NO830762L - Fremgangsmaate til fremstilling av vandige surfaktantsystemer for bruk ved utvinning av olje - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår utvinning av olje fra et underjordisk reservoar ved bruk av et surfaktant/kosurfaktant-system.

Det har lenge vært kjent at det ved primærutvinning av olje fra en underjordisk formasjon blir tilbake en betydelig andel av den opprinnelige olje i formasjonen. Dette har ført til bruk av hva som vanligvis betegnes som en sekundærutvinning eller vann-flømming, hvor et fluidum,som f.eks. en saltoppløsning, injiseres i en brønn for å tvinge oljen ut av porene i reservoaret mot en utvinningsbrønn. Denne teknikk levner imidlertid også betydelige mengder olje i reservoaret som følge av tilbakeholdelse av oljen ved kapillarvirkning. Det er derfor blitt foreslått å anvende surfaktanter (overflateaktive midler) ved vannflømmingsprosesser. Det er funnet at bruken av surfaktanter kan redusere grenseflatespenningen mellom oljen og vannet i en slik grad at vesentlig større mengder olje kan fortrenges. Disse surfaktanter er blitt benyttet både i systemer som danner mikroemulsjoner, og i slike som ikke danner mikroemulsjoner.

De mikroemulsjoner som er blitt foreslått,har vært valgt

fra sammensetninger i enfase-området i et ternær-diagram. Slike mikroemulsjonssystemer kan enten være olje-eksterne mikroemulsjoner eller vann-eksterne mikroemulsjoner. Når slike mikroemulsjonssystemer benyttes, mener man at de første trinn i oljeutvinningen omfatter en effektiv blandbar fortrengning med etterfølgende ikke-blandbar fortrengning etter nedbrytning av mikroemulsjonen i flere faser ved fortynning av mikroemulsjonen med råolje og formasjonsvann ved fronten og fortynning med en vandig drivvæske ved bakenden. Man forsøker derfor å optimalisere slike mikroemulsjon-surfaktant-

systemer for flømming ved å redusere flerfaseområdet i fase-diagrammet til et minimum for således å forlenge den blandbare fortrengning,sammen med lave grenseflatespenninger i flerfaseområdet for å øke den ikke-blandbare fortrengning. Fra et praktisk standpunkt oppviser imidlertid utviklingen av effektive mikroemuls jonssystemer som økonomisk kan utvinne råoljen fra en underjordisk formasjon, visse ulemper, idet det er vanskelig å opprett-holde den blandbare fortrengning og deretter oppnå de lave grenseflatespenninger som er nødvendige for å gi en effektiv ikke-blandbar fortrengning av råoljen.

Det har vært utviklet surfaktant-systemer som danner mikroemuls joner ved berøring med olje. Et meget tidlig patentskrift som beskriver en slik teknikk,er US-PS 3 373 809, som viser utvinning av olje ved hjelp av dannelse av en mikroemulsjon som dannes in situ ved injisering av et surfaktant-system. I dette patentskrift går man ut fra at effektiviteten av slike mikroemulsjoner er basert på dannelsen av en enfase-mikroemulsjon med formasjonsoljen, og der gis derfor nokså utførlige instruksjoner med hensyn til teknikken for oppnåelse av de ønskede resultater, nærmere bestemt en injeksjon av en høy konsentrasjon av surfaktant. Alle de ovenfor omtalte systemer kan være svært effektive, idet

de tilveiebringer en blandbar tilstand, men kostnadene for de store mengder av surfaktant som er nødvendige, og som vanligvis ligger på over ca. 7-15 vektprosent for at der skal fås en sammensetning innenfor enfase-området i ternær-diagrammet,kan lett overstige verdien av den olje som utvinnes. Man er etterhvert blitt klar over at det er upraktisk fra et økonomisk standpunkt å holde i reservoarformasjonen en slik sterkt konsentrert surfaktant-sammensetning som forblir effektivt blandbar (dvs. i enfase-området)

for hele varigheten av surfaktant-flømmingen, slik det er foreslått i det ovennevnte patentskrift.

Senere arbeider har ført til forslag om injisering av mikroemuls jonssystemer hvor mikroemulsjonsfasen er ikke-blandbar med de fluider som befinner seg i reservoaret. I US-PS 3 885 628 er det foreslått å danne et f lerf ase-mikroemuls jonssystem over jorden ved blanding av olje, saltoppløsning og surfaktant og å injisere i det minste den ikke-blandbare mikroemulsjonsfase. I noen tilfeller foreslås det i dette patentskrift injeksjon av én eller flere av de andre faser som vil foreligge i likevekt med mikroemulsjonsfasen, sammen med den ikke-blandbare mikroemulsjonsfase. Et eksempel på en senere utvikling langs disse linjer kan finnes i US-PS 3 981 361, som beskriver fremgangsmåter til på overflaten å frem-stille surfaktantsystemar som deretter injiseres som en ikke-blandbar mikroemulsjon. I dette sistnevnte tilfelle legges der vekt på injeksjon av den eneste, ikke-blandbare, surfaktant-rike mikroemulsjonsfase. I US-PS 3 938 591 drøftes også injeksjon av ikke-blandbare mikroemulsjonssytemer som på samme måte som systemene ifølge US-PS 3 885 628 og 3 981 361 motsetter seg opptagelse av olje og vann i den ikke-blandbare mikroemulsjonsfase. I alle disse tilfeller har den foreslåtte fremgangsmåte den åpenbare ulempe at der kreves injeksjon av en sammensetning som inneholder betydelige mengder olje, noe som øker kostnadene for den injiserte sammensetning. Dessuten foreligger der et problem med å oppnå det optimale system for en bestemt olje, idet det viser seg at forskjellige oljer oppfører seg på forskjellig måte.

Ingen steder i teknikkens stand foreligger der noen

anvisning på bruk av et optimalt vandig surfaktant-system som er i stand til å danne et flerfase-mikroemulsjonssystem in situ, hvor flerfase-mikroemulsjonssystemet er høyeffektivt for fortrengning av den spesielle olje som er av interesse..'

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å utvikle surfaktant-flømmingssystemer hvor ingen olje tilsettes den injiserte sammensetning.

Ytterligere en hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en rask og systematisk fremgangsmåte til å optimalisere et vandig surfaktant-system som er i stand til å.danne et flerfase-mikroemulsjonssystem in situ i porøse medier, hvoretter mikroemulsjonssystemet er effektivt til utvinning av olje fra det porøse medium.

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å utvikle surfaktant-flømmingssystemer som beholder en effektiv oljefortrengningsevne under hele levetiden av surfaktant-pluggen.

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å skreddersy en surfaktant-flømmingssammensetning til de spesielle egenskaper av den olje som utvinnes.

Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å utvikle effektive surfaktant-flømmingssystemer som har minst mulig tap av

surfaktant ved adsorbsjon i porøst medium.

Det er enda en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å spyle (sweep) restolje fra porene i en underjordisk formasjon ved hjelp av en flerfasebenk (bank) dannet in situ.

I henhold til oppfinnelsen blir olje av den art som finnes

i formasjonen som skal flømmes, bragt i likevekt (equilibrated) med et standard vandig surfaktant-system ved forskjellige saliniteter og den resulterende faseoppførsel sammenlignet med en serie av de samme standard surfaktant-systemer bragt i likevekt med rene hydrokarboner. Deretter blir saltkonsentrasjonen, ekvivalentvekten av sulfonatet og/eller alkoholoppløseligheten innstilt i henhold til fastlagte kriterier for å komme frem til en optimal vandig surfaktant-f1ømmesammensetning for effektiv utvinning av den bestemte olje.

Kravene til en optimal vandig surfaktant-sammensetning som beskrevet i fremstillingen ville typisk kreve bruken av en kosurfaktant i surfaktant-sammensetningen. Bruken av vandige surfaktant-sammensetninger sammensatt som beskrevet alene uten bruk av en kosurfaktant ligger imidlertid innenfor området for oppfinnelsen.

Betegnelsen vandig surfaktant-sammensetning eller surfaktant-system i den foreliggende fremstilling betegner blandinger av saltoppløsning, surfaktant og eventuelt en kosurfaktant uten tilsetning av olje. Disse sammensetninger utelukker ikke sammensetninger fremstilt under anvendelse av surfaktanter hvor en liten andel ureagert eller fortynnet olje foreligger, slik det ofte er tilfelle i handelsprodukter. Etter injeksjon i formasjonen opptar surfaktant-systemet olje og saltoppløsning fra formasjonen for in situ å danne en flerfase-mikroemulsjon som,når den er ferdig, er ikke-blandbar med reservoar-råoljen, selv om grenseflatespenningene mellom mikroemulsjonen, råoljen og saltoppløsningen er meget lave. Fig. 1 er et søylediagram som viser sammensetningen av ekvilibrerte blandinger av olje og et surfaktant/kosurfaktant-system med gradvis økende salinitet av saltoppløsningen. Fig. 2 er et fasevolumdiagram oppnådd ved inntegning av data av den art som er vist på fig. 1. Fig. 3 er et fasevolumdiagram i likhet med fig. 2 og viser

virkningen av å variere konsentrasjonen av surfaktanten.

Fig. 4 er et diagram som viser forholdet mellom grenseflatespenningen og saliniteten ved forskjellige surfaktant-konsentrasjoner vist på fig. 3. Fig. 5 er et fasevolumdiagram i likhet med fig. 3, hvor ekvilibreringen ble utført ved anvendelse av forskjellige forholds-vise mengder mellom olje og surfaktant-oppløsning. Fig. 6 er et diagram som viser forholdet mellom grenseflatespenningen og forholdstallet mellom olje og surfaktant-oppløsning ved forskjellige saliniteter. Fig. 7 viser virkningen av forskjellige alkankarbonkjede-lengder på fasevolumoppførselen ved variasjon av kjedelengden av enkle,rettkjedede alkaner. Fig. 8 viser eksempler på virkningen av forskjellige råoljer på fasevolumoppførselen. Fig. 9a, 9b og 9c viser forholdet mellom fasevolumoppførselen, grenseflatespenningen og den gjenværende olje som utvinnes. Fig. 10 viser sammenhengen mellom fasevolumoppførsel, grenseflatespenning og oljeutvinning. Fig. 11 viser sammenhengen mellom fasevolumoppførsel, grenseflatespenning og oljeutvinning i et system med et bredere salinitetsområde hvor der foreligger trefase-oppdeling. Fig. 12 viser sammenhengen mellom fasevolumoppførsel, grenseflatespenning og oljeutvinning i et system med et enda bredere salinitetsområde hvor der foreligger trefaseoppførsel. Fig. 13 sammenligner oljeutvinningen med bredden av det-salinitetsområde hvor der foreligger trefaseoppdeling. Fig. 14 viser forholdet mellom oljeutvinning og sulfonat-tilbakeholdelse. Fig. 15 viser sammenhengen mellom oljeutvinning og sulfonat-tilbakeholdelse med en annen simulert olje. Fig. 16 viser sammenhengen mellom oljeutvinning og sulfonat-tilbakeholdelse med enda en annen simulert olje. Fig. 17 viser sammenhengen mellom oljeutvinning og sulfonat-tilbakeholdelse med ytterligere en simulert olje. Fig. 18 viser grenseflatespenningen av utløpsfåsene som en funksjon av porevolumet av produserte fluider i oljefortrengnings-forsøk.

Den foreliggende oppfinnelse gir tre vesentlige fremskritt

i faget. Det er først oppdaget at relativt fortynnede vandige sammensetninger som inneholder egnede surfaktanter og eventuelt kosurfaktanter, kan danne et flerfase-mikroemulsjonssystem in situ i porøse medier, idet det resulterende flerfase-system er høyst effektivt for utvinning av olje fra det porøse medium når det optimaliseres ved en fremgangsmåte som er beskrevet i den foreliggende fremstilling. Den surfaktant-flømmeprosess som er beskrevet i fremstillingen, bevarer således de iboende fordeler ved mikroemulsjonssystemer, samtidig som den unngår den ekstra kostnad som følger med bruken av olje som en bestanddel i den injiserte sammensetning.

For det annet går oppfinnelsen ut på en fremgangsmåte til å karakterisere råoljer med hensyn til optimalisering av surfaktant-sammensetninger. I henhold til denne fremgangsmåte kan der fastlegges en optimal vandig surfaktant-sammensetning som vil danne et flerfase-mikroemulsjonssystem in situ, idet mikroemulsjonen er høyst effektiv ved utvinning av den spesielle råolje som er av interesse,fra reservoarformasjonen.

For det tredje oppviser optimale surfaktant-flømmesystemer utviklet som beskrevet, lokalt minimaliserte sulfonat-tilbake-holdelsestap i porøse medier.

Som en del av oppfinnelsen er der blitt utviklet en prøve-prosedyre som meget raskt og i forhold til en standard-referanse fastlegger valget av en optimal vandig surfaktant-sammensetning som vil være mest mulig effektiv ved fortrengning av en bestemt olje som er av interesse, fra porøse reservoarmedier. For å fastlegge en standard-referanse blir en serie rene hydrokarboner såsom normale alkaner eller alkylbenzener ekvilibrert med individuelle prøver av en standard vandig sammensetning som inneholder en konstant konsentrasjon av surfaktanten og eventuelt en kosurfaktant, idet saliniteten i hver enkelt prøve av den vandige sammensetning varieres (se eksempel I). I forbindelse med oppfinnelsen kan der anvendes en homolog serie av rene hydrokarboner med alkan- eller alkylkjeder bestående av 6 - 16 karbonatomer. Den "standard" surfaktant som anvendes, vil typisk være en syntetisk surfaktant eller et petroleumsulfonat med en midlere ekvivalentvekt i området fra 350 til 500, men fortrinnsvis i den nedre del av dette område, dvs. på mindre enn 420, fortrinnsvis ca. 400 - 420, i motsetning til den øvre ende av området, som kan anses å være fra 4 20 og oppover. Foretrukne "standard" kosurfaktanter er slike med midlere vannoppløselighet (ca. 0,5 - 15 g/100 g vann ved 20°C), fortrinnsvis isobutanol. Den foretrukne "standard"-konsentrasjon av surfaktanten i den vandige sammensetning er på ca. 1 - 7 vektprosent aktiv ingrediens regnet på vekten av vann, og helst 2-5 vektprosent. Forholdet mellom kosurfaktant og surfaktant i 'standard"-sammensetningen bør ligge i området fra 0,25:1 til 1,5:1, fortrinnsvis mellom 0,5:1 og 1,0:1. Et volumforhold mellom "olje" og vandig surfaktant-sammensetning på 1:1 blir typisk anvendt ved forsøkene, men som det vil bli vist i etterfølgende eksempler, er verdien av dette forhold ikke kritisk for fastleggelse av en optimal vandig surfaktant-flømme-sammensetning. Som det vil ses fra fig. 5 kan et volumforhold på mellom 1:2 og 2:1 anvendes, og det samme gjelder enda større eller mindre mengder av den annen bestanddel.

En rekke fasevolumdiagrammer kan konstrueres på basis av en slik forsøksserie hvor volumfraksjonen av de forskjellige faser fastlegges og tegnes inn som en funksjon av saliniteten, som ble variert i forsøksserien. Fig. 7 viser et eksempel på den fasevolum-oppførsel som ble oppnådd da en bestemt "standard" vandig surfaktant-sammensetning ble ekvilibrert ved forskjellige saliniteter med forskjellige n-alkanhydrokarboner.

Skjønt råolje består av komplekse molekyler med en bred for-deling av molekylartene, samvirker disse oljer med anioniske surfaktanter på samme måte som enkle hydrokarboner med 6-16 alkan-karbonatomer. Et effektivt alkankarbontall (EAKT) kan således til-knyttes en bestemt råolje ved sammenligning mellom dets tilsvarende fasevolumdiagram oppnådd ved ekvilibrering med de standardiserte surfaktant-sammensetninger med fasevolumdiagrammene for de rene hydrokarboner, hvor EAKT av rent hydrokarbon er lik antall alkan-karbonatomer i molekylet. Ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse blir en råolje hvis sammensetning svarer til den i den formasjon som skal flømmes, ekvilibrert med det samme standard surfaktant-system ved forskjellige saliniteter og det resulterende fasevolumdiagram sammenlignet med standard-diagrammene (f.eks. sammenligning mellom fig. 7 og 8). Ved utførelse av ekvilibrerings-testen bør egenskapene av oljen i formasjonen etterlignes så nøy-aktig som praktisk mulig, dvs. at man bør benytte olje som enten nylig er utvunnet eller er behandlet med lette komponenter for å kompensere for eventuelle flyktige komponenter som går tapt etter utvinningen.

Ved sammenligning av de fasevolumdiagrammer som fåes for

den standard vandige surfaktant-sammensetning ekvilibrert med råoljen, med lignende systemer ekvilibrert med de rene hydrokarboner, kan et EAKT bestemmes for den spesielle råolje som er av interesse. Stort sett vil EAKT for de fleste råoljer som er beskrevet i fremstillingen, ligge innenfor området 5-16. For den gitte standard vandige surfaktant-sammensetning vil det av fasevolumdiagrammet (se f.eks. fig. 7) sees at det salinitetsområde som tre-faseområdet strekker seg over,vil øke etterhvert som EAKT av oljen øker, sam-tidig som den relative opptagelse av olje og saltoppløsning pr. enhet av surfaktanten i den midterste mikroemulsjonsfase i tre-faseområdet avtar.

Det vil bli påvist i de etterfølgende eksempler at maksimal utvinning av olje fra porøse medier oppnås når der anvendes vandige sammensetninger som er valgt slik at de svarer til den som gir et tre-fasemikroemulsjons-system etter ekvilibrering av det vandige surfaktant-system med et hovedsakelig like stort volum av oljen. Videre vil det bli påvist i de etterfølgende eksempler at maksimal oljeutvinning oppnås ved anvendelse av vandige surfaktant-sammensetninger som beskrevet i fremstillingen, idet den vandige surfaktant-sammensetning ved ekvilibrering med oljen gir fasevolumdiagrammer med relativt snevre salinitetsområder hvor et tre-faseområde foreligger, og derfor har relativt stort opptak av olje og saltenhet pr. enhet av surfaktant i mikroemulsjonsfasen, slik det vil bli nærmere diskutert nedenfor.

Hvis EAKT av den spesielle råolje som er av interesse,finnes

å være relativt høyt (f.eks.EAKT 13-16), vil derfor en vandig surfak-tantsammensetning som inneholder en surfaktant med relativt høy ekvivalentvekt og/eller en kosurfaktant med lavere vannoppløselig-het (i forhold til den standardiserte surfaktant resp. kosurfaktant), være foretrukket, idet en økning av ekvivalentvekten av surfaktanten og/eller en reduksjon av vannoppløseligheten av kosurfaktanten vil redusere det salinitetsområde som tre-faseområdet foreligger i, og øke det relative opptak av olje og saltoppløsning pr. enhet av surfaktant i mikroemulsjonsfasen. For oljer med lavere

EAKT vil derimot vandige sammensetninger som inneholder surfaktanter med lavere ekvivalentvekt og/eller mere vannoppløselige kosurfaktanter, være foretrukket.

Likeverdig med å øke saltkonsentrasjonen er (1) å øke det hydrofobe innhold av surfaktanten eller (2) å redusere saltopp-løseligheten av kosurfaktanten. Forholdet er således som følger: (1) Hvis saltkonsentrasjonenøkes, må der anvendes en surfaktant med et relativt mindre hydrofobt innhold og/eller en mere vannopp-løselig alkohol. (2) Hvis en mer vannoppløselig alkohol anvendes, må det hydrofobe innhold av surfaktanten eller konsentrasjonen av saltet økes. (3) Hvis der anvendes en surfaktant med en relativt stor hydrofob molekylandel, må konsentrasjonen av saltet reduseres, eller der må anvendes en alkohol med en høyere oppløselighet.

I praksis er oljer med lignende egenskaper som lavere rett-kjedede hydrokarboner tilbøyelige til å danne tre-faseområder over et smalt saltkonsentrasjonsområde og ved en relativt lav salt-konsentras jon , se fig. 7. Hvis den aktuelle olje danner et tre-faseområde over et bredt salinitetsområde, benyttes de ovennevnte forhold til å oppnå det optimale system ved reduksjon av tre-fase-salinitetsområdet. Dette krever en økning av ekvivalentvekten av sulfonat og/eller bruk av en mindre oppløselig alkohol.

Med utgangspunkt i et optimalisert system dannes tre faser, en overveiende oljeholdig fase, en mikroemulsjonsfase og en overveiende vandig fase,i det optimaliserte system over et smalt område av elektrolyttkonsentrasjon,sammenlignet med lignende systemer hvor der anvendes surfaktanter med en lavere hydrofob andel og/ eller en mer vannoppløselig kosurfaktant. Dette smalere område hvor der finner sted dannelse av tre faser, vil generelt være mindre enn 1 og fortrinnsvis mindre enn 0,5 vektprosent regnet på vekten av vann, dvs. at tre-faseoppdeling over et salinitetsområde fra 0,5 til 0,75 vektprosent elektrolytt basert på vann gir en spennvidde på 0,25%, dvs. mindre enn 1 og også mindre enn en halv. På fig. 2 foreligger f.eks. tre-faseområdet i et område med en bredde på ca. 0,35 prosentenheter for saltkonsentrasjonen, dvs. fra ca. 1,00 til ca. 1,35. Gode resultater fås i systemer som oppviser tre-faseoppdeling over et salinitetsområde på 0,1 - 1, fortrinnsvis 0,1 - 0,5 prosentenheter.

I systemer som oppviser dannelse av tre faser over et snevert salinitetsområde,vil der nærmere bestemt bli oppnådd god oljeutvinning i et salinitetsområde på ca. 1 prosentenhet som omfatter tre-faseområdet og det området med høyere salinitet som grenser direkte til tre-faseområdet. På fig. 10 er der f.eks. vist en tre-fasedannelse i et salinitetsområde fra ca. 0,9 til 1,3, dvs. 0,4 prosentenheter, noe som ligger innenfor det ovennevnte yttergrense-område på mindre enn 0,5 prosentenheter. God oljeutvinning oppnås imidlertid over et område for saliniteten (vektprosent elektrolytt-konsentrasjon i vann) på 1 prosentenhet omfattende tre-faseområdet og det området med høyere salinitet som grenser direkte til tre-faseområdet, dvs. fra ca. 0,9 til ca. 1,9. En alternativ definisjon av det optimale system er således at systemet skal danne tre faser over et salinitetsområde som er mindre enn 1 prosentenhet, og det salinitetsområde som skal anvendes,er det 1-prosentsområde som begynner ved det punkt hvor tre-fasedannelsen begynner,og omfatter tre-faseområdet.

Det surfaktant-system som anvendes til å gi standard fasevolumdiagrammer som vist på fig. 7, anvender generelt sulfonat med relativt lav ekvivalentvekt og en tilsvarende kosurfaktant og salt-konsentras jon for å gi tre-faseoppdeling over et smalt salinitetsområde med et hydrokarbon med lavtEAKT. Den olje som skal produseres, vil vanligvis ha et høyere EAKT,og et sulfonat med høyere ekvivalentvekt og/eller en mindre oppløselig alkohol og en lavere saltkonsentrasjon vil bli anvendt for å oppnå det optimale system for den olje som skal produseres.

Da sulfonater med høyere ekvivalentvekt er tilbøyelig til å utfelles og adsorberes i større grad i porøse medier, blir imidlertid sulfonatets ekvivalentvekt bare økt med den minste mengde som er nødvendig for å gi tre-faseoppførsel over et betydelig snevrere salinitetsområde, f.eks. over et område på mindre enn 1 prosentenhet, som beskrevet ovenfor.

Som nevnt ovenfor svarer den vandige surfaktant-sammensetning som fører til maksimal oljeutvinning, til en sammensetning som, når den ekvilibreres med den aktuelle olje, gir et tre-fasesystem, idet sammensetningen gir et tilsvarende volumdiagram som har et relativt smalt salinitetområde som tre-faseområdet foreligger i. Som her foreskrevet vil oljer som har relativt høye EAKT,kreve surfaktanter med relativt høy ekvivalentvekt. Det bør bemerkes at etterhvert som ekvivalentvekten av surfaktanten øker, øker også tilbakehold-elsen av surfaktanten i porøse medier generelt. Fra et økonomisk standpunkt er det således mest praktisk i disse spesielle tilfeller å bruke et sulfonat med den lavest mulige ekvivalentvekt, sålenge den injiserte vandige surfaktant-sammensetning ved ekvilibrering med den aktuelle olje møter kravene til volumetriske opptak som definert ovenfor.

Når den vandige standard-surfaktant-sammensetning velges i overensstemmelse med de ovennevnte retningslinjer, vil den vanligvis være tilfredsstillende til å kjennetegne en hvilken som helst olje som er omtalt her. Såsnart settet av standard-fasevolumdiagrammer er satt opp for de vandige standard-surfaktant-systemer ekvilibrert med kjente,rene hydrokarboner (se f.eks. fig. 7), er derfor prosedyren for fastleggelse av en optimal vandig surfaktant-sammensetning meget enkel og rask: (1) Fastlegg EAKT for den spesielle råolje ved å sammenligne det karakteristiske fasevolumdiagram fastlagt med/råoljen med det tilsvarende diagram for rent hydrokarbon, og (2) basert på denne verdi for det effektive alkankarbontall (EAKT), reguler egenskapene av surfaktanten og kosurfaktanten og eventuelt saliniteten i forhold til standardkurven i henhold til de beskrevne kriterier for å skaffe en vandig surfaktant-sammensetning som in situ vil danne et flerfase-mikroemulsjonssystem som har de egenskaper som er nevnt foran.

I forbindelse med fastleggelse av EAKT for råoljen bør vanligvis temperaturen av de ekvilibrerte systemer som inneholder råoljen,være den samme som den som anvendes for fastleggelse av fasevolumoppførselen for den standardiserte vandige sammensetning og de rene hydrokarboner. Såsnart EAKT for den råolje som skal utvinnes,er fastlagt, kan der gjøres justeringer av trinn 2 ovenfor for å kompensere for virkningen av forskjeller i standard-tempera-tur og den virkelige reservoartemperatur. Enøkning av temperaturen i systemet har typisk den samme effekt som (1) reduksjon av surfaktantens ekvivalentvekt, (2)økning av vannoppløseligheten av kosurfaktanten eller (3) reduksjon av saltoppløsningens salinitet.

Når der er oppnådd et system hvor tre-faseoppførselen foreligger over et smalt salinitetsområde, er der oppnådd et optimalt system som vil gi høy utvinning av olje med redusert tap av sulfonat, og som er relativt upåvirket av forholdet mellom olje og vann, slik det er vist på fig. 5, som viser tilsvarende fasevolumforhold med varierende fortynningsforhold i et system som er optimalisert for å gi et tre-faseområde i et smalt salinitetsområde. Dette er avgjørende, fordi systemet i praksis vil bli fortynnet i formasjonen, slik at det er meget ønskelig med et system som er relativt uavhengig av fortynningseffekter.

Egnede surfaktanter som kan anvendes,kan omfatte slike av kationisk, ikke-ionisk og anionisk art.

Foretrukne surfaktanter omfatter anioniske surfaktanter, nærmere bestemt et syntetisk sulfonat eller petroleumsulfonat med en midlere ekvivalentvekt på 375 - 500. Disse sulfonater er velkjent i faget og betegnes undertiden som alkylarylsulfonater. De betegnes også undertiden som petroleumsulfonater. De kan bestå

av en kompleks blanding av bestanddeler, herunder arylsulfonater og alkarylsulfonater, idet blandingen består først og fremst av monosulfonater med én -SO^Na-(eller -K eller -NH^) gruppe pr. molekyl. Disse individuelle hydrokarbonsulfonater kan f.eks. omfatte følgende forbindelser: Ammonium-, natrium- eller kaliumdodecyl-benzensulfonater (ClgH2gS03M), alkansulfonater såsom oktadekan-sulfonat (C-^gl^gSO^M) og fenylalkansulfonater såsom fenyldodekan-sulfonat (C-^gH^SO^M) . Uttrykket "ekvivalentvekt" anvendes i sin vanlige betydning, og når det gjelder rene monosulfonater er ekvivalentvekten lik molekylvekten, mens ekvivalentvekten av disulfonater er halvparten av molekylvekten. De angitte ekvivalentvekter er som nevnt midlere ekvivalentvekter, og der kan foreligge betydelige mengder sulfonater med en ekvivalentvekt på så lite som 200 og så meget som 650. Skjønt syntetiske sulfonater eller petroleumsulfonater foretrekkes, omfatter andre egnede surfaktanter sulfater av polyoksalkylerte alkoholer som f.eks. "Neodol"er og "Tergitol"er, etoksylerte fenoler, aminokarboksylater såsom natrium-N-lauroylsarkosinat, alkylsulfater såsom natrium-lauryl-sulfat og fosfatestere såsom di(2-etylheksyl)fosfat. Surfaktanten anvendes i en mengde på 1 - 7, fortrinnsvis 2-5 vektprosent aktiv bestanddel regnet på vekten av vann.

Ekvivalentvekten av den anvendte surfaktant er naturligvis bestemt av kravene fra den spesielle olje som skal utvinnes, den anvendte kosurfaktant og saliniteten i henhold til de kriterier som er angitt ovenfor. Vanligvis foretrekkes en surfaktant med den laveste ekvivalentvekt som in situ vil danne en flerfase-mikroemuls jon med egenskaper som beskrevet i beskrivelsen.

Kosurfaktanten kan være en hvilken som helst alkohol, amid, amin, ester, aldehyd eller keton med 1-20 karbonatomer og fortrinnsvis med en oppløselighet i vann på 0,5 - 20, fortrinnsvis 2-10 g/100 g vann ved 20°C. Foretrukne materialer er alkanoler med 4-7 karbonatomer eller blandinger herav. Mest foretrukket er alkoholer med 4 eller 5 karbonatomer og en oppløselighet innenfor det ovennevnte område. Isobutylalkohol med en oppløselighet på 9,5 g/100 g vann er spesielt egnet. Andre foretrukne kosurfaktanter omfatter sekundært butylalkohol, n-butyl-, n-amyl- og isoamyl-alkohol. Når der anvendes en kosurfaktant benyttes den i en mengde på 1 - 7, fortrinnsvis 1,5-4 vektprosent regnet på vekten av vann.

I alminnelighet anses en hvilken som helst kombinasjon av surfaktanter og kosurfaktanter som tilfredsstiller de angitte kriterier, å ligge innenfor området for oppfinnelsen.

Saltoppløsningen utgjør mer enn 85 vektprosent av den samlede injiserte sammensetning og består av vann og uorganiske salter. Egnede uorganiske salter i en saltoppløsning omfatter natriumsulfat, natriumnitrat, natriumklorid, natriumtripolyfosfat (Na^-P^O^g) , natriumkarbonat etc, men de enverdige metallsalter, spesielt natriumklorid, foretrekkes. Uorganiske salter foreligger fortrinnsvis i vannet i en mengde på 250 - 100 000, fortrinnsvis 500 - 40 000 og helst 5 000 - 25 000 deler pr. million totalt opp-løste faststoffer (TOF). Andre elektrolytter som kan foreligge i kombinasjon med natriumkloridet,omfatter kaliumklorid, kalsium-klorid, magnesiumklorid, natriumsulfat, ammoniumklorid o.l.. Store mengder flerverdige, spesielt toverdige ioner, er uønsket. Hvis toverdige ioner foreligger i relativt store mengder, kan der benyttes surfaktanter og kosurfaktanter av den ovennevnte art som er spesielt egnet for toleranse for flerverdige ioner (f.eks.

sulfatene av polyoksyalkylerte alkoholer).

De injiserte surfaktant-oppløsninger bør fortrinnsvis være fasestabile, dvs. de bør være makroskopisk homogene. Slik stabilitet er ønskelig for bekvem lagring og håndtering og stabilitet

ved temperaturene i oljeformasjonen.

Det optimaliserte vandige surfaktant-system ifølge oppfinnelsen blir injisert gjennom én eller flere injeksjonsbrønner på

en måte som er vel kjent i faget ved vannflømmeoperasjoner. Ved berøring mellom oljen og saltoppløsningen i formasjonen dannes der in situ et tre-fasesystem omfattende (1) en fase som inneholder overveiende reservoaroljen og en mindre mengde av kosurfaktanten, (2) en mikroemulsjonsfase som består av (a) olje opptatt fra reservoaret og (b) saltoppløsning, surfaktant og kosurfaktant fra det injiserte surfaktant-system, idet mikroemulsjonsfasen har optimale egenskaper som beskrevet i beskrivelsen, som følge av hensiktsmessig fastleggelse av den injiserte vandige surfaktant-sammensetning, og (3) en tredje fase som utgjøres av mesteparten av saltoppløsningen fra det injiserte surfaktant-system, eh del av kosurfaktanten fra det injiserte surfaktant-system og en mindre andel av surfaktanten fra det injiserte surfaktant-system. I selve formasjonen er variasjonene i strukturen slik at flerheten av faser er sammenblandet og kan manifestere seg på et mikroskopisk plan, dvs. innenfor enkelte porestrukturer.

Det vil bemerkes at de vandige surfaktant-sammensetninger ekvilibreres med den aktuelle olje ved den ekvilibreringsprosedyre som anvendes for å optimalisere vandige surfaktant-flømmesystemer som beskrevet i beskrivelsen. Denne prosedyre gir en bedømmelse av de karakteristiske faser som ventes å dannes in situ når den injiserte vandige sammensetning kommer i berøring med olje. I reservoaret kommer den vandige sammensetning i berøring med både formasjonsolje og saltoppløsning. Slik det vil bli vist i etter-følgende eksempler er imidlertid den karakteristiske oppførsel som benyttes for å definere optimale vandige surfaktant-systemer, relativt uavhengig av forholdet mellom olje og saltoppløsning,

og den beskrevne testprosedyre for fastleggelse av det optimale vandige surfaktant-system viser seg å være tilfredsstillende.

En mobilitetsbuffer blir fortrinnsvis injisert bak surfaktant-systemet. Eksempler på egnede mobilitetsbuffere omfatter vandige og ikke-vandige fluider inneholdende mobilitetsreduserende midler såsom partielt hydrolyserte polyakrylamider, polysakkarider, oppløselige celluloseetere o.l. med høy molekylvekt. Polyakryl-amidene er fortrinnsvis hovedsakelig lineære homopolymerer og kopolymerer av akrylamid og metakrylamid og kan ha opptil 75% og fortrinnsvis opptil ca. 4 5% av karboksamid-gruppene hydrolysert til karboksyl-grupper. Polyakrylamider er velkjent i faget og kan fås i handelen. Typiske eksempler er: "Dow Pusher 700" og "Dow Pusher 1000", markedsført av Dow Chemical Company, Midland, Michigan, og "Betz Hi-Vis", solgt av Betz Laboratories, Inc., Trevose, Pennsylvania. Polysakkarider er også velkjente i faget

og omfatter de ioniske heteropolysakkarider som fås ved fermen-tering av karbohydrater med bakterier av slekten Xanthomonas. Polysakkaridene er tilgjengelige i handelen, og typiske eksempler på slike omfatter: "Kelzan" og "Kelzan MF" solgt av Kelco Company, Los Angeles, California. Karboksymetylcellulose er også velkjent

i faget og er tilgjengelig i handelen. Typiske eksempler er: "CMC-7", "CMC-9" og "CMC-12", hvor tallene 7, 9 og 12 betegner en substitusjonsgrad på henholdsvis 0,7, 0,9 og 1,2. De forskjellige grader av CMC markedsføres av Drilling Specialities Co., Bartlesville, Oklahoma. Mobilitetsbufferen inneholder 50 - 20 000, fortrinnsvis 200 - 5 000 ppm av det mobilitetsreduserende middel i fluidet. Mobilitetsbufferen kan være gradert, dvs. dens konsentrasjon kan være relativt høy ved forenden og relativt lav ved den bakre ende. Mobilitetsbufferen kan f.eks. begynne med en konsentrasjon på 2 500 ppm og slutte med en konsentrasjon på

250 ppm. Disse mobilitetsbuffere er kjent i faget. Mobilitets-buf feren injiseres i en mengde på 0,001 - 1,0, fortrinnsvis 0,01 - 0,25 volumprosent regnet på porevolumet av den samlede formasjon.

Et drivfluidum blir til slutt injisert bak mo"bilitetsbufferen for å presse olje som inneholdes i reservoaret, mot en utvinnings-brønn. Drivmaterialet kan være vandig eller ikke-vandig og kan være en væske, en gass eller en kombinasjon herav. Generelt utgjøres det av formasjonsvann eller vann som ligner på formasjonsvannet. Når en sterk saltoppløsning er drivvæsken, kan det være gunstig

å la en propp av relativt ferskt vann gå foran saltoppløsningen. Drivfluidet blir rett og slett injisert inntil hele den mulige utvinning av oljen er utført.

Hvis det optimale system, slik det er definert i beskrivelsen, svarer til et system med en salinitet som avviker betydelig fra den i formasjonen, bør man før injiseringen av surfaktant-systemet stort sett forspyle med en saltoppløsning med en saltkonsentrasjon

i likhet med den som kreves av surfaktant-systemet.

I noen tilfeller når den saltoppløsning som foreligger i oljereservoaret,ikke har høy salinitet (mindre enn 50 000 ppm TOF), er det mulig å regulere egenskapene av surfaktanten og/eller ko-surf aktanten, slik at den optimale vandige sammensetning svarer til hovedsakelig den samme salinitet som i saltoppløsningen i formasjonen. Derved unngås behovet for en forspyling.

Hvis der anvendes en forspyling, vil den vanligvis benyttes

i en mengde på 0,01 - 2,0, fortrinnsvis 0,5-1 porevolum basert på porevolumet av den samlede formasjon som behandles. Surfaktant-systemet injiseres i en mengde på 0,001 - 1,0, fortrinnsvis 0,01 - 0,25 porevolum basert på porevolumet av den totale formasjon som behandles.

Ekvilibrering av et hydrokarbon såsom råolje med et hovedsakelig like stort volum av et fortynnet vandig surfaktant-system som beskrevet ovenfor og inneholdende progressivt høyere salt-konsentras joner kan typisk gi opphav til følgende typer av fase-oppførsel: (a) Område I: To faser ( relativt lav salinitet) : Ekvilibreringen av det vandige surfaktant-system og oljen resulterer i en øvre fase som består overveiende av olje,og en vannrik nedre fase av en mikroemulsjon omfattende vann, surfaktant, olje

og kosurfaktant.

(b) Område II: Tre faser ( midlere salinitet) : Ekvilibreringen

av surfaktant-systemet og oljen fører til en øvre fase som består overveiende av olje, en midtre fase av en mikroemulsjon omfattende vann, olje, surfaktant og kosurfaktant og en

nedre fase omfattende overveiende vann.

(c) Område III: To faser ( relativt høy salinitet) : Ekvilibreringen av surfaktant-systemet og oljen fører til en oljerik øvre mikroemulsjonsfase som omfatter vann, olje, surfaktant og kosurfaktant, og en nedre fase som omfatter hovedsakelig vann.

De ovennevnte typer av faseoppførsel som resulterer fra ekvilibreringen av surfaktant-systemer med olje kan alternativt beskrives i tabellform som vist i tabell I.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er de mest effektive vandige surfaktant-systemer for utvinning av olje fra porøse medier slike som ved ekvilibrering av surfaktant-systemene med hovedsakelig like volumandeler av den aktuelle olje danner et flerfase-mikroemulsjonssystem hvor mikroemulsjonsfasen har de i det etterfølgende angitte forhold mellom oljevolum (VQ), vannvolum (vv)°9volum av surfaktant og eventuelt kosurfaktant (V ).

De følgende områder er egnede parametre for valg av det beste surfaktant-system i lys av den nevnte faseoppførsel ved forskjellige saltkonsentrasjoner. Det optimale system for oljeutvinning erkarakterisert vedtre-faseoppførsel, hvor ideelt VQ = Vvog Vg/VQer < 1,0, fortrinnsvis < 0,5 og Vs/Vv er < 1,0, fortrinnsvis < 0,5.Egnede parametre for surfaktant-systemer som oppviser to-faseoppførsel, og som også er effektive for tertiær oljeutvinning, er også vist. Dvs. at disse forhold opptrer i par. Hvis VQ/Vver mindre enn 1 i mikroemulsjonsfasen, dvs. hvis der foreligger overskudd av vann, vil man ligge på den lave salinitetsside av det optimale, og det er Vs/VQ-forholdet som må ligge innenfor de nedenfor angitte områder. Hvis VQ/Vver større enn 1 i mikroemulsjonsfasen, dvs. hvis der foreligger et overskudd av olje, ligger man på den høye salinitetsside av det optimale, og det er Vg/Vv-forholdet som må ligge innenfor de angitte områder.

Når VQ/Vver lik 1, er naturligvis Vs/VQog Vg/Vvlike.

Område I >0,05 >0,2 <1,5 <0,5

(to faser)

Område II

(tre faser) 0,1-10 0,5-5,0 <1,0 <0,5 <1,0 <0,5

(ideelt 1)

Område II

(to faser) >0,05 >0,2 <1,5 <0,5

Man vil se av det etterfølgende at de foretrukne systemer som oppviser to-faseoppførsel som beskrevet ovenfor, er slike som ligger meget nær tre-faseområdet når dette foreligger over et relativt smalt salinitetsområde.

De ovennevnte parametre kan korreleres med fasevolumdiagrammer som kan konstrueres på basis av data oppnådd fra ekvilibrering av olje med vandige surfaktant-systemer inneholdende forskjellige saltkonsentrasjoner, som beskrevet mer utførlig i eksempel I. Ved hjelp av en sammenligning mellom råoljen fra reservoaret som skal flømmes, og de standardiserte blandinger som er nevnt ovenfor og vil bli nærmere beskrevet nedenfor, er det lett å foreskrive optimale vandige surfaktant-systemer som er effektive for fremstilling av et effektivt flerfase-mikroemulsjonssystem for maksimal effek-tivitet av oljeutvinningen.

Eksempel I

Ekvilibrering av 24 ml n-dekan med 26 ml av et surfaktant-system omfattende 24 ml saltoppløsning, 1 ml surfaktant og 1 ml kosurfaktant ga den faseoppførsel som. er vist på fig. 1. Tolv surfaktant-systemer ble anvendt med de angitte saliniteter uttrykt som vektprosent NaCl. Kosurfaktanten var isobutylalkohol, og surfaktanten var "TRS 10-410" (natriumpetroleumsulfat med en midlere ekvivalentvekt på 418) fra Witco Chemical Co. Ekvilibrer-ingene ble utført i 50 ml glasskorkede, graderte sylindere som ble rystet og deretter inkubert i et bad ved 30°C inntil volumetriske avlesninger forble konstant (i en 24 timers periode). Volumene av de forskjellige faser ved likevekt ble nedtegnet som vist på fig.

1 og i tabell II.

Av fig. 1 vil man se følgende:

(a) To faser ble dannet ved 0,5000 og 1,000 vektprosent NaCl. Den øvre fase var overveiende olje, og den nedre fase var en vannrik mikroemulsjon. (b) Tre faser ble dannet over salinitetsområdet 1,0156 - 1,3125 vektprosent NaCl. Den øvre fase var overveiende olje, mens den midtre fase var en mikroemulsjon bestående av vann, olje, surfaktant og kosurfaktant og bunnfasen var overveiende vann. (c) To faser ble dannet ved saliniteter på over 1,375 vektprosent NaCl. Den øvre fase var en oljerik mikroemulsjon, og den nedre fase var overveiende vann.

(d) Verdiene for VQ på fig. 1 ble beregnet ved at volumet

av oljefasen ble trukket fra de 24 ml olje som ble benyttet ved ekvilibreringen. (e) Verdien for Vg var 2,0, basert på den antagelse at det samlede volum av surfaktant og kosurfaktant forelå i mikroemulsjonsfasen, noe som er en god tilnærmelse. (f) Verdiene for Vvpå fig. 1 ble beregnet ved at summen av (VQ + Vg) ble trukket fra det observerte volum V^ av mikroemulsjonen.

Ved bruk av dataene i tabell II, som er basert på ekvili-breringsresultatene på fig. 1, ble der tegnet et fasevolumdiagram. De volumandeler som er angitt i tabell II, ble tegnet inn som funksjon av salinitetene av surfaktant-systemene. I dette diagram (se fig. 2) er området I (relativt lav salinitet) betegnet som gamma-området med to faser, mens området II (midlere salinitet)

er betegnet som beta-området med tre faser, og området III (relativt høy salinitet) er betegnet som alfa-området med to faser.

Av fig. 1, som gjelder et spesielt surfaktant-system som undersøkes, vil det ses at gamma-området foreligger opptil 1 vektprosent NaCl, mens beta-området foreligger i området fra ca. 1 vektprosent NaCl til ca. 1,3 50 vektprosent NaCl og alfa-området foreligger ved saliniteter på over ca. 1,350 vektprosent NaCl.

Parametrene VQ/Vv, Vg/Vv, Vg/Vo og Vv/VQkan beregnes fra

den spesielle faseoppførsel ved de saliniteter som er vist på fig.

L, eller avleses tilnærmet i fasevolumdiagrammet på fig. 2. Når det gjelder ekvilibrering av olje med surfaktant-systemer på henholdsvis 1,1250 og 1,100 vektprosent NaCl ( i beta-området), kan f.eks. parametrene finnes som vist nedenfor.

(a) Basert på data fra fig. 1 ( 1, 1250 vektprosent NaCl)

VQ = 10,6 (24-13,4),Vg = 2,0, Vy = 9,0 /21, 6-(2+10 , 6)7

V /V = 1,178 (V >V ) og

o' v o v. y

V VV = 0,222

s' v

Da verdiene VQ/Vvog Vs/Vvligger i det foran nevnte foretrukne område, vil surfaktant-systemet effektivt fortrenge hovedsakelig all restoljen ved en tertiær oljeutvinningsprosess ved en konsentrasjon av den gjenværende saltoppløsning på ca. 1,1250 vektprosent NaCl.

(b) Beregnet på fasevolumdiagrammet på fig. 2 (1,100 vektprosent NaCl)

Da Vo/Vv= 1,0 ved 1,100 vektprosent NaCl og Vg/Vv= Vs/Vo= 0,2 ligger i det foretrukne område for disse parametre, vil surfaktant-systemet fortrenge hovedsakelig all restoljen i en tertiær oljeutvinningsprosess i en gjenværende saltoppløsning i det nevnte salinitetsområde.

Parametrene V o /V v , V s' /V v og ^ V s' /V o for gamma-området og alfa- området kan beregnes på lignende måte fra fig. 1 eller fig. 2. Nedenfor vil parametrene bli beregnet fra fig. 2 for saliniteter på 0,75 vektprosent NaCl og 1,80 vektprosent NaCl og fra fig. 1 for saliniteter på 1,000 og 1,500 vektprosent NaCl.

(a) 0, 75 vektprosent NaCl ( gamma- området med to faser)

Fra figur 2:

(b) 1, 80 vektprosent NaCl ( alfa- området med to faser)

Fra figur 2:

Verdiene for V o /V v , V s /V o , V v /V o og V s /V v under (a) og (b) ligger innenfor de områder som er angitt ovenfor, og verdiene under (a) ligger dessuten innenfor de foretrukne områder.

(c) 1, 000 vektprosent NaCl ( gamma- området med to faser)

Fra figur 1:

(d) 1, 500 vektprosent NaCl ( alfa- området med to faser)

Fra figur 1:

Verdiene for V o /V v , V s /V v , V v /V o og V s /V o under (c) og (d) ligger innenfor området for oppfinnelsen, slik det er angitt tidligere, og verdiene under (c) ligger dessuten innenfor de foretrukne områder.

Eksempel II

Dette eksempel er tatt med for å påvise følgende punkter:

(1) I de systemer som foretrekkes ifølge oppfinnelsen ,resulterer endringer i den samlede surfaktant-konsentrasjon først og fremst i endringer i det relative volum av mikroemulsjonsfasen som dannes in situ,uten vesentlige endringer i konsentrasjonen av bestand-delene i de enkelte faser (for en gitt salinitet), (2) volumforhold mellom olje og vandig surfaktant-oppløsning som avviker vesentlig fra l,kan anvendes effektivt for å konstruere fasevolumdiagrammer som beskrevet i eksempel I, (3) effektiviteten av de surfaktant-flømmesysterner som foretrekkes ifølge oppfinnelsen,er relativt ufølsom overfor fortynningseffekter som er tilbøyelige til å finne sted når surfaktant-proppen drives frem gjennom oljereservoaret. Fig. 3 viser fasevolumdiagrammer konstruert som beskrevet i eksempel I, hvor vandige surfaktant-sammensetninger inneholdende varierende samlede konsentrasjoner av aktivt "TRS 10-410" og isobutanol ble ekvilibrert med en "Cut Bank"-råolje ved 25,6°C. Man vil legge merke til at de karakteristiske faser som foreligger ved gitte salinitetsverdier,forblir relativt uendrede etterhvert som den samlede konsentrasjon av surfaktant og kosurfaktant endres. På tilsvarende måte er grenseflatespenningene mellom fasene relativt upåvirket av denne variasjon i konsentrasjonen (se fig. 4) . Fig. 5 viser fasevolumdiagrammer som er konstruert som beskrevet i eksempel I,og hvor vandige surfaktant-sammensetninger

inneholdende 3% aktivt "TRS 10-410" pluss 3 vektprosent isobutanol ble fortynnet med henholdsvis 50, 100 og 200 volumprosent råolje (dvs. forhold mellom olje og surfaktant-oppløsning på ca. 0,5, 1,0

og 2,0). Man vil igjen legge merke til at den karakteristiske fase-oppførsel endrer seg relativt lite med variasjon av fortynningsforholdet.Tilsvarende viser fig. 6 at grenseflatespenningen mellom fasene ved gitte salinitetsverdier er relativt ufølsom overfor variasjoner i fortynningsforholdet.

Eksempel III

Dette eksempel viser betydningen av egenskapene av den olje som skal fortrenges,når det gjelder faseoppførselen slik den foretrekkes ifølge oppfinnelsen. Generelt kan råoljer som er av interesse, karakteriseres for den foreliggende oppfinnelses formål ved hjelp av et "effektivt alkankarbontall" (EAKT). EAKT for en råolje kan bestemmes ved at faseoppførselen som fås ved ekvilibrering av råoljen med en gitt surfaktant-sammensetning som foretrukket ifølge den foreliggende oppfinnelse, sammenlignes med et lignende ekvilibrert system hvor rene, enkle hydrokarboner anvendes som "olje".

Fig. 7 viser fasevolumdiagrammer konstruert som i eksempel

I, hvor forskjellige rene hydrokarboner er ekvilibrert med like store volumer surfaktant-oppløsninger inneholdende 3 vektprosent aktivt "TRS 10-410" pluss 3 vektprosent isobutanol ved forskjellige saliniteter. Man vil legge merke til at etterhvert som EAKT avtar, (1) øker det relative volum av mikroemulsjonsfasen i tre-faseområdet og (2) avtar det salinitetsområde hvor der foreligger tre faser.

Fig. 8 viser fasevolumdiagrammer som er konstruert som beskrevet i eksempel I,for to råoljeprøver. Ved sammenligning av fasevolumdiagrammene med dem som ble oppnådd med rene hydrokarboner, ble det fastlagt at EAKT for henholdsvis "CutBank"- og "North Burbank"-råoljen var 7,5 og 9.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det viktig å legge merke til at "ferske" (live) eller etterlignet "ferske" råolje-prøver bør anvendes ved fastleggelse av den optimale surfaktant i surfaktant-sammensetningen. Tap av flyktige "komponenter fra råoljen endrer i virkeligheten EAKT for oljen. For eksperimentelle formål kan en "fersk" råolje stort sett simuleres ved at der til en "gammel" råolje settes hydrokarboner med lavt EAKT for å

redusere det høye EAKT i den "gamle" råolje til det EAKT som foreligger under reservoarbetingelsene.

Det optimale vandige surfaktant-system for oljeutvinning som beskrevet ovenfor og vist i eksempel IV erkarakterisert veddannelse in situ av et tre-fase-mikroemulsjonssystem (beta-området) eller dannelse in situ av et to-fase-mikroemulsjonssystem like utenfor tre-faseområdet, dvs. i alfa-området eller gamma-området i nærheten av beta-området.

Eksempel IV

Prøver av "Cut Bank"-råolje ble ekvilibrert med vandige surfaktant-sammensetninger (like store volumer) inneholdende 3 vektprosent aktivt "TRS 10-410" og 3 vektprosent isobutylalkohol som kosurfaktant ved følgende saliniteter (vektprosent NaCl): 0,40, 0,60, 0,90, 1,20, 1,55 og 1,9. Fasevolumdiagram basert på disse likevektsforsøk ble konstruert og er vist på fig. 9a. Ved hver salinitet ble grenseflatespenningene (GFS) mellom de foreliggende faser målt og tegnet inn som funksjon av de tilsvarende saliniteter (se fig. 9b). Et minimum for grenseflatespenningen ses å foreligge ved ca. 0,6 vektprosent NaCl (se fig. 9b).

For å .vise at der fås en maksimal tertiær-oljeutvinning når surfaktant-sammensetningen velges i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, ble der utført fortrengningsforsøk under anvendelse av tilsvarende vandige surfaktant-sammensetninger ved forskjellige saliniteter i Berea-sandstenkjerner inneholdende vann-flømmet, gjenværende "Cut Bank"-råolje for å oppnå sammenlignende data for utvinning av restolje svarende til de saliniteter som ble anvendt ovenfor ved opptegning av fasevolumdiagrammet. Resultatene av disse oljefortrengningsprøver er også tegnet inn som en funksjon av saliniteten på fig. 9c og viser at maksimal oljeutvinning fant sted ved saliniteter svarende til tre-faseområdet eller umiddelbart utenfor dette område. Utvinningen ved saliniteter på 0,4 og 0,9 vektprosent NaCl var henholdsvis 79,3 og 98,7%, mens utvinningen var 99,9% ved 0,6 vektprosent NaCl. Ved hjelp av fasevolumdiagrammet (se fig. 9a) vil man lett se at verdiene for VQ/Vvog Vg/Vvfor disse saliniteter ligger innenfor de generelle områder som er definert ovenfor for utførelse av den foreliggende oppfinnelse.

Man vil legge merke til at en salinitet på 0,4 vektprosent ligger

i gamma-området, og at VQ/Vvog Vg/VQher er 0,12 resp. 0,54, noe som ligger innenfor det generelle, men ikke det foretrukne område. Ved 0,6 vektprosent NaCl er VQ/Vvog Vg/Vvhenholdsvis 2,0 og 0,14,

som ligger innenfor det foretrukne område. Ved 0,90 vektprosent NaCl er Vv/VQog Vg/Vvhenholdsvis 0,20 og 0,31, noe som igjen ligger innenfor det foretrukne område. Den maksimale tertiær-oljeutvinning med en vandig surfaktant-sammensetning faller sammen med omtrent "midten" av det fortrinnsvis smale beta-område med tre faser og minimumsverdien for grenseflatespenningen.

Alle oljefortrengningsforsøkene ble utført i Berea-sandstenkjerner med en lengde på 90 cm og en diameter på 7,6 cm ved 25,6°C. Ved hvert fortrengningsforsøk ble kjernene ved hjelp av vanlige fremgangsmåter bragt til å inneholde vannflømmet restolje. Kjernene ble (1) mettet med saltoppløsning ved den aktuelle salinitet, (2) flømmet med olje ("Cut Bank"-råolje) til en ikke-reduserbar vannmetning (formasjonsvannmetning), (3) flømmet med vann til en ikke-reduserbar oljemetning (vannflømmet restolje) . Sammensetningene av proppené og rekkefølgen av forsøkene var som følger: (i) 0,4 PV forpropp: 0,4 vektprosent Na5P3°iomed 0,1 vekt~prosent Na2CO.j preparert i en saltoppløsning av den ønskede salinitet. (ii) 0,10 PV surfaktant-systemplugg: 3 vektprosent aktivt "TRS 10-410" fra Witco Chemical Company, 3 vektprosent isobutylalkohol, 0,4 vektprosent Na5P3°io'0,1 vekt~prosent Na2C03 preparert i en saltoppløsning av ønsket salinitet. (iii) 0,50 PV mobilitetsbuffer: 1700-2500 ppm "Betz Hi-vis" polyakrylamid preparert i en saltoppløsning av den ønskede salinitet. Polymerkonsentrasjonen av mobilitets-buf feren ble logaritmisk tilbakeregulert.

Surfaktant-flømmesekvensen ble utført med en fronthastighet på 18,3 cm/dag med kjernene i horisontal stilling. Kjernene ble dreiet kontinuerlig med en hastighet på 2,4 omdreininger pr. time for å redusere segregeringsvirkninger som følge av tyngdekraft.

Relevante forsøksdata fra oljefortrengningsforsøkene er opp-summert i tabell III.

Eksempel V

I dette eksempel er gjengitt resultater fra oljefortrengnings-forsøk utført på lignende måte som forsøkene i eksempel IV, idet andre "oljer" med forskjellige EAKT (som definert i eksempel III) ble fortrengt fra Berea-sandstenkjerner. Resultatene viser at etterhvert som ■ EAKT av oljen varierer, endres den maksimale tertiæroljeutvinning i tråd med den foretrukne faseoppførsel, hvor verdiene VQ/Vs og Vv/Vg er relativt høye, og VQ/Vvnærmer seg en som beskrevet ovenfor. Resultatene viser også betydningen av olje-typen når det gjelder å fastlegge en effektiv surfaktant-flømme-prosess, som antydet av resultatene i eksempel III.

Figurene 10, 11 og 12 viser sammenhengen mellom fasevolum

og grenseflatespennings-oppførsel på den ene side og tertiær-oljeutvinning på den annen side ved forskjellige saliniteter ved fortrengning av forskjellige oljer med EAKT, som fastlagt ved den fremgangsmåte som er beskrevet i eksempel III. De tilhørende grenseflatespenninger ble målt mellom de forskjellige faser som dannet seg i de likevektsprøver som ble utført for å konstruere fasevolumdiagrammene. I oljefortrengningsforsøkene ble kjernene redusert til en gjenværende oljemetning som angitt i eksempel IV.

I alle forsøkene ble der anvendt propper på 10% av porevolumet

og inneholdende 3 vektprosent aktivt "TRS 10-410" pluss 3 vektprosent isobutanol. Relevante forsøksdata for oljefortrengnings-forsøkene er gjengitt i tabellene IV, V og VI.

Man vil legge merke til at etterhvert som EAKT av oljen endres, flytter den maksimale oljeutvinning seg hele tiden til salinitetsverdier som svarer til det foretrukne tre-faseområde hvor volumforholdene er optimalisert som angitt i eksempel I.

Med hensyn til fig. 7 og 13 vil det også bemerkes at salinitetsområdet hvor der foreligger et tre-faseområde for en gitt vandig surfaktant-sammensetning, avtar med reduksjon av EAKT av oljen. Tilsvarende øker forholdene V o /V s og 3 V v /V s slik det er foretrukket ifølge den foreliggende oppfinnelse.

På fig. 13 vil det ses at maksimal oljeutvinning med

"TRS 10-410"/isobutylalkohol-systemet flytter seg mot lavere saliniteter innenfor tre-faseområdet i overensstemmelse med parametrene Vo/Vv'Vs/Voog Vs/Vv'som an^itt foran.

Egenskapene av oljen i en oljereservoarformasjon er åpenbart relativt fastlagte. Saliniteten er variabel i den grad formasjonen kan kondisjoneres ved forspyling. For et gitt reservoarsystem kan egenskapene av surfaktanten og kosurfaktanten manipuleres som diskutert ovenfor for å gi en faseoppførsel som foretrukket ifølge den foreliggende oppfinnelse. Spesielt kan VQ/Vg og Vv/Vg økes ved økning av ekvivalentvekten av surfaktanten og/eller reduksjon av vannoppløseligheten av kosurfaktanten.

Tabell IV

Proppsekvens for oljefortrengningsforsøk (n-dekan som "olje")

Forpropp /0,50 PV (porevolum)_7

Inneholdt 0,2% NacP30,Q + 0,1% Na2CC>3 preparert i tilsvarende "formasjons"-saltoppløsning **

Surfaktant- propp (0,10 PV)

Inneholdt 3% aktivt (avoljet) "TRS 10-410" + 3% isobutanol + 0,2% Na^P^O^Q<+>0,1% Na2C03preparert i tilsvarende "formasjons"-saltoppløsning

Mobilitetsbuffer (0,50 PV*)

"Betz Hi-Vis" polymeroppløsning preparert i "formasjons"-saltoppløsning **. Polymerkonsentrasjonen ble innstilt for å gi en viskositet på ca. 4 0 - 4 5 cP. (Se under) ***

En mobilitetsbuffer på 0,5 PV ble fortynnet kontinuerlig med like volumer av saltoppløsning, dvs. polymerkonsentrasjonen ble regulert logaritmisk nedover.

Tabell V

Proppsekvens for oljefortrengningsforsøk (n-tridekan som "olje")

Forpropp /0,50 PV (porevolum)^

Inneholdt 0,2% Na,-P3O,0 + 0,1% Na2C03 preparert i tilsvarende "formasjons"-saltoppløsning *#

Surfaktant- propp (0,10 PV)

Inneholdt 3% aktivt (avoljet) "TRS 10-410" + 3% isobutanol + 0,2% Na5P301Q+ 0,1%Na2C03 preparert i tilsvarende "formasjons"-saltoppløsning

Mobilitetsbuffer (0,50 PV*)

"Betz Hi-Vis" polymeroppløsning preparert i "formasjons"-saltoppløsning Polymerkonsentrasjonen ble innstilt for å gi en viskositet på ca. 40 - 45 cP. (se under)

* En mobilitetsbuffer på 0,5 PV ble fortynnet kontinuerlig med like volumer av saltoppløsning, dvs. polymerkonsentrasjonen ble regulert logaritmisk nedover.

Eksempel VI

Dette eksempel viser at en iboende fordel med hensyn til å minimalisere adsorpsjonen av surfaktant oppnås hvis surfaktant-systemet velges på basis av de retningslinjer som er angitt ovenfor. I oljefortrengningsforsøk kan maksimal oljeutvinning korreleres med minimal sulfonat-tilbakeholdelse i Berea-sandstenkjernene.

Fig. 14, 15, 16 og 17 viser at den maksimale oljeutvinning faller sammen med den minimale sulfonat-tilbakeholdelse ved spesielle saliniteter. Dette viser ytterligere fordelen ved å velge surfaktant-systemer for tertiæroljeutvinning i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse.

Sulfonat-tilbakeholdelsesverdier ble fastlagt ved material-balanse, og verdiene er angitt i tabell VII.

Eksempel VII

Dette eksempel viser effektiviteten av surfaktant-flømme-systemer i henhold til den foreliggende oppfinnelse som også inneholder et viskositetsøkende middel som f.eks. vannoppløselige polymerer. En tilsetning av viskositetsøkende midler til en surfaktantpropp-sammensetning kan være ønskelig for å møte mobilitetskravene, spesielt i reservoarer som inneholder seigtflytende oljer og/eller slike som inneholder relativt heterogene, porøse medier.

Tabellene VIII og IX- viser relevante data for ol jef ortreng-ningsf orsøk, hvor surfaktantpropper på 10% porevolum inneholdende 3 vektprosent aktivt "TRS 10-410", 3 vektprosent isobutanol og 1000 ppm "Betz Hi-Vis" polyakrylamid ble anvendt for å fortrenge en råolje med en viskositet på 14 cP fra 90 cm lange Berea-sandstenk jerner . Kjernene var blitt redusert til en gjenværende oljemetning som angitt i eksempel IV. Ved disse forsøk ble kjernene ikke dreid under surfaktant-flømmingen.

Som vist i tabell IX fås en høy oljeutvinningseffektivitet ved oljefortrengningsforsøkene. Tertiæroljeutvinningen i disse tre forsøk varierte fra 88 - 97% med en middelverdi på 93% av vannflømme-resten. I alle de tre studerte systemer var den tilsvarende fase-oppf ørsel av lignende art, og v"0/Vvog vv/vslå innenfor det område som foretrekkes i henhold til hva som er beskrevet i eksempel I (se tabell X).

Eksempel VIII

Dette eksempel sammenligner oljefortrengningseffektiviteten av surfaktant-flømmeprosesser i henhold til den foretrukne utførelse av oppfinnelsen (dvs. ved hjelp av et in situ dannet flerfase-mikroemulsjonssystem) sammenlignet med vandige surfaktant-flømmesammensetninger som ikke danner mikroemulsjonssystemer in situ. For sammenligningsformål ble surfaktantpropp-sammensetningene i begge systemtyper satt sammen for å gi tilnærmet like og effektive grenseflatespenninger mot den aktuelle råolje. En vannoppløselig polyakrylamidpolymer ble tilsatt surfaktant-sammensetningene for å gi surfaktantproppen viskositet og dermed møte mobilitetskravene.

I forbindelse med dette eksempel vil resultatene fra olje-fortrengningsforsøkene i eksempel VII bli anvendt til sammenligning. Tabell XI viser proppsekvensen og relevante data for olje-fortrengningsforsøk (forsøk 29, 30 og 31) utført i Berea-sandstenkjerner inneholdende vannflømmet restolje (en råolje med en viskositet på 14 cP) hvor der ble anvendt propper på 0,10 porevolum av et system med lav spenning som ikke danner mikroemulsjonssystemet in situ. Ekvilibrering av like volumer av disse surfaktantpropp-sammensetninger med råoljen medførte en overveiende vandig fase i likevekt med en overveiende oljefase, dvs. at der ikke ble dannet noen mikroemulsjonsfase. Som vist i tabell XI ble der i surfaktant- og mobilitetsbuffer-proppene anvendt gradvis større polymerkonsentrasjoner i et forsøk på å sikre oppnåelse av til-strekkelig mobilitetsherredømme.Resultatene på fig. 18 viser at fronten med lav grenseflatespenning (mindre enn 0,002 dyn/cm) i alle prøver ble drevet gjennom kjernene. Til tross for disse nød-vendige og ønskelige betingelser, lå tertiæroljeutvinningen under disse betingelser bare i området 45 - 63%.

Dette må sammenlignes med de foran nevnte tertiæroljeut-vinninger på 88 - 97% for lignende forsøk (forsøkene 26, 27 og 28) som ble utført under anvendelse av surfaktant-sammensetninger som in situ danner flerfase-mikroemulsjonssystemer slik det foretrekkes ifølge den foreliggende oppfinnelse (se eksempel VII). Resultatene viser at surfaktant-flømmesammensetninger som in situ danner mikroemuls jonssystemer, utvinner vesentlig mer olje ved relativt lavere trykkgradienter. Dette holdt stikk til tross for det forhold at fronter med lav grenseflatespenning i alle forsøk ble drevet gjennom kjernene (se fig. 18). Dette menes å skyldes det forhold at faseoppførselen i systemer som in situ danner mikroemulsjoner, blir behersket på en relativt enkel, men effektiv måte med unn-gåelse av dannelse av seigtflytende emulsjoner og under anvendelse av iboende fordeler ved disse foretrukne flerfase-mikroemulsjonssystemer .

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et vandig surfaktant-system for bruk ved utvinning av olje fra en underjordisk formasjon i henhold til krav 1, karakterisert ved (a) at der fremstilles en rekke vandige surfaktant-systemer med forskjellige konsentrasjoner av saltoppløsningen, idet surfaktanten har en liten hydrofob andel, at hvert surfaktant-system hver for seg blandes med en rekke rene hydrokarboner fra en homolog serie, og at blandingene tillates å komme i likevekt, (b) at det relative volum av fasene i de resulterende like-vektsblandinger bestemmes og et fasevolumdiagram fremstilles for hvert hydrokarbon, (c) at oljen fra formasjonen blandes med minst ett surfaktant-system fremstilt som angitt under (a), at den resulterende blanding tillates å komme i likevekt, at fasevolumdiagrammer for blandingen fremstilles, og at diagrammene sammenlignes med fasevolumdiagrammene ifølge (b), og (d) at minst én surfaktant blandes med saltoppløsningen i forhold mellom surfaktant, elektrolytt og vann svarende til dem som ble benyttet under (c), noe som ved berøring med oljen i formasjonen gir tre faser over et snevert salinitetsområde.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at surfaktanten er et petroleum-sulfonat med en midlere ekvivalentvekt på 375 - 500 og foreligger i en konsentrasjon på 1-7 vektprosent regnet på vekten av vann, og at konsentrasjonen av elektrolytt er på 250 - 100 000 ppm, idet de høyeste konsentrasjoner i dette område benyttes sammen med høyere ekvivalentvekter i det fø rstnevnte område.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at ekvivalentvekten økes bare så langt at der fås dannelse av de tre faser til innenfor et område på 1 prosentenhet fra elektrolyttkonsentrasjonen.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at en alkohol, et amid, et amin, en ester, et aldehyd eller et keton med 1 - 20 karbonatomer pr. molekyl og en oppløselighet på 0,5 - 20 g i 100 g vann ved 20°C også tilsettes som en kosurfaktant i en mengde på 1 - 7 vektprosent regnet på vekten av vann.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at forholdet mellom kosurfaktant og surfaktant ligger på mellom 0,25:1 og 1,5:1.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at kosurfaktanten er en alkanol med 4-7 karbonatomer pr. molekyl.