JP3667335B2 - 原油生産井の掘削或いは改修時のエマルジョン或いはスラッジの形成を抑制する為のｎ，ｎ−ジアルキルアミドの適用 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、原油生産井の掘削或いは改修時に遭遇する原油／水エマルジョンの形成を防ぎ或いはその様なエマルジョンを破壊するのに有用な組成物、並びに、そのようなエマルジョンの形成を防ぎ或いはそれが形成された後で破壊する方法に関する。
発明の背景
原油を含有する層からの石油系炭化水素の最初の生産は、原油を含有する地層内に或いはそれを通して掘削することにより達成される。そして原油は掘削管内に流入し、そこからポンプによって油井頂部に回収される。
油井の準備および操業中のある時期、開坑又は効率良い生産の維持のため、油井を各種の”ワークオーバー”（改修）工程に提供する必要がある。これらの操作の多くに於いて、ある条件下で水および原油のエマルジョンが形成されることが知られている。これら原油／水エマルジョンは、油層からの生産量を実質的に減少するに十分に高い粘度を持つものであるため重大な問題である。ある場合には、エマルジョンが流動できないほど濃く油層からの流れを完全に閉塞する。
例えば、油井が最初に掘削された時、掘削管内の表面は、掘削作業中に掘削用ビットを潤滑し掘削屑を油井頂部に運ぶため使用される掘削用泥水から作られるフィルターケーキで被覆されている。原油が油層から掘削管内に流れる事が可能になる前に、このフィルターケーキは除去されなければならない。フィルターケーキは、ＨＣｌの重量に対し３％のＨＦを含む１５％のＨＣｌにより容易に溶解される。この酸の混合物は、石油工業に於いて”マッドアシッド”（泥水用酸）として知られ、この処理法は”マッドアシッドトリートメント”（泥水酸処理）と呼ばれる。
酸処理のその他の適用は、石灰岩或いは砂岩の層に掘削された油井でなされる。その様な層は、岩石内の細孔を閉塞する泥水を溶解し、或いは岩石の一部を溶解して油層を仕上げ、それにより透過性を増加し原油がさらに容易に掘削管内に流れるようにするため、頻繁に酸処理する必要がある。この場合、処理用の酸として１５％ＨＣｌ単体が用いられる。
酸処理のこれらの適用およびその他の適用に於いて、処理用の酸がＦｅ⁺⁺或いはＦｅ⁺⁺⁺のいずれであれ痕跡の鉄を含む時、石油工業ではスラッジと呼ばれる水、各種液状石油成分および懸濁し架橋結合したアスファルテンおよびパラフィン成分からなる濃く、高度に粘性の、流動しない、エマルジョン化した固まりが形成されることが知られている。スラッジ形成は、汚染物質である鉄の存在下に於ける原油のアスファルテンおよびパラフィン成分のあるものの、酸を触媒とした架橋反応および不溶化に由来するものと信じられている。
鉄は様々な供給源から系に導入され可能性がある。最も有り得る供給源は、油井の保護管からの錆又はＦｅ_３Ｏ_４である。もう一つの可能性のある供給源は、油層内に自然に発見される鉄である。現時点でのスラッジ問題に対する最も効果的な対応は、酸内の遊離の鉄の存在を防ぐ高価な薬剤により鉄を分離することにより反応が起こるのを防ぎ、スラッジが起こるのを防ぐことを試みることである。
特に新しい油井を開発する時のもう一つのしばしば遭遇する問題は、掘削用泥水が、新しく開発した油層の原油と接触した結果エマルジョンを形成することである。この問題は、掘削用泥水が、最新の泥水処方で広く用いられるキサンガム、グアールガム或いはカルボキシメチルセルローズのような水溶性ポリマーの一つを含む時発生する。酸性雰囲気の存在或いは鉄の存在にかかわらず、これらのポリマーとある種の原油の接触は、上記のスラッジと同様なエマルジョンの形成の原因となる。これらエマルジョンは、スラッジとほとんど同様に原油を含む層の閉塞の原因となる。
本発明によれば、原油生産井の掘削或いは改修時に遭遇する原油／水エマルジョンの形成を防ぎ或いはその様なエマルジョンを破壊するために有用な新規な組成物が提供される。本発明による新規な組成物は、容積基準で、約85〜99.5%（好ましくは93〜97%、最も好ましくは95%）の少なくとも一種類の、石油に対する液体芳香族炭化水素溶剤、約0.4〜8%（好ましくは1〜5%、最も好ましくは3%）の少なくとも一種類の、水と石油に対する相互的溶剤である有機化合物、及び約0.1〜7%（好ましくは1〜5%、最も好ましくは3%）の少なくとも一種類の式：
Ｒ_３Ｃ（Ｏ）−Ｎ（Ｒ_１）（Ｒ_２）
を持つ脂肪酸のN,N-ジアルキルアミドの溶液である。
ここで、式中、Ｒ_１は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；Ｒ_２は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；そしてＲ_３Ｃ（Ｏ）−は置換された又は置換されていない約8〜22の炭素原子を持つ脂肪酸残基である。
本発明のもう一つの局面は、新規な組成物の有効な量をもって原油を含む層を処理することにより、原油を含む層の酸処理時のスラッジ形成を防ぎ或いは酸処理の結果として原油を含む層内にスラッジが形成された後でそれを破壊し分散させる方法を意図するものである。
更に、本発明の別の局面は、新規な組成物の有効な量をもって原油を含む層を処理することにより、ポリマーを含む掘削用泥水と原油の接触の結果としてのエマルジョン形成を防ぎ、或いはその様なエマルジョンを破壊することを意図する。
本発明の組成物ならびに方法に有用な、脂肪酸のN,N-ジアルキルアミドは、式：
Ｒ_３Ｃ（Ｏ）−Ｎ（Ｒ_１）（Ｒ_２）
を持つ既知の化合物である。
ここで、式中、Ｒ_１は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；Ｒ_２は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；そしてＲ_３Ｃ（Ｏ）−は置換された又は置換されていない約8〜22の炭素原子を持つ脂肪酸残基である。化合物のジアルキル成分は、同じでも異なっていても良く、好ましくは炭素数１から３のアルキル基で、更に好ましくはメチル基である。
8〜22の炭素原子を持つどのカルボン酸のジアルキルアミドでも使用できるが、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、及びリシノレン酸のような18の炭素原子を持つ脂肪酸に基づいたものの使用が好ましい。もしジアルキルアミドを希釈せずに用いる時、好ましいアミドはN,N-ジメチルオレアミドである。
ジアルキルアミドの脂肪酸残基、Ｒ_３Ｃ（Ｏ）−、は、又Ｃ₁₈酸に富む植物油に存在する飽和の又は不飽和の、置換された又は置換されていない脂肪酸の残基でもよい。植物油は、トール油、ヤシ油、大豆油、綿実油、ココヤシ油、コーン油、落花生油、キャノーラ油、ベニバナ油、ヒマワリ油、ババスー油、ヒマシ油、亜麻仁油、オリーブ油、及び桐油から選択できる。好ましい態様に於いては、植物油は、トール油、ヤシ油及び大豆油から選択される。
界面活性剤、乳化剤或いは分散剤のような一般的な添加剤を含むN,N-ジアルキルアミドの製剤は、本発明の組成物及び方法に使用できる。N,N-ジアルキルアミドの好ましい製剤は、約90.1重量%のトール油脂肪酸のN,N-ジアルキルアミド及び9.9重量%のエトキシル化されたドデシルフェノール（バックマンラボラトリースオブカナダ社より市販されているSPI 2400, Buckman Laboratoriees of Canada Ltd.,Vaudreuil,Quebec,Canada）の混合物である。
どの液体芳香族炭化水素でも、或いは好ましくは少なくとも95%の芳香族成分を含む芳香族炭化水素の混合物でも本発明の組成物に使用できる。好ましい芳香族炭化水素には、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、及びトリメチルベンゼン或いはそれらの混合物等がある。本発明による組成物の好ましい芳香族成分は、キシレンである。キシレンの良い供給源は、シェル化学社(Shell Chemical Company)よりシェルヘビーリフォーメート(Shell Heavy Reformate）の商標名で市販されている製品である。この物質は、約98〜99%のキシレンを含んでいる。
水／石油の相互溶剤として石油工業で慣用的に用いられているどの化合物でも、本発明による組成物に使用できる。典型的な水／石油の相互溶剤には、例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、或いはプロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテルのような例えば、アルキレンジオールのモノアルキル或いはジアルキルエーテル等がある。特に好ましい溶剤は、エチレングリコールモノブチルエーテルである。
本発明により掘削管内が処理される時、殆どの場合操作は二段階で行われる。例えば、好ましくは、石油工業で周知の技術及び工程を用い泥水用酸によるフィルターケーキの除去作業が最初におこなわれる。もしこの作業中に、泥水用酸が鉄で汚染されると、泥水用酸と原油を含む層との界面にスラッジが形成する。このような場合、フィルターケーキ除去に引き続き、スラッジを破壊しそしてその成分を分散させるため、本発明による組成物が掘削管内に送入される。
その他の場合、鉄の存在に関わりなく、キサンガム、グアールガム或いはカルボキシメチルセルローズのような水溶性ポリマーを用いた泥水の使用によりエマルジョンが形成される事がある。油層からの原油の流れを減少させ或いは止めてしまう可能性のあるこのエマルジョンは、本発明による製剤の有効量を、油層に送入することにより容易に破壊できる。
一般的に実行される酸処理のもう一つの作業は、透過性及び流出性を改良する為の砂岩或いは石灰岩層の仕上げである。この作業に於いて使用される酸は、通常ＨＦと混合されない単体のＨＣｌである。殆どの場合、同様な鉄の汚染源が存在するため、同様なスラッジ形成の問題に遭遇する。しかしこの場合、油層は、通常処理用の酸の導入に先立ち、本発明の組成物を油層にポンプにより送入可能なほどに十分に隙間がありそして多孔質である。したがって、処理用酸が油層に入った時、酸は本発明のジアルキルアミド／溶剤組成物をそれの前方の油層内に押しやる。そして酸は油層内の原油とジアルキルアミド／溶剤組成物の存在下でのみ接触する事となり、スラッジ形成は防がれる。
架橋結合した水溶性ポリマーを含む掘削用泥水を使用する掘削作業に於いて、原油、水、ポリマーのエマルジョンがしばしば形成される。このエマルジョンは、本発明の組成物を使用することにより防ぐことができる。この場合、フィルターケーキの除去に引き続き、本発明の組成物がエマルジョンと接触するよう油層に押し込まれる。組成物とエマルジョンの接触ができると、エマルジョンは破壊しそしてエマルジョンの個々の成分は容易に掘削管内に流れ込む。
エマルジョンの可能性のあるもう一つの原因は、油層のＫＣｌによる破断の時に遭遇する。この作業に於いて、水溶性ポリマーにより僅かにゲル化されたＫＣｌの水溶液は支持材(proppant)用の砂を油層内に運ぶのに使用される。油層内の原油がＫＣｌと接触する時、原油及びＫＣｌ／水溶液のエマルジョンが形成される可能性がある。これらのエマルジョンは、本発明の組成物によりエマルジョンを組成物と接触することにより破壊できる。作業の方法は、原油及び水溶性のポリマーの接触により形成されるエマルジョンの破壊に使用する方法と同様である。
エマルジョン若しくはスラッジ形成の予防又は形成された後でのエマルジョン若しくはスラッジの破壊及び分散の為の組成物の有効量は、処理しようとする油層、いかに被害が広がっているか例えばエマルジョン若しくはスラッジ形成、油井の型、原油の性質及び個々の油井特有のその他の要素による。従って、特定の油井に対する有効量は、ケースバイケースによって決定される。
本発明は、次の実施例により例示される。実施例は請求の範囲により要求しているものを除き制限する意図はない。
実施例 １
世界各地の６個所の油層からの一系列の原油の標本を、本発明の組成物による処理の予防的効果及び救済的効果の両方を証明する為処理した。原油標本の４個はカナダの油層から得られ、１個はアルジェリアからそして１個はロシアからである。
透明は容器内のそれぞれの原油標本に、同容積の8000ppmの塩化鉄を含む15%ＨＣｌを加えた。それぞれの場合、濃密なスラッジがほとんど直ちに形成し、容器の原油の入っていた部分全部を濃密な、黒い、単一相の安定なスラッジで満たした。これらのスラッジのそれぞれを、それの４倍の重量の、容量で85%のシェルヘビーリフォーメート及び容量で15%の、容量で2%のトール油脂肪酸のN,N-ジメチルアミド、3%のエチレングリコールモノブチルエーテル及び95%の主としてトルエンの芳香族溶剤からなる、濃縮物で調合された本発明の組成物で処理した。この様に処理した溶液は50℃に加熱し、そして４時間その温度で変化しないよう保持した。４時間の時間の終わりに、それらを視覚によって相の変化を検査した。それぞれの場合、スラッジは破壊され容器内の物質は二つの明白な相に分離していた。上部の相はスラッジを含まないもともとの流動性のある原油であった；下部の相は透明な水の相であった。
第二の容器の系列に、まず第一の系列の容器に用いたと同じ本発明の組成物を、容器内の原油の４倍の重量に等しい量加えた。この混合物を、50℃に加熱し、そしてその温度で４時間放置した。溶液は次いで同重量の、鉄を含んだ15%ＨＣｌと混合した。一晩放置した後でも、これらの容器にはスラッジは観察されなかった。即ち、スラッジ形成が防止された。
実施例 ２
カナダ、アルバータ州中部の水平掘削の油井から回収された原油／水エマルジョンを、エマルジョンの破壊を証明する為用いた。この場合のエマルジョンは、水溶性のキサンガムを含む掘削用泥水（即ち、カリフォルニア州サンジエゴのケルコ社（Kelco Corporation)の製品であるKelzan XCD）を使用した結果生じたものである。このエマルジョンは、1546mPaの粘度を持ち、非常に悪い流動性を示した。
２個の50mlのエマルジョンのサンプルを、小さいビーカーに入れた。第一のサンプルに50mlの、容積で約2%のトール油N,N-ジメチルアミド、3%のエチレングリコールジメチルエーテル及び95%のトルエンからなる混合物を加えた。他のサンプルには50mlのトルエンを加えた。
両サンプルを、20℃で４時間放置した。４時間の終わりに、本発明によって処理した第一のダンプルは、原油及び水の層への明確な分離を示した。流体の粘度は1.66mPaであった。トルエンのみで処理した他のサンプルは、流体の粘度が1.75mPaであったにもかかわらず原油及び水の層への明確な分離を示さなかった。

Claims (11)

1. 原油生産井の掘削又は改修時に遭遇する原油／水エマルジョンの形成を防ぎ又はその様なエマルジョンを破壊するのに有用な組成物であって、容積基準で、85〜99.5%の、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびその混合物からなる群から選択される少なくとも一種類の石油に対する液体芳香族炭化水素溶剤と、0.4〜8%の、アルキレングリコールのモノアルキルおよびジアルキルエーテルからなる群から選択される少なくとも一種類の水と石油に対する相互的溶剤である有機化合物と、0.1〜7%の少なくとも一種類の式
   Ｒ_３Ｃ（Ｏ）−Ｎ（Ｒ_１）（Ｒ_２）
   （式中、Ｒ_１は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；Ｒ_２は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；そしてＲ_３Ｃ（Ｏ）−は置換された又は置換されていない8〜22の炭素原子を持つ脂肪酸残基である。）を持つ脂肪酸のN,N-ジアルキルアミドとの溶液を含む前記組成物。
2. N,N-ジアルキルアミドの脂肪酸成分がＣ₁₈脂肪酸である請求項１記載の組成物。
3. N,N-ジアルキルアミドがＣ₁₈脂肪酸のN,N-ジメチルアミドである請求項２記載の組成物。
4. N,N-ジアルキルアミドの脂肪酸成分がトール油脂肪酸である請求項１記載の組成物。
5. N,N-ジアルキルアミドがトール油脂肪酸のN,N-ジメチルアミドである請求項４記載の組成物。
6. 水と石油に対する相互的溶剤である有機化合物が、エチレングリコールモノブチルエーテルである請求項３記載の組成物。
7. 水と石油に対する相互的溶剤である有機化合物が、エチレングリコールモノブチルエーテルである請求項５記載の組成物。
8. 原油生産井の掘削又は改修時に遭遇する原油／水エマルジョンの形成を防ぎ又はその様なエマルジョンを破壊する方法であって、その様な処理を必要とする原油を含む層を、請求項１〜７のいずれかに記載の組成物の有効量でもって処理する事を含む前記方法。
9. 原油を含む層の酸処理時のスラッジの形成を防ぐかまたは形成したスラッジを破壊しかつ分散する方法であって、原油を含む層を、請求項１〜７のいずれかに記載の組成物の有効量でもって処理する事を含む前記方法。
10. 原油生産井の掘削又は改修時に遭遇する原油／水エマルジョンの形成の予防又はその様なエマルジョンの破壊に有用な溶液であって、
    85〜99.5%の、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびその混合物からなる群から選択される少なくとも一種類の液体芳香族炭化水素溶剤中に
    0.4〜8%の、アルキレングリコールのモノアルキルおよびジアルキルエーテルからなる群から選択される少なくとも一種類の水と石油に対する相互的溶剤である有機化合物；及び
    0.1〜7%の少なくとも一種類の式
    Ｒ_３Ｃ（Ｏ）−Ｎ（Ｒ_１）（Ｒ_２）
    （式中、Ｒ_１は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；Ｒ_２は置換された又は置換されていないＣ_１−Ｃ_６のアルキル基であり；そしてＲ_３Ｃ（Ｏ）−は置換された又は置換されていない8〜22の炭素原子を持つ脂肪酸残基である。）を持つ脂肪酸のN,N-ジアルキルアミド；
    を含む前記溶液。
11. 該有機化合物が容積基準で３％のエチレングリコールモノブチルエーテルであり、該N,N-ジアルキルアミドが容積基準で２％のトール油のN,N-ジメチルアミドであり、そして該溶剤がトルエンである請求項10記載の溶液。