DE2811666C3

DE2811666C3 - Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten

Info

Publication number: DE2811666C3
Application number: DE2811666A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dr. 3100 Celle Volz
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea International AG
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1981-09-10
Also published as: GB2017783B; DE2811666B2; CA1123186A; GB2017783A; FR2420020B1; ATA130179A; AT360463B; DE2811666A1; FR2420020A1; US4282930A

Description

Es ist bekannt, Erdöllagerstätten besser und schneller als durch Wasserfluten dadurch zu entölen, daß die Viskosität des Fiuiwassers durch Einlösen hochmolekularer Polymere auf ein Vielfaches erhöht wird. Es gibt nur wenige Polymere, die hierzu geeignet und wirtschaftlich einsetzbar sind. Diese Polymere erzeugen schon in geringer Konzentration eine starke Viskositätserhöhung und sind bei den Lagerstättenbedingungen beständig.

Folgende Hochpolymere sind bisher als geeignet befunden worden: Polyacrylamide, die insbesondere partiell hydrolysiert sind, Polysaccharide und :iuch Celluloseälher, insbesondere Hydroxyäthylcellulose.

Polyacrylamid': sind kmgkellige Polymere des Acrylamids mit der allgemeinen Formel

[-CH₂-CH(CONH-)-],,

bei η = etwa 50 000 oder mehr. Das Molekulargewicht beträgt drei bis zehn Millionen. Hei partiell hydrolysicrten Polyacrylamiden ist ein Teil der Amidgruppen — CONHj — durch eine Verseifungsreaktion in Carboxylgruppen — COO — übergeführt. Besonders günstig für das Polynierfltitcn sind Polyacrylamide, die zu 20 — 35%, maximal bis zu 60% hydrolysiert sind.

Diese partiell hydrolysierten Polyacr_\lamidc mit hohem Molekulargewicht (l--l(),IO^h) sind /war relativ billig. Die gewünschte Viskosilätscrhöhung bei kleinen Konzentralionen, etwa 0,3— lg/1 ist aber nur bei Lösungen in praktisch salzfreiem Wasser er/iclbar. Lösungen von 0,5 g/I partiell hydrolysierler Polyacrylamide in weißem Süßwasser bei Schcrgefüllen zwischen I und 10 s ', die repräsentativ für das Fließen in Lagerstätten sind, haben eine '<) bis 4()mal höhere Viskosität als Wasser.

Um diese Viskositätserhölumg in Salzwässern zu erzielen, benötigt man dagegen Konzentrationen von 1,5 bis 4 g/l tier gleichen Polymere, wobei bei hohem Anteil zweiwertiger Ionen an der Gesamtsalinitäl die Gefahr bestellt, dall das Polymer in Form wasserunlöslicher Salze gelullt wird.

Fin Ausfüllen von Polyam !amiden kann verhindert und damit eine Verringerung der Sal/einpliiidlichkeil erreicht weiden durch Verringerung des I lydrolysegia des unter I ">%. im F.\lrenilall bis /n einem Hydrolyseurad von 0 im Falle nichiionischer Produkte. Für die Viskositätserhöhung in Salzwassern werden aber weiterhin Konzentrationen von 1,5—4 g/l benötigt

Polysaccharide sind linear kondensierte Saccharide mit bis zu mehreren tausend ^Onosaccharideinheiten, die insbesondere ff: nie vorliegende Verwendung mittels Xanthomonas camprestris oder Fungus Sclerocium erzeugt werden. Das für die vorliegende Anwendung geeignete Molekulargewicht beträgt über 500 000 bis zu mehreren Millionen, vorzugsweise 1 Million und mehr.

Polysaccharide von hohem Molekulargewicht sind weniger salzempfindlich, aber teure· als Polyacrylamide und weniger viskositätsergiebig. Man benötigt Konzentrationen von etwa 0,75 g/l, um eine 10- bis 20-fache Erhöhung der Viskosität zu erzielen. Je m³ Polymerlösung sind etwa die dreifachen Kosten aufzubringen als für partiell hydrolysierte Polyacrylamide in Süßwasser.

Schließlich sind auch ν asserlösliche Celluloseether, insbesondere Hydroxyalkylcellulose mit niederen Alkylgruppen, wie Ci-4 insbesondere Hydroxyäthylcellulose für das Polymerfluten gemäß dem vorliegenden Verfahren geeignet. Das für die vorliegende Anwendung geeignete Molekulargewicht beträgt 300 000— 600 000 und mehr.

Hydroxyäthylcellulose ist ebenfalls wenig salzempfindlich, läßt sich aber, wie auch andere Cellulosederivate, nur mit begrenztem Molekulargewicht, < 500 000, herstellen. Zur gewünschten Viskositätserhöhung sind daher Konzentrationen von etwa 3 g/l nötig.

Die meisten Erdöllagerstätten führen hochsaline Salzwässer, die außer Alkalichloridcn auch erhebliche Konzentrationen an Erdalkalisalzen und wenn auch geringe Konzentrationen an für alle Polymere besonders schädlichen Borate, Sulfide und Eisenionen enthalten. Unter Umständen ist es nicht möglich, eines der genannten Polymere in solchen Wässern zu lösen ohne — in manchen Fällen erst nach einiger Zeit und/oder erhöhter Temperatur — Zersetzung oder Ausflocken des Polymers zu erhalten.

Es ist auch bekannt, und zwar speziell bei der Anwendung von Tensiden zur Erhöhung der Ölausbeutc, die Bedingungen in der Lagerstätte durch ein Vorfluten mit Wasser geeigneter Salinität für die anzuwendende Chemikalienlösung optimal zu gestalten. Es liegt also nahe, Süßwasser vorztifluten, um relativ billige Lösungen von partiell hydrolysiertem Polyacrylamid verwenden zu können. In Versuchen an Sandpakkungen hat sich gezeigt, daß bei homogener Packung und linearem Fließen etwa 25% des durchströmten Porenvolumens nötig sind, um die Salinilät des Wassers auf 1% des ursprünglichen Wertes zu reduzieren, wodurch die Schädigung des Polyacrylamids auf ein erträgliches Maß verringert wäre. An Lageistättenmodellen bei radialem Fluß und inhomogener Fließkapazität sind noch wesentlich größere Volumina zum Vorfluten nötig. Für die Feldanwcndiing bedeutet dies, daß einige Jahre lang mit Süßwasser vorgeflulet werden müßte und somit der Beginn des Polymerlhitens und damit der zusätzliche Ölgewinn hinausgezögert würde.

Man kann auch, ohne mit Süßwasser vor/iifluten, .salziinempfindliche Polymere, wie Polysaccharide, nicht oder max. bis zu I 5% hydrolysierte Polyacrylamide oder Hydioxyalhylcelliilose in Süßwasser gelöst in eine hochsaline Lagerstätte .nji/iereu. Die Viskosität nimmt bei Vermischung mit Salzwasser anders als bei in höherem Grade partiell hydrolysieren Polyacrylamiden lediglich der Verdünnung entsprechend ab. Diese Polymere erfahren, wenn übcrh;:upi, nur eine

Viskositatsschädigung durch Salzwasser. Wegen der hohen Kosten ist die Verwendung dieser Polymere für das gesamte Flutprojekt, meist Volumina von 20 bis 40% des zu erfassenden Porenvolumens, nicht sehr wirtschaftlich.

DE-AS 24 19 540 offenbart ein Verfahren zur Sekundärgewinnung von Erdöl in zwei Flutschritten. Es erfolgt zunächst ein Polymerfluten mit einem Biopolymerisat, das ebenfalls ein Polysaccharid sein kann, und sodann ein Micellarfluten als das eigentliche Verdrängungsfluten.

US-PS 37 07 187 beschreibt ein Flutverfahren, bei welchem partiell hydrolysiertes Polyacrylamid eingepreßt und anschließend mit einem Biopolymerisat sowie Wasser nachgeflutet wird.

US-PS 37 04 990 bezieht sich auf ein Erdölgewinnungsverfahren, wonach zunächst eine Polymerlösung in salzfreiem Wasser zur Mobiütätssteuerung, anschließend ein mit dem Erdöl mischbares Lösungsmittel und sodann Flutwasser eingepreßt wird.

Es wurde nun gemäß Patentanspruch 1 gefunden, daß man das Vorfluten mit Süßwasser durch ein recht geringes Volumen von salzunempfindlichen Polymeren in Süßwasser ersetzen kann, um eine nachgeflutete Lösung von partiell hydrolysiertem Polyacrylamid in Süßwasser vor der Schädigung durch das Lagerstätienwasser zu schützen.

Überraschend wird der Salzgehalt an der Front der salzunempfindlichen Polymerlösung so schnell auf minimale Werte reduziert, daß nur wenige Prozent des Porenvolumens an salzunenipfindlicher Polynierlösung nötig sind, um die gleiche Verringerung des Salzgehaltes zu erhalten wie mit großen Volumina von Süßwasser. Bei Versuchen an Lagerstättenmodellen konnte dieser Flfekt voll bestätigt werden. Neben Polysaccharidlösungen kann dieser Effekt mit Lösungen anderer salzunempfindlicher Polymere in Süßwasser erzielt werden wie mit Hydroxyalkyläthcrn der Cellulose, insbesondere mit liydroxyäthylcellulos.e oder nicht oder nur minimal hydrolysiertem Polyacrylamid. Die notwendigen Konzentrationen an den letztgenannten Polymeren sind jedoch zum Teil größer und die Kosten daher höher.

Das Volumen der injizierten Lösung des salzimenipfindlichen Polymers beträgt 5—10%, insbesondere 7—10%, des Porenvolumens der zu erfassenden Lagerstäile, während mit einem Volumen entsprechend 10—40% des Porenvolumens der Lösung des partiell hydrolysieren Polyacrylamids nachgeflutet wird.

Lösungen so hochmolekularer Stoffe sind keine echten Flüssigkeiten im ideologischen Sinne. Die Viskosität hängt vom Geschwindigkeitsgefälle ab. Die Fließeigenschaften dieser sirukturviskoscn Lösungen befolgen das Poten/.gesetz:

'/ι

y = (ieschwindigkeitsgefälle
r = .Scliubspannung^lyn/em')

/) und //ι sind Konstanten, i/i ist die scheinbare Viskosität bei dem ('icschwiiKligkcitsgcfällc 1 s '. Der Exponent ist kleiner als 1, während er für echte Flüssigkeiten gleich 1 ist.

Die Konzentration der Polymerlösung ist so einzustellen, daß ihre scheinbare Viskosität bei Lagerstätten-

T bedingungen ein hohes Vielfaches der Viskosität des Wassers, vorzugsweise das 5- bis 30fache erreicht.

Es ist überraschend, daß trotz des fortgeschrittenen Standes der Technik beim Polymerfluten sowie beim Vorkonditionieren von Lagerstätten mit polymerhalti-

H) gen Flutmitteln beim Polymerfluten ein Vorkonditionieren mit polymerhaltigen Flutmitteln bisher weder in der Patentliteratur, noch in der allgemeinen wissenschaftlichen Literatur vorgeschlagen wurde. Dagegen wurde ein Vorkonditionieren mit einfachem Süßwasser vor

ι -, dem Fluten mit partiell hydrolysierten Polyacrylamiden bereits durchgeführt (siehe beispielsweise H. L Chang, SPE-Paper 7043 »Polymerflooding Technology — Yesterday, Today and Tomorrow 1978«, Seite 60 f). So läßt beispielsweise die US-PS 40 18 281 erkennen, daß

.•(ι die Fachwelt trotz des fortgeschrittenen Standes der Technik beim Vorkonditionieren von Lagerstätten an der alten Praxis festgehalten hat, die Viskosität der Polymerbank in sich abzustufen. Ausnahmslos wurden bisher Vorkouditionierungsflüssigkeiten so ausgewählt,

j> daß auf Basis der Relativkosten eine billige Vorkonditionierflüssigkeit die teure eigentlich wirksame Treibflüssigkeit schützt. Konditioniert man dagegen beim Polymerfluten mit polymerhaltigen Flutmitteln vor, ergibt sich eine ungewöhnliche und zunächst ungünstige

«ι Kostenrelation Vorflutmedium zu Hauptflutmediiim, und es ist für den Fachmann überraschend, daß sich aus dem Verfahren ein beachtlicher Vorteil ergibt.

Der Vorteil der beschriebenen Methode wurde auf grund von Versuchen an einem geometrisch einer

r> Lagerstätte ähnlichen Modell aus Plexiglas, das mit Sand gefüllt und mit Öl und Salzwasser in einer den Lagerstättenverhältnissen entsprechenden Weise getränkt war, deutlich. Im ersten Versuch wurde in an sich bekannter Weise Süßwasser in einer Menge von 37%

κι des Porenvolumens vorgeflutel und Lösungen von partiell hydrolysiertem Polyacrylamid mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 4 Millionen in Süßwasser nachgeflutet: 20% des Porenvolumens mit einer Konzentration von 0,5 kg/m¹ und 20% mit linear

Γ) abnehmender Konzentration von 0,5 kg/m' auf 0 kg/m'. Im zweiten Versuch wurde ohne Vorfluten von Süßwasser zunächst 7% des Porenvolumens eitler Lösung von 0,75 kg Polysaccharid eines mittler cn Molekulargewichts von etwa 1,2 Millionen je m¹

ι" .Süßwasser injiziert, danach 15% des Poren Volumens von jeweils 0,5 kg/m¹ des hydrolysierten Polyacrylamids und 20% des hydrolysierten Polyacrylamids in abgestufter Konzentration wie oben eingepreßt.
Obwohl die Menge des verwendeten Polymers und

" die Kosten im zweiten Fall höher waren als im ersten, errechnete sich ein auf Feldverhältnisse hochgerechneter wirtschaftlicher Vot teil, der um 50% höher lag als beim Vergleichsverfahren des Standes der Technik. Dieser erfindungsgemäß erzielte beachtliche und

η» überraschende Fortschritt ist bedingt durch Einspannt gen der Wasserflutkosten und auch u escnilich durch die um 2¹/.' I a lire frühere Ölaiisbeute.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten, die Salzwasser als Haftwasser enthalten oder mit Salzwasser geflutet worden sind, durch Polymerfluten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumen von 5—10% des Porenvolumens der zu erfassenden Lagerstätte einer Lösung eines salzunempfindlichen Polymers in Süßwasser in die Lagerstätte injiziert und mit einem Volumen von 10—40% des Porenvolumens einer Lösung eines partiell hydrolysierten Polyacrylamids in Süßwasser nachgeflutet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als salzunempfindliches Polymer ein Polysaccharid eingesetzt wird.