，铵离子(i)选自：铵(NH4 +)、甲基铵、二甲基铵、三甲基铵、乙基铵、二乙基铵、三乙基铵、甲基乙基铵、二甲基乙基铵、二乙基甲基铵、丙基铵、二丙基铵、三丙基铵、丁基铵、二丁基铵、三丁基铵、戊基铵、二戊基铵、己基铵、二己基铵、庚基铵、辛基铵、壬基铵、癸基铵、十一基铵、1,1-二甲基-2-羟基-乙基铵或十二基铵；并且优选地，羧酸酯离子(ii)选自：乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯、2-甲基丙酸酯、戊酸酯、2-甲基丁酸酯、3-甲基丁酸酯、2,2-二甲基丙酸酯、己酸酯、2-甲基戊酸酯、3-甲基戊酸酯、4-甲基戊酸酯、3,3-二甲基丁酸酯、庚酸酯、2-甲基己酸酯、辛酸酯、2-乙基己酸酯、2-甲基庚酸酯、2-丙基庚酸酯、壬酸酯、癸酸酯、十一烷酸酯、十二烷酸酯、苯甲酸酯、苯乙酸酯或甲基苯甲酸酯。
在上文中所披露的本发明工艺的一个实施例中，呈其游离羧酸形式(即，呈其酸形式)的羧酸酯离子在环境压力下沸点等于或小于300℃，并且呈其游离胺形式的铵离子在环境压力下沸点等于或小于300℃。
在上文中所披露的本发明工艺的一个实施例中，所述工艺是周期注蒸汽(cyclicsteam stimulation，CSS)工艺，其中所述回收的重烃沿着与向下注入所述蒸汽组合物相同的井向上泵吸。
在上文中所披露的本发明工艺的另一实施例中，所述工艺是蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravity drainage，SAGD)工艺，并且经由第一井将蒸汽组合物注入地面中并经由第二井将从地面转移的重烃回收到地面上。
附图说明
图1提供实验中用于测定沥青萃取效率的容器的图示。
具体实施方式
在一个实施例中，本发明是一种用于生产重烃的方法。出于本申请案的目的，重烃包括浓稠或高粘度粗油和沥青。
可能难以生产重烃。这些烃极其粘滞，并且通常无法使用仅由地层压力(formation pressure)供能的油晶生产。一个降低地层中重烃粘度的方法是使地层充满蒸汽。蒸汽提高了地层中烃的温度，降低其粘度，使其向油井泄放或冲扫并得以生成。蒸汽也可以冷凝成水，水随后可以充当油乳液的低粘度载剂相，由此使重烃更易于生产。
在一个实施例中，本发明是一种使用油井回收重烃的方法。在这个实施例中，地层中的烃接触蒸汽与羧酸铵、羧酸一铵、羧酸二铵、羧酸三铵或其混合物的掺合物。本发明的羧酸铵化合物包含衍生自其游离胺的铵离子和衍生自羧酸(即，呈其游离酸形式)的羧酸酯离子。使用用于生产的相同井或其它用于将蒸汽引入地层中的井将蒸汽与热不稳定羧酸氨掺合物引入井下。无论如何，蒸汽冷凝并形成水相，所述水相可以帮助从矿物中释放重烃并将其运向生产井。
在另一实施例中，本发明是一种回收重烃、尤其沥青的方法，其中从含烃矿砂回收重烃。一种所述矿砂是富含沥青的矿砂，其通常称为油砂或焦油砂。
大量烃储量以油砂形式存在。存在于其中的类似沥青的玻璃状沥青通常比更为液态的地下烃更难以生产。油砂沥青在主要生产中不流出地面。可以在露天开采坑开采这种矿砂，在地面上的巨大容器中，至少使用温水，有时使用蒸汽加热，使沥青与矿物非原位分离。或者可以使用蒸汽对矿砂进行原位加热，并且沥青与地层基质分离，同时仍与冷凝自蒸汽的水一同处于地下。
不同于常规重粗油，油砂中的沥青不是连续的，而是呈与粉砂或包覆水湿砂的个别颗粒的囊状物紧密混合的分散小块形式。这些含沥青的烃甚至比常规重粗油粘滞得多，并且典型地，存在于地层中的含沥青的烃甚至更少-即使丰富的油砂矿砂也仅含10％到15％烃。
一种回收这种沥青的方法是：清除土质覆盖层，从露天采矿坑向上铲出矿砂，并且随后在一系列艰难的分离步骤中，使用热水非原位洗掉砂和粉砂。
一种更为新近的工艺使用钻凿到较深油砂层中的水平井对使烃从砂中原位分离。将高压500℃干蒸汽注入上部(注入器)井中，所述井纵向贯穿油砂矿藏的上部。蒸汽冷凝，释放其潜热和显热，所述热量使注入器井附近的沥青熔化并流化。在现约130到约230℃的油和水泄放时，干蒸汽室形成于泄放区上方。
这种烃生产方法的一个缺点是：新的蒸汽以及其可能包含的任何添加剂可能必须移动较长距离，穿过这种多孔砂和粘土以到达干蒸汽室与油和水泄放开始区域之间的进行介面(生产工作线)。这种工艺称为蒸汽辅助重力泄油并且通常由其首字母缩写“SAGD”所指代。
不同于常规蒸汽驱动，蒸汽压力并非主要用于将油推向生产器井；实际上，蒸汽潜热用于降低沥青的粘度，以使其通过重力与冷凝自蒸汽的水一起泄放到下部生产器井。因为在约150℃生产温度下，纯水的粘滞性比纯沥青约低300倍，并且典型地，水-湿地层不会对水流产生疏水性阻碍，所以水比熔化的沥青更快地泄过地层。
在典型的SAGD启动中，水是第一个离开地面的物体。产物流体中烃的浓度随时间的推移而提高，直到最后油浓度稳定在约所生成流体的25％到35％。因此，限制性“蒸汽/油比”或SOR为约2到3。
不论地下流体的条件如何，到达地面上第一阶段分离器的可能不是两种主体相，即，油基乳液和水基乳液。相反，主要乳液通常是水包油。这种乳液典型地运载其可以运载的最多沥青而不转换状态或反相成油包水乳液。
在随后的实践中，SOR且因此油生产率相比于热通量(即，经由蒸汽向油转移热量)可能更受流体通量(亦即，经由水流向油转移运动)的限制。随后，提高由水运载的油的分率相对于相同蒸汽产生更多油，并且因此非常合乎需要。
本发明方法的两个优点是：使用羧酸铵可以同时提高重烃分散于水中(并且因此由水运载)的效率和效力。提高效率使得蒸汽要求降低，其导致能量成本降低。在一些领域中，重原油的回收成本是：将1/3所生产的油用于产生蒸汽。在本领域中，需要降低蒸汽要求，由此减少使用所回收的烃或所购买的呈天然气形式的能量来生产重烃。提高效力促成从地层回收沥青的较高总回收率。较少油被废弃于地面中。这提高了生产油所投入的固定资金的回流。
典型地，用于SAGD的添加剂在SAGD操作条件下具有挥发性，因此所述添加剂可以与蒸汽一同移动到蒸汽室边缘，在所述边缘处添加剂可以与沥青相互作用。这种挥发性限制因素将添加剂的选择限制在非离子化学物质，因为离子化学物质通常是固体且不具挥发性，并且因此将不会与蒸汽一同转移到蒸汽室边缘。
本发明中的改良之处为羧酸铵的使用，在羧酸铵中，游离羧酸具有相对挥发性并且氨或游离胺也具有相对挥发性。羧酸铵是热不稳定的，并且在加热时将可逆地分解成游离氨或胺以及游离羧酸。不受任何特定理论约束，我们认为：当注入注入器井中时，非挥发性羧酸铵将分解形成挥发性氨/胺和挥发性羧酸，所述挥发性氨/胺和挥发性羧酸将一同转移到蒸汽室边缘。一旦到达蒸汽室边缘，氨/胺和羧酸将可逆地重组，从而在蒸汽室边缘可逆地形成阴离子表面活性剂。相比于典型非离子表面活性剂，阴离子表面活性剂的优点在于：其具有较高疏水-亲油平衡(hydrophobic-lipophilic balance，HLB)，所述平衡促进了水包油乳液的形成，相比于倾向于由挥发性非离子表面活性剂形成的油包水乳液，所述水包油乳液是优选的。一些非离子表面活性剂，如二醇醚，也倾向于在较高温度下通过到达其浊点(cloud-point)而从溶液中沉淀。
羧酸铵一旦呈盐形式并在蒸汽室边缘溶解于冷凝水中，即可以与地下水中天然存在的盐，如氯化钠进行交换。所得羧酸钠也将充当良好表面活性剂，并且有助于水包油乳液的形成。
在本发明工艺的另一实施例中，从羧酸铵中释放的氨或胺可以与沥青中的环烷酸相互作用以形成表面活性剂。
本发明的工艺需要将蒸汽组合物通过井注入含有沥青的地下位置中。地下位置宜在油砂矿藏中或接近于油砂矿藏。油砂也称为焦油砂或沥青砂。油砂是松散的砂，或含有砂、粘土与水的混合物的部分固结的沙岩，其包括沥青。加拿大、哈萨克斯坦和俄罗斯都含有大量的油砂矿藏。本发明的工艺通过将蒸汽组合物注入地下油砂矿藏中以提高沥青的流动性，由此使沥青能够从油砂组分泄出并且最终通过泵吸到地面上进行回收，从而从处于地下位置中的油砂的其它组分中萃取沥青。本发明的工艺首次避免了如露天采矿工艺中所需，必须从地下移出油砂，以便从移出的油砂中萃取沥青。相反，本发明从油砂原位，即在油砂的地下位置中萃取沥青。
本发明的蒸汽组合物包含蒸汽和羧酸铵。所述组合物宜在足以提供150℃或更高、优选180℃或更高温度并且同时宜为300℃或更低、优选260℃或更低温度的蒸汽组合物的温度和压力下注入。
蒸汽组合物中的蒸汽可以是过热蒸汽、饱和蒸汽、小于100％质量的蒸汽或其任何组合。“过热蒸汽”是温度超过水的蒸气-液体平衡点的蒸汽。“饱和蒸汽”与100％质量的蒸汽同义。蒸汽的质量是蒸汽中液态水相的存在量的特征。100％质量的蒸汽中存在0％的液相水。“小于100％质量的蒸汽”中存在液态水。作为小于100％质量的蒸汽的蒸汽组合物可以包括通过一起馈送蒸汽馈料和液相水馈料(如例如本文实例1-5中所述进行)所得到的组合物。
在本发明最广泛的范围内，羧酸铵并非限于组合物，其优选是羧酸铵、羧酸一铵、羧酸二铵、羧酸三铵或其混合物。一般来说，羧酸铵具有以下化学式：
其中L表示亚甲基；烷基醚基，优选-CH2CH2O-、-CHMeCH2O-或-CH2CHMeO-；芳基；芳氧基，优选-C6H4O-；烷基芳基，优选-CH2C6H4-；或烷基芳氧基，优选-CH2C6H4O-；任选地，L基可以被烷基、支链烷基或如羟基、乙酰氧基、烷基醚或卤基的含有杂原子的基团取代，
R1是氢或直链或支链烷基，所述直链或支链烷基的主链长等于或大于1个碳并且等于或小于15个碳，优选等于或大于3个碳并且等于或小于15个碳，并且
R2、R3和R4独立地是氢、直链烷基或支链烷基，优选是具有1到12个碳的直链烷基或具有3到12个碳的支链烷基。
适用于L的优选被取代的亚甲基是-CHMe-、-CMe2-、-CHEt-、-CHPr-或-CH(OH)-。
对于L优选的烷基醚基是亚乙基氧基或亚丙基氧基，其中氧直接附接到R1。
适用于L的优选芳基是被取代的或未被取代的亚苯基。
优选的芳氧基是-C6H4O-，其中氧直接附接到R1。
优选的烷基芳基是-CH2C6H4-或-CH2CH2C6H4-，其中芳基直接附接到R1。
优选的烷基芳氧基是-CH2C6H4O-或-CH2CH2C6H4O-，其中氧直接附接到R1。
适于R1的优选直链烷基是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基或十一基。
适于R1的优选支链烷基是-CHMe2、-CHMeEt、-CH2CHMe2或-CMe3。
适于R2、R3和R4的优选直链烷基是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一基或十二基。
适于R2、R3和R4的优选支链烷基是异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、2-甲基丁基、1-乙基丙基或1,2-二甲基丙基。
优选的铵离子是(但不限于)铵(NH4 +)、甲基铵、二甲基铵、三甲基铵、乙基铵、二乙基铵、三乙基铵、甲基乙基铵、二甲基乙基铵、二乙基甲基铵、丙基铵、二丙基铵、三丙基铵、丁基铵、二丁基铵、三丁基铵、戊基铵、二戊基铵、己基铵、二己基铵、庚基铵、辛基铵、壬基铵、癸基铵、十一基铵、1,1-二甲基-2-羟基-乙基铵或十二基铵。
当使用胺盐时，游离胺在环境压力下沸点应等于或小于300℃，优选等于或小于200℃。
优选的羧酸酯衍生自(但不限于)以下游离酸：乙酸、丙酸、丁酸、2-甲基丙酸、戊酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、2,2-二甲基丙酸、己酸、2-甲基戊酸、3-甲基戊酸、4-甲基戊酸、3,3-二甲基丁酸、庚酸、2-甲基己酸、辛酸、2-乙基己酸、2-甲基庚酸、2-丙基戊酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、苯甲酸、苯乙酸或甲基苯甲酸。
羧酸的主链长(具有尾随于羧酸盐头基后的最多数目的碳原子的脂肪链)应为至少1个碳，优选3个碳，更优选地5个碳。羧酸的主链长(具有尾随于羧酸盐头基后的最多数目的碳原子的脂肪链)优选等于或小于12个碳，更优选地等于或小于11个碳，更优选地等于或小于10个碳，并且更优选地等于或小于9个碳。
优选地，游离羧酸(即，呈酸形式)在环境压力下的沸点等于或小于300℃，优选等于或小于275℃。
优选的羧酸酯离子是(但不限于)乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯、2-甲基丙酸酯、戊酸酯、2-甲基丁酸酯、3-甲基丁酸酯、2,2-二甲基丙酸酯、己酸酯、2-甲基戊酸酯、3-甲基戊酸酯、4-甲基戊酸酯、3,3-二甲基丁酸酯、庚酸酯、2-甲基己酸酯、辛酸酯、2-乙基己酸酯、2-甲基庚酸酯、2-丙基庚酸酯、壬酸酯、癸酸酯、十一烷酸酯、十二烷酸酯、苯甲酸酯、苯乙酸酯或甲基苯甲酸酯。
蒸汽组合物可以含有一种羧酸铵或多于一种羧酸铵的混合物。
相比于单独蒸汽，蒸汽组合物中实现沥青萃取的改良所需的羧酸铵的量惊人地低。蒸汽组合物可以含有少到0.005重量％(wt％)的羧酸铵，并且相比于在相同工艺中使用单独蒸汽，仍显示沥青萃取中的改良，优选地，蒸汽组合物含有0.05wt％或更高、更优选地0.1wt％或更高、更优选地0.2wt％或更高、更优选地0.3wt％或更高、更优选地0.4wt％或更高、或更优选地0.5wt％或更高的羧酸铵。蒸汽组合物可以含有25wt％或更低、优选20wt％或更低、更优选地15wt％或更低、更优选地10wt％或更低、更优选地5wt％、并且更优选地1wt％或更低的羧酸铵。过量的羧酸铵会使所述工艺的成本提高，因此从成本的观点看，较低浓度的羧酸铵是合乎需要的。羧酸铵的wt％是以蒸汽和亚烷基二醇醚的总组合重量计。
蒸汽组合物宜不含二醇醚胺。一般来说，本发明的工艺宜不含二醇醚胺作为萃取助剂。当将蒸汽组合物注入地下位置中时，蒸汽组合物可以不含烃。本发明的工艺可以不包括通过任何方式(无论是以蒸汽组合物形式还是以其它方式)将烃注入井中。在本发明中，不必使用烃。
在最广泛的范围内，本发明与如何形成蒸汽组合物无关。举例来说，可以将羧酸铵的水溶液煮沸以产生蒸汽组合物；可以将羧酸铵或其任何组合(纯形式或水溶液形式)引入蒸汽中。
在将蒸汽组合物注入含有重烃、例如沥青的地下位置中后，所述工艺进一步包括从地下位置将重烃，即沥青萃取到地面上。蒸汽组合物用于使沥青变得可流动，从而使其能从地下泵吸到地面上。本发明的工艺可以采取以下形式：周期注蒸汽(cyclic steamstimulation，CSS)工艺，其中沥青沿着与注入蒸汽组合物相同的井向上泵吸；蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravity drainage，SAGD)，其中沿第二井(或生产井)向上泵吸沥青而不是沿第一井(或注入井)将蒸汽组合物向下注入地面中所穿过的井；或可设想的CSS和SAGD型工艺两者的组合。
实例
油砂样品获自Syncrude Canada Ltd.并且含有11％到12.6％之间的油。在每项实验之前测量每种油砂样品的初始含油量。如图1所示，使用以下进行蒸汽浸泡实验：位于Parr反应器10中的含有压缩油砂的悬挂物13/14网状吊桶30，所述Parr反应器10位于加热套20上。用于这些实验的所有吊桶都用841微米网孔、52mm(2.05英寸)高度D以及35mm(1.38英寸)直径E制作。Parr反应器具有位于蒸气空间内的压力表12和热电耦11以监测反应器条件；以及连接到分液罐(knock-out pot)的爆破片。在反应器与加热套21之间也存在热电耦以测量加热套表面温度。温度控制器(图式中未显示)可用于控制来自任一热电耦的系统温度(蒸气或加热套表面)。在所有实验期间，使用西门子(Siemens)控制系统记录Parr反应器蒸气温度、加热套温度以及蒸汽压力。温度控制器使用188℃蒸气温度设定点来控制加热套。针对所有活动，Parr反应器装载有容纳150mL含添加剂或不含添加剂的去离子(DI)水16的不锈钢套筒15。
在用于实验之前，使油砂批料均匀化(去除与砂混合的大块石头)以确保实验之间的一致性。使用英斯特朗(Instron)机器5543以235lbf对悬挂吊桶内的油砂进行机械压缩达30分钟。一旦反应器和油砂吊桶装配并关闭，即用氮气吹扫系统数分钟，随后开始加热程序。在到达188℃时(预热时间为约1小时)，当达到190到195psig最大压力时，再加热反应器3小时并且随后历时整夜使其冷却。稳定状态压力介于150到165psig之间。
制备溶液以开始实验.
针对蒸汽浸泡实验，将水与添加剂混合，并且以如下量将其添加到不锈钢套筒插件中：
-水基线试验：150mL去离子(DI)水，无添加剂
-2.5wt.％添加剂实验：150mL含有3.75g添加剂的去离子水
应注意，添加剂重量分率相对于所存在水的质量(而非总溶液质量)来报导。
样品收集程序.
在反应器冷却之后，放下加热套，并且移出并打开Parr反应器。在打开反应器之后，将悬挂的油砂吊桶放入铝盘中并且放入110℃烘箱中达2小时以从吊桶中蒸干水分。随后将干燥吊桶放入干燥器中达30min以使其冷却到室温，接着使其均匀化以去除任何砂块。这种砂称为“废砂样品”并且经由甲苯萃取(使用15g废砂于100mL甲苯中)分析其剩余含油量。废砂样品显示砂床中的剩余油量，并且用于计算从砂中萃取的油量。
砂分析程序.
在分析废砂样品之前，将其放入罩中达1hr以从样品中蒸发任何痕量水。然后，将砂样品放入110℃烘箱中达2小时以蒸发任何额外水。随后在干燥器中历时整夜使样品冷却。随后使干燥砂均匀化。将100mL甲苯添加到15g所制备的废砂样品中，并且将样品放入振荡器中在400rpm下持续30min。每种油/甲苯样品收集两小瓶等分试样(约2mL)。然后，记录空铝盘的质量。用移液管将甲苯/油样品从两个小瓶中转移到铝称量盘中。立即称量铝盘以(在过多甲苯蒸发之前)获得初始样品的重量。随后将铝盘放入罩中以历时至少1小时使甲苯从样品中蒸发。在所有可见液态甲苯蒸发之后，将铝盘放入80℃烘箱中达整夜。称量干燥样品以确定用于计算所生产的油量的废砂中的油量。
在以下实例和比较实例中，氢氧化铵作为28到30wt％溶液于水中获得自SigmaAldrich，并且将其稀释到0.66wt％于水中以用于蒸汽-浸泡实验。
己酸、辛酸和癸酸获自Sigma Aldrich，并且将其稀释到2.5wt％以用于蒸汽-浸泡实验。
癸酸铵获自ChemService，并且将其稀释到2.5wt％以用于蒸汽-浸泡实验。
如下合成己酸铵和辛酸铵，并且分别将其稀释到1.75wt％和1.25wt％于水中以用于蒸汽-浸泡实验。
制备己酸铵.
向4盎司玻璃缸中添加己酸(23.2g，0.200mol)、去离子水(3.3g)和搅拌棒。在剧烈搅拌下历时数分钟逐滴添加氢氧化铵(11.5g的29.6％，3.40g氨，0.2摩尔氨)，获得热水溶液。搅拌反应混合物一小时并使其冷却。这产生70％己酸铵于水中的水溶液。
制备辛酸铵.
向4盎司玻璃缸中添加辛酸(28.8g，0.200mol)、去离子水(24.1g)和搅拌棒。在剧烈搅拌下历时数分钟逐滴添加氢氧化铵(11.5g的29.6％，3.40g氨，0.2摩尔氨)。形成需要用刮刀进行手动搅拌的浓稠粘滞块状物。随后使反应混合物冷却。这产生50％辛酸铵于水中的含水混合物。
表1
实例 添加剂 油回收率，％
比较实例A 无添加剂 11.7
比较实例B 0.66wt％氢氧化铵 19.3
比较实例C 2.5wt％己酸 7.6
比较实例D 2.5wt％辛酸 19.8
比较实例E 2.5wt％癸酸 33.6
实例1 1.75wt％己酸铵 15.8
实例2 1.25％wt％辛酸铵 37.0
实例3 2.5wt％癸酸铵 57.6
结果显示：使用羧酸铵盐所获得的油回收率大于通过类似游离羧酸或单独氢氧化铵所获得的油回收率。

Claims (7)

1.一种工艺，所述工艺包含：
(a)将蒸汽组合物注入含有重烃的地下位置中，所述蒸汽组合物包含
(i)蒸汽
和
(ii)羧酸铵，其具有以下化学式：
其中L表示亚甲基、烷基醚基、芳基、芳氧基、烷基芳基或烷基芳氧基，所述基团中的任一种任选地被烷基、支链烷基或含有杂原子的基团取代，
R1是氢或直链或支链烷基，所述直链或支链烷基的主链长等于或大于1个碳并且等于或小于15个碳，并且
R2、R3和R4独立地是氢、直链烷基或支链烷基
以及
(b)从所述地下位置将所述重烃回收到地面上。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征进一步在于，以羧酸铵与蒸汽的组合重量计，所述羧酸铵的存在浓度是0.005重量％或更高以及25重量％或更低。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述羧酸铵选自以下铵离子(i)中的一个或多个与以下羧酸酯离子(ii)中的一个或多个的组合：
(i)铵(NH4 +)、甲基铵、二甲基铵、三甲基铵、乙基铵、二乙基铵、三乙基铵、甲基乙基铵、二甲基乙基铵、二乙基甲基铵、丙基铵、二丙基铵、三丙基铵、丁基铵、二丁基铵、三丁基铵、戊基铵、二戊基铵、己基铵、二己基铵、庚基铵、辛基铵、壬基铵、癸基铵、十一基铵、1,1-二甲基-2-羟基-乙基铵或十二基铵
以及
(ii)乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯、2-甲基丙酸酯、戊酸酯、2-甲基丁酸酯、3-甲基丁酸酯、2,2-二甲基丙酸酯、己酸酯、2-甲基戊酸酯、3-甲基戊酸酯、4-甲基戊酸酯、3,3-二甲基丁酸酯、庚酸酯、2-甲基己酸酯、辛酸酯、2-乙基己酸酯、2-甲基庚酸酯、2-丙基庚酸酯、壬酸酯、癸酸酯、十一烷酸酯、十二烷酸酯、苯甲酸酯、苯乙酸酯或甲基苯甲酸酯。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中呈其游离羧酸形式(即，呈其酸形式)的所述羧酸酯离子在环境压力下沸点等于或小于300℃，并且呈其游离胺形式的所述铵离子在环境压力下沸点等于或小于300℃。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中所述工艺是周期注蒸汽(cyclic steamstimulation，CSS)工艺，其中所述回收的重烃沿着与向下注入所述蒸汽组合物相同的井向上泵吸。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中所述工艺是蒸汽辅助重力泄油(steam assistedgravity drainage，SAGD)工艺，并且经由第一井将所述蒸汽组合物注入所述地面中并经由第二井将从所述地面转移的所述重烃回收到地面上。
7.根据任何前述权利要求1所述的工艺，其中所述重烃是沥青。
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