NO830760L - Fremgangsmaate til utvinning av tilnaermelsesvis emulsjonsfri olje fra et underjordisk reservoar - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til utvinning av tilnærmelsesvis emulsjonsfri olje fra et underjordisk reservoar

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 jordoverflaten som følge av det naturlige trykk i reservoaret. Ved sekundær oljeutvinning blir vann pres-set 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 sekundærforholdsregel er relativt billig og anvendes tilsvarende hyppig, men fører i mange tilfeller bare til en svak økning av den oljemengde som utvinnes av reservoaret.

En virksom fortrengning av oljen lykkes bare ved hjelp

av tertiære forholdsregler som er dyrere, men nasjonaløkonomisk tvingende nødvendige pga. den foreliggende oljeknapphet. Med tertiærutvinning forstås fremgangsmåter hvor enten oljens viskositet nedsettes og/eller viskositeten av det ved vannfløm-mingen anvendte vann økes og/eller grenseflatespenningen mellom vann og olje reduseres.

De fleste av disse prosesser kan karakteriseres enten som oppløsnings- eller blandingsflømming, termiske oljeutvin-ningsprosesser, 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 under jorden. 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 tensidkonsentrasjonen, eventuelt tensidtypen og tilsetninger skiller man mellom tensid-understøttet vannflømming, vanlig tensidflømming (Lowtension flooding), micellærflømming og emulsjonsflømming) beror i før-ste linje på en sterk nedsettelse av grenseflatespenningen mellom olje og reservoarvann. 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, hvorved virkningsgraden av oljefortrengningen som kjent økes. Ren polymerflømming 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 ved tensidflømming. Som oljemobiliserende tensider er der hittil fremfor alt blitt beskrevet organiske sulfonater som alkyl-, alkylaryl- eller petroleumssulfonater. Disse har imidlertid en meget lav toleransegrense overfor sali-niteten av reservoarvannet. Allerede saltkonsentrasjoner på 1000 ppm anses som problematiske, og i denne forbindelse er ømfintligheten av disse tensider spesielt utpreget overfor jordalkaliioner. Her antas den øvre kritiske grensekonsentra-sjon å være ca. 500 ppm (US-PS 4 110 228). Ved høyere saltkonsentrasjoner danner der seg her utfellingsprodukter som kan føre til tilstopping av formasjonen. Da imidlertid mange reservoarvann har vesentlig høyere saliniteter, i Nord-Tyskland f.eks. opptil 250.000 ppm, har man lett etter måter til å ut-nytte 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 reservoarvannet. Da den oljemobiliserende virkning av disse tensider er god (D. Balzer og K. Kosswig, Tenside Detergents 1_6, 256 (1979)) og deres fremstilling er enkel og billig, er disse stoffklasser nærmest forutbestemt for anvendelse ved oljefortrengning i reservoarsystemer med midlere eller høy salinitet (10.000 - 250.000 ppm samlet saltinnhold).

Ved tallrike undersøkelser på modellformasjoner med karboksymetylerte oksetylater som tensider kunne man imidlertid iaktta at tertiæroljen i overveiende grad ble utvunnet som emulsjon. Da det her dreier seg om OV-emulsjoner, hvis spalting i en oljefase og en vannfase i jordoljeteknologien er kompli-sert, innebærer dette en betydelig ulempe ved fremgangsmåten. Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor å utvikle en fremgangsmåte som tillater tilnærmelsesvis emulsjonsfri utvinning av tertiærolje ved hjelp av karboksymetylerte oksetylater. Denne oppgave er løst ved den fremgangsmåte som er angitt i kravene 1-5. Grunnlaget for fremgangsmåten er den overraskende konstatering at det er mulig å flømme ut oljen i tilnærmelsesvis emulsjonsfri tilstand når oppløsningen resp. dispersjonen av tensidet i reservoarvannet eller flømmevannet, når der ikke flømmes med formasjonsvann, får tilsatt ytterligere oppløselige jordalkalisalter. Det dreier seg herunder vanligvis om formasjonsvann eller flømmevann med et jordalkali-ioneinnhold på mindre enn 3 %. Denne egenskap synes å være spesiell for karboksymetylerte oksetylater, idet den ikke ble observert ved polyglykoletersulfater, selv i blanding med oksetylater .

Den foreliggende oppfinnelse angår anvendelse av karboksymetylerte oksetylater som oljemobiliserende tensider. Hensiktsmessig fremstilles disse forbindelser som angitt i DE patent-skrift 24 18 444 ved omsetning av oksetylater med formelen

R-(0-CH~-CH„) OH med et salt av kloreddiksyre i nærvær av al-

2 2 n2

kalihydroksyd eller jordalkalihydroksyd, men også andre frem-stillingsmåter er egnet. R betyr her et mettet eller umettet alkylradikal med rett eller forgrenet kjede og 6-20, fortrinnsvis 8-16, C-atomer eller et alkylarylradikal med 3-1.6 C-atomer i alkylresten. Oksetyleringsgraden n kan nå ikke bare anta verdier på mellom 3 og 15 som redegjort for i norsk patent-søknad nr. 81 3071, men også verdier på mellom 1 og 3. Kat-ionet kan være natrium, kalium, litium, ammonium, kalsium eller magnesium. I overensstemmelse med sin fremstilling inneholder de karboksymetylerte oksetylater fortsatt anselige mengder ikke omsatt oksetylat. Formelen R-(OCH2-CH2)n-0CH2-C00M betegner 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 for-trenge oljen. Spesielt effektive er blandinger med karboksy-metyleringsgrader på 50-90 %.

De beskrevne blandinger av anionisk og ikke-ionisk tensid, kalt karboksymetylerte oksetylater, er oppløselige i vanlig reservoarvann eller i det minste godt dispergerbare i disse, idet der ikke iakttas noen utfelling.

Ifølge oppfinnelsen går man nå frem på følgende måte: Etter fastlegging av de oljemobiliserende egenskaper av et karboksymetylert oksetylat for det angjeldende reservoarsystem ved et forforsøk i en sandfylling som modellformasjon blir tensidet oppløst eller dispergert i formasjonsvann resp. fløm-mevann. På forhånd eller etterpå får formasjonsvannet tilsatt vannoppløselig jordalkalisalt i egnet konsentrasjon. Herunder kan tensidkonsentrasjonen ha verdier på mellom 0,1 og 30 %, fortrinnsvis mellom 0,1 og 20 %. Konsentrasjonen av jordalkalisaltene i det som oppløsningsmiddel for tensidet tjenende formasjonsvann eller flømmevann blir hensiktsmessig bestemt ved hjelp av faseinversjonstemperaturen (PIT) for råoljeemul-sjonen. Denne blir fremstilt fra oljen og det med jordalkalisalter anrikede formasjonsvann fra det angjeldende reservoar resp. flømmevann samt det utvalgte tensid. Faseforholdet mellom olje og vann i emulsjonen kan ved fastleggingen av PIT utgjøre mellom 2:1 og 1:9, og hensiktsmessig velger man 1:1. Som tensidmengde kommer konsentrasjoner på mellom 0,5 og 10 % på tale. Det er hensiktsmessig med en 1-2 %'s tensidkonsen-trasjon. PIT, hvor en OV-emulsjon slår over i en VO-emulsjon, kan lett fastlegges ved måling av den elektriske ledningsevne, slik det allerede er utførlig beskrevet annetsteds (D. Balzer og K. Kosswig, Tenside Detergents 16, 256 (1979)). Da et mini-mum av grenseflatespenningen mellom olje- og vannfasen pas-seres ved PIT eller i dennes nærhet, angir denne temperatur området for en gunstig oljemobilisering ved hjelp av tensidet. Dessuten er det kjent at oljen kan flømmes ut i overveiende emulsjonsfri tilstand fra modellformasjoner når PIT enten ligger under reservoartemperaturen eller stemmer overens med denne (D. Balzer og K. Kosswig, se ovenfor). I henhold til nyere funn er dette også tilfellet når PIT ligger inntil 10°C over reservoartemperaturen.

Ved jordalkalifattige reservoarvann (mindre enn 3 % jordalkaliioner i formasjonsvannet resp. flømmevannet) i nærvær av karboksymetylerte oksetylater avtar nå PIT - slik det overraskende er funnet - sterkt ved hjelp av tilsetning av jordalkalisalter. På grunnlag av denne iakttagelse er det for et bestemt karboksymetylert oksetylat, for hvilket PIT

av blandingen olje/formasjons- resp. flømmevann/tensid ligger noe høyere enn reservoartemperaturen, mulig ved tilsetning av jordalkaliioner å mobilisere olje optimalt og utvinne den i emulsjonsfri tilstand. Den konsentrasjon av jordalkaliioner som er funnet å være hensiktsmessig i henhold til den beskrevne fremgangsmåte, blir derfor tilsatt tensidoppløsningen, hvoretter denne ved hjelp av injeksjonspumper blir ført inn i reservoaret gjennom én eller flere injeksjonsboringer. Herunder kan den med jordalkalisalter blandede tensidoppløsning enten tilføres kontinuerlig eller 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.

Før tensidflømmingen utføres der hensiktsmessig en vannflømming, idet det produserte formasjons- eller flømmevann anvendes som flømmevæske etter tilsetning av en like høy konsentrasjon av jordalkaliioner som i tensidoppløsningen. Jord-alkalikonsentrasjonen kan her, sammenlignet med den i tensidpluggen, også være noe (5-10 %) større. Størrelsen av vann-pluggen utgjør 0,01 - 4 PV, fortrinnsvis 0,05 - 1,0 PV. Etter tensidpluggen injiserer man hensiktsmessig en polymerplugg i reservoaret, både av hensyn til mobilitetskontrollen og som beskyttelse av tensidoppløsningen mot inntrengende formasjonsvann eller flømmevann. Til dette formål blir en polymer eller en polymerblanding oppløst i en slik konsentrasjon i formasjonsvannet resp. flømmevannet at viskositeten er 4-6 ganger så høy som viskositeten av oljen. Ved reservoarer med midlere eller høyere salinitet (1-28 %) kommer her spesielt på tale cellulosederivater eller biopolymerer, f.eks. polysakkarider, som i nærvær av den forhøyede saltkonsentrasjon fortsatt har en tilstrekkelig viskositet og ikke oppviser noen utfellinger. Til polymeroppløsningen eller eventuelt til det i denne som oppløsningsmiddel benyttede formasjonsvann, setter man jordalkaliioner i samme eller lignende konsentrasjon som til ten-sidoppløsningen .

Som jordalkalisalter som kan anvendes ifølge oppfinnelsen, kommer alle jordalkaliforbindelser på tale som alene eller i vekselvirkning med de andre stoffer i fremgangsmåten ikke forårsaker noen utfellinger eller andre forhold som ikke kan tåles, f.eks. ekstreme viskositetsendringer. Eksempler er kalsiumklorid, magnesiumklorid, kalsiumbromid, magnesium-bromid, kalsiumnitrat, magnesiumnitrat eller også strontium-klorid. Av kostnadsgrunner og av hensyn til miljøet foretrek-kes særlig kalsiumklorid og magnesiumklorid. Som tilsetninger til tensidoppløsningen er også jordalkalisaltene av de karboksymetylerte oksetylater egnet.

Etter injiseringen av polymeroppløsningen følger hensiktsmessig en normal vannflømming. Denne fortsetter så lenge som olje ennå kan produseres økonomisk.

De etterfølgende eksempler belyser fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1 ( måling av PIT)

I en 150 ml's glassbeholder med dobbelt vegg til måling av den elektriske ledningsevne av væsker ble der fylt 50 ml av en alkanisk råolje med en API-grad på 40 (råolje B) samt 100 ml av en 10 %'s koksaltoppløsning, hvori der var dispergert 1 g karboksymetylert oksetylat av en fettalkoholblanding med 12-18 karbonatomer pr. molekyl og 2,9 mol etenoksyd pr. mol. Deretter ble blandingen kortvarig blandet av et hurtigløpende røreverk, og den dannede råoljeemulsjon ble ' sikret mot spalting ved videre røring med en vanlig magnet-rører. Til måling av konduktansen ble der anvendt et konduk-tansmåleapparat LF 4 2 WTW med temperaturkompensasjon. Konduktansen ble målt i avhengighet av temperaturen. Ved 20°C var konduktansen av emulsjonen ca. 4,5 " 10 4 pS. Hvis man derimot tilsetter 0,28 % CaC^ til den vandige NaCl-oppløsning, iakt-tar man ved 82°C en faseinversjon, hvor konduktansen med et sprang avtar fra ca. 5 IO<4>pS til verdier på mindre enn 1 pS. Hvis emulsjonen igjen avkjøles, øker konduktansen sprang-vis på tilsvarende måte ved 82°C. Man kaller denne temperatur faseinversjonstemperaturen. Hvis kalsiumionekonsentrasjonen økes, reduseres PIT (se tegningen). Meget lignende virkninger kan også iakttas ved tilsetning av magnesiumsalter og stron-tiumsalter.

Eksempel 2

Som modellformasjon for dette flømmeforsøk ble der anvendt en vannrett opplagret sylindrisk kjerne av Bentheimer-sandsten med en diameter på ca. 8 cm og en lengde på ca. 50 cm. Kjernen ble omgitt av en epoksidharpiks-mantel og ende-flatene ble slipt og lukket av metallflenser tettet ved hjelp av O-ringer. Til temperering tjente et vannbad som ble styrt av en termostat. Forsøkstemperaturen lå på 43°C. Sandstenen ble ved hjelp av en membranpumpe fuktet med formasjonsvann, idet porevolumet (PV ca. 600 ml) og permeabiliteten (ca.

1.500 mD) av sandstenen ble målt. Deretter ble kjernen mettet med råolje, idet samtidig heftvanninnholdet (ca. 25 %) ble bestemt.

Deretter begynte man vannflømmingen med en flømmehastig-het på ca. 2 m/d. Etter innflømming av ca. 1,5 PV formasjonsvann, idet der ble oppnådd en utvanningsgrad på 98-100 %,

ble der injisert tensid (oksetylat av en fettalkoholblanding med 12-18 karbonatomer pr. molekyl og 2,9 mol etenoksid pr. mol) dispergert i formasjonsvann. Flømmehastigheten var herunder ca. 0,6 m/d.

Der ble anvendt råolje B, og det tilsvarende formasjonsvann (B) inneholdt pr. liter ca. 63,6 g NaCl, 0,4 g KC1,

15,1 g CaCl2, 3,1 g MgCl2, 0,4 g SrCl2 og 0,4 g BaCl2.

Ved vannflømming ble der oppnådd en oljeutvinning på

40 %. Denne verdi lot seg øke betydelig - med ytterligere

28 % - ved injisering av 0,4 PV av en 5 %'s oppløsning av et karboksymetylert oksetylat av en alkoholblanding med 12-18 karbonatomer pr. molekyl og 2,7 mol etenoksyd pr. mol. Faseinversjonstemperaturen av den angjeldende råoljeemulsjon lå på 47°C. Under transporten av den av tensidet frembragte olje-bank ble der målt en midlere trykkgradient" på 0,7 bar/m. Tensidet brøt igjennom først etter at oljebanken var strømmet ut, slik at oljen var emulsjonsfri.

Eksempel 3 ( sammenligningseksempel)

Dette forsøk ble gjennomført ved anvendelse av praktisk talt de samme betingelser, stoffer, mengder og fremgangsmåte-trinn som i Eksempel 2, men under anvendelse av et syntetisk formasjonsvann som bare skilte seg fra formasjonsvannet B

ved at det ikke inneholdt noe CaC^• Ved vannflømming ble der oppnådd en oljeutvinning på 44 %. Ved hjelp av tensidfløm-mingen lot den samlede oljeutvinning seg øke til 55 %, hvor-under riktignok tensidet brøt igjennom allerede før utstrøm-ningen av oljebanken, som derfor overveiende ble oppnådd som emulsjon. Trykkgradienten lå på 0,5 bar/m. Sammenligningen mellom eksemplene 2 og 3 viser at der ved anvendelse av karboksymetylerte oksetylater kan fås svært meget gunstigere oljeutvinningsbetingelser ved tilsetning av jordalkaliioner. Disse gunstigere betingelser er en følge av den bedre tempe-raturtilpasning av faseinversjonstemperaturen i forhold til formasjonstemperaturen, som kan styres etter ønske ved tilsetning av jordalkaliioner.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til utvinning av tilnærmelsesvis emulsjonsfri olje fra et underjordisk reservoar, som er blitt flømmet med formasjons- eller flømmevann som er relativt fattig på jordalkaliioner ved midlere eller høy samlet salinitet, ved at der i en injeksjonsboring injiseres en 0,1 - 30 %'s vandig oppløsning eller dispersjon i formasjons- eller flømme-vann av karboksymetylerte oksetylater med formelen R-(0CH_CHo ) -OCH- -COOM 2 2 n 2

hvor R betyr et alifatisk radikal med rett eller forgrenet kjede og 6 - 20 karbonatomer eller et alkylarylaromatisk radikal med 3-16 karbonatomer i alkylgruppen og M betyr et al-kali- eller jordalkalimetallion eller ammonium, samtidig som der til tensidoppløsningen settes jordalkaliioner i en slik konsentrasjon at faseinversjonstemperaturen av systemet råolje/formasjons- resp. flømmevann/tensidoppløsning ligger høyst 10°C over temperaturen i reservoaret, karakterisert ved atn ligger mellom 1 og 3.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at formasjons- eller fløm-mevannet, som inneholder jordalkaliioner i samme konsentrasjon som tensidoppløsningen eller i en noe høyere konsentrasjon, injiseres før tensidoppløsningen som forspylevæske i en mengde på 0,05 - 1 PV.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at formasjons- eller fløm-mevannet, som inneholder jordalkaliioner i samme konsentrasjon som tensidoppløsningen eller i en noe høyere konsentrasjon, injiseres etter tensidoppløsningen som etterspylevæske.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at den vandige oppløsning .inneholder en viskositetsøkende polymer.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at karboksymetylerings-graden av de karboksymetylerte okselater ligger på 10-90 vekt-prosent .