FR2549524A1 - PROCESS FOR THE RECOVERY OF PETROLEUM EMPLOYING ANIONIC SURFACTANTS OF THE FAMILY OF ESTERS OF A-SULFOCARBOXYLIC ACIDS - Google Patents
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Abstract
ON DECRIT L'UTILISATION, DANS LA RECUPERATION ASSISTEE DU PETROLE DE TENSIOACTIFS ANIONIQUES CONSISTANT EN DES ESTERS D'ACIDES A-SULFOCARBOXYLIQUES. ON UTILISE PLUS PARTICULIEREMENT DES MONO ET DI-ESTERS REPONDANT RESPECTIVEMENT AUX FORMULES GENERALES: (CF DESSIN DANS BOPI) OU R EST UN RADICAL HYDROCARBONE MONOVALENT, R UN RADICAL HYDROCARBONE MONOVALENT OU UN RADICAL (POLY-)OXYALKYLE, R UN RADICAL HYDROCARBONE DIVALENT OU UN RADICAL (POLY)OXYALKYLENE ET M REPRESENTE UN CATION DE METAL ALCALIN, D'AMMONIUM OU DE METAL ALCALINOTERREUX (12 M). CES ESTERS D'ACIDES A-SULFOCARBOXYLIQUES PEUVENT ETRE UTILISES SOUS LA FORME DE SOLUTIONS AQUEUSES OU DE MICROEMULSIONS. ILS SONT EFFICACES MEME EN PRESENCE D'EAUX DE GISEMENT DE FORTES SALINITES, PRESENTANT EN PARTICULIER DES CONCENTRATIONS ELEVEES EN CATIONS DIVALENTS (CALCIUM ETOU MAGNESIUM).THE USE, IN THE ASSISTED RECOVERY OF OIL, OF ANIONIC SURFACTANTS CONSISTING OF ESTERS OF A-SULFOCARBOXYLIC ACIDS. MONO AND DI-ESTERS ARE SPECIFICALLY USED THAT RESPECTIVELY MEET THE GENERAL FORMULAS: (CF DRAWING IN BOPI) OR R IS A MONOVALENT HYDROCARBON RADICAL, R A MONOVALENT HYDROCARBON RADICAL OR A RADICAL (POLY-) OXYALKYL, R A DIVARENT A RADICAL (POLY) OXYALKYLENE AND M REPRESENTS A CATION OF ALKALINE METAL, AMMONIUM OR ALKALINOTERREUX METAL (12 M). THESE ESTERS OF A-SULFOCARBOXYLIC ACIDS CAN BE USED IN THE FORM OF AQUEOUS SOLUTIONS OR MICROEMULSIONS. THEY ARE EFFECTIVE EVEN IN THE PRESENCE OF DEPOSITED WATERS OF HIGH SALINITY, PRESENTING IN PARTICULAR HIGH CONCENTRATIONS OF DIVALENT CATIONS (CALCIUM AND OR MAGNESIUM).
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de récupération du pétroleThe present invention relates to a process for recovering oil
à partir de réservoirs souterrains et plus particulièrement à un procédé de récupération du pétrole au moyen de tensioactif De manière from underground reservoirs and more particularly to a process for recovering oil by means of surfactant.
encore plus particulière, cette invention concerne un procédé de 5 récupération du pétrole qui utilise un ou plusieurs tensioactifs anioniques de la famille des esters d'acides a-sulfocarboxyliques. Still more particularly, this invention relates to a petroleum recovery process which utilizes one or more anionic surfactants of the α-sulfocarboxylic acid ester family.
Cette famille de tensioactifs présente l'intérêt particulier d'être constituée d'une gamme de produits possédant une grande efficacité dans une large zone de concentrations salines Certains membres de 10 cette famille sont, en effet, stables dans des formations dont l'eau présente de fortes salinités, en particulier de fortes concentrations This family of surfactants has the particular interest of being composed of a range of products having a high efficiency in a wide zone of saline concentrations. Some members of this family are, in fact, stable in formations whose water is present. high salinity, especially high concentrations
en ions divalents, comme le calcium ou le magnésium. divalent ions, such as calcium or magnesium.
Dans la récupération du pétrole à partir de gisements souterrains, il In the recovery of oil from underground deposits, it
n'est habituellement possible de récupérer qu'une faible partie de 15 l'huile en place au moyen des méthodes de la récupération dite primaire, lesquelles méthodes utilisent seulement les forces naturelles présentes dans le gisement (décompression des fluides, expansion des gaz dissous, expansion du dôme de gaz, poussée de l'aquifère, etc). It is usually only possible to recover a small portion of the oil in place by means of the so-called primary recovery methods, which methods only use the natural forces present in the deposit (decompression of the fluids, expansion of the dissolved gases, expansion of the gas dome, thrust of the aquifer, etc.).
Le taux d'une telle récupération est, en moyenne, de 15 % de l'huile 20 en place Aussi, une grande variété de techniques supplémentaires ont été employées dans le but d'augmenter la récupération de l'huile Une des méthodes de récupération supplémentaire les plus répandues est le The rate of such recovery is, on average, 15% of the oil in place. Also, a wide variety of additional techniques have been employed in order to increase oil recovery. One of the recovery methods additional most prevalent is the
balayage à l'eau, qui implique l'injection d'eau dans le réservoir. water sweeping, which involves the injection of water into the tank.
Pour améliorer l'efficacité de ce dernier procédé, et en particulier pour améliorer l'efficacité du déplacement microscopique, on peut ajouter à l'eau un agent de surface qui va provoquer un abaissement de la tension interfaciale eau/huile et agir sur les forces capillaires responsables du piégeage de l'huile dans les Lores de To improve the efficiency of this latter process, and in particular to improve the efficiency of the microscopic displacement, can be added to water a surfactant which will cause a lowering of the interfacial tension water / oil and act on the forces capillaries responsible for trapping oil in the Lores of
la roche-réservoir.the reservoir rock.
De nombreux tensioactifs ont été proposés pour des opérations de 10 récupération assistée du pétrole, en particulier des sulfonates de pétrole, des alkylsulfonates, des alkylarylsulfonates, des al Kylsulfates, des alkylarylsul-fates, des alkyl-ou alkylarylsulfates polyoxyéthylés, des sels d'alkylpyridinium, des sels d'ammonium quaternaire;, des alcools polyoxyéthylés, des alkylphénols polyoxy15 éthylés, des dérivés à structure bétainique, etc Beaucoup de ces tensioactifs ne sont satisfaisants que dans quelques cas, particulièrement dans des formations dont la salinité totale et la concentration en ions divalents (en particulier calcium et magnésiuml sont relativement faibles, c'est à dire en général Many surfactants have been proposed for enhanced oil recovery operations, particularly petroleum sulfonates, alkylsulfonates, alkylarylsulfonates, alkyl sulphates, alkylaryl sulphates, polyoxyethylated alkyl or alkylarylsulfates, alkylpyridinium salts, and the like. , quaternary ammonium salts, polyoxyethylated alcohols, polyoxyethylated alkylphenols, derivatives with betainic structure, etc. Many of these surfactants are satisfactory only in a few cases, particularly in formations with total salinity and ion concentration. divalents (in particular calcium and magnesium are relatively low, ie in general
inférieures à 5 10 g/l pour la salinité totale, avec une concentration en ions divalents inférieure à 500 ppm. less than 10 g / l for total salinity, with a divalent ion concentration of less than 500 ppm.
La limitation majeure à l'utilisation de la plupart des tensioactifs est leur tendance à précipiter lorsqu'ils sont exposés à des concentrations élevées en sels De plus, leurs performances sont affaiblies 25 par la présence des sels, même lorsque la concentration ce ces derniers est largement inférieure à celle causant leur précipitation, par The major limitation to the use of most surfactants is their tendency to precipitate when exposed to high salt concentrations. In addition, their performance is impaired by the presence of salts, even when the concentration thereof is much lower than that causing their precipitation, by
exemple entre 20 et 30 g/l.example between 20 and 30 g / l.
Dans le cas de moyennes ou fortes salinités, il a parfois été recommandé d'utiliser certains mélanges de tensioactifs anioniques et 30 nonioniques, mais l'usage de ces mélanges pose certains problèmes: ceux découlant d'une adsorption sélective d'un des deux produits plutôt que l'autre et ceux associés à la température du réservoir, le In the case of medium or high salinity, it has sometimes been recommended to use certain mixtures of anionic and nonionic surfactants, but the use of these mixtures poses certain problems: those resulting from selective adsorption of one of the two products. rather than the other and those associated with the tank temperature, the
dérivé non-ionique ayant une solubilité décroissante avec la température (point de trouble). non-ionic derivative with decreasing solubility with temperature (cloud point).
La présente invention concerne un procédé de récupération assistée du pétrole utilisable dans des formations dont les concentrations en sels peuvent varier dans de larges limites, Le tensioactif est un monoou un di ester d'acide a-sulfocarboxylique ayant l'une des formules générales suivantes: The present invention relates to a method of assisted oil recovery for use in formations whose salt concentrations may vary within wide limits. The surfactant is a mono or an α-sulfocarboxylic acid ester having one of the following general formulas:
R CH COO R'R CH COO R '
1 ID1 ID
SQ M R CH C O -R" O -C -CH -RSQ M R CHC O -R "O -C -CH -R
L 3 11 l $ 02 B Mm < 03 B Mm o: R est un radical alkyle ou arylalkyle dont la chaine alkyle possède de 5 à 25 atomes de carbone; R' un radical alkyle ou arylalkyle dont la chaine alkyle possède de 1 à 25 atomes de carbone ou encore un radical de type 15 -+(CH 2)x O-Z, x étant un nombre entier pouvant prendre les valeurs de 1 à 12, y un nombre entier pouvant prendre les valeurs de 1 à 50, Z l'atome d'hydrogène ou un radical méthyle ou éthyle; R" un radical alkylidène ou arylalkylidène dont la chaine alkyle 20 possède de 1 à 25 atomes de carbone ou encore un radical de type +(CH 2)x O 3 y(CH 2)x x étant un nombre entier pouvant prendre les valeurs de I à 12 et y un nombre entier pouvant prendre les valeurs de 1 à 50; et MB un cation métallique (alcalin ou alcalinoterreux, en parti25 culier lithium, sodium, potassium, magnésium, calcium) ou un ion ammonium lcomme par exemple ammonium, triéthanolarcmonium, triethylammonium, pyridinium etc l Dans le cas des métaux alcalino- terreux M -cai 1 N 2 + ndnt ldivalents), M représente en fait un demi- cation M 2 Cependant, ## STR2 ## R is an alkyl or arylalkyl radical whose alkyl chain has from 5 to 25 carbon atoms; R 'an alkyl or arylalkyl radical whose alkyl chain has from 1 to 25 carbon atoms or a radical of the type - + (CH 2) x OZ, x being an integer capable of taking the values from 1 to 12, including an integer which can take the values from 1 to 50, Z the hydrogen atom or a methyl or ethyl radical; R "an alkylidene or arylalkylidene radical whose alkyl chain has 1 to 25 carbon atoms or a radical of the type + (CH 2) x O 3 y (CH 2) xx is an integer which can take the values of I at 12 and y an integer of from 1 to 50, and MB a metal cation (alkali or alkaline earth metal, particularly lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium) or an ammonium ion such as ammonium, triethanolarcmonium, triethylammonium, pyridinium, etc. In the case of the alkaline earth metals M -cai 1 N 2 + (not equivalent), M represents in fact an half-cation M 2 However,
M est le plus souvent un cation monovalent. M is most often a monovalent cation.
A titre d'exemples non limitatifs d'esters qui conviennent en tant qu'agents tensioactifs pour la récupération assistée du pétrole suivant l'invention, on peut citer: l'a-(sulfonate de sodium) dodécanoate de méthyle l'a-(su'lfonate de potassium) dodécanoate d'éthyle l'ct(sulfonate de sodium) mono-dodécanoate de triéthyléneglycol l'a,a'(disulfonate de sodium) didodécanoate d'éthyléneglycol l'o-(sulfonate d'ammonium) palmitate de propyle l'a-(sulfonate de sodium) stéarate de butyle l'a-(sulfonate de diéthylamine) myristate d'isopropyle 15 l'aCsulfonate de triethanolanrimnium) stéarate de méthyle; l'a-(sulfonate de sodium) palmitate de méthyle; et By way of nonlimiting examples of esters which are suitable as surface-active agents for the enhanced recovery of the oil according to the invention, mention may be made of: α- (sodium sulfonate) methyl dodecanoate a- ( potassium sulfonate) Ethyl dodecanoate Sodium (sodium sulfonate) triethylene glycol mono-dodecanoate α, α '(sodium disulfonate) ethylene glycol didodecanoate O- (ammonium sulfonate) palmitate propyl α- (sodium sulfonate) butyl stearate α- (diethylamine sulfonate) isopropyl myristate triethanolanrimnium α-sulfonate) methyl stearate; a- (sodium sulfonate) methyl palmitate; and
l'a-(sulfonate de sodiuml monopalmitate de propylèneglycol. α- (sodium sulfonate) propylene glycol monopalmitate.
Les groupements R, R' et R" seront choisis en fonction ce la concentration saline de l'eau du gisement à traiter Cette famille d'esters 20 d'acides a-sulfocarboxyliques permet de disposer d'une large gamme de produits, de synthèse aisée, pouvant être choisis "sur mesure" The groups R, R 'and R "will be chosen according to the salt concentration of the water of the deposit to be treated. This family of α-sulfocarboxylic acid esters makes it possible to have a wide range of products, of synthesis easy, can be chosen "made to measure"
en fonction des caractéristiques du réservoir souterrain. depending on the characteristics of the underground reservoir.
D'autre part, certains produits de cette famille d'esters d'acides asulfocarboxyliques peuvent être préparés à partir de matières premières naturelles, animales ou végétales, appartenant à la classe des corps gras, huiles et graisses, comme le suif, les huiles de colza, de soja, de palme, de noix de coco, etc c'est à dire à partir de matières premières dont la production et le prix sont On the other hand, some products of this family of esters of asulfocarboxylic acids can be prepared from natural raw materials, animal or vegetable, belonging to the class of fats, oils and fats, such as tallow, oils of rapeseed, soybean, palm, coconut, etc. ie from raw materials whose production and price are
relativement peu dépendants des fluctuations du marché pétrolier. relatively unaffected by fluctuations in the oil market.
La technologie de fabrication de ces esters d'acides gras a sulfonés a déjà fait l'objet de nombreuses publications (A J STIRTON, the Journal of the Amer, Oil Chemists', Vol 39, Nov 1962, p 490-496 W STEIN et H BAUMAN, même ref Vol 52, Sept 1975, p 323-329 B L KAPUR, J M SOLOMON et B R BLUESTEIN, même réf, Vol 55, Juin 1978, p 549-557) et certains produits sont déjà commercialisés. Ces-esters d'acides a-sulfocarboxyliques sont, de manière inattendue, extrêmement résistants à l'hydrolyse, comparés aux esters d'acides The technology for making these sulfonated fatty acid esters has already been the subject of numerous publications (AJ STIRTON, The Journal of the Amer, Oil Chemists', Vol 39, Nov. 1962, 490-496 W STEIN and H BAUMAN, same ref Vol 52, Sept 1975, p 323-329 BL KAPUR, JM SOLOMON and BR BLUESTEIN, same ref, Vol 55, June 1978, p 549-557) and some products are already commercialized. These α-sulfocarboxylic acid esters are, unexpectedly, extremely resistant to hydrolysis, compared to the acid esters.
gras, et ceci sur une gamme de p H pouvant aller de 3,5 à 9,5 et à des 10 températures pouvant atteindre et même dépasser 80 C. fat, and this over a range of p H ranging from 3.5 to 9.5 and at temperatures that can reach and even exceed 80 C.
Dans le cadre de la présente invention, ces tensioactifs de la famille des esters m-sulfocarboxyliques pourront être mis en oeuvre suivant plusieurs techniques et être employés seuls ou en mélanges, y compris avec d'autres tensio-actifs anioniques (sulfonates de pétrole, In the context of the present invention, these surfactants of the family of m-sulfocarboxylic esters may be used according to several techniques and be used alone or in mixtures, including with other anionic surfactants (petroleum sulfonates,
sulfonates d'oléfines, etc) ou non-ioniques (alkylphénols polyoxyéthylés, alcools polyoxyéthylés, etc). olefin sulfonates, etc.) or nonionic (polyoxyethylated alkylphenols, polyoxyethylated alcohols, etc.).
Une première technique de mise en oeuvre consiste à utiliser une solution aqueuse du tensioactif à des concentrations, de préférence, de l'ordre de 0,5 à 10 % en poids en produit actif, les volumes injectés représentant, de préférence, 20 à 30 % du volume des pores, les propriétés rhéologiques du système étant éventuellement ajustées par l'incorporation à la solution d'un polymère hydrosoluble Une seconde technique consiste à injecter un volume plus réduit d'une solution pouvant contenir, de préférence, jusqu'à 30 % en poids de 25 tensioactif, comptés en matière active, et des teneurs en eau, huile hydrocarbonée et cotensioactif éventuel variables, ce qui revient à A first implementation technique consists in using an aqueous solution of the surfactant at concentrations, preferably of the order of 0.5 to 10% by weight of active product, the injected volumes preferably representing 20 to 30% by weight. % of the pore volume, the rheological properties of the system being possibly adjusted by the incorporation into the solution of a water-soluble polymer A second technique consists in injecting a smaller volume of a solution which may preferably contain up to 30 % by weight of surfactant, counted in active material, and contents of water, hydrocarbon oil and potential cotensioactif variable, which amounts to
utiliser des mioroémulsions.use mioroemulsions.
Dans le cadre plus particulier d'utilisation des tensioactifs de l'invention sous la forme de microémulsion, le coagent tensioactif 30 pourra être choisi parmi ceux de l'art connu, notamment parmi In the more particular context of using the surfactants of the invention in the microemulsion form, the surfactant coagent 30 may be chosen from those of the known art, especially from
différents mono alcools aliphatiques, alicycliques, aromatique - different aliphatic, alicyclic, aromatic mono alcohols -
aliphatiques, comme par exemple les alcools isopropylique, butyrique, isobutylique, amylique, isoamylique, hexylique, heptylique, octylique, le cyclohexanol et l'alcool benzylique ou parmi les mono-éthers d'al Kyle d'al Kylèneglycols comme par exemple le monobutyléther de l'éthyléne5 glycol, cette énumération étant donnée à titre illustratif, sans aliphatic alcohols, such as, for example, isopropyl, butyric, isobutyl, amyl, isoamyl, hexyl, heptyl, octyl, cyclohexanol and benzyl alcohol alcohols or, for example, monobutyl ether of ethylene glycol, this enumeration being given for illustrative purposes without
aucun caractère limitatif Les proportions de coagent tensioactif sont bien connuesdans l'art; en général 50 à 150 parties en poids d'alcool sont avantageusement employées avec 100 parties de tensioactif. no limitation The proportions of coagent surfactant are well known in the art; in general, 50 to 150 parts by weight of alcohol are advantageously employed with 100 parts of surfactant.
D'autre part, la nature de l'hydrocarbure et la salinité éventuelle de l'eau commandent les proportions de tensioactif à employer pour rester dans les limites de stabilité de la miorcémulsion On peut simplement indiquer que cette quantité est le plus souvent, en particulier pour Ies mioroémulsions de l'eau salée avec des hydrocarbures 15 paraffiniques, d'environ 1 à 30 parties en poids pour 100 parties de mélange microémulsionné; cette proportion est en général de l'ordre de 1 à 15 parties pour 100 de la mioroémulsion, lorsque On the other hand, the nature of the hydrocarbon and the possible salinity of the water control the proportions of surfactant to be used to remain within the stability limits of the miorcemulsion. It can simply be said that this quantity is most often, in particular for the mioroemulsions of salt water with paraffinic hydrocarbons, from about 1 to 30 parts by weight per 100 parts of microemulsified mixture; this proportion is in general of the order of 1 to 15 parts per 100 of the mioroemulsion, when
l'hydrocarbure et l'eau sont en quantités sensiblement égales. the hydrocarbon and the water are in substantially equal amounts.
L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs qui suivent. 20 Ces exemples indiquent pour différents éléments de la famille des esters a-sulfocarboxyliques la salinité optimale et les paramètres The invention is illustrated by the following nonlimiting examples. These examples indicate for various elements of the α-sulfocarboxylic ester family the optimum salinity and the parameters.
de solubilisation.solubilization.
EXEMPLES 1 à 8EXAMPLES 1 to 8
Le principe consiste à préparer des mélanges polyphasiques décrivant 25 les transitions I III II (notations de WINSOR) par augmentation de la salinité de l'eau On détermine les quantités d'huile et d'eau solubilisées par la phase micellaire La salinité qui conduit à l'égalité de ces quantités est arbitrairement définie comme la The principle consists in preparing multiphase mixtures describing the transitions I III II (WINSOR notation) by increasing the salinity of the water. The quantities of oil and water solubilized by the micellar phase are determined. the equality of these quantities is arbitrarily defined as the
salinité optimale (S O).optimal salinity (S O).
Les paramètres de solubilisation (P S) sont calculés comme suit: P.S eau = poids eau initial poids eau en excès poids eau initial P.S huile = poids huile initial poids huile excès poids huile initial On prépare la formulation suivante: n-dodécane tensioactif n-butanol saumure 4,5 g 0,25 g 0,25 g 4,5 g La saumure est constituée d'eau, de Na Cl et de Ca C 12 dans la The solubilization parameters (PS) are calculated as follows: PS water = weight initial water weight water excess weight initial water PS oil = weight initial oil weight oil excess weight initial oil The following formulation is prepared: n-dodecane surfactant n-butanol brine 4.5 g 0.25 g 0.25 g 4.5 g The brine consists of water, NaCl and Ca C 12 in the
proportion de 9 parts Na Cl pour 1 part de Ca C 12. proportion of 9 parts Na Cl for 1 part of Ca C 12.
Dans le tableau suivant, on a indiqué la nature de l'ester d'acide In the following table, the nature of the acid ester has been indicated.
a-sulfocarboxylique utilisé comme tensioactif et les valeurs obtenues pour la salinité optimale (S O) et les paramètres de solubilisation 15 (P S), aux températures indiquées. α-sulfocarboxylic acid as surfactant and the values obtained for optimum salinity (S 0) and solubilization parameters (P S), at the indicated temperatures.
EX Ester d'acide a-sulfo S O (g/l) P S. carboxylique à 25 o C à 80 o C à 250 C à 800 C 1 a(sulfonate de sodium) palmitate de méthyles 180 0,18 2 a(sulfonate de sodium) palmitate d'éthyle 135 120 0,16 0,153 a(sulfonate de sodium) palmitate d'isopropyle 75 75 0,17 0,16 4 a(sulfonate de sodium) palmitate de n-butyle 30 30 0,18 0,18 alsulfonate de sodium) stéarate de méthyle 150 120 0,28 0,27 8 - Ester d'acide a-sulfo S O lg/1) P S. EX carboxylique EX α-sulfo acid ester SO (g / l) P S. carboxylic acid at 25 ° C to 80 ° C at 250 ° C to 800 ° C 1 a (sodium sulfonate) methyl palmitate 180 0.18 2 a (sulfonate of sodium) ethyl palmitate 135 120 0.16 0.153 a (sodium sulfonate) isopropyl palmitate 75 75 0.17 0.16 4 a (sodium sulfonate) n-butyl palmitate 30 0.18 0, 18 sodium alsulfonate) methyl stearate 150 120 0.28 0.27 8 - α-sulfo acid ester SO lg / 1) P S. EX carboxylic acid
à 25 C à 80 C 1 à 25 C à 80 C at 25 C to 80 C 1 at 25 C to 80 C
6 a(sulfonate de sodium) stéarate de propyle 45 30 0,21 0,26 7 acsulfonate de sodium) stéarate de n-butyle 22 18 0,33 0,32 8 a(sulfonate de sodium) 6a (sodium sulfonate) propyl stearate 45 30 0.21 0.26 7 sodium acsulfonate) n-butyl stearate 22 18 0.33 0.32 8a (sodium sulfonate)
tallowate de méthyle" 180 0,19 -methyl tallowate "180 0.19 -
o A 80 C, on obtient un système triphasique pour des concentrations salines allant de 150 à 200 g/i. At 80 ° C., a three-phase system is obtained for saline concentrations ranging from 150 to 200 g / l.
c O Mélange d'acides gras du suif.c O Mixture of tallow fatty acids.
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