DE3218346C2 - - Google Patents
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- DE3218346C2 DE3218346C2 DE3218346A DE3218346A DE3218346C2 DE 3218346 C2 DE3218346 C2 DE 3218346C2 DE 3218346 A DE3218346 A DE 3218346A DE 3218346 A DE3218346 A DE 3218346A DE 3218346 C2 DE3218346 C2 DE 3218346C2
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- C09K8/58—Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
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- Y10S507/00—Earth boring, well treating, and oil field chemistry
- Y10S507/935—Enhanced oil recovery
- Y10S507/936—Flooding the formation
- Y10S507/937—Flooding the formation with emulsion
- Y10S507/938—Flooding the formation with emulsion with microemulsion
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Emulsionsfluten
von Erdöllagerstätten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der Technik wurden bereits eine Reihe von Forschungsarbeiten
mit Bezug auf chemische Flutungsverfahren durchgeführt,
welche zum Austreiben oder Ausspülen von kapillar
eingefangenem Öl angewendet werden, das nach
dem Austreiben von Öl mittels Wasserflutung zurückbleibt.
Jedoch waren die meisten der in diesem Rahmen entwickelten
Arbeitsweisen mit mehr oder weniger Nachteilen verbunden,
so daß sich ihre praktische Anwendung in der Technik bis
jetzt nicht in dem erforderlichen oder gewünschten Ausmaß
durchsetzen konnte. Nachdem nach der Durchführung des Wasserflutungsverfahrens
erhebliche Mengen an Öl in den Lagerstätten
zurückbleiben, deren Gewinnung sehr erwünscht ist,
entwickelte sich in der Technik ein steigendes Interesse
für ein Verfahren, nach welchem diese kapillar in den Poren
der Gesteine der Lagerstätten zurückgehaltenen Erdölmengen
gewonnen werden können. Bekannt ist ein Verfahren,
bei welchem Mikroemulsionen in die Lagerstätten injiziert
werden und mittels einer nachfolgend zugeführten Polymerlösung
mit geeigneter Viskosität durch die Lagerstätte getrieben
werden. Bekannt ist auch eine Arbeitsweise, bei
welcher wäßrige Tensidlösungen in die Lagerstätten injiziert
und anschließend mittels wäßriger Polymerlösungen
durch die Lagerstätten getrieben werden, wobei die Tensidlösung
in Berührung mit den Lagerstättenflüssigkeiten (Öl
und Wasser) Mikroemulsionen bilden. Ferner ist bekannt, eine
Mikroemulsion aus Öl und Wasser, das Salze enthält, in eine
Erdöllagerstätte zu injizieren und die injizierte Mikroemulsionsbank
mit Wasser durch die Lagerstätte zu treiben (vgl.
US-36 70 819 und US-42 69 271). Die Verdrängung des kapillar
festgehaltenen Öls ist dabei aber noch unzureichend.
Der hier verwendete Ausdruck "Mikroemulsion" bezeichnet eine
Zusammensetzung, die die drei Komponenten Öl, Wasser und
Tensid in Form einer thermodynamisch stabilen Emulsion enthält.
Diese bekannten Arbeitsweisen sind jedoch mit einer Reihe
von Nachteilen verbunden. Das erstgenannte Verfahren weist
den Nachteil auf, daß in der Mikroemulsion ionogene Tenside
im allgemeinen in Vermischung mit weiteren Cotensiden anderer
chemischer Natur verwendet werden müssen, wobei während
einer langzeitigen Förderung unter Tage eine Änderung der
Gleichförmigkeit der Verteilung der Tenside innerhalb der
Mikroemulsion in Kauf genommen werden muß. Das bedeutet,
daß die Mikroemulsion inhomogen wird und damit die Wirksamkeit,
die sie nur bei Homogenität der verschiedenen Tensidkomponenten
aufweisen kann, einbüßt. Außerdem ist hierbei
noch zu beachten, daß die gewünschte Wirksamkeit der Mikroemulsion
lediglich entfaltet wird, wenn die Salzkonzentration
der Wasserphase bei einem optimalen Wert liegt. Dies
bedeutet, daß die Wirksamkeit dieser Mikroemulsion auch
erheblich von der in der Lagerstätte vorherrschenden Salzkonzentration
der Wasserkomponente abhängt.
Die zweite Arbeitsweise ist mit dem Nachteil verbunden, daß
die Mikroemulsion erst nach der Injizierung der wäßrigen Lösung
der Tenside innerhalb der Lagerstätte gebildet wird,
wobei auch in diesem Fall wiederum ionische Tenside zumeist
in Kombination mit einem oder mehreren Cotensiden zur Anwendung
gelangen, was wiederum zu Zusammensetzungsschwankungen
und Leistungsschwankungen führt. Insbesondere sind bei Ausführung
dieser Arbeitsweise Schwankungen im Salzgehalt der
Wasserkomponente der Lagerstätte von äußerst nachteiligem
Einfluß im Hinblick auf die damit verbundenen Schwankungen
der Förder- oder Verdrängungsleistung.
Beide bekannte Arbeitsweisen sind darüber hinaus mit dem Nachteil
verbunden, daß die injizierte bzw. die in der Lagerstätte
gebildete Mikroemulsion mit Hilfe einer Polymerlösung durch
die Lagerstätte getrieben werden muß, wobei sich herausgestellt
hat, daß für diesen Zweck außerordentlich große Volumina
an Polymerlösungen erforderlich sind, was zu einer
Kostensteigerung des Verfahrens beiträgt. Schließlich ist
auch noch zu beachten, daß, wenn im Hinblick auf die Erzielung
einer optimalen Wirksamkeit der Förderung ein bestimmter
Salzgehalt der Wasserkomponente erforderlich ist, der in
der Lagerstätte nicht erreicht ist, es notwendig sein kann,
das Lagerstättenwasser durch Injizieren von Wasser mit gewünschtem
Salzgehalt zu verdrängen, wobei dieses Lagerstättenwasser
als unerwünschtes Nebenprodukt anfällt, dessen Beseitigung
weiter zu einer Steigerung der Kosten führen kann.
Vor kurzem wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem
ein chemisches Flutungsverfahren auch ausgeführt werden kann,
wenn die Salzkonzentration der Lagerstätte oberhalb der optimalen
Konzentration liegt. Dieses Verfahren läuft darauf
hinaus, daß eine abgestufte Salzkonzentration in die Lagerstätte
durch die Tensidlösung und die Polymerlösung eingeführt
wird. Jedoch ist dieses Verfahren mit dem Nachteil
verbunden, daß hierbei die Forderung besteht, daß das Lagerstättengestein
relativ unempfindlich gegen niedrige Salzgehalte
sein muß.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten
Verfahrens zum Emulsionsfluten von Erdöllagerstätten, das
unabhängig von der Salzkonzentration und deren Schwankungen
der Wasserphase der Lagerstätte bei optimaler Leistung durchführbar
ist, und das den Einsatz einer Mischung von Tensiden
unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die eine Inhomogenität
im Verlauf des Förderbetriebes herbeiführen können,
nicht erfordert und bei welchem es auch nicht erforderlich
ist, die Mikroemulsion mit Hilfe einer Polymerlösung
durch die Lagerstätte zu treiben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch
die Schaffung eines Verfahrens zum Emulsionsfluten von Erdöllagerstätten,
wobei man in
ein Bohrloch eine thermodynamisch stabile Mikroemulsion
aus Öl, einem nichtionogenen Tensid und Wasser, das gegebenenfalls
Salze in beliebigen Konzentration gelöst enthält,
injiziert und anschließend die injizierte Mikroemulsionsbank
mit Wasser, das in gleicher Weise Salze in beliebigen
Konzentrationen gelöst enthalten kann, durch die Lagerstätte
treibt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Mikroemulsionsbank in Berührung mit dem sie treibenden Wasser eine Überschußphase
mit einem hohen Wassergehalt, einem niedrigen Tensidgehalt und niedrigem
Ölgehalt mit einer solchen Viskosität bildet, die ein
Eindringen des nachfolgenden Wassers in die Mikroemulsionsbank
und eine dadurch bedingte Abnahme von deren Fließfähigkeit
und Ölverdrängungsfähigkeit verhindert.
Der hier verwendete Ausdruck "Überschußphase" bezeichnet
eine Phase, die sich an der Grenzfläche zwischen der injizierten
Mikroemulsion und der nachfolgend zugeführten Wasserphase
ausbildet und die mit der Ausgangsmikroemulsion
gemein hat, daß die drei Komponenten Öl, Tensid und Wasserphase
in ihr enthalten sind, wobei jedoch die Überschußphase
eine hohe Konzentration an Wasser und niedrige
Konzentrationen an Tensid und Öl aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der
Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt
Fig. 1 ein Phasendiagramm der drei Komponenten nichtionogenes
Tensid, Lagerstättenwasser und Öl,
Fig. 2 in graphischer Darstellung Beispiele für die Viskositäten
von im Gleichgewicht vorhandenen Phasen in Abhängigkeit
von dem Geschwindigkeitsgefälle.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß in dem Dreikomponentensystem
ein einphasiges System oberhalb der gebogenen
Grenzlinie vorhanden ist. Ferner ist ersichtlich, daß in
dem Phasendiagramm Mischungslücken vorhanden sind. Die in
einer der Mischungslücken eingetragenen Konoden zeigen jeweils
nebeneinander thermodynamisch stabile Phasen der
Mikroemulsion auf der einen Seite und der Überschußphase
auf der anderen Seite an. Dieser Darstellung kann entnommen
werden, daß bei Injizierung einer Mikroemulsion einer bestimmten
Zusammensetzung, wie beispielsweise in der Zeichnung
auf der rechten Seite angezeigt ist, und nachfolgendem
Austreiben der Mikroemulsion durch die Wasserphase die
Überschußphase ausgebildet wird, die in der Zeichnung an der
linken unteren Ecke angezeigt ist. In dem in der Zeichnung
dargestellten Beispiel enthält die Überschußphase etwa 88%
Wasser, etwa 2% Tensid und als Rest Öl.
Es wurde gefunden, daß die Ausbildung einer derartigen
Überschußphase zwischen der Mikroemulsion und der nachfolgenden
Wasserphase von geeigneter Viskosität möglich ist,
die zuverlässig das Eindringen der die injizierte Mikroemulsion
durch die Lagerstätten treibenden Wasserphase in
die Mikroemulsion verhindert. Würde ein derartiges Eindringen
der Wasserphase in die Mikroemulsion stattfinden, würde
die Homogenität der Mikroemulsion zerstört werden, wodurch
ihre Fähigkeit zum Austreiben des kapillar eingefangenen
Öles verloren ginge. Darüber hinaus wäre auch das Durchtreiben
der Mikroemulsion durch die Lagerstätte gefährdet.
Das zuverlässige Durchtreiben der Mikroemulsion durch die
Lagerstätte hindurch ohne Auftreten von Störungen durch
eindringendes Wasser kann während des Fördervorganges so
lange ermöglicht werden, wie die Mikroemulsion im Gleichgewicht
mit der Überschußphase steht. Auf diese Weise wird
erfindungsgemäß der Vorteil erzielt, daß die Verwendung
einer Polymerlösung zum Durchtreiben der Mikroemulsion
durch die Lagerstätte nicht mehr erforderlich ist.
Ferner kann aus Fig. 1 ersehen werden, daß gemäß der
Erfindung trotz der Verwendung eines einfachen Tensids,
bei welchem nicht die Mitverwendung von Cotensiden unterschiedlicher
chemischer Struktur erforderlich ist,
und trotz hoher Lagerstättensalzkonzentrationen
Diagramme erzielbar sind, die gemäß der bisher bekannten
Technik nur bei Verwendung komplizierter Tensidsysteme,
d. h. Tensiden in Kombination mit Cotensiden,
und bei niedrigen Salzkonzentrationen der Lagerstättenwasser
erzielbar waren. Diese besonderen Vorteile werden
gemäß der Erfindung durch die Auswahl eines nichtionogenen
Tensids erzielt.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß sowohl optimale Viskositäten
der Mikroemulsion und der Überschußphase als
auch das Vorhandensein eines Dreiphasengebietes, wie es
in Fig. 1 anhand des schraffierten unteren Bereiches dargestellt
ist, erreicht werden kann. Die in diesem schraffierten
Bereich vorhandenen Phasen werden an der Stirnfläche
der injizierten Mikroemulsion,
die in Berührung mit dem in der Lagerstätte enthaltenen
Wasser und Öl gelangt, ausgebildet. In diesem schraffierten
Gebiet stehen sogenannte Mittelphasen-Mikroemulsionen im
Gleichgewicht mit den Überschußphasen Öl und Wasser oder
auch im Gleichgewicht mit Überschußphasen, die hauptsächlich
Öl und Wasser enthalten, und weisen naturgemäß zu diesen
Überschußphasen niedrige Grenzflächenspannungen auf.
Sie besitzen die Eignung, nicht nur das Öl, sondern auch
das Wasser aus den Lagerstätten zu verdrängen. Diese Mittelphasen-
Mikroemulsionen bilden sich zwangsläufig an der
mit Wasser und Öl in Berührung stehenden Stirnfläche der
injizierten Mikroemulsion und decken somit den Hauptteil
der Mikroemulsion vor dem Kontakt mit dem Öl und Wasser
der Lagerstätte ab. Hierdurch wird der Vorteil erreicht,
daß das Verfahren gemäß der Erfindung unabhängig von
Schwankungen der Salzkonzentration des Lagerstättenwassers
durchgeführt werden kann, wobei derartige Schwankungen,
wie dem Fachmann geläufig ist, bei der praktischen
Ausführung der Förderung von Erdöl aus Lagerstätten leicht
auftreten können.
Fig. 2 zeigt anhand eines weiteren Beispiels das Viskositätsverhalten
der im Gleichgewicht vorhandenen Phasen im
interessierenden Zweiphasengebiet. Es ist ersichtlich, daß
die Mikroemulsion eine vom Geschwindigkeitsgefälle nicht
abhängige Viskosität besitzt und somit eine Newton'sche
Flüssigkeit darstellt, während die Überschußphasen eine
vom Geschwindigkeitsgefälle abhängige Viskosität aufweisen,
die mit Zunahme des Geschwindigkeitsgefälles abnimmt. Es
ist erkennbar, daß diese Überschußphasen zu der Klasse der
"Power-Law"-Flüssigkeiten gehören. Dieses Viskositätsverhalten
der Überschußphasen gleicht dem Viskositätsverhalten der
Polymerlösungen, welche in den bisher bekannten Verfahren
unter Verwendung von ionogenen Tensiden und Cotensiden eingesetzt
werden mußten. Aus diesem Grunde ist es möglich,
daß die Überschußphasen die von den bisher verwendeten Polymerlösungen
geleisteten Funktionen in idealer Weise übernehmen
können.
Abgesehen von dem Vorteil, daß gemäß der Erfindung die Verwendung
einer zusätzlichen Polymerlösung unnötig gemacht
wird, wird erfindungsgemäß auch der Vorteil erreicht, daß
die Überschußphase genau an der Stelle gebildet wird, an
welcher sie benötigt wird, so daß irgendein unerwünschtes
Auseinanderlaufen der Treibmedien mit Bezug auf das
zu Treibende (Mikroemulsion) zuverlässig verhindert wird.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung beruht darauf, daß man
die Mikroemulsion in kleiner Menge injizieren kann. Geeignete
Injektionsmengen liegen im Bereich von 5 bis 30%, vorzugsweise
5 bis 15%, bezogen auf das gesamte Porenvolumen
des Lagerstättengesteins.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann man als nichtionogenes
Tensid Polyalkylenglykole, die gegebenenfalls weitere
Substituenten tragen, in vorteilhafter Weise verwenden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung als Tensid eine Verbindung der
nachstehenden allgemeinen Formel
eingesetzt, worin R₁, R₂ und R₃ gleiche oder verschiedene
Reste aus der Gruppe von Wasserstoff oder Alkylresten mit
1 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere 4 bis 10 Kohlenstoffatomen,
m eine Zahl von 2 bis 4, insbesondere 2, und
n eine Zahl von 6 bis 22 bedeuten.
Beispiele für geeignete Tenside, die bei dem Verfahren gemäß
der Erfindung eingesetzt werden können, sind Polyäthylenglykole,
Polypropylenglykole und Polybutylenglykole, die
weitere Substituenten tragen können, wobei die zusätzlichen
Substituenten auch phenolischen Charakter haben können
und auch langkettige Kohlenwasserstoffreste
sein können. Besonders bevorzugt wird
die Verwendung von Polyäthylenglykolen.
Die für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
gewünscht Viskosität der Mikroemulsion und der Überschußphase
wird in Übereinstimmung mit dem physikalischen
Verhalten des zu fördernden Öls durch die Auswahl eines
speziellen Tensids gesteuert. So kann die Viskosität
beispielsweise durch die Anzahl der sich wiederholenden
Äthereinheiten bzw. durch die Anwesenheit eines phenolischen
Substituenten in dem Tensid sehr gut gesteuert werden.
Die Viskosität der Mikroemulsion kann bis zum 10fachen
der Viskosität des zu fördernden Öls betragen.
Die Ölkomponente der zu injizierenden Mikroemulsion kann
entweder aus dem Rohöl, das gefördert werden soll,
bestehen, oder es kann irgendeine geeignete Raffinationsölkomponente
eingesetzt werden oder es können Mischungen von
beiden zur Anwendung gelangen.
Die Konzentration des Tensids in der Mikroemulsion kann
in relativ breiten Grenzen variiert werden. Geeignete Konzentrationsbereiche
liegen bei 5 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise
5 bis 10 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen der
Mikroemulsion.
Die geeigneten Viskositäten der Mikroemulsion und der sich
beim Förderverfahren bildenden Überschußphase werden in
Abhängigkeit von den speziellen Förderbedingungen einer
Lagerstätte ermittelt. Dabei können die gewünschte Viskositäten
anhand von Laborversuchen, die vorzugsweise an zwei
Phasensystemen in üblicher Weise durchgeführt werden, ermittelt
werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Es wurde eine Mikroemulsion aus 7 Vol.-% Dinonylphenoloxyäthylat
mit durchschnittlich 11 sich wiederholenden Äthylenoxydeinheiten
als nichtionogenes Tensid (53 Vol.-% aus
einer Mischung aus einem Raffinationsöl und dem Lagerstättenöl
und 40 Vol.-% Salzwasser mit der nachstehend angegebenen,
Zusammensetzung) hergestellt, die eine Viskosität von
29,4 mPa·s aufwies. Das Salzwasser hatte die folgende Zusammensetzung:
g/l | |
NaCl | |
112,3 | |
KCl | 4,2 |
CaCl₂ | 11,1 |
MgCl₂ | 5,5 |
Diese Mikroemulsion wurde in einem linearen Labormodell
der Lagerstätte injiziert, um das nach Durchführung des
Wasserflutungsverfahrens in den Poren zurückbleibende Öl
zu verdrängen. Dabei bildete die Mikroemulsion eine Überschußphase
mit der nachstehend angegebenen Zusammensetzung
aus
0,4 Vol.-% | |
Dinonylphenoloxyäthylat (11 Mol Äthylenoxydeinheiten), | |
3,3 Vol.-% | der vorstehend angegebenen Ölmischung und |
96,3 Vol.-% | des in der Mikroemulsion verwendeten Salzwassers. |
Diese Überschußphase besaß eine Viskosität von 78 mPa·s unter
den Versuchsbedingungen.
Dabei wurde bei einer Injektion der Mikroemulsion in einer
Menge, die 15% des bei diesem Versuch verwendeten linearen
Labormodells der Lagerstätte betrug, eine Ölverdrängung
von 100% des Restöles erhalten.
Claims (7)
1. Verfahren zum Emulsionsfluten von Erdöllagerstätten,
wobei man in ein Bohrloch eine thermodynamisch
stabile Mikroemulsion aus Öl, einem nichtionogenen
Tensid und Wasser, das gegebenenfalls Salze in beliebigen
Konzentrationen gelöst enthält, injiziert und anschließend
die injizierte Mikroemulsionsbank mit Wasser,
das in gleicher Weise Salze in beliebigen Konzentrationen
gelöst enthalten kann, durch die Lagerstätte treibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikroemulsionsbank in Berührung mit dem sie treibenden
Wasser eine Überschußphase mit einem hohen Wassergehalt,
einem niedrigen Tensidgehalt und niedrigem Ölgehalt mit
einer solchen Viskosität bildet, die ein Eindringen des
nachfolgenden Wassers in die Mikroemulsionsbank und eine
dadurch bedingte Abnahme von deren Fließfähigkeit und Ölverdrängungsfähigkeit
verhindert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als nichtionogenes Tensid Polyalkylenglykole,
die gegebenenfalls weitere Substituenten tragen, verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Tensid
worin R₁, R₂ und R₃ gleiche oder verschiedene Reste
aus der Gruppe von Wasserstoff oder Alkylresten mit
1 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere 4 bis 10
Kohlenstoffatomen, m eine Zahl von 2 bis 4,
insbesondere 2, und n eine Zahl von 6 bis 22 bedeuten,
verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Viskosität der Mikroemulsion
und der Überschußphase in Übereinstimmung mit dem
physikalischen Verhalten des zu fördernden Öls durch
die Auswahl des Tensids steuert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ölkomponente der zu injizierenden
Mikroemulsion aus Rohöl oder Raffinationsöl
oder aus einer Mischung hiervon besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konzentration des Tensids in
der Mikroemulsion im Bereich von 5 bis 20 Vol.-%, insbesondere
5 bis 10 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen
der Mikroemulsion, liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Viskosität der injizierten Mikroemulsion
das bis zu 10fache der Viskosität des zu fördernden
Öls beträgt.
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|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: DIEHL, H., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., 8000 MUENCHEN |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |