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Verfahren zur Erdölgewinnung
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Verfahren zur Erdölgewinnung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Erdöl gewinnung mit Tensid-Wasserflutung.
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Nur unter bestimmten Lagerstättenbedingungen kann Erdöl aus untertägigen
erdölführenden Lagerstätten dadurch gewonnen werden, daß eine oder mehrere Bohrungen
in die Lagerstätte abgeteuft werden und durch diese Bohrungen das Erdöl zur Erdoberfläche
gepumpt wird oder aufgrund der Lagerstättenenergie nach oben strömt. Dabei muß das
Erdöl in der Lagerstätte in ausreichend hoher Konzentration vorhanden sein, und
innerhalb der Lagerstätte muß eine hinreichende Permeabilität bzw. es müssen miteinander
in Verbindung stehende Strömungskanäle vorhanden sein, so daß eine Fluidströmung
durch diese möglich ist, wenn ein hinreichend hoher Druck auf das Fluid ausgeübt
wird. Wenn in der Formation Lagerstättenenergie in Form eines unter ihr liegenden
aktiven Wasserdrucks oder in Form von im Erdöl gelöstem Gas, das durch seinen Druck
das Erdöl zur Förderbohrung treibt, oder in Form einer Hochdruck-Gaskappe über der
erdölgesättigten Formation vorhanden ist, wird diese Lagerstättenenergie normalerweise
zur Erdölgewinnung genutzt; dieser Vorgang wird allgemein als Primärverfahren
bezeichnet.
Wenn die natürliche Energiequelle erschöpft ist, oder im Fall von Lagerstätten,
die nicht genügend Lagerstätte ne nergie für eine Primärgewinnung aufweisen, muß
irgendein zusätzliches oder erweitertes Gewinnungsverfahren angewandt werden, um
weiteres Erdöl aus der Lagerstätte zu fördern. Solche Verfahren werden häufig als
Sekundär- oder Tertiärverfahren bezeichnet, obwohl sie in der Reihenfolge ihrer
Anwendung Primär-, Sekundär- oder Tertiärverfahren sein können.
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Das am häufigsten eingesetzte zusätzliche Gewinnungsverfahren ist
das Wasserfluten, wobei in die untertägige erdölführende Lagerstätte Wasser eingepreßt
wird, das Erdöl in Richtung zur Förderbohrung verdrängt, durch die es zur Erdoberfläche
strömt. Wasserfluten ist zwar ein erfolgreiches und wirtschaftliches Verfahren,
aber Wasser hat keinen hohen Verdrängungs-Wirkungsgrad für Erdöl, so daß nach Beendigung
des Wasserflutenseine erhebl. Erdölmenge in der Lagerstätte verbleibt. Dies ist
in der Erdölgewinnungsverfahren betreffenden Literatur ausführlich erörtert, und
der Stand der Technik umfaßt viele Veröffentlichungen, in denen die Zugabe von oberflächenaktiven
Mitteln oder Tensiden zum Flutungswasser vorgeschlagen wird, um so die Grenzflächenspannung
zwischen dem eingepreßten Wasser und dem Erdöl zu vermindern, wodurch nach der Primärgewinnung
ein größerer Teil des Restöls gewonnen werden kann, als dies mit Wasserfluten allein
möglich ist.
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Petroleumsulfonat und andere organische Sulfonate sowie organische
Sulfate wurden in vielen Veröffentlichungen für das Tensidfluten vorgeschlagen.
Zwar sind diese Materialien unter Idealbedingungen kostengünstig und wirksam, sie
sind jedoch gegenüber dem Salzgehalt des Lagerstättenwassers sehr empfindlich und
können in Lagerstätten mit einem Salzgehalt, der ca. 30 000 ppm gesamtgelöste Feststoffe
übersteigt, nicht allein eingesetzt werden.
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In weiteren Veröffentlichungen wurden ferner Alkylpolyethoxysulfate
und Alkylarylpolyethoxysulfate für die Tensid-Wasserflutung vorgeschlagen. Diese
Materialien sind zwar in hochsalzhaltiger Umgebung wirksam, sie sind jedoch bei
Temperaturen oberhalb ca. 65,5 OC infolge der Hydrolyse des Sulfats nicht mehr stabil,
so daß ihr Einsatz auf hochsalz-.
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haltige Niedrigtemperatur-Lagerstätten beschränkt ist.
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In den US-PS'en 3 827 497, 3 890 239 und 3 977 471 sind ölgewinnungsverfahren
mit Tensid-Wasserflutung unter Einsatz von Alkylpolyalkoxyalkylen- oder Alkylarylpolyalkoxyalkylensulfonaten
angegeben, und dort ist gesagt, daß diese Tenside bei Temperaturen bis zu 115,5
OC stabil sind und eine Toleranz für Salzgehalte bis zu 220 000 ppm gesamtgelöste
Feststoffe aufweisen.
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Es wird im Schrifttum allgemein anerkannt, daß das Tensidfluten im
Hinblick auf die Mobilisierung von Öl infolge der drastischen Verminderung der Grenzflächenspannung
zwischen der Ölphase und der wäßrigen Tensidlösung wirksam ist. Wenn eine wäßrige,
tensidhaltige Flüssigkeit Öl in einer Lagerstätte kontaktiert, werden Grenzflächen
aus Grenzflächenfilmen gebildet, die von Tensidmolekülen besetzt sind, wobei deren
hydrophober Anteil in der Ö1-phase und deren hydrophiler Anteil in der wäßrigen
Phase gelöst wird. Die physikalischen Eigenschaften der Grenzflächenfilme spielen
eine Rolle bei der Ölmobilisierung im Verlauf der Tensid-Wasserflutung. We-nn feste
Grenzflächenfilme gebildet werden, werden die Ölmobilisierung durch poröse Medien
und das Anstauen von Öl während der Tensidflutung stark behindert. Die Grenzflächenfilm-Festigkeit
kann durch Messen des relativen Filmdrucks der Rohöl-/Wasser-Grenzfläche bestimmt
werden. Im Schrifttum ist angegeben, daß Rohöle aus verschiedenen Lagerstätten unterschiedliche
Grenzflächenfilmdrücke aufweisen. Durch Vermindern der Grenzflächenfilm-Festigkeit
eines Tensidsystems sollte es möglich sein, die Wirksamkeit der Tensidflüssigkeit
in bezug auf die Ölinobilisierung zu steigern, so daß dadurch der Gesamtwirkungsgrad
der tertiären Ö1-gewinnung mit Tensidfluten gesteigert wird.
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Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß ein erheblicher
Bedarf für einen Zusatzstoff zu einer wäßrigen Tensidflüssigkeit für den Einsatz
bei der Ö1-gewinnung durch Tensid-Wasserfluten besteht, der die Festigkeit des Grenzflächenfilms
wirksam verringert, wobei natürlich die Kosten des Zusatzstoffs gering sein müssen
gegenüber der Steigerung des Ölgewinnungs-Wirkungsgrads, die aus dem Einsatz dieses
Zusatzstoffs resultiert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ölgewinnungsverfahren mit Tensid-Wasserflutung.
Dabei wird eine wäßrige Flüssigkeit eingesetzt, die ein Tensid oder ein Tensidgemisch
enthält, dessen richtige Wahl größtenteils vom Salzgehalt des Lagerstättenwassers,
in das die Flüssigkeit eingepreßt wird, und von der Temperatur der Lagerstätte abhängt;
ferner enthält die wäßrige Flüssigkeit zwischen 10 und 1000, bevorzugt 50-500ppm
eines Siliciumoxid-Polydialkylsiloxans, etwa einer Siliciumoxid-Polydimethylsiloxan
Verbindung, wodurch die Festigkeit des Grenzflächenfilms vermindert und somit die
die Ölmenge erhöht wird, die aus porösen Formationen durch Einpressen der Tensidflüssigkeit
in die Formationen gewinnbar ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein bigewinnungsverfahren mit Tensid-Wasserflutung
unter Einsatz einer wäßrigen tensidhaltigen Flüssigkeit, die eine wirksame Menge
eines Zusatzstoffs enthält, der die Festigkeit des Grenzflächenfilms vermindert.
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Das Tensid, mit dem dieser Zusatzstoff zum Einsatz kommt, wird größtenteils
durch den Salzgehalt des Lagerstättenwassers sowie die Temperatur der Lagerstätte
bestimmt, in die die Flüssigkeit einzupressen ist. In Lagerstätten mit gering salzhaltigem
Wasser, z. B. in Lagerstätten, deren Wasser einen Salzgehalt von weniger als 30
000, bevorzugt weniger als 20 000 ppm gesamtgelöste Feststoffe hat, kann das hauptsächlich
oder sogar einzige eingesetzte Tensid ein Petroleumsulfonat oder ein anderes organisches
Sulfonat sein, etwa ein C7-C25-, bevorzugt ein C9-C22 - Alkylsulfonat oder ein C5-C25,
bevorzugt ein C8C16-alkylsubstituiertes Benzol-, Toluol- oder Xylolsulfonat. Wenn
Petroleumsulfonate eingesetzt werden, besteht das bevorzugte Petroleumsulfonat aus
einem Gemisch organischer Sulfonate mit verschiedener Aquivalentmasse im Bereich
von ca. 325 bis ca. 500 und mit einer mittleren Aquivalentmasse im Bereich von 375-425.
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Bei Lagerstätten mit höhersalzhaltigem Wasser mit z. B. mehr als 30
000-100 000 ppm gesamtgelöste Feststoffe, die relativ
hohe Konzentrationen
zweiwertiger Ionen wie Calcium und Magnesium umfassen können, ist der Einsatz synthetischer
Tenside erforderlich, deren Löslichkeiten in Anwesenheit hochsalzhaltiger Salzflüssigkeiten
die Löslichkeiten der einfacheren organischen Sulfonate, die oben angegeben wurden,
übersteigen. In Niedrigtemperatur-Lagerstätten, z. B.
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Lagerstätten mit Temperaturen von weniger als ca. 51,6 OC können nichtionische
Tenside wie ethoxylierte Alkanole oder ethoxylierte Alkylphenole eingesetzt werden.
Diese Tenside werden häufig als Lösungsvermittler für Petroleumsulfonate oder andere
organische Sulfonate eingesetzt, und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfaßt daher ein Gemisch aus organischen Sulfonaten wie Petroleumsulfonaten und
einem nichtionischen Tensid. Besonders bevorzugte nichtionische Tenside sind u.
a.
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C6-C22-substituierte Phenole mit 5-20 mol Ethylenoxid pro Molekül.
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Lagerstätten mit Wasser, dessen Salzgehalt im Bereich von 80 000-150
000 ppm gesamtgelöste Fest stoffe liegt und die eine Temperatur im Bereich von 10-65,5
OC haben, können mit einer wäßrigen Flüssigkeit geflutet werden, die ein ethoxyliertes
und sulfatiertes Tensid mit der folgenden Formel enthält: R O(R20)n.,S03 X+ 3
mit
R1 = ein C25-, bevorzugt ein C8-C20-Alkyl oder ein Alkylaryl wie Benzol, Toluol
oder Xylol, an das eine C5-C22-, bevorzugt eine C7-C18 -Alkylgruppe gebunden ist,
R2 = Ethylen oder ein Gemisch aus Ethylen und höhermolekularem Alkylen, mit relativ
mehr Ethylen als höhermolekularem Alkylen, nx = eine Zahl, einschließlich Bruchzahlen,
von 1-20, bevorzugt von 2-15, und X+ = ein einwertiges Kation wie Ammonium oder
ein einwertiges metallisches Kation, bevorzugt Natrium, Kalium oder Lithium.
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Diese ethoxylierten und sulfatierten Tenside können als im wesentlichen
einziges Tensid in der Flüssigkeit eingesetzt werden, bevorzugt werden sie jedoch
als lösungsvermittelndes Kotensid in Verbindung mit einem organischen Sulfonat,
bevorzugt den vorher erörterten Petroleumsulfonaten, eingesetzt. Somit enthält eine
bevorzugte Tensidkombination zum Einsatz in hochsalzhaltigen Lagerstätten mit mäßigen
Temperaturen 0,5-10 % Petroleumsulfonat und 0,2-8 Gew.-S eines der vorgenannten
ethoxylierten und sulfatierten Tenside.
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In hochsalzhaltigen Hochtemperatur-Lagerstätten ist das besonders
bevorzugte Tensid ein ethoxyliertes und sulfoniertes Tensid. Bei diesem Ausführungsbeispiel
enthält die Tensidflüssigkeit
wenigstens ein Tensid, das ein Alkylpolyalkoxyalkylensulfonat
oder Alkylarylpolyalkoxyalkylensulfonat mit der folgenden Formel ist: R1O(R20)n,R
S03 X+ mit R 1 = eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 6-24, bevorzugt 8-20
Kohlenstoffatomen, oder ein Alkylaryl wie Benzol, Toluol oder Xylol, an das wenigstens
eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 5-22, bevorzugt 7-18 Kohlenstoffatomen
gebunden ist, R2 = Ethylen oder ein Gemisch aus Ethylen und höherem Alkylen wie
Propylen, mit relativ mehr Ethylen als höherem Alkylen, n' = eine Zahl zwischen
1 und 20, bevorzugt 2-15, R3 = Ethylen, Propylen, Hydroxypropylen oder Butylen,
und X + = ein einwertiges Kation wie Ammonium oder ein einwertiges metallisches
Kation, bevorzugt Natrium, Kalium oder Lithium.
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Z. B. ist ein bevorzugtes Tensid innerhalb dieser Gruppe Natriumdodecyltetraethoxyethylen-sulfonat,
wobei Rlein Alkyl mit 12 Kohlenstoffatomen, R Ethylen, n'4, R Ethylen und X+ Natrium
ist.
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Die Konzentration des ethoxylierten und sulfonierten Tensids liegt
normalerweise im Bereich von ca. 0,05 bis ca. 10 %, bevorzugt von 0,1-5,0 %. Der
Salzgehalt der Tensidflüssigkeit liegt im wesentlichen im Bereich von 60-120 % des
Salzgehalts des Lagerstättenwassers. Das Tensid wird im Anwendungsfall angepaßt,
indem die Werte von R und n in der obigen Gleichung so geändert werden, daß sichergestellt
ist, daß das Tensid in einer Flüssigkeit mit einem Salzgehalt, der etwa gleich dem
Salzgehalt des Lagerstättenwassers ist, schwerlöslich ist und eine Verminderung
der Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser auf einen Wert von weniger als 3
10 dyn/cm erzielt, so daß gewährleistet ist, daß das Tensid die erwünschte Wirkung
einer Ölverdrängung mit geringer Oberflächenspannung hat.
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Das vorstehend angegebene ethoxylierte und sulfonierte Tensid kann
als einziges in bedeutenden Mengen in der Flüssigkeit vorhandenes Tensid eingesetzt
werden; in diesem Fall liegt die Konzentration zwischen 0,5 und 10,0, bevorzugt
zwischen 1,0 und 5,0 Gew.-%. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
es in Kombination mit einem organischen Sulfonat eingesetzt werden, und zwar bevorzugt
mit Petroleumsulfonaten mit einer mittleren Squivalentmasse im Bereich von 350-450.
Alkyl- oder Alkylarylsulfonate mit 8-24 Kohlenstoff atomen in der Alkylkette
sind
ebenfalls für den Einsatz geeignet. Bei Anwendung dieses Ausführungsbeispiels liegt
die Konzentration des organischen Sulfonats üblicherweise zwischen ca. 0,1 und ca.
10,0, bevorzugt zwischen ca. 0,5 bis ca. 6,0 Gew.-%, wogegen die Konzentration des
ethoxylierten und sulfonierten Tensids zwischen 0,5 und 5,0, bevorzugt zwischen
1,0 und 4,0 % liegt.
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Die vorstehend angegebene Tensidflüssigkeit kann ferner 0,05-10,0,
bevorzugt 0,1-5,0 Gew.-% eines wasserunlöslichen nichtionischen Tensids mit niedrigem
HLB-Wert enthalten, insbesondere ein polyethoxyliertes Alkanol oder Alkylphenol,
wobei eine Anzahl Ethoxy-Einheiten so gewählt wird, daß das Tensid bei dem Salzgehalt
des Lagerstättenwassers unlöslich wird.(HLB = Hydrophil-Lipophil-Balan-ce) Zusätzlich
zu sämtlichen vorstehend angegebenen Tensiden, deren Einsatz im Stand der Technik
beschrieben ist, enthält nsbes.-die Tensidflüssigkeit 10-1000, bevorzugt 50-500
ppm eines Siliciumdioxid- Dialkylsiloxans . Das Dialkylsiloxan hat die folgende
Strukturformel: HO(SiRR'O)nH mit R und R' = jeweils eine lineare oder verzweigte
Alkylgruppe mit 1-6, bevorzugt 1-3 Kohlenstoffatomen, und n = 1-2000, bevorzugt
100-1000.
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Das Dialkylsiloxan ist mit feinzerteiltem Siliciumdioxid kondensiert,
dS6 eine Teilchengröße im Bereich von 0,005-2,0, bevorzugt 0,01-0,5 pim hat. Die
Teilchengröße der untersuchten Verbindung betrug 0,1 pm. Der obere Teilchengrößenbereich
sollte kleiner als der mittlere Porenhalsdurchmesser der zu flutenden Lagerstätte
sein.
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Die Siliciumdioxid - Dialkylsiloxan-Verbindung ist hochgrenz- -flächenaktiv,
weil sie aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Anteil besteht.
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Ein Beispiel für ein handelsübliches Siliciumoxid-Polydialkylsiloxan
gemäß der vorstehenden Definition ist DB-31 das von der Dow Corning Corporation
hergestellt und als Antischaummittel eingesetzt wird. Dieses Material ist ein Siliciumoxid-Polydimethylsiloxan
mit R und R' jeweils Methyl, nwca. 260 , und das Produkt enthält ca. 10 % Siliciumdioxid
mit einer Teilchengröße von 0,1 um. DB-31 OR wird industriell vertrieben und als
Antischaummittel eingesetzt; es wirkt dadurch als Antischaummittel, daß es sich
an der Flüssigkeit-/Luft-Grenzfläche sammelt, in die Oberflächenschicht eintritt,
sich ausbreitet und den Film bricht.
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Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf das bevorzugte Verfahren
zur Einbringung des Siliciumdioxid-Dialkylsiloxans in ein Ölgewinnungsverfahren
mit Tensid-Wasserflutung, indem
das Material direkt der Tensidlösung
zugefügt wird; die Steigerung des Ölgewinnungs-Wirkungsgrads aufgrund der Verminderung
der Filmfestigkeit kann aber auch erzielt werden, wenn das Film-Modifikationsmittel
anderen Flüssigkeiten zugefügt wird, die vor oder/und nach der Tensidflüssigkeit
in die Lagerstätte injiziert werden,um so ein Vermischen des Siliciumdioxid- Dialkylsiloxans
mit der Ten sidflüssigkeit zu erreichen. Das Filmmodifikationsmittel kann in die
Lagerstätte in einer Vorspülung unmittelbar vor dem Einpressen der Tensidflüssigkeit
eingepreßt werden, so daß das Vermischen zwischen der Tensidflüssigkeit und dem
Filmmodifikationsmittel in der Lagerstätte selbst stattfindet. Ebenso kann Siliciumdioxid-Dialkylsiloxan
in Flüssigkeit enthalten sein, die unmittelbar nach der Tensidflüssigkeit in die
Lagerstätte eingepreßt wird, z. B. mindestens im ersten Teil einer polymerhaltigen
viskosen Flüssigkeit, die in die Lagerstätte nach der Tensidflüssigkeit eingepreßt
wird, so daß ein Vermischen des Filmmodifikationsmittels mit der Tensidflüssigkeit
erzielt wird. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn wenigstens ein Teil der Flüssigkeit,
die unmittelbar vor und unmittelbar nach der Tensidflüssigkeit eingepreßt wird,
sowie die Tensidflüssigkeit selbst den Zusatzstoff enthalten. In jedem Fall liegt
die Konzentration von Siliciumdioxid~Dialkylsiloxan in der vor oder
nach
der Tensidflüssigkeit eingepreßten Flüssigkeit im Bereich von 10-1000, bevorzugt
von 50-500 ppm.
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Nachstehend werden Versuche beschrieben, die vorgenommen wurden, um
die Durchführbarkeit des Verfahrens festzustellen, wobei die dabei erzielten Resultate
aufgezeigt und bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben werden.
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Es wurden zwei Kernflutungen durchgeführt, wobei jeweils ein Tensidsystem,
gefolgt von einer Polymerflüssigkeit, eingesetzt wurde und beide Flüssigkeiten so
angepaßt waren, daß unter den Testbedingungen optimale Ergebnisse erhalten werden
sollten. Der zweite Versuch war mit dem ersten identisch, wobei jedoch der Tensidlösung
100 ppm DB-31 OR , also das Siliciumdioxid-Polydimethylsiloxan der Dow Corning Corporation,
zugefügt wurde. In beiden Versuchen wurde zuerst 0,32 Porenvolumen der Tensidflüssigkeit
eingepreßt, wobei beide Flüssigkeitsmengen 2,5 % Tensid enthielten. Die jeweils
eingesetzten Tenside waren 0,54 % TRS 18, ein hauptsächlich öllösliches Petroleumsulfonat
der Witco Chemical Corp., und 1,22 % TRS 40, ein hauptsächlich wasserlösliches Petroleumsulfonat
der Witco Chemical Corp. Ferner enthielt die Tensidflüssigkeit in jedem Versuch
0,41 % Nonylbenzolhexaethoxyethylensulfonat
als Lösungsvermittler.
In beiden Versuchen wurde die Tensidlösung in einer wäßrigen Flüssigkeit mit 80
000 ppm gesamtgelöste Feststoffe angesetzt. In beiden Versuchen folgte auf die Injektion
der Tensidflüssigkeit die Injektion von 2 Porenvolumen einer Flüssigkeit mit 1000
ppm Xanflood zu -Polymer, das in Frischwasser angesetzt war, für die Mobilitätssteuerung.
Beide Flutungen wurden bei 42,7 OC durchgeführt, und die Bedingungen in beiden Versuchen
wurden identisch gehalten mit Ausnahme der Anwesenheit von 100 ppm DB-31 OR in der
zweiten Flutung.
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Bei Versuch 1, dem Basisversuch, wurden 59 % des tertiären Öls gewonnen.
Bei Versuch 2, der Flutung unter Einsatz der Tensidflüssigkeit mit 100 ppm des Siliciumdioxid-Pdlydimethylsiloxans,
wurden 82,5 % des tertiären Öls gewonnen. Es ist ersichtlich, daß der Zusatz von
nur 100 ppm des Filmfestigkeits-Reduktionsmittels zu der Tensidflüssigkeit zur Gewinnung
von weiteren 23,5 % des tertiären Öls führte, was eine 40 Sige Steigerung der gewonnenen
Ölmenge bedeutet. Dies ist ein sehr ermutigendes Ergebnis und würde die Wirtschaftlichkeit
eines unter diesen Bedingungen im Feld durchgeführten Ölgewinnungsverfahrens erheblich
verbessern, da die Kosten für diese geringe Konzentration an Siliciumdioxid-Polydimethylsiloxan
weit unter dem Wert des zusätzlich gewonnenen Öls liegen.
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Aus den vorstehenden Erläuterungen ist klar ersichtlich, wie die Zugabe
einer sehr geringen Konzentration eines Filmfestigkeits-Reduktionsmittels entweder
zu der Tensidflüssigkeit oder zu anderen in die Lagerstätte vor oder nach dieser
eingepreßten Flüssigkeiten den Ölgewinnungs-Wirkungsgrad des Ölgewinnungsverfahrens
mit Tensidflutung steigert.