NO764095L - - Google Patents

Description

Blanding av hydrokarbon og sJSvann.

Foreliggende oppfinnelse vedrSrerhomogene hydrokarbon/vann-blandinger av den type som anvendes for injeksjon

eller inhsprSyting i oljereservoirer. Oppfinnelsen angår spesielt slike blandinger basert på bruk av sjSvann. Oppfinnelsen angår ytterligere fremgangsmåter til utvinning av råolje

fra et oljereservoir hvorved sjBvann sprSytes inn i reservoir-■ et.. Det er ofte nBdvendig å spriJyte vann inn 1 oljereservoirer for forskjellige formål og det har vart foreslått å tilsette i det minste noe av vannet i form av en homogen hydrokarbon/vann-blanding. Med betegnelsen "homogen hydrokarbon/vann-blandin<g>*' menes her en stabil blanding av hydrokarbon, vann og et overflateaktivt system som ikke latt skiller seg i.sine to bestanddel-f aser og således ikke blokkerer den vesentlige del av porene i oljereservoiret hvori blandingen innsprdytes. Slike hydrokarbon/vann-blandlnger er velkjente og forskjellige eksempler har vært beskrevet som "mikroemulsjoner", "micelle-opplSaninger" og "mlcelledlspersjoner". "Mikroemulsjoner" er vanligvis olje- eller vann-kontinuerlige systemer hvori den dispergerte fase eksisterer som små dråper med en diameter i området 20 - 150 mm og er derfor i form av tilsynelatende klare væsker. Ved hiJye konsentrasjoner av vann eller olje ér det med egnet konsentrasjon av overf lateaktivt middel mulig for den dispergerte fase å bli opprdseliggjort i miceller av overflateaktivt middel, dvs. den oppleses i aggregater av overflateaktivt middel. Slike "micelleopplSsninger" er også tilsynelatende klare væsker og det er liten synlig forskjell mellom "mik-roemuls joner" og "micelleopplfS aninger".

De homogene hydrokarbon/vann-blandinger anvendes ved utnyttelse av oljereservoirer for forskjellige formål, f.eks.

de kan anvendes:

(a) for å 6ke hastigheten av innstrSmmende vann gjennom InnsprBytnings- eller injeksjons-

brSnner (injeksjonsforbedring), ved å fortrenge

- poreblokkerende resterende oljedråper utover fra de narliggende områder av injeks jonsbrSnnen, (b) for å lette utvinning av tertiær olje fra olje- produksjonsbrSnner ved å fortrenge råolje i stort omfang i reservoiret, og (c) for å fjerne poreblokkerende vanndråper fra oljeholdige porSse reservoirer i nærheten av produk- sjonsbrSnnen ved absorbsjon av vanndråpene i den homogene hydrokarbon/vann-blanding. Etter fjerning av vanndråpene spyles brannen og oljeprodukt,

sjon påbegynnes på nytt. * .

Med oljereservoirer tilhavs eller langs kysten, dvs. reservoirer med rikelig, lett tilgjengelig tilfUrsel av sjSvann,

er det en'klar fordel å gjBre bruk av sjBvahnet. Når kjente teknikker som har vært benyttet for fremstilling av homogene hydrokarbon/vann-blandinger, som kan benyttes til innsprøytning eller injeksjon i oljereservoirer, anvendes for fremstilling av slike blandinger fra sjiJvann, har man imidlertid funnet at sta-biliteten av den oppnådde hydrokarbon/vann-blanding er utilfredsstillende. Denne utilfredsstillende stabilitet under anvendelse av sjSvann finner man også hos tidligere kjente systemer for hvilke det angis at vannfasen kan innehelde opploste uorganiske materialer slik som alkalimetallhydroksyder, f .eks. natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd; salter slik som na-triumkarbonat, natriumfluorid, natriumbisulfat og blandinger derav. Når de tidligere kjente beskrevne teknikker anvendes med s jtyæ&nn, finner man at det ikke er mulig å danne tilstrekkelig stabile hydrokarbon/vann-blandinger. Man finner f.eks. at det er en h{*y susceptibilitet for nedbrytning ved fortynning,<v<>

fleks* ved den bakre ende av en injisert propp av hydrokarbon/- vann-blandlng. Nedbrytningsfåsene kan omfatte makroemulsjon-er som har tilbøyelighet til å reblokkere porer i 4et oljeholdige reservoir nær injeksjonsflaten og derfor oppheve den for-delaktige oljefortrengningseffekt som oppnås ved den innledende

innsprøyting av den homogene hydrokarbon/vann-blanding.

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe homogene hydrokarbon/sjøvaims-blandinger egnet for Injeksjon eller'innsprøyting i oljereservoirer. Et annet formål er å tilveiebringe fremgangsmåter til utvinning av råolje fra oljereser-,volrer hvilket omfatter innsprøyting eller injisering av slike homogene hydrokarbon/sjøvanns-blandinger i et oljereservoir.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således til-veiebragt len homogen hydrokarbon/sjøvanns-blanding omfattende sjøvann, et hydrokarbon, ét overflateaktivt system omfattende et ammoniumpetroleumsulfonat, et annet anionisk overflateaktivt middel som er tilstede i form av sitt ammonium- eller substituert ammoniumsalt samt et ikke-ionisk kohdensat-overflateaktivt middel med en hydrofil/llpofil balanse (HLB) i området 11 15.. '..

De homogene hydrokarbon/sjøvanns-blandinger ifølge oppfinnelsen fremstilles lett under anvendelse åv konvensjonell teknikk. De kan dannes ved sammenblanding av alle de vesentlige bestanddeler, skjønt det er foretrukket å oppløse det . ©verflateaktive system i oljefasen og deretter tilsette sjø-vannet.

En rekke forskjellige hydrokarboner kan anvendes i! inkludert delvis raffinerte fraksjoner av både avsvo<y>let og svovelholdig råolje, f.eks. sidef raksjoner eller toppfraksjon-er fra råoljedestillasjon, gassoljer, kerosen, tunge naftaer,

naftaer, rådestillert bensin og raffinerte fraksjoner av råolje og halogeherte hydrokarboner. Rene hydrokarboner er og-så nyttige, f.eks. parafiniske forbindelser inkludert pentan, heptan, dekan og dodekan; cykloparafinforbindelser inkludert cykloheksan; aromatiske forbindelser inkluderttenzen, nafta-len og alkylerte produkter derav inkludert-tøluen og alkyl-fenyler, samt blandinger av disse forbindelser. Det foretrukne hydrokarbon sett fra et driftsmessig synspunkt er kerosen.

Ved anvendelse innen tertiærolje-utvinning er det foretrukne hydrokarbon råolje fra reservoiret i hvilket hydrokarbon/s^é-vanns-blandingen skal injiseres.

Petroleumsiilfonater er velkjente©verflateaktive materialer og blir også betegnet som alkarylsulfonater. I foreliggende oppfinnelse anvendes de som ammonium (MH^O-salter*

De kan oppnås ved sulfonering av minst en del av et sulfoner-bart hydrokarbon (f.eks. gassoljer) og deretter nøytraliser-ing av blandingen med ammoniakk eller ammoniumhydroksyder. Typiske kommersielt tilgjengelige sulf onater kan inneholde 50 - 100% aktivt sulfonat. Foretrukne materialer har en midlere molekylvekt i området 340 - 520 og består fortrinnsvis av en blanding av to grupper av materialer, idet hver gruppe har en forskjellig midlere molekylvekt innen det ovenfor angitte område. Gruppen av materialer med høyest molekylvekt

bør fortrinnsvis inneholde en fordeling av molekylvekter, men har en midlere molekylvekt i området 440 - 460. Materialene

med hbyest molekylvekt utgjør fortrinnsvis mellom 2 og 60 vektprosent og helst mellom 5 og 50 vektprosent av det benyttede petroleumsu3fonat. Gruppen av materialer med lavest molekylvekt b8r fortrinnsvis ha en midlere molekylvekt 1 området 340 - 37G. Hver materialgruppe kan bestå av en enkelt forbindelse. Således er et eksempel på en egnet forbindelse med lav molekylvekt dodecylbenzen-ammoniumsulfohat. Materialene

med hSyest molekylvekt er fortrinnsvis sulfonerte alkylsub-stituerte flerrings-forbindelser. Alkylkjedene som er festet til flerrings-forbindelsene er fortrinnsvis forgrenet. Petroleumsulfonatet med høy molekylvekt velges fortrinnsvis slik at en oljef ri prove oppnådd ved isopropariol-ekstraksjøn, er dispergerbar i destillert vann til dannelse av en opaliserende dispersjon som ikke skiller seg i to komponenter ved én 2% vekt/vekt-konsentrasjon i vann.

IfSlge foreliggende oppfinnelse kan det overflateaktive system i tillegg til ammonium-petroléumsulfonatet omfatte det andre anioniske overflateaktive middel som er tilstede som et ammonium- eller substituert ammoniumsalt, valgt fra alkoholetersulfater, spesielle alkylenbenzensulfonater*alkylfenoletersulfater og blandinger derav.

Med betegnelsen ammonium- eller substituert ammoniumsalt menes at det overflateaktive middel hår formelen (KR^)+Z~ "

hvor R-griippene er like eller forskjellige og er hydrogen eller organiske radikaler som er kjent for å kunne utgjgre en

del av et substituert ammoniumion i et vannoppløselig substituert ammoniumsalt. Z er den anion!ske del av det overflate*

.aktive molekyl.

Slike salter av alkoholetersulfater har formelen: Cn<H>2n+l ?' <*^4P^m >^°4 NR4 nvor n er et "tall i området 10 - 18 ' og m er et tall 1 området 2 - 12. Mn er fortrinnsvis i området 12 - 15 og m fortrinnsvis i området 3 - 10. , Slike forbindelser kan oppnås ved sulfatering av syntetiske alkohol-etylenoksyd-kondensater og nøytralisering av produktet med ammoniakk, ammoni^mhydroksyd eller en hensiktsmessig ammonium-forbindelse.

.Ammone av alkylfenoletersulfater fremstil-

les på lignende måte og har formelen:

CnH<2>n+l*C6H<4>°<*>(<C>2<H>4°^m* S04WR4hvor R» n 06 ^ har den oven-

for angitte betydning.

Alkylbenzensulfonater har formelen: CnH2n+l%H4S03NR4 hvor n er et "tal1 i området 9-16, fortrinnsvis 12. Slike forbindelser fremstilles hensiktsmessig

ved sulfonering av alkylbenzener med oleum eller svoveltri-

©tcsyd* Disse forbindelsene kan være tilstede i petroleumsul* f onatet, men spesifikke materialer kan tilsettes som det andre aniohiske overflateaktive middel.

Ammoniumpetroleumsulfonatet utgjør fortrinnsvis en hoved-vektandel av det overflateaktive system. Vanligvis '..

foreligger det overflateaktive aystem i den homogene hydrokarbon/s jøyanns-blanding i en mengde på 10 - 35 vektprosent, fortrinnsvis 15 - 25 vektprosent.

Det er vesentlig at det overflateaktive middel av ikke-ionisk kondensat har en hydrofil/lipofil balanse (HLB)

i området 11 - 15 og fortrinnsvis i området 12 - 14. Metoder

for bestemmelse av HLB til et overflateaktivt middel er vel-kjent, kfr. f. eks. "Emulslons - theory and. practice" av P. Becher (American Chem. Soc. Monograph).

Et bredt område av overflateaktive midler som er ikke-ioniske kondensater kan anvendes forutsatt at de ikke inneholder noen kjemiske grupper som reagerer på uheldig måte med sjøvann.^ Kondensat-overflateaktive midler med nitrogen-holdigé funksjonelle grupper slik som amingrupper, bør således undersøkés nøye for å fastslå at det overflateaktive middel

ikke er inaktivert ved reaksjon med ioner som er tilstede i sjøvannet.

Eksempler på egnede overflateaktive midler er alkyl-etoksykondensater (også kjent som alkoholetoksylater) med en alkyl-k jedelengde på Cg-C18(rett eller forgrenet); og al-kylfeholetoksylater med en alkyl-kjedelengde på Cg-C^g C1*^*

aller forgrenet). Slike forbindelser er velkjente og kan fremstilles ved kondensasjon av den hensiktsmessige hydroksyl-^

forbindelse med etylenoksyd. Etylenoksyd-andelen i det re-sulterende kondensat kan variere i stor grad, men er fortrinnsvis i området 40 - 8056. Etylenoksydkonåensater avledet fra decylalkohol og cetylalkohol gir opphav til foretrukne ikke-ioniske overflateaktive midler.

Det vil forstås at viskositeten til den homogene hydrokarbon/sjøvanns-blanding vil være viktig med hensyn til dens funksjon når den er injisert i oljeholdige formasjoner i oljereservoiret eller vannførende lag. Blandingens viskositet kan reguleres ved tilsetning av en alkohol, f.eks. en-verdlge alkoholer innholdende 2-16 karbonatomer, f.eks.

etanol, isopropanol, normal- sekundær- og iso-butanol, etyl-alkoholene, 1- og 2-heksanol, 1- og 2-oktanol, decylalkohol-er og toverdlge alkoholer og eteralkoholer slik som dipropylen-

glykol og dietylenglykolheksyleter. Fenoler slik som p-nonyl-fenol kan også anvendes. De foretrukne viskos!tetsregulerende stoffer er etanol og sekundære alkoholer slik sg& isopropanol

og sekundær butanol. Vanligvis finner man at tilstrekkelig

viskositetsregulering oppnås når blandingen inneholder fra 0,2 - 5f0% av alkoholen. Homogene hydrokarbon/sjøvanns-blandinger ifølge oppfinnelsen kan fremstilles over et stort konsentrasjonsom-råde med hensyn til sjøvann for å være stabile opp til 100°C.

For optimale resultater er det nødvendig å fremstille en blanding: med maksimal stabilitet og effektivitet 1 oljereservoiret hvori den skal benyttes.

Foreliggende oppfinnelse omfatter videre fremgangsmåter til utvinning av råolje fra oljeholdige reservoirer, og disse er kjennetegnet ved at en homogen hydrokarbon/sjøvanns- blanding, som beskrevet ovenfor, innføres i reservoiret som en del av utvinningsprosessen. Ifølge en utførelse av oppfinnelsen blir således hastigheten på utvinningen av råolje fra et reservoir Øket ved en prosess hvorved hastigheten på sjøvannsinjeksjonen inn i reservoiret gjennom én injeksjons-brønn, forbedres ved innsprøyting av en propp av en homogen hydrokarbon/s jøvanns-blanding, som beskrevet ovenfor, gjennom injeksjonsbrønnen for å fortrenge poreblokkerende oljedråper fra nærheten av injeksjonsbrønnen, ved et eller annet trinn under sjøvannsinnsprøytingen.

Ifølge en ytterligere utførelse bevirkes tertiærut-vinning av råolje fra et reservoir ved injisering av en homogen hydrokarbon/sjøvanns-blanding i reservoiret, fortrengning av olje i reservoiret ved hjelp av blandingen og utvinning av råolje fra produksjonsbrønnen i reservoiret.

Ifølge en ytterligere utførelse økes hastigheten

for råoljeutvihning ifra en produksjonsbronn ved fjerning av poreblokkerende vanndråper i nærheten av produksjonsbrønnen ved injisering av en homogen hydrokarbon/sjøvanns-blanding gjennom produksjonsbrønnen, Spyling av brønnen for å fjerne tilsatt sjøvann og resterende blanding, og igangsettelse av oljeproduksjon.

Under anvendelse av metodene for utvinning av råolje ved anvendelse av homogene hydrokarbon/sjøvanns-blandinger, er det vanligvis nødvendig å drive den injiserte blanding gjennom det porøse oljeholdige medium i reservoiret ved hjelp av sjøvann. For å hindre inntrengning av overskudds-sjøvann gjennom den homogene blanding er det, spesielt for tertiær- - oljeutvinning, foretrukket umiddelbart å etterfølge injek-sjonen av en homogen blanding med små propper av fortykket sjøvann hvis viskositet er hevet ved oppløsning av en poly-elektrolytt deri. Eksempler på segnede polyelektrolytter er polysakkaridene, polyakrylamidene, polyetylenoksyder og poly- •; etylenglykoler. Det anvendes fortrinnsvis to eller flere propper av f ortykket sjøvann, idet viskositeten til hver suk-sessive propp er redusert for derved å skape en viskositets-gradient bak proppen av homogen hydrokarbon/sjøvanns-blanding. Ved bruk av relativt små volumer av forskjellig fortykket sjø-

vann er det således mulig å redusere viskositeten til pumpede fluider ifra den til den homogene blanding til den til ubehand-let sjøvann i trinn av begrenset bevegelighet. Hvis et for stort volum av det mest viskøse sjøvann tilsettes inniednings-vis etter den homogene blanding, vil permeabiliteten til det porøse medium ha tilbøyelighet til å bli redusert på grunn av tilstedeværelsen deri av rest-po^yelektrolyttmolekyler.

Typiske viskositeter som kan forekomme i de for-. skjellige benyttede komponenter etter at de er injisert i et oljeholdig reservoir med en temperatur på mellom 80 og 100°C

er:

(a) homogen hydrokarbon-olje/sjøvanns-blanding ifølge oppfinnelsens ———- 3 - 15 centipois (b) fortykket sjøvann inneholdende en poly-elektrolytt ™—— 0,5 - 8 centipois (c) sjøvann —™.— 0,35 - 0,28 centipois De følgende eksempler gir sammensetningen til seks homogene hydrokarbon/sjøvanns-blandinger ifølge oppfinnelsen. Eksempel 1 En homogen hydrokarbon/s jøvanns-blanding ble frem stilt ved oppløsning av følgende komponenter i kerosen og etterfølgende blanding av oppløsningen med sjøvann. Sammen setningen i vektprosent til blandingen var som følger:

Den ovenfor angitte homogene blanding, viskositet 8,2 centipois, ble benyttet ved et 15$ porevolum for å fortrenge rest-råolje fra en fuktig sandsøyle. Den ble umiddelbart etterfulgt av en polysakkaridoppløsning (viskositet 5»9 centipois) av høy konsentrasjon og 12$ porevolum samt en poly-sakkaridoppløsning (viskositet 3»0 centipois) av lav konsentrasjon og porevolum på 2k%, idet begge polymeroppløsninger var i sjøvann. Søylen ble deretter vasket i<a>edsjøvann. Hele

operasjonen ble utfort ved 6Q°C.

En forbedring i permeabilitet overfor sjøvann på 62% ble oppnådd basert på permeabiliteten overfor sjo<y>ann av den fuktige start-såndsbylen inneholdende en restoljemetning. Eksempel 2 En homogen sjøvann/kerosenblanding ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1 av fø^nde komponenter, hvor mengdeandelene er gitt i vektprosent av den sluttelige blanding:

Denne homogene blanding inneholdende sekundær buta-noi som viskositetsregulerende middel. Den ble testet i en fuktig sandsøyle ved 90°C for å simulere betingelser i et

typisk marint oljereservoir, idet rekkefølgen av fluider var som beskrevet i, eksempel 1. SjØvanns<p>ermeabiliteten til søylaa ble øket med lbO%.

Eksempel 5 En homogen sjøvanns/kerosen-blanding ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1 fra følgende komponenter, idet mengdeandelene er gitt i vektprosent av sluttblandingeri:

Denne blanding ble testet i en fuktig kalkstens-sSyle som beskrevet i eksempel 1. For tilsetningen av den homogene blanding, hadde den oljeholdige kalksténssoyle en permeabilitet overfor sjøvann ved 90°C på 1,52 darcy, mens permeabiliteten etter behandling med blandingen hadde 8ket til 6,29 darcy. Eksempel 4 En homogen sjavanns/kerosen-blanding ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1 fra følgende komponenter, idet mengdeandelene er gitt i vektprosent av sluttblandingén:

Denne blanding ble testet i en selektivt oljefuk-tet sandsøyle ved 90°C under anvendelse av den fluidrekke-følge som ør angitt i eksempel 1. SjØvannspermeabiliteten til søylen ble 3ket med 277%. Eksempel 5

En homogen soøvanns/kerosen-blanding ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1 fra følgende komponenter, idet mengdeandelene er gitt i vektprosent av sluttblandingén:

kerosen 17,0$ sjøvann 65,59$

Eksempel 6

En homogen sjøvanns/kerosen-blanding ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1 fra følgende komponenter, idet mengdeandelene er gitt i vektprosent av sluttblandingén: ammoniumpetroleumsulfonat 6,9%

midlere molekylvekt 450

(som 60% konsentrat i olje)

ammoniumpetroleumsulfonat 3,4%

midlere molekylvekt 360

(som 60% konsentrat i vann)

ammoniumsalt av ^3.5.5'"

alkoholetersulfat 6, 8%

(som 60% konsentrat i vann)

dekanoletoksy-kondensat 3,4% inneholdende ca. 70% etoksyenhéter (HLB-tall 13»3)

2-butanol 1,5%

kerosen 20% sjøvann 58%

Den ovenfor angitte homogene blanding, viskositet 3*5. centipois ved 90°C, ble benyttet ved 16% porevolum for å

fortrenge rest-råolje fra en fuktig sandsøyle. Den ble etter-fulgt av kun sjøvann. Det var ikke nødvendig med noen poly-eléktrolytt-oppløsning på grunn av den homogene blandings lave viskositet. Hele operasjonen ble utført ved 90°C. En forbedring i permeabilitet overfor sjøvann på 390% ble oppnådd basert på permeabiliteten overfor sjøvann for den fuktige sandsøyle inneholdende en restoljemetnlng.

Claims (5)

1. Homogen hydrokarbon/s jøvanns-blanding, karakterisert ved at den omfattfér sjøvann, et hydrokarbon, ét overflateaktivt system omfattende et ammoniumpetroleumsulfonat, et annet anionisk overflateaktivt middel i form av sitt ammonium- eller substituert ammoniumsalt og et ikke-, ionisk kdndensåt-overflateaktivt middel med en hydrofil/lipo-fil balanse (HLB) 1 området 11 - 15.

2. Blanding ifølge krav 1, karakterisert v e d at ammoniumpetroleumsulfonatet består av to grupper av materialer, idet hver gruppe har en forskjellig midlere molekylvekt i området 340 - 520.

3..' ; Blanding ifølge krav 1 eller, 2, k arak t e r i-fl e r t ved at det andre anioniske overflateaktive middel er et ammonium-' eller substituert ammoniumsalt méd formelen CnH 2*l ^C2 H4 °^m* s04 WR4 eller e-fc ajranioniumsalt med formelen <C> n <H> 2n+l*C6H4 <0> ^ <C> 2 <H> 4°^m s04N?l4 hvor R-gruppen©© r like eller forskjellige og er hydrogen eller organiske radikaler som kan danne en del av et substituert ammoniumion i et vannoppløselig salt, og n er et tall i området 10 - 18 og m er et tall i om-, rådet 2 12.

4. Blanding ifølge krav 1 eller 2, karakter 1-s e r t v ed at det andre anioniske overflateaktive middel er et salt med formelen ^n H2n+l t'6 H4 ^3 ^R4 nvor R-gruppene er like eller forskjellige og er hydrogen eller organiske radikaler som kan danne en del av et substituert ammoniumion i et vannoppløselig salt, og ri er et tall i området 9 - 16.

5. Fremgangsmåte til utvinning av råolje fra oljeholdige reservolrer, karakterisert ved at en homogen hydrokarbon/s jøvanns-blanding ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, innføres i reservoiret som én del av utvinningsprosessen*