NO161639B - Fremgangsmaate til utvinning av jordolje fra underjordiskeformasjoner. - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte til utvinning av jordolje fra underjordiske formasjoner hvor det anvendes en polymeroppløsning som over-svømmingsmedium i den tertiære jordoljeutvinning, hvor adsorbsjonen av polymeren reduseres, spesielt under hysaline betingelser, ved anvendelse av vandige opp-lsninger av polyetylenglykol og/eller polypropylenglykol med en molekvlvekt fra 600 til 6000.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte

til utvinning av jordolje av den art som angitt i innlednin-

gen til krav 1.

i

Ved anvendelse av slike polymere oppløsninger som oversvømmingsmedium i den tertiære jordoljeutvinning, kan det ved vandige oppløsninger av polyalkylenglykol av egnet molekylvekt og/eller ved tilsetning av polyalkylenglykol til selve polymeroppløsningen polymerens absorbsjon spesielt under, høyere-saline betingelser reduseres drastisk, og derved oversvømnings-fremgangsmåtens økonomi vesentlig forbedres, resp. over hodet_ først være sikret.

Det er kjent at jordoljeformasjoner avoljes desto dårligere med vannoversvømning jo høyere deres oljeviskositet er. Det i forhold til oljen tyntflytende vann tenderer under ugunstig viskositetsforhold til å fingre fra en injeksjon- til en produksjonsboring således at bare en liten brøkdel av den samlede oljeformasjon haes av det oljefortrengede oversvømnings-medium vann. Mengden av den oversvømmede formasjon og dermed også oljeutvinningen fra en formasjon kan vesentlig økes idet oversvømningsvannets viskositet økes mange ganger ved oppløsningen av høymolekylære vannoppløslige polymere.

Egnet for denne polymeroversvømning er bare få polymerklasser, nemlig er det i rekkefølgen av deres tekniske betydning hovedsaklig polyakrylamidene som for det meste er partielt hydrolysert, polysakkaridene fremstilles biologisk, celluloseeterene, spesielt hydroksyetylcellulose, samt også kopolymerisater som fremstilles ifølge EP-A2-0044508 og består av de monomere vinylsulfonat, vinylacylamid og akrylamid.

Anvendelse av disse polymerklasser har fordeler

og ulemper som må hver gang avveies i forhold til hverandre i det konkrete anvendelsestilfellet.

Polyakrylamider er langkjedede polymere av akrylamid med en molekylvekt fra 2 til 10 millioner. Ved partielt hydrolyserte polyakrylamider, er en del av amidgruppene forsåpet til karboksylatgruppen. De partielt hydrolyserte polyakrylamider er relativt billige. Den ønskede viskositetsøkning rundt en faktor fra 10 til 4 0 i forhold -til vann er allerede oppnåelig ved konsentrasjoner fra 0,3 til 1 kg/m 3, riktignok bare i praktisk talt saltfritt vann. For å oppnå samme viskositets-økninger i saltvann krever man konsentrasjoner fra 1,5 til 4 kg/ m idet det ved meget høye saltinnhold kan være gunstig å an-

vende polyakrylamider med en mindre hydrolysegrad, altså en mindre del av karboksylatgrupper.

Polysakkarider er kondenserte linjære eller også forgrenede sakkarider som frembringes for foreliggende anvendelse eksempelvis ved hjelp av Xanthomonas Campestris eller Fungus Sclerocium med en molekylvekt på 500 000 til flere millioner, fortrinnsvis ved 1 million og mer. For å oppnå 10 til 40-ganger viskositetsøkning i forhold til vann, krever man konsentrasjoner mellom 0,4 og 2 kg/m 3, idet viskositetsproduktiviteten sterkt er uavhengig av saltkonsentrasjonen. Under hensyntagen til den sammenlignet med polyakrylamider høyere pris på polysakkarider anvendes i praksis følgelig av økonomiske overveielser under lav-saline betingelser hovedsaklig polyakrylamid, under høysaline betingelser imidlertid vanligvis polysakkarider.

Dertil er det også vannoppløselig celluloseetere, spesielt hydroksyalkylcellulose med en alkylkjedelengde fra C,

til og spesielt hydroksyetylcellulose egnet for polymerover-svømning. Som polysakkarider er hydroksyetylcellulose mindre saltfølsom, lar seg imidlertid som også andre cellulosederivater bare fremstille med begrenset molekylvekt. Til ønsket viskosi-tetsøkning er det derfor nødvendige konsentrasjoner fra 2 til 4 kg/m 3. Av denne og andre grunner er den praktiske betydning av cellulosederivater begrenset i denne anvendelse.

De ifølge EP-A2-0044508 fremstilte kopolymerisater

av de monomere vinylsulfonat/vinylacylamid/akrylamid viser ved siden av en meget god viskositetsproduktivitet en høyere elektro-lyt- og termostabilitet enn de tidligere nevnte polymerklasser. Derfor er denne produktgruppe spesielt egnet for polymerover-svømning under høysaline betingelser, og ved høye formasjons-temperaturer.

De fleste jordoljeformasjoner fører høysaline saltvann, eksempelvis ligger det samlede saltinnhold i de nordtyske formasjonsvann vanligvis mellom 120 til 250 kg/m .

I henhold til teknikkens stand kan slike formasjoner oversvømmes gunstig i første rekke med ferskvann, for deretter å gjennomføre en polymeroversvømning ved partielt hydrolyserte polyakrylamider i ferskvann.

Denne oversvømningsfremgangsmåte er imidlertid ikke universelt anvendbart. Mange jordoljeformasjoner inneholder leire, som i kontakt med lave saltholdige oversvømningsmedier kan svelle og således føre til en blokkering av formasjonen.

Ofte står ferskvann ikke til disposisjon i den ønskede mengde

og kvalitet, eller forsenkningskapasiteten for det produserte saltvann er ikke tilstrekkelig. I disse tilfeller vil man gjennomføre en polymeroversvømning med en saltvannufølsom polymer i formasjonsvann også når de økonomiske karakteristiske data er ugunstigere sammenlignet til polyakrylamidoversvømning i ferskvann.

En alvorlig faktor som begrenser gjennomførbarheten

av alle polymeroversvømningsfremgangsmåter er retensjon. Formasjonsstenen i hvis fine porer råolje og formasjonsvann fore-ligger ved siden av hverandre, har for det meste spesifikke over-flater i størrelsesorden på ca. 0,1 til 10 m 2/g, idet den faktiske verdi er sterkt avhengig av typen og mengden av den i formasjonsstenen innlagrede leiremengde. De for den tertiære jordoljeutvinning anvendte polymere, finnes alle mer eller mindre sterkt ved adsorpsjon til formasjonsstenen, og spesielt til leiren, og går derved tapt for oljefortrengningsprosessen.

Dessuten kan de høymolekylære polymere også tilbake-holdes mekanisk, eksempelvis ved vedhengning til stenoverflaten eller også gå tapt i døde porerom eller ved utfnokning for over-svømningsprosessen. Det samlede polymertap (samlet retensjon) setter seg altså sammen av tapet på grunn av kjemisk adsorbsjon og retensjonen på grunn av mekaniske effekter (mekanisk retensjon). Det er kjent at spesielt ved polyakrylamider kan tapet ved mekanisk retensjon være meget høyt.

Ligger verdien av de ved retensjonen under over-svømningsprosessen tapte polymere for et bestemt jordoljefelt over verdien av den ved polymeranvendelsen ekstra befordrede olje, så er dette prosjekt ikke mere egnet for en polymerover-svømning under de foran gitte rammebetingelser. I praksis faller en stor del av de kjente jordoljeformasjoner på grunn av for høy retensjonsverdi ut, for en polymer 'oversvømning.

På grunn av dette saksforhold ble det allerede tidlig foretatt det forsøk å injisere såkalte offerkjemikalier før eller med de egentlige oljefortrengende polymere inn i forma-sjonene, og ved forbelegging av adsorpsjonsplasser således å

hindre den kjemiske adsorbsjon av de oljefortrengende kjemi-

kalier mest mulig. Et vesentlig karakteristikum for et slikt offerkjemikalium er at vanligvis er prisen av offerkjemikaliene mindre enn prisen av polymeren som skal beskyttes.

Ved polyakrylamidoversvømning foreslåes f. eks.

et tilsvarende også "Polymer-Conserving Agent", nevnt kjemikalie, eksempelvis i A.C. Uzoigwe, F.C. Scanlon, R.L. Jewett, "Im-provements in Polymer Flooding: The Programmed Slug and the Polymer-Conserving Agent", Journal og Petroleum Technology,

Januar 1974, side 33-41. Tross de intense bestrebelser til å oppsøke nye og virksommere offerkjemikalier, er polymeroversvømning imidlertid som tideligere ingen bredt anvendt oversvømnings-fremgangsmåte, vesentlig medbetinget ved de på grunn av høye:. " retensjonsverdier vanligvis ugunstige økonomiske data.

Fra væske- og gasskromatografi er det kjent en polyetylenglykol- og etterfølgende termisk behandling og des-aktivere meget effektivt silikatisk eller karbonatisk bære-materiale, G. Alexander, "Preparation og Glass Capillary Columns", Chromatographia, Vol, 13, nr. 10, oktober 1980, side 657. Der

er det riktignok nødvendig en behandling ved 280°C og des-aktiveringen kommer derved sannsynligvis i stand ved ikke iden-tifiserte termiske spaltningsprodukter.

Ifølge US-patent 3 6 92 113 anvendes en polyalkylenglykol med høy molekylvekt muligst > 10 , fortrinnsvis med jordalkalier for videre.viskositetsøkning og nedsettelse av mobiliteten av oversvømningsmediet og derved nedsettelse av dannelsen av kanaler i formasjonen.

Ifølge US-patent 3 882 939 injiseres en polyalkylenglykol med en molekylvekt på 10 000 til 10 000 000 og fortrinnsvis fra 1 til 6 mill. tilsvarende den høyest på markedet disponerbare molekylvekt sammen med en biopolymer i formasjonen. Formålet med tilsetning av polyalkylenglykolen be-

står i en påvirkning av flyteegenskapene av den resulterende oppløsning således at også ved høyere skjærefall i praksis altså

i det borhullnære området opptrer høyere tilsynelatende viskositeter. Herved oppnås i borhullnærheten en.forbedret mobili-tetsregulering av oversvømningsmediet.

Ifølge US-patent 3 946 811 oversvømmes med polyalkylenglykol før en Micellar- eller polymeroppløsning, for å hindre eller å redusere kontakten mellom den fortrengende væske som er følsom overfor to- eller treverdige ioner, og nettopp disse ioner. Også her anvendes fortrinnsvis polyetylenglykol med en molekylvekt fra 10 4 til 10 8, og spesielt foretrukket med en molekylvekt fra 1 til 6 x 10^. Det mest foretrukkede vannsalt-innhold ligger i området for måtelig salinitet mellom 1 og 2 0 kg/m3. samlet saltinnhold.

Under høysaline betingelser er adsorbsjonen av polymeren for den teriære jordoljeutvinning spesielt eksessivt,

se f. eks. J. Klein og A. Westerkamp, "Comparative Adsorption Studies Using a Polysaccharide Type Polymer in Oilfield Oriented Model Systems Simulating Enhances Oil Recovery Conditions", Angew, Makromolekulare Chemie 92 (1980), fig. 7, side 24.

Det besto derfor den oppgave å tilveiebringe en fremgangsmåte som muliggjør sogar under høysaline betingelser å nedsette adsorpsjonen såvidt at det kan gjennomføres en over-svømning med polymeren.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes

dette ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av krav 2.

Ved løsning av denne oppgave ble det overraskende funnet at ved foroversvømming med vandige oppløsninger av polyetylenglykol og/eller polypropylenglykol med en molekylvekt mellom 600 og 6 000 og/eller ved tilsetning av en av disse polyalkylenglykoler av det angitte molekylvektsområde til polymeroppløsningen eller -dispersjonen selv, reduseres ved polymeroversvømning i en formasjon ved høysalint vedhengingsvann den polymeres adsorbsjon drastisk. Det kan også anvendes kopolymerisater av etylenoksyd/propylenoksyd i det angitte molekylvektsområde, spesielt slike med en større del av etylenoksyd.

En allerede foregått adsorbsjon av polysakkarider resp. kopolymeren i formasjonen kan sogar sterkt igjen oppheves ved etteroversvømning med polyalkylenoppløsningen. Resultatet av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er overraskende, da det bare er oppnåelig med polyalkylenglykol i det angitte molekylvektsområdet. Høyere eller lavere molekylære polyalkylenglykol er lite eller ikke egnet til adsorbsjonsforhindring av polysakkarider og de nevnte kopolymere i høysaline formasjoner.

Avhengig av polymerklassen kan reduksjonen av polymerretensjonen i oversvømningseksperimenter utformes mer eller mindre virkningsfullt. Spesielt virkningsfullt hindres retensjonen av polysakkarider og alkylcellulose som hydroksyalkylcellulose, ved polyakrylamider ble det oppnådd mindre gunstige resultater, i kopolymere av de monomere vinylsul-

fonat, vinylacylamid og akrylamid inntar en midtstilling. Det antas at de forskjellige resultater forårsakes ved de forskjellige mekanismer av polymersamle-retensjon: bare den kjemiske adsorbsjon kan påvirkes ved polyalkylenglykol,

imidlertid ikke den mekaniske retensjon.

Det kan anvendes polyetylenglykol med en

molekylvekt fra 800 til 2500. Den optimale molekylvekt av den foretrukket anvendte polyetylenglykol ligger rundt 1000. Den optimale polyetylenglykolmengde retter seg etter formasjonens adsorbsjonskapasitet og må fastslås i laboratorieforsøk, eksempelvis som i den forsøksrekke hvis resultater er gjengitt nedenfor i tabell III. Mulige anvendte konsentra-

sjoner kan ligge mellom ca. 1 til 100 kg/m<5> polyetylenglykol fra laboratorieforsøkene freemkommer da optimale slugg-størrelser på få kubikkmeter til ca. 1 porevolum (PV).

Endelig er alltid den absolutt nødvendige polyetylenglykol anvendte mengde avgjørende, som alt etter formasjonsmateriale kan ligge mellom ca. 20 og 500 jjg polyetylenglykol pr. kg kontaktert formasjonssten.

Polymeranvendt-konsentrasjon velges i henhold til teknikkens stand, således at det ved et skjærefall på 1 s ^ fremkommer viskositeter som omtrent ligger ved 10 til 50-ganger vannviskositeten. Herav fremkommer anvendte konsentrasjoner mellom ca. 0,4 og 3 kg/m 3 aktiv polymerstoff avhengig av visko-sitetsproduksjonen av det faktisk anvendte produkt og formasjons-betingelsene spesielt temperatur og saltinnhold. Den optimale polymersluggstørrelse fastslås i henhold til teknikkens stand, ved computersimulasjon og kan utgjøre mellom 0,1 og 1 PV og vanligvis mellom 0,3 og 0,8 PV, idet vanligvis ved slutten av sluggen avtrinnes konsentrasjonen mot 0.

Følgende eksperimentelle funn refererer seg til polyetylenglykol, er imidlertid tilsvarende avledbar også fra polypropylenglykol.

Eksempel 1

Oppløseligheten av polyetylenglykol (PEG) er sterkt avhengig av temperaturen og saltinnhold av blandevannet, så vel . som av molekylvekt av polyetylenglykolet. Med økende saltinnhold/ økende temperatur og økende molekylvekt av PEG avtar oppløselig-heten. For betingelsene av en nordtysk formasjon (temperatur 6 0°C samlet saltinnhold 170 kg/m<3>, herav 7,4 kg/m<3> toverdige kationer), ble oppløselighetene av PEG med varierende molekylvekt undersøkt målinger av såkalte uklarhetspunkt (cloud point). Herved ble PEG oppløst i en konsentrasjon av 2 g/l i syntetisk (av kjemikalier oppblandet til destillert vann) formasjonsvann av 170 kg/m 3 samlet saltinnhold, deretter ble oppløsningen opp-varmet og den temperatur målt hvor oppløsningen ble uklar, dvs. PEG falt ut.

Tabell I viser uklarhetstemperatur som funksjon av molekylvekten av PEG.

Følgelig er det høyestmolekylære produkt ikke mere oppløselig under de intresserende formasjonsbetingelser.

Eksempel 2

Det polysakkarid som kom til anvendelse ved re-tens jonsmålingene var produktet Rhodopol 23 RA fra firma Rhone Poulenc, et ved Xanthomonas Campestris fremstillet polysakkarid med molekylvekt på flere millioner. Det besto hovedsaklig av monosakkaridene glukose <g>g mannose samt av en liten del glukoron-syresalter.

Målingen av polysakkaridsamlet retensjon foregikk således at en med syntetisk formasjonsvann fylt oljefri pakning med knust kjernematerial ble oversvømmet ved 60°C med polysakkarid-oppløsning og i. utløpet ble det hver gang reometrisk bestemt polysakkaridkonsentrasjon. Av det forsinkede gjennombrudd av polymeren kan det da under hensyntagen til dødvolumina ved begynnelse og enden av pakningen beregnes en manglende polymermengde og der-av polymer samlet retensjon, se fig. 1, hvori polymerkonsentra-sjonen i utløpet er oppført i milligram/cm motiden injiserte polymeroppløsning i porevolumina (PV). Pakningslengden ut-

gjorde i forsøksrekkene 28 til 39 cm, tverrsnittet 2,8 til 3 cm. Karakteristisk utgjorde kjernematerial-innveiningen ca. 300 g, og polymervolumina (PV) som fremkom ca. 65 til 70 cm 3. Polysakka-ridkonsentrasjonen lå mellom 0,64 og 0,7 0 g/l, pumpningsgradene ved 4 cm 3/time.

I en første forsøksrekke ble det på kjernematerialehe av en nordtysk formasjon som offerstoff undersøkt PEG under varia-sjon av molekylvekten. Herved ble PEG-injiserte konsentrasjon på 2 kg/m med 0,3 til 0,4 porevolumina (PV) før polymeropp-løsningen i det syntetiske formasjonsvann.

PEG med en molekylvekt på ca. 1000 var altså mest virksom. Med dette produkt ble det deretter ved samme anvendte konsentrasjon på 2 kg/m<3> oversvømmingsmengden variert for å fastslå den absolutte nødvendige PEG-mengde. Resultatene er gjengitt i tabell III og på fig. 2.

Den grafiske gjengivning av resultatene viser at under de spesielle forsøksbetingelser krevdes ca. 0,23 PV for å oppnå den optimale reduksjon i polymerretensjonen tilsvarende ca.

92 yg PEG 1000 pr. g sten.

Eksempel 3

På kjernematerialet av en annet nordtysk formasjon ble det bestemt ekstra retensjonsverdi også med høyeremolekylær PEG som offerstoff. Resultatene er oppført i tabell IV.

Også her er altså PEG 1000 mest virksom.

I forsøk 11 ble det i første rekke ikke injisert

PEG. Etter et injeksjonsvolum på 5,8 PV polysakkaridoppløsning

ble polysakkaridet injisert sammen med 2 kg/m PEG 1000. Som det sees av fig. 3 kunne det innen rammen av målenøyaktigheten det adsorberte polysakkarid desorberes fullstendig. Sammenlignet til polysakkarid adsorberes PEG 1000 følgelig spesifikt.

Ved tilsetning av PEG til annen halvdel av poly-

i sakkaridsluggen kunne det i formasjonen betinget ved desorp-sjonseffekten frembringes meget høye konsentrasjoner og derved meget høye tilsynelatende viskositeter. Sammenlignbare høye polysakkaridkonsentrasjoner kunne hvis overhodet realiseres uten PEG-anvendelse bare ved meget høye injeksjonstrykk, eller lave injeksjonsgrader.

Hvis det i en senere fase av en polysakkaridover-svømming viser seg at på grunn av for høy.adsorpsjonsverdier av polysakkaridet er oversvømningseffekten bare liten, kan den forbedres ved etterfølgende injeksjon av PEG 1000.

Eksempel 4

På grunn av disse resultater ble analoge forsøk gjennomført på material av en ytterligere nordtysk formasjon (samlet saltinnhold 140 kg/m<3>, temperatur 90°C) idet det på

grunn av den høyere temperatur i steden for et polysakkarid ble anvendt den ifølge EP A2-0044 508 fremstilte kopolymere fra vinylsulfonat, vinylacylamid og akrylamid ved en molekylvekt på 3 mill. Ifølgende resultater refererer seg til et av firma Hoechst AG til disposisjon stillet laboratoriemønster.

For bestemmelse av polymerretensjonen ble med syntetisk formasjonsvann fyllt oljefri pakning av knust kjernematerial oversvømmet med ved 90°C med 1,5 til 2 porevolumina (PV) kopolymeroppløsning og hver gang reometrisk bestemt kopoly-merkonsentrasjon i utløpet.

Den anvendte konsentrasjon av kopolymere utgjør 1,2 g/ liter, dessuten ble det tilføyet kaliumtiocyanat som Tracer (tilsvarende 5 g/liter tiocyanationer). Forøvrig ble det overtatt i ovenfor omtalte eksperimentelle parametere.

For å fastslå reduseringen av retensjonen av kopolymeren ved anvendelse av polyetylenglykol., ble det injisert oppløsninger med forskjellige konsentrasjoner av PEG 1000 ved en slugg-størrelse på 0,4 PV som foroversvømningsslugg.

En anvendt mengde på ca. 200 yg PEG 1000 pr. gram kjernematerial er tilstrekkelig for å redusere det samlede tap av kopolymer med ca. 27 %. En større PEG 1000-mengde gir (innen rammen av målenøyaktigheten) de samme verdier.

Eksempel 5

I en ytterligere forsøksrekke ble det undersøkt hvor-vidt injeksjonen av PEG 1000 på et senere tidspunkt av over-svømningsrekken kan bevirke desorpsjon av den allerede adsorberte kopolymere. Derved ble den som tilstrekkelig fastslåtte PEG 1000-mengde innoppløst i de siste 0,2 PV av kopolymeresluggen en foroversvømningsslugg ikke injisert ved denne forsøksrekke.

Retensjonen ble redusert til ca. 58 %. Ved PEG 1000 kan altså allerede adsorbert kopolymere delvis desorberes. Effekten er imidlertid svakere enn i det ovenfor omtalte eksempel av polysakkaridanvendelse i forhold til den kopolymere synes PEG adsorbsjonen mindre spesifikk eller kopolymertapet bestemmes sterkere ved mekanisk retensjon.

Eksempel 6

Under samme betingelser som ved denne kopolymere

ble også gjennomført ved retensjonsforsøk med produkter Sepaflood CE 5093 ab BASF. Sepaflood CE 5093 er et polyakrylamid med en lav hydrolysegrad på ca. 3 %, og en molekylvekt på flere millioner.

Effekten er bare liten, sannsynligvis fordi det kommer til en mekanisk retensjon, eller også til utfnokning av polyakrylamidet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er likeså egnet for oversvømming med polymere spesielt hydrofile polymere, som tenderer til kjemisk adsorbsjon på formasjonsstenen som for andre fremgangsmåter til sekundær oversvømming med vandigviskos oppløsninger eller dispersjoner av disse polymere, når eksempelvis den vandigviskose oppløsning anvendes til mobilitetskontroll.

Ved siden av de omtalte polymere kan det komme til anvendelse ytterligere stoffer som biocider, tensider, oksygenoppfangere.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til utvinning av jordolje fra en underjordisk jordoljeførende formasjon inneholdende vedhengnings- eller fløtningsvann med høyt saltinnhold, som i det minste er gjennomboret av en injeksjonsboring og en transportboring som står i forbindelse med formasjonen, ved injeksjon av en vandig viskøs oppløsning av et polysakkarid, en hydroksyalkylcellulose, et hydrofilt polyakrylamid eller en hydrofil kopolymer av vinyl- og akrylamidmonomeren, karakterisert ved at en vandig oppløsning av polyetylenglykol og/eller polypropylenglykol eller et kopolymerisat av etylenoksyd/propylenoksyd av en molekylvekt på 800-1200 injiseres før eller etter polymeren, eller polyetylenglykolet og/eller polypropylenglykolet resp. kopolymerisatet injiseres sammen med polymeren.

2 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det inj iseres polyetylenglykol.