NO158824B - Fremgangsmaate til utvinning av olje fra et underjordisk reservoar. - Google Patents

Description

Ved utvinning av olje fra oljeførende formasjoner

lykkes det vanligvis bare å utvinne en brøkdel av den opprinnelig foreliggende olje ved primære utvinningsmetoder. Herunder kommer oljen opp til overflaten som følge av det naturlige trykk i reservoaret. Ved sekundær oljeutvinning blir vann presset inn i formasjonen gjennom én eller flere injeksjonsboringer for å drive oljen frem til én eller flere produksjonsbrønner og på denne måte opp til overflaten. Denne såkalte vannflømming som sekundærforholds-regel er relativt billig og anvendes tilsvarende hyppig, men fører i mange tilfeller bare til en svak økning av den olje-mengde som utvinnes av reservoaret.

En virksom fortrengning av oljen lykkes bare ved hjelp av tertiære forholdsregler som er dyrere, men nasjonaløkonomisk tvingende nødvendige på grunn av den foreliggende oljeknapphet. Med tertiærutvinning forstås fremgangsmåter hvor enten oljens viskositet nedsettes og/eller viskositeten av det ved vannflømmingen anvendte vann økes og/eller grenseflatespenningen mellom vann og olje reduseres.

De fleste av disse prosesser kan karakteriseres enten som oppløsnings- eller blandingsflømming, termiske oljeut-vinningsprosesser, tensid- eller polymerflømming eller som en kombinasjon av flere av disse fremgangsmåter.

Termiske utvinningsprosesser omfatter injisering av

damp eller varmt vann eller finner sted som en forbrenning in situ. Oppløsnings- eller blandingsprosesser består i injisering av et oppløsningsmiddel for jordoljen i reservoaret, idet der med en "jordolje" forstås en gass og/eller en væske. Tensidflømmeprosesser (alt etter tensidkonsentra-sjonen, eventuelt tensidtypen og tilsetninger skiller man mellom tensidunderstøttet vannflømming, vanlig tensidfløm-ming (Lowtension flooding), micellærflømming og emulsjons-flømming) beror i første linje på en sterk nedsettelse av

grenseflatespenningen mellom olje og flømmevann. I enkelte tilfeller, spesielt i nærvær av høyere tensidkonsentrasjoner, oppstår der imidlertid VO-dispersjoner med tydelig forhøyet viskositet i forhold til olje, slik at tensidflømmingen her også tar sikte på en reduksjon av mobilitetsforholdet, hvor-ved virkningsgraden av oljefortrengningen økes. Ren polymer-flømming beror i overveiende grad på den sist beskrevne virkning av det gunstigere mobilitetsforhold mellom olje og etterfølgende vann.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til utvinning av olje véd tensidflømming. Som oljemobiliserende tensider er der hittil fremfor alt blitt beskrevet organiske sulfonater som alkyl-, alkylaryl- eller petroleumsulfonater. Disse har imidlertid en meget lav toleransegrense overfor saliniteten av reservoaret. Allerede saltkonsentrasjoner på 1 000 ppm anses som problematiske, og i denne forbindelse er ømfintligheten av disse tensider spesielt utpreget overfor jordalkalioner. Her antas den øvre kritiske grense-konsentrasjon å være ca. 500 ppm (US-PS 4 110 228). I nærvær av høyere saltkonsentrasjoner danner der seg ved anvendelse av disse tensider utfellingsprodukter som kan føre til tilstopping av formasjonen. Da imidlertid mange reservoar-vann har vesentlig høyere saliniteter, i Nord-Tyskland f.eks. opptil 250 000 ppm, har man lett etter måter til å utnytte de ellers gode oljemobiliserende egenskaper av de organiske sulfonater også for reservoarsystemer med høyere salinitet. I blanding med kosurfaktanter (samvirkende overflateaktive midler) som alkoholer eller ikke-ioniske tensider viser organiske sulfonater seg også mindre elektrolyttømfintlige. Riktignok var da for det meste også den oljemobiliserende virkning dårligere.

I motsetning til denne stoffgruppe oppviser alkyl- resp. alkylarylpolyglykoletersulfater eller karboksymetylerte alkyl- resp. alkylaryloksetylater en god forenlighet selv med ekstremt høye saliniteter (f.eks. 250 000 ppm) av reser-voarvannet. Da den oljemobiliserende virkning av disse tensider er god (H.J. Neumann, DGMK BERICHTE, Bericht 164 (1978), D. Balzer og K. Kosswig, Tenside Detergents 1_6, 256 (1979)) og deres fremstilling er enkel og billig, er disse stoff-klassef meget velegnet for anvendelse ved oljefortrengning i reservoarsystemer med midlere eller høy salinitet (10 000 - 250 000 ppm samlet saltinnhold). Ved tallrike undersøkelser angående mobilisering av restolje i modellformasjoner med karboksymetylerte oksetylater som tensider har man imidlertid iakttatt at transporten av oljebanken gjennom formasjonen ledsages av en sterk trykkstigning. Således ble der selv ved relativt høy-permeable kunstige formasjoner iakttatt trykkgradienter på opptil 40 bar/m, som ved overføring til et felt fører til trykk langt over det petrostatiske trykk og dermed ute-lukker avendelsen av disse tensider ved tertiær oljeutvinning. Også i litteraturen (C. Marx, H. Murtada, M. Burkowsky, Erdoel Erdgas Zeitschrift £3, 303 (1977)) er det henvist til trykkgradienter av lignende størrelsesorden. Forfatterne forklarer de høye trykkforskjeller med dannelse av emulsjonssoner, som imidlertid skal begrense seg til om-rådet for flømmefronten. Ved de forsøk som oppfinnerne av den foreliggende oppfinnelse har utført, kunne man imidlertid ikke merke noen lokal begrensning av trykkgradienten. Da råoljeemulsjoner som er stabilisert med karboksymetylerte oksetylater, er strukturviskøse, kan forøvrig de høye trykkforskjeller ikké reduseres etter forgodtbefinnende, selv ved en reduksjon av flømmehastigheten. Av denne grunn vil man ved tensidflømming med karboksymetylerte oksetylater i felt-forsøk måtte regne med ubeherskbart høye trykkgradienter.

Der forelå derfor den oppgave for de godt oljemobiliserende karboksymetylerte oksetylater å finne en fremgangsmåte for utføring av tensidflømmingen som ikke fører til høye trykkgradienter. En reduksjon av trykkgradienten er mulig ved at der tilstrebes et sterkt forsinket tensidgjen-nombrudd ved tilpasning av tensidmengden til reservoaret. Riktignok forutsetter denne fremgangsmåte homogene formasjoner som man riktignok kan oppnå ved kunstige sandfyllinger, men neppe i egentlige reservoarer. En løsning av oppgaven

på denne måte vil derfor neppe være mulig.

Oppgaven er imidlertid overraskende blitt løst ved at man forlater én arbeidshypotese som også er underbygget i litteraturen, og som går ut på at en virksom restoljeut-vinning bare er mulig når betingelsene for forekomst av en VO-emulsjon foreligger såvidt mulig under hele flømmepro-sessen (U. Lepper, Erdoel Erdgas Zeitschrift 92, 426 (1976)). I henhold til B. Balzer og K. Kosswig, Tenside Detergents 16, 256 (1979) betyr dette at faseinversjonstemperaturen (PIT) av det system som består av opprinnelig råolje og opprinnelig formasjonsvann samt tensid og eventuelle tilsetninger, må ligge klart under reservoartemperaturen, nærmere bestemt opptil 15°C under denne. Ved flømmeforsøk som er utført under disse betingelser på modellformasjoner, iakttok man vanligvis meget effektiv oljeutvinning, samtidig som råoljen overveiende kunne flømmes ut i emulsjonsfri tilstand. Imidlertid opptrer der ved denne arbeidsmåte meget hyppig høye trykkgradienter.

Det er nå funnet at trykkgradienten under oppnåelse av en god oljeutvinning kan senkes med en faktor på 20 - 100 ved en fremgangsmåte ; som angitt i patentkravet. Dette var ytterst overraskende forsåvidt som det angjeldende temperaturområde er tilstandsområdet for en OV-emulsjon.

Hvis man nemlig velger et slikt tensid at faseinversjonstemperaturen ligger 11°C og mere over reservoartemperaturen og man således befinner seg i tilstandsområdet for OV-emulsjonen, er mobiliseringen av restoljen mindre effektiv og oljen blir helt overveiende transportert som emulsjon.

Selve faseinversjonstemperaturen blir bestemt ved hjelp av måling av den elektriske ledningsevne. , Til dette formål fremstiller man en emulsjon av råoljen og formasjonsvannet fra det angjeldende reservoar (faseforhold 1:1) og tensidet (2 % regnet på vannfasen) samt eventuelt tilsetninger og måler dens.elektriske ledningsevne i avhengighet av temperaturen. Ved faseinversjonstemperaturen (PIT) slår en OV-emulsjon over i en VO-emulsjon og omvendt, idet den elektriske ledningsevne da reduseres resp. øker sprangvis.

Egentlig dreier det seg om et temperaturområde på få grader Celcius. Den temperatur hvor den elektriske ledningsevne

har middelverdien mellom det øvre nivå (OV) og det nedre nivå (VO), regnes som (PIT).

Den foreliggende oppfinnelse angår anvendelse av karboksymetylerte oksetylater som oljemobiliserende tensider. Disse forbindelser kan fremstilles i henhold til DE patent-skrift 24 18 444 ved omsetning av oksetylater med formelen R-(0-CH2~CH2)n0H med et salt av kloreddiksyre i nærvær av alkalihydroksyd eller jordalkalihydroksyd, men også andre fremstillingsmåter er egnet. R betyr her et mettet eller umettet alkylradikal med rett eller forgrenet kjede og 4 - 20, fortrinnsvis 8-16, C-atomer eller en alkylarylrest med 1-14 C-atomer i alkylresten. n kan ha verdier mellom 1 og 30, fortrinnsvis mellom 1 og 20. Kationet kan være natrium, kalium, litium, ammonium, kalsium eller magnesium. Som alkoholer og fenoler hvis oksetylater ligger til grunn for karboksymetylatene, kan der f.eks. anvendes: butylalkohol, heksylalkohol, oktylalkohol, nonylalkohol, decylalkohol, undecyl-, lauryl-, tridecyl-, myristil-, palmityl- og stearylalkohol, men også umettede alkoholer som f.eks. oleylalkohol. Alkylkjeden kan herunder ha normal eller forgrenet kjede. Særlig hensiktsmessig benyttes der i handelen tilgjengelige blandinger av disse alkoholer. Som alkylfenoler kan der anvendes f.eks.: kresol, etylfenol, propyl-fenol, butylfenol, heksylfenol, oktylfenol, nonylfenol, decylfenol, undecylfenol, dodecylfenol, tridecylfenol, tetradecylfenol, dibutylfenol og diheksylfenol. Alkylkjeden kan ha normal eller forgrenet kjede. Spesielt kan der anvendes i handelen tilgjengelige blandinger av slike alkylfenoler.

Oksetyleringen kan gjennomføres i nærvær av katalyttiske mengder av alkalihydroksyd med 1 - 30, fortrinnsvis 1- 20 mol etenoksyd. De dannede blandinger har tilnærmet en poisson-fordeling.

I overensstemmelse med sin fremstilling inneholder de karboksymetylerte oksetylater fortsatt anselige mengder ikke omsatt oksetylat. Med formelen R-(OCH2-CH2)n-OCH2-COOM menes derfor alltid en blanding med forskjellige mengder ikke omsatt oksetylat. I henhold til dette er det mulig å definere en karboksymetyleringsgrad. Det har vist seg at blandinger med en karboksymetyleringsgrad på mellom 10 og 90 %, fortrinnsvis mellom 30 og 90 % er istand til effektivt å fortrenge oljen. Spesielt effektive er blandinger med karboksymetyleringsgrader på 50 - 85 %. Prosentangivelsen er alltid vektprosenter.

I henhold til oppfinnelsen går man frem på følgende måte: Ved kjennskap til reservoartemperaturen resp. eventuelt et temperaturområde utføres der en orienterende måling av PIT av råoljen, formasjonsvannet og eventuelt gassen i reservoaret samt et karboksymetylert oksetylat som synes egnet. Denne måling må eventuelt gjentas med ytterligere tensider i denne klasse og eventuelt tilsetninger.

På basis av måleresultatet finner der sted en tilpasning av det karboksymetylerte oksetylat, hvis oljemobiliserende virkning for det angjeldende reservoarsystem kan verifiseres gjennom ett eller flere forforsøk i en sandfylling som modellformasjon eller i originalborkjerner.

Natriumsaltene av de karboksymetylerte oksetylater som fremstilles ved omsetning av oksetylater med kloreddiksyre i nærvær av natronlut, gir en rekke holdepunkter for "molekylærarkitekturen" for innstilling av en ønsket fase-invers jons temperatur i et bestemt system:

Saltene av de karboksymetylerte oksetylater setter seg sammen av tre variable byggestener: Det hydrofobe radikal R, oksetylatkjeden og karboksymetylgruppen, hvis andel i den fremstilte produktblanding kan endres innen vide grenser ved regulering av omsetningen av utgangsoksetylatet med kloreddiksyre.

Som utgangsstoffer for det hydrofobe radikal R kommer lineære og forgrenede (fett)alkoholer på tale, videre alkylfenoler med vilkårlige alkylradikaler. Et inntrykk av innflytelsen av alkylradikalet på faseinversjonstemperaturen i et bestemt system vil man få av tabell 1.

På fig. 1 og 2 er avhengigheten av faseinversjonstemperaturen i et bestemt system av oksetyleringsgraden og omsetningen ved karboksymetyleringen gjengitt. I begge tilfeller ble råolje A og formasjonsvann A anvendt i et faseforhold på 1:1 sammen med 2 % tensid. På fig. 1 er tensidene 70 % karboksymetylerte isononylfenoloksetylater med forskjellig oksetyleringsgrad. På fig. 2 er de isononylfenoloksetylater med 5,5 EO omsatt i forskjellig grad med kloreddiksyre.

Tabell 1 og fig. 1 og 2 viser den variabilitet som klassen av karboksymetylerte oksetylater som utgjør blandinger av ioniske og ikke-ioniske tensider, frembyr med hensyn til reservoarbetingelsene.

Videre kan eventuelt volumet av den tensidoppløsning som skal injiseres, dennes konsentrasjon og eventuelle tilsetninger samt videre arten og mengden av den polymeropp-løsning som regulerer mobiliteten,•optimaliseres ved hjelp av modell-flømmeforsøk. På grunnlag av resultatene fra disse forforsøk blir tensidoppløsningen ført inn i reservoaret ved hjelp av injeksjonspumper. Herunder kan tensidoppløsningen enten føres inn kontinuerlig eller anvendes i form av en plugg, dvs. et snevert begrenset volum på 0,05 - 4,0 PV (porevolum av reservoaret). Størrelsen av pluggen retter seg fremfor alt etter konsentrasjonen av tensidoppløsningen og økonomiske hensyn.

Hensiktsmessig foretas der forut for tensidflømmingen en vannflømming, idet det utvunnende formasjonsvann anvendes som flømmevæske. Størrelsen av denne vannplugg utgjør 0,01 - 4 PV, fortrinnsvis 0,05 - 1,0 PV. Etter ten-sidpluggen injiserer man hensiktsmessig både av hensyn til mobilitetskontrollen og til beskyttelse av tensidoppløsningen mot inntrengende formasjonsvann en polymerplugg i reservoaret. Til dette formål blir en polymer eller en blanding av poly-merer oppløst i formasjonsvannet i en slik konsentrasjon at viskositeten er 4 - 6 ganger så høy som viskositeten av oljen. Ved reservoarer med midlere og høyere salinitet (3 - 28 %) kommer der her spesielt på tale biopolymerer såsom polysakka-rider eller cellulosederivater som i nærvær av forhøyede saltkonsentrasjoner fortsatt har en tilstrekkelig viskositet og ikke oppviser noen utfellinger.

Av hensyn til en gunstigere viskositetstilpasning av tensidoppløsningen til oljen i reservoaret eller for reduksjon av tensid- eller eventuelt polymerholdetiden kan det være hensiktsmessig å tilsette alkoholer eller også glykoler til tensid-resp. polymerpluggen som kosurfaktanter. Egnede kosurfaktanter er her f.eks. i-propanol, 1-butanol, n-butanol, t-amylalkohol, 2-etylheksanol, butyldiglykol og butyltriglykol.

Ved formasjonsvann som er relativt fattig på jordalkali-ioner, kan det vise seg hensiktsmessig å tilsette oppløselige jordalkalisalter til tensidoppløsningen samt til det formasjonsvann som anvendes til flømming før eller etter tensid-oppløsningen. Ved tilpasning av tensidet til reservoaret, dvs. ved måling av PIT,_,må man ta hensyn til disse tilsetninger.

Hensiktsmessig slutter en vanlig vannflømming seg til injiseringen av polymeroppløsningen. Denne vannflømming ut-føres så lenge som det ennå er økonomisk å utvinne olje.

De etterfølgende eksempler skal belyse fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen:

Eksempel 1

For fremstilling av en kunstig formasjon ble kantav-rundet kvartssand fylt i et termostatiserbart høytrykksrør med en lengde på 70 cm og en diameter på 5 cm, idet røret var forsynt med temperaturmåleinnretning og manometer. Røret kunne lukkes i begge ender ved gjengepropper med kapillar-innløp og trykkholdeventilutgang. Deretter ble sandfyIlingen mettet med formasjonsvann ved hjelp av en høytrykkspumpe og innstilt på den ønskede temperatur ved hjelp av en termostat. Deretter ble der utført en permeabilitetsmåling og deretter en råoljemetting, idet samtidig heftvanninnholdet ble bestemt. Deretter begynte man vannflømmingen med en flømme-hastighet på ca. 3 m/d. Etter innflømming av ca. 1,5 PV formasjonsvann, idet der ble oppnådd en utvanningsgrad på 98 - 100 %, ble tensidet injisert som en plugg. Deretter fulgte polymeroppløsningen (0,4 PV) som en plugg og ca.

3,0 PV formasjonsvann. Tensidflømmingen, polymerflømmingen og den etterfølgende etterflømming med formasjonsvann fant sted med en flømmehastighet på ca. 1 m/d.

Reservoartemperaturen lå på 47°C og trykket i reservoaret var 60 bar. Porøsiteten av den kunstige formasjon var ca. 47 %, permeabiliteten ca. 1 200 mD og heftvanninnholdet ca. 25 %.

Formasjonsvannet inneholdt ca. 20 % NaCl, 0,1 % KC1, 1,2 % CaCl2 og 0,4 % MgCl2. Som polymer tjente hydroksy-etylcellulose (0,25 %'s oppløst i formasjonsvann, viskositet ved 25°C ca. 60 mPa.s). Som råolje ble der anvendt en olje med parafininnhold og n 20 D = 1,486, d2Q = 0,863 g/cm 3 og n20 = 19 mPa.s.

Som tensidoppløsning ble anvendt 0,2 PV av en 6,6 % dispersjon av karboksymetylert nonylfenoloksetylat med 5,5 mol etenoksyd pr. mol i formasjonsvannet. Karboksymetyleringsgraden utgjorde ca. 70 %, og PIT av den angjeldende råoljeemulsjon var 48°C.

Ved vannflømningen ble der oppnådd en oljeutvinning på 75 %, som etter ytterligere 1,3 PV etter begynnelse av tensidflømmingen kunne økes med 23 % til 98 % samlet oljeutvinning. Under transporten av den av tensidet frembragte oljebankble der målt en midlere trykkgradient på 0,6 bar/m.

Eksempel 2 ( sammenligningseksempel)

Dette sammenligningseksempel ble gjennomført ved praktisk talt identiske betingelser, stoffer og fremgangsmåtetrinn som i eksempel 1, men ved en innstilt reservoartemperatur på 56°C (PIT utgjorde 48°C som i eksempel 1). Ved vannflømming ble der oppnådd en oljeutvinning på 73 %, som etter ytterligere 1,4 PV etter begynnelse av tensidflømmingen kunne økes til 99 % samlet oljeutvinning. Imidlertid ble der herunder målt en midlere trykkgradient på 41 bar/m.

En slik trykkgradient ville ved overføring til feltet føre til trykk langt over det petrostatiske trykk og dermed utelukke anvendelse av tensidene ved tertiær jordoljeutvin-ning.

Eksempel 3

Dette eksempel ble utført med praktisk talt de samme betingelser, stoffer og fremgangsmåtetrinn som i sammenligningseksempel 2 (reservoartemperatur 56°C), men med et karboksymetylert nonylfenoloksetylat med 5,9 mol etenoksyd pr. mol. PIT utgjorde herunder 58°C. 01jeutvinningsgraden på 75 % etter vannflømmingen lot seg øke til 99 % ved tensid-flømmingen, idet den midlere trykkgradient antok en verdi på 0,7 bar/m.

Eksempel 4 ( sammenligningseksempel)

Dette eksempel ble gjennomført med praktisk talt de samme betingelser, stoffer og.fremgangsmåtetrinn som i eksempel 1, men med en 0,4 PV tensidplugg av karboksymetylert fettalkohol(C^2~ C^^)-oksetylat med 4,5 mol etenoksyd pr. mol dispergert i en mengde på 5,5 % i formasjonsvannet

(PIT 53°C) og en reservoartemperatur på 56°C. Ved vann-flømming ble der oppnådd en oljeutvinning på 77 %, som etter ytterligere 1,4 PV kunne økes til 99 % ved tensidflømming. Den midlere trykkgradient økte herunder til 23 bar/m.

Eksempel 5

Dette eksempel ble gjennomført med de samme betingelser og fremgangsmåtetrinn og med de samme stoffer som i sammenligningseksempel 4 (PIT 53 oC). Som reservoartemperatur ble der imidlertid her innstilt en verdi på 49°C. Oljeutvinningen ved vannflømming utgjorde 76 % og ved den etterfølgende ten-sidf lømming ytterligere 22 %. I forhold til sammenligningseksempel 4 ble der her målt en midlere trykkgradient på bare 0,7 bar/m.

Eksempel 6 ( sammenligningseksempel)

Dette eksempel ble gjennomført med praktisk talt de samme betingelser og fremgangsmåteskritt samt stoffer som i eksempel 3, men med en reservoartemperatur på 44°C (PIT 58°C, altså 14°C over reservoartemperaturen). 01jeutvinningsgraden etter vannflømmingen utgjorde 77 %. Ved hjelp av tensidet var det mulig å øke oljeutvinningen til 94 %, idet 10 % av tertiæroljen først ble oppnådd emulsjonsfri og ytterligere 7 % ble oppnådd i form av en OV-emulsjon. Den midlere trykkgradient under transporten av oljebanken lå her på 0,6 bar/m.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til utvinning av langt på vei emulsjonsfri olje fra et underjordisk reservoar av midlere eller høy salinitet (3-28 vektprosent) ved at man i en injeksjonsboring injiserer en tensidoppløsning eller -dispersjon be-stående av 0,1-20 vektprosents oppløsning eller dispersjon i formasjonsvann av karboksymetylerte oksetylater med formelen hvor R betyr et alifatisk radikal med lineær eller forgrenet kjede og 4-20 karbonatomer eller et alkyl- eller dialkylaromatisk radikal med 1-14 karbonatomer i alkylgruppen, n betyr 1-30 og M betyr et alkali- eller jordalkalimetallion eller ammonium, og hvor karboksymetyleringsgraden ligger på 10-90 vektprosent, fortrinnsvis 30-90 vektprosent,

   idet tensidet er slik utvalgt at fasein-vers jonstemperaturen av systemet råolje/formasjonsvann/tensid/ eventuelle tilsetninger ligger 0-10°C, fortrinnsvis 1-5°C, over temperaturen i reservoaret, karakterisert ved at der anvendes en tensidoppløsning eller -dispersjon som inneholder en en-, to- og/eller treverdig alkohol som kosurfaktant.