CN114555754A - 用于提高石油采收率的发泡制剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特别可用于EOR操作并且尤其可用于SAGD技术的发泡组合物，该发泡组合物在水性介质M中包含：‑至少一种α‑烯烃磺酸盐(AOS)；‑至少一种烷基芳基磺酸盐，优选烷基苯磺酸盐(ABS)；以及‑优选AGES或烷基醚羧酸盐。
Description
技术领域
本发明涉及从地下地层采收原油，更具体而言，本发明涉及实施在高温下、典型地在水蒸汽存在下(特别是用于形成蒸汽泡沫)使用的发泡制剂的采油技术，特别是用于重油的提取。
背景技术
在从油气藏(储油层，诸如岩层)提取石油的过程中，根据称为“一次开采”的第一步，石油典型地由储层内自然存在的超压驱出生产井。这种一次开采仅使得能够获取储层中含有的少量石油，典型地最多约为10％至15％，然后当储层的压力变得不足以驱出仍然存在的石油时，随后进行称为“二次开采”的开采步骤。
在某些情况下，待提取的原油具有如此高的粘度，以至于不能进行一次开采步骤。在这种非常规情况下，使用允许提取的更独特的生产方法。这些方法通常涉及提高原油的温度，这使得可以降低原油的粘度并允许其流动。本发明涉及尤其可在这种背景下使用的发泡组合物，特别是用于提取重油，即典型地API密度为22°API或更低且粘度大于100cp的原油。
泡沫或发泡组合物的使用最通常旨在使地下地层的驱扫最大化，特别是为了进入被非发泡组合物少量驱扫到(如果能被驱扫到)的最不可进入的区域。
发明内容
本发明特别涉及属于通常称为“提高石油采收率”(EOR)(或“提高油气采收率”(EHR))技术的方法。
在EOR的背景下，在高温下使用的发泡组合物可例如用于蒸汽泡沫方法中。
根据另一特定实施例，可在高温下使用的发泡组合物可用于称为“蒸汽辅助重力泄油”(SAGD)的蒸汽提取技术中。在这些蒸汽提取方法(为了简洁起见，在本文的其余部分也用“SAGD”表示)中，待提取的烃在蒸汽注入的作用下流化，然后例如通过泵送除去流化的石油和由蒸汽冷凝形成的水的混合物。通常，蒸汽提取(SAGD)实施两个平行的水平井，即用于泵送烃的第一提取井以及在该提取井上方几米的第二蒸汽注入井。在上部井中循环的蒸汽对烃进行加热，烃变得更具流动性之后，通过重力与冷凝水一起流入位于下方的提取井，从那里将它们从地下地层中泵出。
更一般而言，特别在目的是提取重油的情况下，也可以在循环蒸汽增产(CSS)方法(其更通常称为“吞吐(huff and puff)”方法)中实施EOR泡沫的使用，其中使用同一井进行注入和生产。根据这种方法，将蒸汽注入井中数周，然后提取加热的石油(通常通过泵送)，然后重复这种加热之后再提取的循环。
本发明的目的是提供适用于特别在蒸汽泡沫方法中提高原油采收率的用途的发泡组合物，尤其是用于进行蒸汽提取(SAGD)。
为此，根据本发明提出的特定发泡组合物基于特定表面活性剂的混合物，本发明人现在已经证明，该表面活性剂的混合物使得以下成为可能：
-包括在高温下形成稳定的泡沫，该高温特别是高于150℃，优选在200℃和300℃之间，特别是在200℃和250℃之间，典型地约为220℃，其对应于特别适用于蒸汽提取工艺(SADG)的温度范围。
-引起待提取的原油和水(特别是引入的水，通常至少部分是由蒸汽产生的冷凝水以及天然存在于要从中提取原油的地下地层中的地层水)之间的界面张力(IFT)显著降低。
更具体而言，根据第一方面，本发明涉及适合作为发泡组合物并且特别可用于SAGD技术的组合物C，该组合物C在水性介质M中包含：
-至少一种第一阴离子表面活性剂，该第一阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐(AOS)；以及
-至少一种第二阴离子表面活性剂，该第二阴离子表面活性剂为烷基芳基磺酸盐，优选烷基苯磺酸盐(称为ABS)。
用于本发明的组合物的α-烯烃磺酸盐典型地是C12至C28的α-烯烃磺酸盐。
此外，在本发明的组合物中使用的烷基芳基磺酸盐中，特别是在烷基苯磺酸盐(ABS)中，烷基优选含有至少12个碳原子，例如12至24个碳原子。
根据有利的实施例，特别是在地下地层含有盐的几乎系统的情况下，组合物C还可以有利地含有至少一种第三表面活性剂，其是烷基甘油醚磺酸盐(AGES)或烷基醚羧酸盐。
事实证明，AGES或烷基醚羧酸盐的存在特别有利于在盐的存在下将所述组合物的表面活性剂保持在溶液中。根据一个实施例，组合物C包含至少一种附加的AGES。根据与前述实施例兼容的另一实施例，组合物C包含至少一种附加的烷基醚羧酸盐。
当存在时，AGES可以是例如根据US3024273或US2989547中公开的方法获得的化合物。
根据本发明可使用的AGES优选对应于以下通式(I)：
R-O-[-CH2-CH(-CH3)-o-]n-[-CH2-CH2-O-]p-CH2CH(OH)-CH2-SO3Y (I)
其中：
-R代表典型地具有3至18个碳原子的直链或支化的烷基链或烯基链；
-n是在0至15、优选0至3范围的数，任选为零；
-p是在0至20、优选5至15范围优选非零的数；
-Y是优选选自由钠、钾、铵、钙和镁组成的组的阳离子。
根据本发明的有利实施例，p在0和3之间(典型地，p＝0)，并且n大于或等于5。
本发明的特定发泡组合物使得可以形成稳定的泡沫(包括在高温下，特别是在上述范围内)，这使其特别适用于SAGD型方法中的蒸汽注入。
此处提及的泡沫稳定性可以特别地通过在存在或不存在烃(典型地，用作模型烃的十二烷，或原油)的情况下通过气体(典型地，用作模型气体的氮气)使泡沫膨胀形成的泡沫的半衰期来测量，当泡沫稳定时，这个半衰期会更长。
该半衰期典型地通过以下方式测量：在圆筒状容器中形成泡沫，其中在液体上方形成的泡沫的高度然后达到初始高度h；然后允许泡沫演变，半衰期时间对应于液体上方的泡沫高度从值h变化到该值的一半(即h/2)的时间。
本发明的组合物具有另一个优点，即这些组合物引起烃和水之间的界面张力(IFT)的显著降低。当将本发明的组合物C用于SAGD型方法时，这种特性是极其有利的。实际上，用于形成蒸汽泡沫的表面活性剂最终与待提取的原油接触。此时这些表面活性剂提供的IFT降低使水/烃混合物形式的石油的提取得以改进。
根据另一方面，本发明涉及一种用于提高来自地下地层的石油采收率的方法，该方法包括以下步骤：
-通过至少一个注入井将上述类型的组合物C注入所述地下地层中，所述组合物在所述地下地层内存在气体(CO2、氮气、水蒸汽或烃气体，更优选水蒸汽)；
-通过至少一个生产井回收对离开所述地下地层的石油进行输送的流体。
在本发明方法的背景下，组合物C最常用于形成高温泡沫，即在高于150℃的温度下，且最常保持在300℃以下，例如在200℃和250℃之间。可以根据各种方法使得组合物C和高温气体(最常用的是水蒸汽，通常与例如氮气(优选)、CO2或烃气体的不可冷凝气体混合)在地下地层中共同存在，从而能够形成泡沫，这些方法特别包括：
-通过所述气体使组合物C膨胀而预先形成泡沫，并将该泡沫注入所述地下地层中；或者
-将非泡沫形式的组合物C和气体共同注入所述地下地层；或者
-将组合物C注入所述地下地层，随后将气体注入所述地下地层，然后使所述气体与组合物C接触；或者
-将组合物C注入预先含有气体(例如，被预先注入地层)的地下地层。
根据一个特定实施例，所述方法包括：共同注入水蒸汽、不可冷凝气体以及最初为非泡沫形式的组合物C。
根据一个特别令人关注的实施例，本发明的方法是SAGD型方法。因此，根据一个特定实施例，本发明的方法包括以下步骤：
-通过至少一个注入井(所述注入井优选至少部分地经过水平钻探)注入温度大于或等于150℃(典型地，在200℃和250℃之间)的水蒸汽、特别是上述类型的不可冷凝气体以及上述类型的组合物C，从而由于温度升高而在所述注入井附近获得石油的流化；然后
-典型地由通过至少一个生产井(优选水平钻探区位于井筒的全部或部分上述水平部分下方的井)的泵送来回收流体，该流体包含通过水蒸汽的注入而流化的石油的至少一部分、至少部分地由所述蒸汽冷凝产生的水以及典型地，组合物C中的表面活性剂的至少一部分。
具体实施方式
以下更详细地描述本发明的不同方面和可能的实施例。
磺酸盐型表面活性剂
根据本发明的组合物C典型地包含：(i)至少一种AOS型(α-烯烃硫酸盐)表面活性剂；以及(ii)至少一种烷基芳基磺酸盐型表面活性剂，其优选为ABS烷基苯磺酸盐。优选地，根据本发明而有用的组合物C包含至少一种AOS和至少一种ABS的混合物，优选具有本说明书中的上述优选特征。
在根据本发明的组合物中，组合物C中的总AOS含量优选在按质量计0.01％和0.8％之间(该浓度对应于组合物C中存在的AOS总量与组合物C的总质量的相对值)。
此外，在根据本发明的组合物中，烷基芳基磺酸盐(典型地，ABS)在组合物C中的总含量优选在按质量计001％和08％之间(同样地，该浓度对应于组合物C中存在的ABS的总量与组合物C的总质量的相对值)。
还优选组合物C中α-烯烃硫酸盐和烷基芳基磺酸盐的总含量(典型地，AOS和ABS的总含量)在按质量计003％和1％之间(在此，再一次，该浓度对应于组合物C中存在的AOS和ABS的总量与组合物C的总质量的相对值)。
根据有利的实施例，可以使用包含以下组分的组合物C：
-作为α-烯烃磺酸盐：C20至C28的AOS(具有所谓“长”链的AOS)
-作为α-烯烃磺酸盐：烷基链为C12至C18的ABS(具有所谓“短”链的ABS)
在这种情况下，AOS/ABS质量比优选在50∶50和80∶20之间。
根据另一有利的实施例，可以使用包含以下组分的组合物C：
-作为AOS：C12至C16(例如C14至C16)的AOS(具有所谓“短”链的AOS)
-作为烷基芳基磺酸盐：烷基链为C20至C24的ABS(具有所谓“长”链的ABS)
在这种情况下，AOS/ABS质量比优选在20∶80和50∶50之间。
当在根据本发明的组合物C中存在AGES的情况下，通常优选组合物C中AGES的总含量在按质量计0.01％和02％之间，例如在按质量计0.05％和0.15％之间(在此，再一次，该浓度对应于组合物C中存在的AGES的总量与组合物C的总质量的相对值)。此外，AGES/(AOS+ABS)质量比优选在10％和25％之间。
当使用烷基醚羧酸盐时，其用量优选与上述AGES相同。
总的来说，组合物C中表面活性剂的总含量优选在按质量计0.05％和1％之间，例如约为按质量计0.5％(在此，再一次，该浓度对应于组合物C中存在的表面活性剂的总量与组合物C的总质量的相对值)。
下面给出的示例说明了本发明的非限制性实施例及其一些优点。
示例
作为说明，制备根据本发明的组合物(C1)，其在盐水(具有总溶解盐TDS＝1g/L的包含盐的水)中包含：
-0.38％的C20至C24的ABS；
-0.17％的C14至C16的AOS；
-0.09％的C12的AGES，其包含15EO
上述百分比对应于组合物中活性成分的最终含量。
用组合物(C1)获得的泡沫的稳定性通过共注入氮气和水蒸汽并通过观察泡沫随时间的演变来测量。在200℃下，测量泡沫的半衰期(对应于所形成的泡沫体积减少一半的时间)，并求出等于42分钟。在较高的温度下，半衰期保持相对较长：约为15分钟。
此外，组合物(C1)造成非常低的IFT界面张力：作为说明，组合物(C1)在存在原油的情况下进行测试(根据“旋滴”法)。在35℃下，根据所使用的原油，测得的IFT值在0.03mN/m和0.008mN/m之间。在更高的温度下，这种特性得以保留，测得的IFT值在0.2和0.6mN/m之间。
例如，用组合物(C2)和(C3)获得类似的结果，所述组合物(C2)和(C3)分别包含：
对于(C2)：
-0.25％的XOF-30A ABS；
-0.17％的Rhodacal A246L型AOS；以及
-009％的Rhodapex L15GS型AGES
-分别包含：
对于(C3)：
-0.13％的C18的ABS；
-0.29％的C20至C28的AOS；以及
-0.09％的Rhodapex L15GS型AGES
Claims (16)
1.一种适合作为发泡组合物的组合物，该组合物在水性介质M中包含：
-至少一种第一阴离子表面活性剂，该第一阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐(AOS)；以及
-至少一种第二阴离子表面活性剂，该第二阴离子表面活性剂为烷基芳基磺酸盐，优选烷基苯磺酸盐(ABS)。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述第一阴离子表面活性剂是C12至C28的α-烯烃的磺酸盐。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中α-烯烃磺酸盐(AOS)在组合物C中的总含量为按重量计001％至08％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中所述第二阴离子表面活性剂是烷基芳基磺酸盐，例如烷基苯磺酸盐，其优选包含至少12个碳原子，例如12至24个碳原子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中烷基芳基磺酸盐(典型地，ABS)在组合物C中的总含量为按质量计001％至08％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，α-烯烃磺酸盐和烷基芳基磺酸盐在组合物C中的总含量(典型地，AOS和ABS的总含量)为按质量计0.03％至1％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，还包含至少一种第三表面活性剂，该第三表面活性剂为烷基甘油醚磺酸盐(AGES)或烷基醚羧酸盐。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中，所述第三表面活性剂是烷基甘油醚磺酸盐，其优选对应于下面的通式(I)：
R-O-[-CH2-CH(-CH3)-O-]n-[-CH2-CH2-O-]p-CH2CH(OH)-CH2-SO3Y (I)
其中：
-R表示直链或支化的烷基链或烯基链
-n是在0至15范围的数，任选为零
-p在0至20范围的优选非零的数
-Y是优选选自由钠、钾、铵、钙和镁组成的组的阳离子。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中：
p在0和3之间，p优选为零；并且
n大于或等于5。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的组合物，其中组合物C中的总AGES含量为按质量计0.01％至0.2％，其中AGES/(AOS+ABS)重量比优选在10％和25％之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的组合物，其中表面活性剂在组合物C中的总含量为按质量计005％至1％。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，包含：
-作为α-烯烃磺酸盐：C20至C28的AOS
-作为α-烯烃磺酸盐：其中烷基链为C12至C18的ABS，其中AOS/ABS质量比优选在50∶50和80∶20之间。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的组合物，包含：
-作为α-烯烃磺酸盐：C12至C16的AOS
-作为α-烯烃磺酸盐：其中烷基链为C20至C24的ABS，其中AOS/ABS质量比优选在20∶80和50∶50之间。
14.一种提高来自地下地层的石油采收率的方法，该方法包括以下步骤：
-通过至少一个注入井将根据权利要求1至13中任一项所述的组合物注入所述地下地层中，所述组合物在所述地下地层内存在气体；
-通过至少一个生产井回收对离开所述地下地层的所述石油进行输送的流体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述组合物用于在高于150℃的温度下形成泡沫。
16.根据权利要求14或15所述的方法，包括以下步骤：
-通过至少一个注入井注入温度大于或等于150℃(典型地，在200℃和250℃之间)的水蒸汽、不可冷凝气体(例如氮气)以及根据权利要求1至13中任一项所述的组合物，从而由于温度升高而获得所述注入井附近的所述石油的流化；然后
-典型地由通过至少一个生产井的泵送来回收流体，该流体包含通过所述蒸汽的注入而流化的所述石油的至少一部分、至少部分地由所述蒸汽冷凝形成的水以及典型地，所述组合物中的所述表面活性剂的至少一部分。
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