WO2015135708A1 - Method for co2-flooding using alk(en)yl polyethersulfonates - Google Patents

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WO2015135708A1
WO2015135708A1 PCT/EP2015/052711 EP2015052711W WO2015135708A1 WO 2015135708 A1 WO2015135708 A1 WO 2015135708A1 EP 2015052711 W EP2015052711 W EP 2015052711W WO 2015135708 A1 WO2015135708 A1 WO 2015135708A1
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surfactant
surfactants
water
radicals
och
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PCT/EP2015/052711
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Christian Bittner
Günter OETTER
Benjamin Wenzke
Sebastian Alexander WEISSE
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Basf Se
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/58Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids
    • C09K8/584Compositions for enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons, i.e. for improving the mobility of the oil, e.g. displacing fluids characterised by the use of specific surfactants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K8/594Compositions used in combination with injected gas, e.g. CO2 orcarbonated gas
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • the invention relates to a method for producing crude oil by means of C02 flooding, in which liquid or supercritical CO2 and at least one alk (en) ylpolyethersulfonate are injected through at least one injection well into an oil reservoir and the crude oil is removed from the deposit by at least one production well.
  • the alk (en) yl polyether sulfonate is preferably dissolved in the CO 2 phase.
  • the invention furthermore relates to a process for crude oil production by means of CO 2 flooding, in which mixtures of the alk (en) ylpolyethersulfonates with alk (en) ylpolyalkoxylates and / or alkylphenolpolyalkoxylates are used.
  • a deposit In natural oil deposits, petroleum is present in the cavities of porous reservoirs, which are closed to the earth's surface by impermeable cover layers.
  • the cavities may be very fine cavities, capillaries, pores or the like. Fine pore necks, for example, have a diameter of only about 1 ⁇ .
  • a deposit In addition to crude oil, including natural gas, a deposit usually contains more or less saline water. After tapping a petroleum deposit, oil may first flow to the surface by itself through the borehole due to the inherent pressure of the reservoir.
  • the autogenous pressure can be caused by gases present in the deposit such as methane, ethane or propane. This type of promotion is usually referred to as primary oil production.
  • Tertiary oil extraction includes heat processes in which hot water or superheated steam is injected into the reservoir, thereby increasing the viscosity of the oil
  • Tertiary oil extraction also includes processes involving the use of suitable chemicals, such as surfactants or thickening polymers, as an aid to oil production, which can be used to influence the situation towards the end of the flood and thereby promote the capture of crude oil previously held in the rock formation.
  • suitable chemicals such as surfactants or thickening polymers
  • C02 flooding liquid or supercritical CO2 is injected through one or more injection wells into a petroleum formation, flows from there to production wells, and mobilizes existing oil in the formation.
  • the production wells are extracted from mobilized petroleum.
  • This technology is also known as “CO2 enhanced oil recovery (EOR)” or “CO2 improved oil recovery (IOR)” and has great economic importance:
  • EOR CO2 enhanced oil recovery
  • IOR improved oil recovery
  • CO2 is soluble in and lowers petroleum Viscos
  • Another delivery mechanism may be the dissolution of preferably light levels of crude oil into the C02 phase rather than a type of extraction.
  • Another aspect is the low interfacial tension between crude oil and liquid or supercritical CO2, which helps to overcome capillary forces: an oil drop can more easily deform in a C02 phase and pass through narrow pore necks than it could in a water phase.
  • the critical point of CO2 is 30.98 ° C and 73.75 bar. Above these values, CO2 is supercritical, ie it is almost as dense as a liquid but still has a very low viscosity similar to that of a gas.
  • the viscosity of supercritical CO2 is typically several orders of magnitude lower than that of the oil in the reservoir.
  • the low viscosity of supercritical CO2 is one of the key problems of C02 flooding, making mobility mobility of CO2 in the reservoir much more difficult.
  • the CO2 should flow in a uniform front from the injection well towards the production wellbore, flowing through all (still) oil filled areas of the formation.
  • the porosity of an underground oil deposit is generally not homogeneous, and in addition to fine-pored areas, an underground petroleum formation may also have areas of high porosity, cracks or fractures.
  • the flow resistance for CO2 still filled with oil areas of the formation is significantly greater than the flow resistance of already de-oiled areas.
  • the density of liquid or supercritical CO 2 is significantly lower than the density of crude oil and formation water. Due to the buoyancy, therefore, CO2 preferably collects in the upper layers of the formation or preferably flows through the upper layers. The de-oiling is thus preferably carried out in the upper layers of the formation, while deeper layers are not detected by the CO2.
  • CC n-water emulsions or CC n-water foams in the deposit of CO 2 and formation water and / or injected water.
  • the CO2 is in a discontinuous phase, while water forms the continuous phase.
  • Such emulsions have a significantly higher viscosity than supercritical or liquid CO2 and thus no longer follow only the paths of least flow resistance, but flow much more uniformly through the formation.
  • Mobility control by formation of C02-in-water emulsions allows for increased exploitation of the deposit through macroscopic displacement (mobility control) and microscopic displacement (interfacial tension)
  • the requirements for surfactants for CO 2 flooding are clearly different from requirements for surfactants for other applications, for example detergent applications; however, they also differ, in particular, from the requirements for surfactants for surfactant flooding, i. an EOR technique that injects aqueous solutions of surfactants but no CO2 into the deposit.
  • the primary role of surfactants in surfactant flooding is to reduce the interfacial tension between water and petroleum.
  • petroleum droplets trapped in the formation are mobilized.
  • the primary role of surfactants in C02 flooding to form C02-in-water emulsions is to stabilize the C02-water interfaces to generate long-term stable CC n-water emulsions in the deposit.
  • the hydrophobic radicals of the surfactants protrude into the liquid or supercritical CO 2 phase and must therefore have good interaction with the CO 2 in order to ensure good stabilization of the CO 2 -water interface.
  • the formation of CC n-water emulsions at the usual reservoir temperatures (typically about 15 ° C to 130 ° C) and in the presence of highly saline water, especially in the presence of high levels of calcium and / or magnesium ions guaranteed be. If the highly viscous CC n-water emulsion collapses, the low-viscosity supercritical CO 2, as described above, preferably follows the paths of lowest flow resistance and / or accumulates in the upper regions of the formation.
  • suitable surfactants must also be sufficiently soluble and sufficiently stable in reservoir water and / or injected water.
  • the water is acidic due to dissolved CO2 (pH values of approx. 3).
  • Suitable surfactants must therefore be soluble in an acidic environment and have sufficient long-term stability against hydrolysis.
  • popular surfactants such as alkyl sulfates or alkyl ether sulfates are therefore less suitable for CO 2 flooding, since they are less soluble on the one hand by protonation and the sulfate group can be split off hydrolytically under the conditions mentioned.
  • Amide group-containing compounds also tend to hydrolyze under the conditions mentioned.
  • the adsorption tendency of the surfactants on the rock should be as low as possible in order to minimize the loss of surfactant.
  • US 3,342,256 describes the improvement of oil production with the aid of CO2 and a surfactant for mobility control.
  • the surfactant may optionally be injected via the CO2 phase or via the water phase.
  • Suitable surfactants include octylphenol ethoxylates, dioctylsulfosuccinate sodium salt, laurylsulfate sodium salt or isopropylnaphthalenesulfonate sodium salt.
  • US Pat. No. 4,113,011 1 describes a process for oil extraction with injection of CO2 and an aqueous surfactant solution.
  • the surfactant disclosed is an alkyl ether sulfate of the RO-EO sulfate type, which is composed of an alcohol having 9 to 11 carbon atoms and 1 to 5 EO units. Reference is made to a higher salt tolerance compared to the use of alkyl sulfates. However, sulfates are not sufficiently stable in the long term to hydrolysis under the conditions of CO 2 flooding.
  • No. 4,380,266 describes a process for the extraction of crude oil by injection of a mixture of CO 2 and EO-PO block polymers or alkyl ethoxylates or alkylphenol ethoxylates or alkyl alkoxylates, the conditions being selected so that the CO 2 is liquid under the reservoir conditions.
  • Polytergent ® Called SL-62 This is a linear alcohol of 6 to 10 carbon atoms, which is propoxylated and ethoxylated.
  • US 5,033,547 discloses a process for oil recovery by injecting a mixture of CO 2 and a surfactant into a petroleum formation, forming an emulsion of CO 2, water and the surfactant in the formation together with formation water.
  • the surfactants are alkyl ethoxylates or alkylphenol ethoxylates which have a hydrophobic group having 7 to 15 carbon atoms and a degree of ethoxylation of 4 to 8.
  • DE 30 454 26 A1 discloses the improvement of oil production by the injection of gaseous CO2 and surfactant to form a foam.
  • surfactants alkylphenol alkoxylates, sodium dodecylsulfonate, sodium polyglycol ether sulfonate and polypropylene oxide ethylene oxide polymers are proposed, inter alia.
  • US 5,046,560 discloses a method for oil production with injection of a gas selected from the group of hydrocarbons, inert gases, steam or carbon dioxide and an aqueous Alkylarylpolyalkoxysulfonat solution.
  • a gas selected from the group of hydrocarbons, inert gases, steam or carbon dioxide and an aqueous Alkylarylpolyalkoxysulfonat solution.
  • the sulfonate group is located on the aryl radical.
  • DE 32 086 62 A1 discloses a process for oil extraction by injection of a formulation comprising water, CO2 and nonionic surfactants.
  • surfactants alcohol ethoxylates based on octylphenol, nonylphenol or C 12 -C 15 -alcohol are mentioned.
  • US Pat. No. 7,842,650 describes a process for producing crude oil, which comprises producing foams from liquids using a surfactant mixture from a foaming agent (a) selected from the group of sulfates, sulfonates, phosphates, carboxylates, sulfosuccinates, betaines, quaternary ammonium salts, amine oxides, amines - Nethoxylaten, amide ethoxylates, acid ethoxylates, alkyl glucosides, EO-PO block copolymers and long-chain fatty alcohol ethoxylates and a cosurfactant (b) of the general formula RO- (AO) y -H or RO- (AO) y -Z, where R is a hydrocarbon radical with 6 to 12 carbon atoms, (AO) y is an alkyleneoxy block, y is a number from 5 to 25 and Z is an anionic group, eg sulfate, phosphate
  • WO 2010/044818 A1 describes a process for producing oil by C0 2 fl ows by injecting a nonionic surfactant having a CO 2 Philicity of 1.5 to 5.0 into the formation, wherein the surfactant is to form a stable foam with formation water but not an emulsion with crude oil.
  • the nonionic surfactant preferably has the formula RO- (AO) x- (EO) y -H, where AO is an alkoxy group having 3 to 10 carbon atoms and EO is ethoxy groups, where R, AO, x and y are the following groups: Combinations can be selected:
  • R AO x y branched alkyl, alkylaryl or cycloalkyl C3 1, 5 - 1 1 6 - 25th
  • surfactants selected from the group of C 8 Hi7- (PO) 5 - (EO) 9 -H, C 8 Hi 7 - (PO) 5 - (EO) i iH, C 8 Hi7- (PO ) 9- (EO) 9 -H,
  • US 4,502,538 discloses a process in which liquefied CO2, an aqueous medium and a surfactant are injected into an underground formation containing oil and water.
  • the surfactant may be an alkylpolyalkoxysulfonate which has, as the hydrophobic part, an aliphatic and / or aromatic hydrocarbon radical having 6 to 25 carbon atoms.
  • WO 201 1/005246 A1 describes surfactants for crude oil production, which can be injected with C0 2 and water into a deposit.
  • the nonionic surfactants are glycerin derivatives wherein two of the alcohol groups of the glycerol are capped with a hydrocarbon group which may include from 4 to 18 carbon atoms.
  • the third alcohol group can be ethoxylated, propoxylated or butoxylated and have a degree of alkoxylation of 9-40.
  • WO 201 1/152856 A1 discloses a method for oil production with the aid of supercritical CO2 and a surfactant which is injected into a CO 2 stream and dissolved in the CO 2.
  • the reservoir is made up of reservoir water, surfactant and CO2 to form an emulsion.
  • nonionic surfactants eg, alkylphenol ethoxylates
  • cationic surfactants such as ethoxylated talc fatty amine
  • anionic surfactants eg, alkyl ether sulfates
  • betaine surfactants eg, betaine surfactants
  • WO 2012/170835 A1 claims a process in which a nonionic surfactant formulation having a pour point of from -3 to -54 ° C. is used, dissolved in CO 2 and injected into the formation to form emulsions with water. To lower the pour point, alcohols such as methanol, ethanol, glycol or glycol ethers are proposed.
  • WO 2013/043838 A1 describes an oil production process with liquid or supercritical surfactant and an alkoxylated amine which is based on a secondary alkyl radical having 4 to 30 carbon atoms.
  • WO 2013/048860 A1 describes a process for crude oil production which claims the use of CO 2 and an alkyl alkoxylate which is based on a branched alkyl radical having 3 to 9 carbon atoms and the alkoxylation by means of double metal cyanide catalysis
  • Tertiary oil production by means of C02 flooding is a large-scale process.
  • the surfactants are only used as dilute solutions in water or CO2, the volumes injected per day are high and the injection is typically continued for months to several years.
  • the surfactant requirement for an average oil field can be about 2000 to 3000 t / a. Even a slightly better surfactant can significantly increase the efficiency of C02 flooding.
  • the CO 2 flooding is said to form a viscous C02-in-water emulsion. In the C02-in-water emulsion, water forms the continuous phase and thus acts as a buffer between discrete CO 2 phases.
  • surfactants depend on the reservoir temperatures, in particular on the salinity of the reservoir water and the reservoir temperature. While many surfactants are found at low salinities and / or low Temperatures still yield satisfactory results, they do not provide good results at high temperatures and / or high salinities.
  • the object of the invention was to provide an improved process for CO 2 flooding, in particular for oil reservoirs with high salinity and / or high reservoir temperature. Even under such demanding conditions, stable CC n-water emulsions should be formed.
  • liquid or supercritical CO2 and at least one anionic surfactant (I) or a surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) are injected through at least one injection well into a crude oil deposit and the Deposits by at least one production well crude oil, characterized in that the at least one surfactant (I) or the at least one surfactant (I) comprising surfactant mixture is dissolved in liquid or supercritical CO2 and injected and / or dissolved in an aqueous medium and injected
  • the deposit has a deposit temperature of 15 ° C to 140 ° C
  • the deposit water has a salinity of 20,000 ppm to 350,000 ppm
  • the density of CO2 under deposit conditions is 0.70 g / mL to 0.90 g / mL
  • the at least one anionic surfactant is an alk (en) ylpolyalkoxysulfonate of general formula
  • R 1 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms
  • R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are each H or a linear or branched alkyl radical having 1 to 8
  • R 7 is an alkylene radical having 2 to 4 carbon atoms, which may optionally be substituted by an OH group,
  • n for a number from 5 to 30, and
  • Figure 1 Schematic representation of fingering in C02 flooding.
  • Figure 2 Schematic representation of the high pressure reactor with viewing windows used for the examples and comparative examples.
  • Figure 3 View through the viewing window of the high-pressure reactor before mixing: C02 phase and water phase (schematic representation).
  • Figure 4 View through the viewing window of the high-pressure reactor after mixing: C02 phase, CC n-water emulsion and water phase (schematic representation).
  • liquid or supercritical CO 2 and at least one anionic surfactant (I) are injected into a crude oil deposit.
  • at least one anionic surfactant (I) other surfactants and other components can be used.
  • the anionic surfactants (I) are used in combination with nonionic surfactants (II) and / or different anionic surfactants (III).
  • Anionic surfactants (I) are alk (en) yl ether sulfonates of the general formula
  • R 1 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms, preferably 8 to 18 carbon atoms, particularly preferably 10 to 14 carbon atoms.
  • radicals R 1 include linear alkyl radicals such as in particular n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl, n-eicosyl or n-docosyl residues. It may also be surfactants comprising mixtures of different radicals R 1 .
  • radicals R 1 include branched alkyl radicals such as 2-ethylhexyl, 2-propylheptyl, 2-butyloctyl, 2-pentylnonyl, 2-hexyldecyl radicals and radicals derived from oxo alcohols, such as i-tridecyl radicals.
  • R 1 is a branched alkyl radical of the formula C 5 Hn-CH (C 3 H 7) -CH 2 -, where at least 70 mol% of the pentyl radicals C 5 H 11 - is an n-CsHu radical.
  • the substituent in 2-position, the propyl radical C3H7- may be in an n-C3H 7 group or an i-C3H 7 act radical. It is preferably an n-C3H 7 radical.
  • the pentyl radicals which are not n-pentyl radicals are preferably branched 1-alkyl radicals, preferably a 2-methyl-1-butyl radical C2H 5 CH (CH 3) CH 2 - and / or a 3-methyl-1 - butyl CH 3 CH (CH 3) CH 2 CH 2.
  • 70 to 99 mol% of the C5H11- radicals are n-C5Hn radicals, and from 1 to 30 mol% of the C5H11 radicals are C 2 H 5 CH (CH 3 ) CH 2 radicals and / or CH 3 CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 radicals.
  • R 1 is a 2-propyl-n-heptyl radical
  • radicals R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each independently H or a linear or branched alkyl radical having 1 to 8 carbon atoms, for example methyl, ethyl or propyl radicals, with the proviso in that the sum of the carbon atoms of the radicals R 2 + R 3 + R 4 + R 5 is 2 to 8, preferably 2 or 3 and particularly preferably 2.
  • R 6 is methyl, -OCH 2 CHR 6 - is thus a propoxy group and -OCH 2 CH 2 - an ethoxy group.
  • R 7 is an alkylene radical having 2 to 4 carbon atoms, which may optionally be substituted by an OH group. It is preferably a group selected from the group of 1, 2-ethylene groups -CH 2 -CH 2 -, 1, 2-propylene groups -CH 2 -CH (CH 3 ) - or -CH (CH 3 ) -CH 2 - , 1, 3-propylene groups
  • I is a number from 0 to 5, preferably 0, m is a number from 0 to 15, preferably 0 to 9 and n is a number from 5 to 30, preferably 5 to 20 and the sum of I + m + n is from 5 to 35, preferably from 8 to 29.
  • indices I, m and n are further chosen with the proviso that n> (l + m) and particularly preferably n> 2 (l + m).
  • n> (l + m) and particularly preferably n> 2 (l + m).
  • I, m, and n are averages over all molecules. Accordingly, I, n and m are not natural numbers but rational numbers.
  • a distribution of chain lengths can be described in a manner known in principle by the so-called polydispersity D.
  • D M w / M n is the quotient of the weight average molecular weight and the number average molar mass.
  • the polydispersity can be determined by means of the methods known to the person skilled in the art, for example by means of gel permeation chromatography. It is further clear to the person skilled in the art that the orientation of the propoxy and / or butoxy groups depends on the reaction conditions -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - or -OCH 2 CHR 6 - or else -OCR 5 R 4 CR 3 R 2 -b. -OCHR 6 CH 2 - can be.
  • the representation in formula (I) is not intended to indicate the orientation of the alkoxy units.
  • the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (I). It is known to the person skilled in the art that small residues of alkylene oxides can remain in the course of an alkoxylation. After addition of the next alkylene oxide, these can then be copolymerized into the second block so that small amounts of an alkylene oxide are in the "wrong" block. [. In] As a rule, at least 90% of the above radicals are arranged in the order given in formula (I), ie at least 90% of the radicals are also found in the "right" block.
  • Examples of preferred anionic surfactants (I) include
  • EO stands for an ethyleneoxy group
  • PO for a propyleneoxy group
  • 1C13H27- for a branched C 13 -alkyl radical
  • n (C 12 H 25 C 4 H 29) - for a mixture of linear C 12 - and C 6 -alkyl radicals.
  • 1, 2-butene oxide, 2,3-butene oxide or isobutene oxide can be used.
  • Suitable alcohols R 1 OH are known to the person skilled in the art and are commercially available.
  • linear alcohols can be fatty alcohols or mixtures of different fatty alcohols.
  • linear alcohols can also be prepared by oligomerization of ethylene and subsequent functionalization (eg Ziegler process).
  • surfactants with branched hydrocarbon radicals oxo alcohols or Guerbet alcohols can be used.
  • Alcohols C5HnCH (C3H7) CH20H can be prepared by aldol condensation of valeraldehyde followed by hydrogenation.
  • the preparation of valeraldehyde and the corresponding isomers is carried out by hydroformylation of butene, as described for example in US 4,287,370; Beilstein E IV 1, 32 68, Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, volume A1, pages 323 and 328 f.
  • the subsequent aldol condensation is described, for example, in US Pat. No. 5,434,313 and Römpp, Chemie Lexikon, 9th edition, keyword "aldol addition” on page 91.
  • the hydrogenation of the aldol condensation product follows general hydrogenation conditions.
  • Alcohols C5HnCH (C3H 7) CH20H can also be prepared from 1 pentanol by the Guerbet reaction.
  • technical 1-pentanols can be used, which usually contain certain amounts of methyl-1-butanols.
  • the 1-pentanols are reacted in the presence of KOH at elevated temperatures, see, eg, Marcel Guerbet, CR. Acad Sei Paris 128, 51 1, 1002 (1899), Rompp, Chemie Lexikon, 9th edition, Georg Thieme Verlag Stuttgart, and the literature mentioned there and Tetrahedron, Vol 23, pages 1723-1733.
  • the alcohol R 1 OH used is C 5 Hich (C 3 H 7 ) CH 2 OH, where 70 to 99 mol% of the alcohol C 5 Hn have the meaning n-CsHn and 1 to 30 percent by weight of the alcohol C5H11- the importance C2H 5 CH (CH 3) CH 2 and / or CH 3 CH (CH 3) CH 2 CH 2 has.
  • Such alcohols are commercially available.
  • R 1 OH is 2-propylheptanol-1 HsCCHzCHzCHzCHzCH vCsH ⁇ CHzOH.
  • the alcohols according to the general formula (Ia) can be prepared, for example, by base-catalyzed alkoxylation.
  • the alcohol R 1 OH can be mixed in a pressure reactor with alkali metal hydroxides, preferably potassium hydroxide, sodium hydroxide, alkaline earth metal hydroxides or with alkali metal alkoxides, such as, for example, sodium methylate.
  • alkali metal hydroxides preferably potassium hydroxide, sodium hydroxide, alkaline earth metal hydroxides or with alkali metal alkoxides, such as, for example, sodium methylate.
  • reduced pressure for example ⁇ 100 mbar
  • water or methanol still present in the mixture can be removed.
  • the alcohol is then partly present as the corresponding alkoxide.
  • the mixture is then inertized with inert gas (for example nitrogen) and the alkylene oxide (s) is added stepwise at temperatures of 90 to 180 ° C up to a maximum pressure of 10 bar.
  • inert gas for example nitrogen
  • the alkylene oxide is initially metered in at 120 ° C. In the course of the reaction, the temperature rises up to 170 ° C due to the released heat of reaction.
  • the delay between injection of the various alkylene oxides can be shortened in one embodiment, so that the last injected alkylene oxide is not fully reacted and form by the newly injected alkylene oxide mixing blocks with small amounts of the previously added alkylene oxide.
  • butylene oxide can be added first at a temperature in the range of 125 to 145 ° C, then the propylene oxide at a temperature in the range of 125 to 145 ° C and then the ethylene oxide at a temperature in the range of 120 to 155 ° C. In the case of the absence of butyleneoxy units in the molecule, first propylene oxide and then ethylene oxide are metered in.
  • the catalyst can be neutralized, for example by addition of acid (for example acetic acid, citric acid or phosphoric acid) and filtered off if necessary.
  • acid for example acetic acid, citric acid or phosphoric acid
  • the alkoxylation of the alcohols R 1 OH can of course be carried out by other methods, for example by acid-catalyzed alkoxylation.
  • double hydroxide clays as described in DE 4325237 A1 or it is possible to use double metal cyanide catalysts (DMC catalysts).
  • DMC catalysts are disclosed, for example, in DE 10243361 A1, in particular in sections [0029] to [0041] and in the literature cited therein.
  • Zn-Co type catalysts can be used.
  • the alcohol R 1 OH is admixed with the catalyst, the mixture is dehydrated as described above and reacted with the alkylene oxides as described. It is usually not more than 1000 ppm catalyst used with respect to the mixture and the catalyst may remain in the product due to this small amount.
  • the amount of catalyst can be in typically less than 1000 ppm, for example 250 ppm or 100 ppm or less.
  • the resulting alk (en) ylpolyalkoxylates (Ia) are sulfonated in one or more further reaction steps, the surfactants (I) being obtained.
  • the sulfonation can be carried out, for example, by substitution of the OH group of the alkoxylate for Cl using phosgene or thionyl chloride.
  • the reaction can be carried out in the presence of a solvent such as chlorobenzene.
  • HCl liberated as well as liberated CO2 or SO2 can advantageously be removed from the system by stripping with nitrogen so that ether cleavage is prevented.
  • the alkylalkoxychlor compound is then reacted with an aqueous solution of sodium sulphite, the chloride being substituted by sulphite and the alkyl ether sulphonate being obtained.
  • substitution may be carried out in the presence of a phase mediator (eg Cr to Cs alcohols) at a temperature of 100-180 ° C and pressure.
  • a phase mediator eg Cr to Cs alcohols
  • R 10 is an ethylene group -CH 2 CH 2 -.
  • An alternative to chlorination is the sulfation of the alkyl alkoxylates with SO3 in a falling film reactor and subsequent neutralization with NaOH.
  • the alkyl ether sulfate formed can be converted into the alkyl ether sulfonate by nucleophilic substitution of the sulfate group by sodium sulfite analogously to the above description.
  • the alkyl ether sulfonates (III) can alternatively be obtained by addition of vinyl sulfonic acid to the alkyl alkoxylate. Details of this are described for example in EP 31 1 961 A1. In this case, an alkyl ether sulfonate having a terminal group -CH2CH2-SO3M is obtained.
  • Alk (en) ylpolyethersulfonates of the general formula (I) have, in comparison to corresponding The advantage of these alk (en) ylpolyether sulfates is that they do not hydrolyze in the acidic state and thus fulfill the requirement for adequate long-term stability.
  • nonionic surfactants (II) is alk (en) ylkoxylate the general formula (II) R 8 - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5) x (OCH 2 CHR 6) y - (OCH 2 CH 2) z-OH (II).
  • R 8 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms, preferably 8 to 18 carbon atoms, particularly preferably 8 to 14 carbon atoms.
  • radicals R 8 include linear alkyl radicals such as in particular n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl, n-eicosyl or n-docosyl residues. It may also be surfactants comprising mixtures of different radicals R 1 . Particularly noteworthy here are mixtures which derive from the use of natural fatty alcohols as starting material for the surfactants (I). For example, it may be a mixture of n-dodecyl and n-tetradecyl.
  • radicals R 1 include branched alkyl radicals such as 2-ethylhexyl, 2-propylheptyl, 2-butyloctyl, 2-pentylnonyl, 2-hexyldecyl radicals and radicals derived from oxo alcohols, such as i-tridecyl radicals.
  • R 8 is a branched alkyl radical of the formula C 5 Hn-CH (C 3 H 7) -CH 2 -, where at least 70 mol% of the pentyl radicals C 5 H 11 - is an n-CsHu radical.
  • the substituent in 2-position, the propyl radical C3H7- may be in an n-C3H 7 group or an i-C3H 7 act radical. It is preferably an n-C3H 7 radical.
  • the pentyl radicals which are not n-pentyl radicals are preferably branched 1-alkyl radicals, preferably a 2-methyl-1-butyl radical C2H 5 CH (CH 3) CH 2 - and / or a 3-methyl-1 - butyl CH 3 CH (CH 3) CH 2 CH 2.
  • 70 to 99 mol% of the C5H11- radicals are n-C5Hn radicals, and from 1 to 30 mol% of the C5H11 radicals are C 2 H 5 CH (CH 3 ) CH 2 radicals and / or CH 3 CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 radicals.
  • R 8 is a 2-propylheptyl radical HsCCHzCHzCHzCHzCH n-CsH ⁇ Ch -. In a further preferred embodiment, R 8 is a 2-ethylhexyl radical.
  • R 8 is a linear, saturated hydrocarbon radical having 12 to 14 carbon atoms, in particular a mixture comprising n-dodecyl and n-tetradecyl radicals.
  • R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the meanings given above and the preferred ranges given.
  • the subscript x stands for a number from 0 to 5, preferably 0, the index y for a number from 1 to 15, preferably 1 to 9, for example 2 to 8 and the index z for a number from 1 to 30, preferably 2 to 20, particularly preferably 5 to 18, for example 8 to 16, wherein the sum of x + y + z is 5 to 35, preferably 8 to 29, for example 10 to 25.
  • indices x, y and z are furthermore selected with the proviso that z> (x + y), preferably z> (x + y) and particularly preferably z> 2 (x + y).
  • the values x, y and z are of course average values. Please refer to the illustration for surfactant (I). It is further clear to the person skilled in the art that the orientation of the propoxy and / or butoxy groups depends on the reaction conditions -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - or -OCH 2 CHR 6 - or -OCR 5 R 4 CR 3 R 2 - respectively. -OCHR 6 CH 2 - can be. The representation in formula (II) is not intended to indicate the orientation of the alkoxy units.
  • the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (I).
  • small amounts of alkylene oxides can remain in the course of an alkoxylation. After addition of the next alkylene oxide, these can then be copolymerized into the second block so that small amounts of an alkylene oxide are in the "wrong" block.
  • at least 90% of the above radicals are arranged in the order given in formula (I), ie at least 90% of the radicals are also found in the "right" block.
  • the preparation of the surfactants (II) is carried out by alkoxylation of branched aliphatic alcohols R 8 OH with -soof existing alkylene oxides having 4 to 10 carbon atoms, preferably butylene oxide, propylene oxide and ethylene oxide, wherein the alkylene oxides are used in the order mentioned. Details of the preparation have already been described in detail in connection with the preparation of the alk (en) ylpolyalkoxylates of the general formula (Ia). This presentation is expressly referred to.
  • the alcohol R 8 OH is an alcohol R 1 OH.
  • This is first alkoxylated in the manner described and then sulfonated as described above, but only partially, ie he remains not yet sulfonated terminal OH groups.
  • nonionic surfactants (II) are alkylphenol polyakoxylates of the general formula (II I)
  • R 9 is a linear or branched alkyl radical having 8 to 12 carbon atoms.
  • the group - ⁇ 4 - represents a phenylene group, preferably a 1, 4-phenylene group.
  • R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the abovementioned meaning and the preferred ranges given.
  • the subscript u stands for a number from 0 to 5, preferably 0, the index v for a number from 0 to 15, preferably 0 and the index w for a number from 5 to 30, preferably 6 to 20, particularly preferably 8 to 18 where the sum of u + v + w is 5 to 35, preferably 6 to 29, for example 8 to 20.
  • the subscripts u, v and w are further selected with the proviso that u a (v + w), preferably u> (v + w), and particularly preferably u ä 2 (v + w).
  • u, v and w are of course average values. Please refer to the illustration for surfactant (I).
  • radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (III).
  • Other cosurfactants are arranged blockwise in the order given in formula (III).
  • nonionic surfactants according to the general formula (I) and optionally the surfactants (II) and / or (III), it is optionally possible to use further surfactants.
  • additional cosurfactants include anionic surfactants such as paraffin sulfonates, olefin sulfonates (alpha-olefin sulfonates or internal olefinsulfonates), nonionic surfactants such as alkyl ethoxylates other than the surfactants (II) or polyalkoxylates composed of propylene oxide and ethylene oxide or surfactants which are permanently cationic (with alkyl or alkoxy) Hydroxyalkyl-quaternized alkylamines such as ⁇ , ⁇ , ⁇ -trimethyl-dodecylammonium chloride) or cationic under the conditions of the reservoir (eg alkylamine alkoxylates which are cationic at pH 3).
  • anionic surfactants such as paraffin sulf
  • the surfactants (I), optionally further surfactants, especially the surfactants (II) and (III) and optionally further components can be used as such, for example, the surfactants and / or other components mentioned directly in liquid or supercritical C0 2 are solved.
  • aqueous formulation (F) a suitable aqueous formulation
  • This aqueous formulation (F) can be metered into liquid or supercritical CO2 and injected or the aqueous formulation can be injected as such or after further dilution into the formation.
  • the stated formulation (F) may in particular be an aqueous concentrate which can be produced on site or else in a chemical production plant remote therefrom.
  • the total concentration of all surfactants in such an aqueous concentrate is chosen by the skilled person depending on the desired properties. It may be 20 to 90 wt .-% with respect to all components of the concentrate.
  • the concentrate may be liquid or liquid prior to injection supercritical CO2 and / or other aqueous solvents are diluted to the desired use concentration as will be described below.
  • formulations (F) may optionally also comprise water-miscible or at least water-dispersible organic solvents.
  • Such additives serve in particular to stabilize the Tensidlosung during storage or transport to the oil field.
  • the amount of such additional solvents should as a rule not exceed 50% by weight, preferably 20% by weight.
  • water-miscible solvents include in particular alcohols such as methanol, ethanol and propanol, butanol, sec-butanol, methoxypropanol, pentanol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, methylpropylene glycol, dipropylene glycol, methyldipropylene glycol, butyl ethylene glycol, butyldiethylene glycol or butyltriethylene glycol.
  • alcohols such as methanol, ethanol and propanol, butanol, sec-butanol, methoxypropanol, pentanol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, methylpropylene glycol, dipropylene glycol, methyldipropylene glycol, butyl ethylene glycol, butyldiethylene glycol or butyltriethylene glycol.
  • only water is used for formulation.
  • the aqueous formulations (F), in particular the aqueous concentrates may also comprise further components, for example scale inhibitors, biocides, radical scavengers, stabilizers, tracers or pour-point depressants.
  • Particularly suitable pour point depressants are the abovementioned alcohols.
  • At least one injection well and at least one production well removed therefrom are drilled into a crude oil deposit.
  • a deposit is provided with multiple injection wells and multiple production wells.
  • the crude oil deposits to which the method according to the invention is applied may, in principle, be any deposits, for example formations comprising carbonate rocks or formations comprising sandstone.
  • the oil reservoirs include oil and saline reservoir water, with petroleum, reservoir water and possibly natural gas stored in pores, crevices or interstices of the formation.
  • the storage temperature is usually at least 10 ° C, in particular 15 ° C to 140 ° C, preferably 31 ° C to 120 ° C, more preferably 40 ° C to 120 ° C, most preferably 50 ° C to 100 ° C and for example 60 ° C to 90 ° C. It will be clear to those skilled in the art that the reservoir temperature may have some distribution about an average, with large deviations generally less caused by natural circumstances, but especially by human intervention, eg by prolonged flooding or prolonged steam flooding.
  • the total salinity of the reservoir water can be up to 350,000 ppm, for example 20,000 ppm to 350,000 ppm.
  • the method may preferably be applied to deposits having a total salinity of 30,000 ppm to 250,000 ppm, preferably 35,000 ppm to 200,000 ppm, more preferably 35,000 ppm to 180,000 ppm, for example 120,000 ppm to 170,000 ppm.
  • the salts in the deposit may be in particular alkali metal salts and alkaline earth metal salts. Examples of typical cations include Na + , K + , Mg 2+ or Ca 2+ and examples of typical anions include chloride, bromide, bicarbonate, sulfate or borate.
  • alkali metal ions in particular at least Na +
  • alkaline earth metal ions may also be present, the weight ratio of alkali metal ions / alkaline earth metal ions generally being> 5, preferably> 8.
  • Suitable anions are usually at least one or more of halide ions, in particular at least Cl "available.
  • the amount of Ch is at least about 50 wt.%, Preferably at least 80 wt.% Relative to the total of all anions.
  • Liquid or supercritical CO2 and at least one anionic surfactant (I) or a surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) are injected into the petroleum formation through the at least one injection well and petroleum is taken from the deposit through at least one production well, the at least one Surfactant (I) or at least one surfactant (I) comprising dissolved in liquid or supercritical CO2 and is injected and / or dissolved in an aqueous medium and injected.
  • phase-pure oil does not only mean phase-pure oil, but also includes the usual crude oil-water emulsions, and also injects injected CO2 into the production well, depending on the stage of the process.
  • CO2 When pumping CO2 into a reservoir, pressure and temperature determine the physical state of CO2.
  • the phase diagram of CO2 is known to the person skilled in the art.
  • CO2 can be liquefied in the temperature range of -56.6 ° C to 30.98 ° C using a pressure of at least 5.2 bar. At less than 5.2 bar, depending on the temperature, only solid or gaseous CO2 exists.
  • the critical point of CO2 is 30.98 ° C and 73.75 bar.
  • CO2 is supercritical, ie the phase boundary liquid-gaseous disappears. and the CO2 is almost as dense as a liquid but still has a very low viscosity similar to that of a gas.
  • gaseous CO2 can be compressed on-site, for example from CO2 produced, or CO2 can already be delivered in a compressed state.
  • the minimum pressure required for injection results from the reservoir temperature and is selected such that the injected CO2 is in a liquid or supercritical state at the respective reservoir temperature. It has proven useful to adjust the CO 2 flooding the density of CO2 under reservoir conditions to 0.65 g / ml to 0.95 g / ml, preferably 0.70 g / ml to 0.90 g / ml.
  • the density of CO2 as a function of pressure and temperature can be found in relevant tables.
  • Injecting the at least one nonionic surfactant (I) or the surfactant mixture comprising at least one nonionic surfactant (I) can be carried out by various techniques.
  • the surfactants or surfactant mixtures used as well as optionally further components are dissolved in liquid or supercritical CO 2 and the CO 2 solution is injected into the subterranean crude oil deposit.
  • Such processes are also referred to as surfactant-in-gas (SinG) processes.
  • the surfactant (I) or the surfactant (I) comprising surfactant mixture can be mixed as such with the CO2, dissolved and injected, or it can be a suitable formulation of the surfactants used.
  • the formulations (F) described above in particular as concentrates having a surfactant content of from 20 to 90% by weight with respect to the sum of all components, can be used and metered into a stream of liquid or supercritical CO 2 and mixed with the stream.
  • the amount of the surfactants or of the formulation (F) or of the concentrate is such that the amount of all surfactants together 0.02 to 2 wt.%, Preferably 0.02 to 0.5 wt .-% with respect to the sum of all components the solution of surfactants in liquid or supercritical CO2.
  • the CO2 After entering the formation, the CO2 flows in the direction of the production well or the production wells, mobilizing oil according to the mechanisms described above. If the liquid or supercritical CO2 with the dissolved surfactants hits deposit water after being injected into the formation, CO2 in-water emulsions, which are stabilized by the one or more surfactants (I) or surfactants (I) comprising mixtures and optionally other surfactants.
  • CC n-water emulsions are occasionally referred to in the literature as CC n-water foams, and the term C02-in-water dispersions can also in the literature can be found. In the following, however, the term CC n-water emulsion is to be used uniformly.
  • the C02-in-water emulsions have a significantly higher viscosity than the CO2 itself, and thus the difference between the viscosity of the CC n-water emulsion and the petroleum is lower, usually much less than the difference between the viscosity of liquid or supercritical CO2 and petroleum.
  • C02-in-water emulsions also flow towards production wells or production wells.
  • Liquid or supercritical CO2 which is incorporated in the emulsion, can also mobilize the oil in the same way as already mentioned when it encounters oil.
  • the surfactants (I) and optionally further surfactants also lower the interfacial tension between oil and CO2 and thus also facilitate the miscibility of these two phases.
  • the injected liquid or supercritical CO2 naturally flows first into the higher permeable zones. As soon as more viscous C02-in-water emulsions form on the water, flow through the permeable zones becomes much more difficult, so that pumped-up CO2 can find its way through low-permeability zones and mobilize previously unreachable oil. This increases the oil production rate. If the capillary pressure in the very low-permeable zones becomes too high, the CO2-water aggregate may collapse. However, this is not a disadvantage since the very low-permeability zones would have been barely accessible to the CO2 if flooded alone with CO2 or in the water-alternating gas process.
  • water or saline water such as, for example, seawater or produced deposit water, is first injected into the deposit through the injection well.
  • a solution of the surfactants or surfactant mixtures used and optionally further components is injected in liquid or supercritical CO2.
  • the amount of surfactants or formulation (F) or of the concentrate is such that the amount of all surfactants together 0.02 to 2 wt .-%, preferably 0.02 to 0.5% by weight with respect to the sum of all components of the solution of surfactants in liquid or supercritical CO2.
  • an aqueous formulation of the surfactants (I) or surfactants (I) comprising surfactant mixtures is injected into the formation and separately liquid or supercritical CO2.
  • the above-described concentrates of formulation (F) may be mixed with water or saline water and injected into the formation.
  • the amount of surfactants is calculated so that the concentration of all surfactants together is 0.02 to 2 wt .-%, preferably 0.02 to 0.5 wt .-% with respect to the sum of all components of the injected aqueous solution.
  • liquid or supercritical CO2 is injected into the deposit.
  • the sequence of these two process steps can be repeated once or several times.
  • CC n-water emulsions form.
  • Such processes are also referred to as Surfactant in Water Alternating Gas (SAG) processes.
  • the water phase may be thickened with a water-soluble, thickening polymer such as polyacrylamide, partially hydrolyzed polyacrylamide, acrylamide-containing copolymers, acrylamide and sulfonate group-containing copolymers or biopolymers such as xanthan ,
  • a water-soluble, thickening polymer such as polyacrylamide, partially hydrolyzed polyacrylamide, acrylamide-containing copolymers, acrylamide and sulfonate group-containing copolymers or biopolymers such as xanthan ,
  • the described CC n-water emulsions can be formed before injection from liquid or supercritical CO2, tensides (I) and optionally further surfactants, and the CC n-water emulsions injected.
  • the main effect of the surfactants (I) used according to the invention lies in the stabilization of the CO 2 -water interface and thus in long-term stable CC n-water emulsions.
  • the surfactants (I) stabilize the CC n-water emulsions better than surfactants according to the prior art.
  • the CC n-water emulsions remain stable much longer than is the case with known surfactants. Selection of surfactants
  • the person skilled in the art selects at least one surfactant (I) for carrying out the process according to the invention.
  • the surfactants (I) may be used in admixture with other surfactants (I), at least one surfactant (II) and / or at least one surfactant (III).
  • other surfactants and other components can be used.
  • surfactant (I) to be used and possibly other surfactants depends on the conditions of the reservoir, in particular on the temperature of the reservoir and the salinity of the reservoir water. The skilled person will make an appropriate choice depending on the reservoir conditions.
  • the cloud point of the surfactant or of the surfactant mixture used should be at least 1 ° C., preferably at least 3 ° C., above the reservoir temperature under reservoir conditions. If the deposit has a distribution of store temperatures, this means the highest store temperature in the area through which the liquid or supercritical CO2 or the C02-in-water emulsion flows.
  • the cloud point of a nonionic surfactant is the temperature at which the solution becomes cloudy. The reason for this is that the surfactant increases with increasing temperature. hydrated and thus insoluble. This separates the solution into a cloudy surfactant and a clear, low-surfactant phase. This phase behavior is found not only with nonionic surfactants, but also with surfactants which have a nonionic, hydrophilic moiety, for example a polyalkoxy group and an anionic group. Cloud points are also measurable with the anionic surfactants (III) of this invention.
  • the cloud point is measured by slowly heating a clear aqueous solution of the surfactant in water.
  • the cloud point of a surfactant depends on the concentration of the surfactant and the salt content of the aqueous solution.
  • a specific measurement instruction for the cloud point is contained in the example part of this application.
  • under reservoir conditions means that the cloud point of the surfactant (I) or surfactant (I) surfactant mixture in reservoir water at the concentration intended for injection, ie the concentration of surfactant in the aqueous medium to be injected or the concentration in the liquid or supercritical CO2 to be injected.
  • R 1 - OCR 2 R 3 CR 4 R 5
  • i OH 2 CHR 6
  • m OH 2 CH 2
  • n-0-R 7 V a -S03- M a + can be well adapted to the conditions in the deposit by the nature of the alkoxylation scheme.
  • Such surfactants are particularly suitable for deposits with a temperature of 40 ° C to 120 ° C, especially 50 ° C to 100 ° C and for example 60 ° C to 90 ° C and a salinity of the reservoir water of 35000 ppm to 180000 ppm, in particular 120,000 ppm to 170000 ppm
  • a mixture of at least one anionic surfactant (I) and at least one nonionic surfactant (II) which is different therefrom is used.
  • anionic surfactants of the formula (I) with the nonionic surfactants (II) are particularly economical.
  • the anionic surfactants (I) have excellent en technical characteristics. They are still very useful especially at higher salinities and / or higher reservoir temperatures and have good long-term stability under reservoir conditions.
  • the preparation of alk (en) ylpolyalkoxysulfonaten (surfactants (I)) is expensive. To prepare them, it is necessary first of all to prepare alk (en) ylpolyalkoxylates (surfactants (II)) which then have to be converted into alk (en) ylpolyalkoxysulphonates in a one- or two-stage process. Details of this have already been described above.
  • the surfactants (II) are therefore necessarily more expensive than the surfactants (I). A mixture of the surfactants (I) with the surfactants (II) thus reduces the cost.
  • Such a mixture can be prepared by only partially surfactants (II) sulfonated to surfactants (I).
  • the weight ratio of surfactants of formula (I) to (II) in the mixture is chosen by the skilled person depending on the requirements.
  • the weight ratio (I) / (II) is 19: 1 to 1:19, preferably 4: 1 to 1: 9, more preferably 2: 1 to 1: 9 and for example 1: 1 to 1: 4.
  • Preferred total amounts have already been mentioned.
  • the mixture of the surfactants (I) and (II) is still very soluble in water even at high salinity and also the solubility in CO2 is good.
  • a mixture of at least one anionic surfactant (I) and at least one surfactant (III) is used.
  • the weight ratio of surfactants of the formula (I) to (III) in the mixture is chosen by the person skilled in the art according to the requirements.
  • the weight ratio (I) / (II) is 19: 1 to 1:19, preferably 4: 1 to 1: 9, more preferably 2: 1 to 1: 9 and for example 1: 1 to 1: 4.
  • Preferred total amounts for the amount of all surfactants have already been mentioned.
  • the mixture of the surfactants (I) and (III) is still very soluble in water even at high salinity and also the solubility in CO2 is good.
  • the adsorption of the mixture is low on both carbonate rock and sandstone.
  • the alcohol (1, 0 eq) to be alkoxylated is optionally mixed with an aqueous KOH solution containing 50% by weight of KOH.
  • the amount of KOH is 0.2% by weight of the product to be produced.
  • the mixture is dehydrated at 100-120 ° C and 20 mbar for 2 h.
  • N2 a pre-pressure of about 1.3 bar N2 is set and the temperature is increased to 130.degree.
  • the alkylene oxides are then metered in succession in the respectively desired amount, so that the temperature remains between 135 to 145 ° C.
  • the mixture is stirred for 1 h at 135 to 145 ° C, rinsed with N2, cooled to 80 ° C and the reactor emptied.
  • the basic crude product is neutralized with acetic acid.
  • the neutralization can be carried out with commercially available Mg silicates, which are then filtered off.
  • the bright product is characterized by means of a 1 H-NMR spectrum in CDCl 3, a gel permeation chromatography and an OH number determination, and the yield is determined.
  • an alk (en) ylpolyalkoxylate was first synthesized according to the above general procedure.
  • the alk (en) ylpolyalkoxylate obtained in the 1st stage is sulfonated according to the following procedure:
  • the alkyl alkoxylate (1, 0 eq) to be sulfonated is mixed with KOH flakes (1.1 eq) in a 500 ml flat-section glass reactor with three-stage bar stirrer and flow breakers and stirred at 60 ° C. under N 2.
  • propane sulphone (1, 0 eq) was added at 60 ° C and stirred for a further 3 h at 60 ° C.
  • Unreacted propane sultone is destroyed by boiling with water.
  • the basic crude product is neutralized at 60 ° C with the aid of hydrochloric acid. Ethanol may be added to the reaction mixture to lower the viscosity of the mixture.
  • the bright product is characterized by means of a 1 H-NMR spectrum in CDCl 3 and MeOD, a 1 H-TAI-NMR, an Epton titration and an OH number determination and the yield is determined.
  • the surfactants used (III), 4-octylphenol-10 EO, 4-octylphenol -16 EO are commercially available.
  • the measurements were carried out with aqueous surfactant solutions both in fresh water and in salt water of various salt concentrations.
  • the salt water used was aqueous solutions containing NaCl and CaC in a ratio of 9 to 1 (by weight).
  • the salinity ranges from 0 to 250,000 ppm TDS (total dissolved salt).
  • the object of the invention was to provide an improved process for CO 2 flooding for oil refineries, in which the most stable CC n-water emulsions are formed.
  • Table 1 shows the influence of the structure of the surfactants (I) used according to the invention and the salinity on the measured cloud points.
  • Table 1 shows that the alkyl polyalkoxy sulfonate 2-PH-I 4-EO-C3H6-SO3K has a very high cloud point of greater than 95 ° C at higher concentrations. It is thus also suitable for C02 floods in formations with a particularly high reservoir temperature. It is noteworthy that this also occurs at a salinity of 160000 ppm. Even at a salinity of 200,000 ppm, the cloud point is still 77 ° C.
  • the solubility of the surfactants in supercritical CO2 was then investigated.
  • the apparatus used was a 280 ml high-pressure reactor with two viewing windows in the lower region of the reactor.
  • the construction of the apparatus is shown schematically in Figure 2.
  • the reactor comprises a CO 2 inlet (1), a manometer (2), a CO 2 pressure relief valve (325 bar) and two opposing viewing windows (4) mounted in the lower reactor area.
  • the reactor can be stirred via a stirrer.
  • the above reactor was used.
  • Surfactant was prepared at the concentrations shown in the tables below and made up to 40 ml with saline water.
  • the high pressure apparatus was filled with the aqueous solution exactly to the middle of the viewing window.
  • the reactor was then charged to 280 ml with supercritical CO2.
  • the water phase and the C02 phase are clear and the viewing window shows clearly the phase boundary between CO2 and water. This is shown schematically in Figure 3a. Then the mixture is stirred.
  • the proportion of the visible part of the CO2 in the window, which is bound in the emulsion can be determined in an analogous manner.
  • Deterioration of the emulsion in the petroleum formation is highly undesirable because the emulsion has a significantly higher viscosity than the supercritical CO2 (see above) and this higher viscosity is needed to avoid "fingering.” It is therefore advantageous if the CC n Water emulsion in a given amount of CO2 binds the largest possible amount of water in the emulsion to keep the emulsion stable for as long as possible. The more water is bound, the more water can lose the emulsion without the emulsion decomposes, and accordingly, it takes longer for the emulsion to disintegrate.
  • the surfactant (I) 2-PH-14 EO-C 3 H6-S0 3 K has more excellent cloud points of> 95 ° C (tests 20 and 21), even at high salinity of 160,000 ppm. Furthermore, it binds at 50 ° C and a salinity of 160,000 ppm 60% water in the CC n-water emulsion. At 65 ° C even 85% water are bound. It is therefore ideal for CO2 floods.

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Abstract

The invention relates to a method for extracting crude oil by means of CO2-flooding, in which a liquid or supercritical CO2 and at least one alk(en)yl polyethersulfonate is injected through at least one injection bore into an oil reservoir and the crude oil is extracted from the oil reservoir by means of at least one production bore. The alk(en)yl polyethersulfonate is preferably dissolved in the CO2-phase. The invention also relates to a method for extracting crude oil by means of CO2-flooding in which mixtures of the alk(en)yl polyethersulfonates are used with alk(en)yl polyalkoxylates and/or alkyl phenol polyalkoxylates.

Description

Verfahren zum C02-Fluten unter Verwendung von Alk(en)ylpolyethersulfonaten  C02 flooding process using alk (en) yl polyether sulfonates
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdölförderung mittels C02-Fluten, bei dem man flüssiges oder überkritisches CO2 und mindestens ein Alk(en)ylpolyethersulfonat durch mindestens eine Injektionsbohrung in eine Erdöllagerstätte injiziert und der Lagerstätte Erdöl durch mindestens eine Produktionsbohrung entnimmt. Das Alk(en)ylpolyethersulfonat wird bevorzugt in der C02-Phase gelöst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erdölförderung mittels C02-Fluten, bei dem man Mi- schungen der Alk(en)ylpolyethersulfonate mit Alk(en)ylpolyalkoxylaten und/oder Alkylphenolpolyalkoxylaten einsetzt. The invention relates to a method for producing crude oil by means of C02 flooding, in which liquid or supercritical CO2 and at least one alk (en) ylpolyethersulfonate are injected through at least one injection well into an oil reservoir and the crude oil is removed from the deposit by at least one production well. The alk (en) yl polyether sulfonate is preferably dissolved in the CO 2 phase. The invention furthermore relates to a process for crude oil production by means of CO 2 flooding, in which mixtures of the alk (en) ylpolyethersulfonates with alk (en) ylpolyalkoxylates and / or alkylphenolpolyalkoxylates are used.
In natürlichen Erdölvorkommen liegt Erdöl in den Hohlräumen poröser Speichergesteine vor, welche zur Erdoberfläche hin von undurchlässigen Deckschichten abgeschlos- sen sind. Bei den Hohlräumen kann es sich um sehr feine Hohlräume, Kapillaren, Poren oder dergleichen handeln. Feine Porenhälse können beispielsweise einen Durchmesser von nur etwa 1 μηη aufweisen. Neben Erdöl, inklusive Anteilen von Erdgas, enthält eine Lagerstätte üblicherweise mehr oder weniger stark salzhaltiges Wasser. Nach dem Anbohren einer Erdöllagerstätte kann Erdöl zunächst einmal aufgrund des Eigendrucks der Lagerstätte von selbst durch das Bohrloch an die Oberfläche strömen. Der Eigendruck kann durch in der Lagerstätte vorhandene Gase wie Methan, Ethan oder Propan hervorgerufen werden. Diese Art der Förderung wird meist als primäre Erdölförderung bezeichnet. Mittels primärer Förderung lassen sich je nach Lagerstät- tentyp aber meist nur ca. 5 bis 10% der in der Lagerstätte vorhandenen Erdölmenge fördern, danach reicht der Eigendruck nicht mehr zur Förderung. Es gibt auch Lagerstätten, bei denen der Eigendruck von Anfang an nicht ausreichend zur primären Förderung ist. Um noch mehr Erdöl aus einer Lagerstätte zu fördern, kommen Maßnahmen der sekundären und/oder tertiären Erdölförderung zu Anwendung. In natural oil deposits, petroleum is present in the cavities of porous reservoirs, which are closed to the earth's surface by impermeable cover layers. The cavities may be very fine cavities, capillaries, pores or the like. Fine pore necks, for example, have a diameter of only about 1 μηη. In addition to crude oil, including natural gas, a deposit usually contains more or less saline water. After tapping a petroleum deposit, oil may first flow to the surface by itself through the borehole due to the inherent pressure of the reservoir. The autogenous pressure can be caused by gases present in the deposit such as methane, ethane or propane. This type of promotion is usually referred to as primary oil production. Depending on the type of deposit, however, only 5 to 10% of the oil in the deposit can be pumped by means of primary production, after which the autogenous pressure is no longer sufficient for production. There are also deposits where the autogenous pressure from the beginning is not sufficient for primary production. In order to promote more oil from a deposit, measures of secondary and / or tertiary oil production are used.
Bei der sekundären Förderung werden zusätzlich zu den Bohrlöchern, welche der Förderung des Erdöls dienen, den so genannten Produktionsbohrungen, weitere Bohrlö- eher in die erdölführende Formation gebohrt. Durch diese so genannten Injektionsbohrungen wird Wasser in die Lagerstätte eingepresst, um den Druck aufrechtzuerhalten oder wieder zu erhöhen. Durch das Einpressen des Wassers wird das Erdöl durch die Hohlräume in die Formation langsam von der Injektionsbohrung ausgehend in Richtung der Produktionsbohrung gedrückt. Dies funktioniert aber nur so lange, wie die Hohlräume vollständig mit Öl gefüllt sind und das viskosere Öl durch das Wasser vor sich her geschoben wird. Sobald das dünnflüssige Wasser durch Hohlräume durch- bricht, strömt es ab diesem Zeitpunkt auf dem Weg des geringsten Widerstands, also durch den gebildeten Kanal, und schiebt nicht mehr das Öl vor sich her. Mittels primärer und sekundärer Förderung sind im Regelfall nur ca. 30 - 35% der in der Lagerstätte vorhandenen Erdölmenge zu fördern. In the case of secondary production, in addition to the wells that serve to extract the oil, the so-called production wells, further drillings are drilled into the oil-bearing formation. Through these so-called injection wells water is injected into the reservoir to maintain or increase the pressure. By injecting the water, the oil is slowly forced through the cavities into the formation, starting from the injection well, toward the production well. But this works only as long as the cavities are completely filled with oil and the viscous oil is pushed through the water in front of him. As soon as the thin liquid water passes through cavities breaks, it flows from this time on the path of the least resistance, ie through the channel formed, and no longer pushes the oil in front of him. By means of primary and secondary production, as a rule only about 30-35% of the quantity of crude oil in the deposit can be extracted.
Eine Übersicht zur tertiären Ölförderung befindet sich beispielsweise im „Journal of Petroleum Science of Engineering 19 (1998)", Seite 265 bis 280. Zur tertiären Ölförderung gehören Wärmeverfahren, bei denen Heißwasser oder Heißdampf in die Lagerstätte eingepresst wird. Hierdurch wird die Viskosität des Öls herabgesetzt. Zur tertiä- ren Erdölförderung gehören weiterhin Verfahren bei denen man geeignete Chemikalien, z.B. Tenside oder verdickende Polymere als Hilfsmittel zur Ölförderung einsetzt. Mit diesen lässt sich die Situation gegen Ende des Wasserflutens beeinflussen und dadurch auch bis dahin in der Gesteinsformation festgehaltenes Erdöl fördern. Weiterhin sind Techniken bekannt, zur Steigerung der Ölförderung Gase wie CO2, N2 oder CH4 in die Formation zu injizieren. An overview of tertiary oil production can be found, for example, in the "Journal of Petroleum Science of Engineering 19 (1998)", pages 265 to 280. Tertiary oil extraction includes heat processes in which hot water or superheated steam is injected into the reservoir, thereby increasing the viscosity of the oil Tertiary oil extraction also includes processes involving the use of suitable chemicals, such as surfactants or thickening polymers, as an aid to oil production, which can be used to influence the situation towards the end of the flood and thereby promote the capture of crude oil previously held in the rock formation. Furthermore, techniques are known to inject gases such as CO2, N2 or CH 4 in the formation to increase the oil production.
Beim sogenannten C02-Fluten wird flüssiges oder überkritisches CO2 durch einen oder mehrere Injektionsbohrungen in eine Erdölformation injiziert, strömt von dort aus in Richtung der Produktionsbohrungen und mobilisiert dabei noch in der Formation vor- handenes Erdöl. Den Produktionsbohrungen wird mobilisiertes Erdöl entnommen. Diese Technik ist auch als„CO2 enhanced oil recovery (EOR)" oder„CO2 improved oil recovery (IOR)" bekannt und hat große wirtschaftliche Bedeutung: Gegenwärtig werden mehr als 5 % der Rohölproduktion der USA mittels C02-Fluten gewonnen (R. M. Enick, D. K. Olsen,„Mobility and Conformance Control for Carbon Dioxide Enhanced Oil Recovery (CO2-EOR) via Thickeners, Foams, Gels - A Detailed Literature Review of 40 Years of Research", Seite 910, SPE 154122, 18th SPE Improved Oil Recovery Symposium, Tulsa, Oklahoma, USA, 14 - 18 April 2012, Society of Petroleum Engine- ers, 2012). Für die gesteigerte Ölproduktion durch Verpumpen von flüssigem oder überkritischem CO2 in eine Lagerstätte sind verschiedene Mechanismen verantwortlich. CO2 ist in Erdöl löslich und erniedrigt dessen Viskosität. Es versteht sich von selbst, dass niedriger viskoses Öl besser gefördert werden kann als hochviskoses Öl. Das im Öl gelöste CO2 lässt weiterhin das Öl anquellen und es bildet sich leichter eine zusammenhän- gende Ölbank. Ein anderer Fördermechanismus kann das Lösen von vorzugsweise leichten Anteilen des Rohöls in die C02-Phase -also eine Art Extraktion- sein. Ein weiterer Aspekt ist die niedrige Grenzflächenspannung zwischen Rohöl und flüssigem oder überkritischem CO2, welche Kapillarkräfte überwinden hilft: Ein Öltropfen kann sich in einer C02-Phase leichter verformen und enge Porenhälse passieren als dass er dies in einer Wasserphase tun könnte. Beim Einpumpen von CO2 in eine Lagerstätte entscheiden Druck und Temperatur über dessen physikalischen Zustand. Der kritische Punkt von CO2 liegt bei 30,98 °C und 73,75 bar. Oberhalb dieser Werte ist CO2 überkritisch, d.h. es ist annähernd so dicht wie eine Flüssigkeit hat aber weiterhin eine sehr niedrige Viskosität ähnlich der eines Gases. Die Viskosität von überkritischem CO2 ist in aller Regel um mehrere Größenordnungen niedriger als die des Öls in der Lagerstätte. In so-called C02 flooding, liquid or supercritical CO2 is injected through one or more injection wells into a petroleum formation, flows from there to production wells, and mobilizes existing oil in the formation. The production wells are extracted from mobilized petroleum. This technology is also known as "CO2 enhanced oil recovery (EOR)" or "CO2 improved oil recovery (IOR)" and has great economic importance: Currently, more than 5% of US crude oil production is produced by C02 floods (RM Enick, DK Olsen, "Mobility and Conformance Control for Carbon Dioxide Enhanced Oil Recovery (CO2-EOR) via Thickeners, Foams, Gels - A Detailed Literature Review of 40 Years of Research", page 910, SPE 154122, 18 th SPE Improved Oil Recovery Symposium , Tulsa, Oklahoma, USA, April 14-18, 2012, Society of Petroleum Engineers, 2012) Several mechanisms account for the increased production of oil by pumping liquid or supercritical CO2 into a deposit: CO2 is soluble in and lowers petroleum Viscosity It goes without saying that lower viscous oil can be pumped better than highly viscous oil, and the CO2 dissolved in the oil will continue to swell the oil and make it easier to form a related oil bank. Another delivery mechanism may be the dissolution of preferably light levels of crude oil into the C02 phase rather than a type of extraction. Another aspect is the low interfacial tension between crude oil and liquid or supercritical CO2, which helps to overcome capillary forces: an oil drop can more easily deform in a C02 phase and pass through narrow pore necks than it could in a water phase. When pumping CO2 into a reservoir, pressure and temperature determine its physical state. The critical point of CO2 is 30.98 ° C and 73.75 bar. Above these values, CO2 is supercritical, ie it is almost as dense as a liquid but still has a very low viscosity similar to that of a gas. The viscosity of supercritical CO2 is typically several orders of magnitude lower than that of the oil in the reservoir.
Die niedrige Viskosität von überkritischem CO2 ist eines der zentralen Probleme des C02-Flutens und erschwert die Mobilitätskontrolle von CO2 in der Lagerstätte erheblich. Um einen guten entölenden Effekt zu erzielen, sollte das CO2 in einer gleichmäßigen Front von der Injektionsbohrung in Richtung der Produktionsbohrung fließen und dabei alle (noch) mit Öl gefüllten Bereiche der Formation durchfließen. Dies ist in der Praxis aber nur sehr selten der Fall. Zum einen ist die Porosität einer unterirdischen Öllagerstätte in aller Regel nicht homogen, und neben feinporigen Bereichen kann eine unterirdische Erdölformation auch Bereiche hoher Porosität, Spalten oder Brüche aufweisen. Weiterhin ist selbst bei gleicher Porosität der Fließwiderstand für CO2 noch mit Öl gefüllter Bereiche der Formation deutlich größer als der Fließwiderstand bereits entölter Bereiche. Somit besteht die Gefahr, dass das injizierte CO2 noch mit Öl gefüllte Bereiche der Formation gar nicht durchfließt, sondern weitgehend wirkungslos durch Bereiche geringen Fließwiderstandes direkt von der Injektions- zur Produktionsbohrung fließt. Dieser Effekt wird auch „Fingering" genannt und ist schematisch in Abbildung 1 dargestellt. Der„Durchbruch" von CO2 zur Produktionsbohrung verringert die Wirtschaftlichkeit des C02-Flutens ganz erheblich, denn ein mehr oder weniger großer Teil des injizierten CO2 durchströmt nun die Formation weitgehend ohne Wirkung. Entweder benötigt man nun mehr CO2 oder das geförderte CO2 muss nach der Förderung von Erdöl bzw. Formationswasser getrennt, gereinigt, und wieder komprimiert werden, so dass es re- injiziert werden kann. The low viscosity of supercritical CO2 is one of the key problems of C02 flooding, making mobility mobility of CO2 in the reservoir much more difficult. To achieve a good de-oiling effect, the CO2 should flow in a uniform front from the injection well towards the production wellbore, flowing through all (still) oil filled areas of the formation. However, this is rarely the case in practice. On the one hand, the porosity of an underground oil deposit is generally not homogeneous, and in addition to fine-pored areas, an underground petroleum formation may also have areas of high porosity, cracks or fractures. Furthermore, even with the same porosity, the flow resistance for CO2 still filled with oil areas of the formation is significantly greater than the flow resistance of already de-oiled areas. Thus, there is a risk that the injected CO2 does not flow through oil-filled areas of the formation at all, but flows largely ineffectively through regions of low flow resistance directly from the injection to the production well. This effect is also called "fingering" and is shown schematically in Figure 1. The "breakthrough" of CO2 to the production well reduces the efficiency of C02 flooding significantly, because a more or less large part of the injected CO2 flows through the formation largely without Effect. Either you need more CO2 now or the pumped CO2 has to be separated, cleaned and recompressed after it has been extracted from oil or formation water so that it can be re-injected.
Zum anderen ist auch die Dichte flüssigen bzw. überkritischen CO^'s deutlich geringer als die Dichte von Erdöl und Formationswasser. CO2 sammelt sich aufgrund des Auftriebs vorzugsweise daher in den oberen Schichten der Formation an bzw. durchströmt vorzugsweise die oberen Schichten. Die Entölung erfolgt somit vorzugsweise in den oberen Schichten der Formation, während tiefer gelegene Schichten vom CO2 gar nicht erfasst werden. On the other hand, the density of liquid or supercritical CO 2 is significantly lower than the density of crude oil and formation water. Due to the buoyancy, therefore, CO2 preferably collects in the upper layers of the formation or preferably flows through the upper layers. The de-oiling is thus preferably carried out in the upper layers of the formation, while deeper layers are not detected by the CO2.
Es sind im Stand der Technik verschiedene Vorgehensweisen vorgeschlagen worden, um zu erreichen, dass CO2 Erdöllagerstätten gleichmäßiger -sowohl horizontal wie vertikal- durchströmt. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, abwechselnd Wasser und CO2 in die Erdölformation zu injizieren. Der sogenannte „Water-Alternating-Gas"-Prozess (beschrieben durch D. W. Green und G. P. Willhite in„Enhanced Oil Recovery" SPE Textbook Series Vol. 6 von 1998) ist beim Fluten mit CO2 ein etablierter Prozess. Various approaches have been proposed in the art to achieve CO2 flow through oil reservoirs more uniformly, both horizontally and vertically. For example, it has been proposed to alternately inject water and CO2 into the petroleum formation. The so-called "Water Alternating Gas" process (described by DW Green and GP Willhite in "Enhanced Oil Recovery" SPE Textbook Series Vol. 6 of 1998) is an established process for CO2 flooding.
Weiterhin ist vorgeschlagen worden, das injizierte CO2 zu verdicken, um die Viskosität des CO2 an die Viskosität des Erdöls anzupassen. US 4,852,651 schlägt hierzu beispielsweise den Zusatz von bestimmten Polysiliconen vor. Huang et al., Macro- molecules, 2000, Vol. 33 (15), Seiten 5437 bis 5442 schlagen die Verwendung von Styrol-Fluoroacrylat-Copolymeren vor. Die mäßige Löslichkeit vieler Polymere in CO2 und der hohe Zusatz an einem weiteren Lösungsmittel lassen den Prozess aber als nicht wirtschaftlich erscheinen. It has also been proposed to thicken the injected CO2 to adjust the viscosity of the CO2 to the viscosity of the petroleum. For example, US Pat. No. 4,852,651 proposes the addition of certain polysilicon. Huang et al., Macromolecules, 2000, Vol. 33 (15), pages 5437 to 5442, suggest the use of styrene-fluoroacrylate copolymers. However, the moderate solubility of many polymers in CO2 and the high addition of another solvent make the process seem not economical.
In einer weiteren bekannten Technik werden geeignete Tenside eingesetzt, um in der Lagerstätte aus CO2 und Formationswasser und/oder injiziertem Wasser CC n- Wasser-Emulsionen bzw. CC n-Wasser-Schäume zu bilden. Bei CC n-Wasser- Emulsionen befindet sich das CO2 in einer diskontinuierlichen Phase, während Wasser die kontinuierliche Phase bildet. Derartige Emulsionen haben eine deutlich höhere Viskosität als überkritisches bzw. flüssiges CO2 und folgen somit nicht mehr nur den We- gen geringsten Fließwiderstandes, sondern fließen deutlich gleichmäßiger durch die Formation. Die Mobilitätskontrolle durch Ausbildung von C02-in-Wasser-Emulsionen erlaubt eine gesteigerte Ausbeutung der Lagerstätte durch makroskopische Verdrängung (Mobilitätskontrolle) und mikroskopische Verdrängung (Grenzflächenspannung In another known technique suitable surfactants are used to form CC n-water emulsions or CC n-water foams in the deposit of CO 2 and formation water and / or injected water. In CC n-water emulsions, the CO2 is in a discontinuous phase, while water forms the continuous phase. Such emulsions have a significantly higher viscosity than supercritical or liquid CO2 and thus no longer follow only the paths of least flow resistance, but flow much more uniformly through the formation. Mobility control by formation of C02-in-water emulsions allows for increased exploitation of the deposit through macroscopic displacement (mobility control) and microscopic displacement (interfacial tension)
Die Anforderungen an Tenside zum C02-Fluten unterscheiden sich deutlich von Anforderungen an Tenside für andere Anwendungen, beispielsweise Waschmittelanwendungen; sie unterscheiden sich aber insbesondere auch von den Anforderungen an Tenside für Tensidfluten, d.h. einer EOR-Technik, bei der man wässrige Lösungen von Tensiden aber kein CO2 in die Lagerstätte injiziert. The requirements for surfactants for CO 2 flooding are clearly different from requirements for surfactants for other applications, for example detergent applications; however, they also differ, in particular, from the requirements for surfactants for surfactant flooding, i. an EOR technique that injects aqueous solutions of surfactants but no CO2 into the deposit.
Die primäre Aufgabe der Tenside beim Tensidfluten ist es, die Grenzflächenspannung Wasser-Erdöl zu verringern. Somit werden in der Formation eingeschlossene Erdöl- Tröpfchen mobilisiert. The primary role of surfactants in surfactant flooding is to reduce the interfacial tension between water and petroleum. Thus, petroleum droplets trapped in the formation are mobilized.
Die primäre Aufgabe der Tenside beim C02-Fluten unter Bildung von C02-in-Wasser- Emulsionen ist es hingegen, die Grenzflächen C02-Wasser zu stabilisieren, um somit langzeitstabile CC n-Wasser-Emulsionen in der Lagerstätte zu generieren. Die hydrophoben Reste der Tenside ragen in die flüssige bzw. überkritische C02-Phase und müssen daher eine gute Interaktion mit dem CO2 aufweisen, um eine gute Stabilisierung der C02-Wasser-Grenzfläche zu gewährleisten. Weiterhin muss die Bildung von CC n-Wasser-Emulsionen bei den üblichen Lagerstättentemperaturen (typischerweise ca. 15°C bis 130°C) sowie in Gegenwart von stark salzhaltigem Wasser, insbesondere auch in Gegenwart von hohen Anteilen von Kalzium- und/oder Magnesiumionen gewährleistet sein. Bricht die hochviskose CC n- Wasser-Emulsion zusammen, so folgt das niedrig viskose überkritische CO2 wie oben beschrieben vorzugsweise den Wegen geringsten Fließwiderstandes und/oder sammelt sich in den oberen Bereichen der Formation an. The primary role of surfactants in C02 flooding to form C02-in-water emulsions, however, is to stabilize the C02-water interfaces to generate long-term stable CC n-water emulsions in the deposit. The hydrophobic radicals of the surfactants protrude into the liquid or supercritical CO 2 phase and must therefore have good interaction with the CO 2 in order to ensure good stabilization of the CO 2 -water interface. Furthermore, the formation of CC n-water emulsions at the usual reservoir temperatures (typically about 15 ° C to 130 ° C) and in the presence of highly saline water, especially in the presence of high levels of calcium and / or magnesium ions guaranteed be. If the highly viscous CC n-water emulsion collapses, the low-viscosity supercritical CO 2, as described above, preferably follows the paths of lowest flow resistance and / or accumulates in the upper regions of the formation.
Außerdem müssen geeignete Tenside auch in Lagerstättenwasser und/oder injiziertem Wasser ausreichend löslich sowie ausreichend stabil sein. Das Wasser ist durch gelöstes CO2 sauer (pH-Werte von ca. 3). Geeignete Tenside müssen daher auch in saurer Umgebung löslich sein und eine ausreichende Langzeitstabilität gegen Hydrolyse haben. Zum Tensidfluten beliebte Tenside wie Alkylsulfate oder Alkylethersulfate sind zum C02-Fluten daher weniger geeignet, da sie einerseits durch Protonierung weniger löslich werden und die Sulfatgruppe unter den genannten Bedingungen hydrolytisch abgespalten werden kann. Auch Amidgruppen-haltige Verbindungen neigen zur Hydrolyse unter den genannten Bedingungen. In addition, suitable surfactants must also be sufficiently soluble and sufficiently stable in reservoir water and / or injected water. The water is acidic due to dissolved CO2 (pH values of approx. 3). Suitable surfactants must therefore be soluble in an acidic environment and have sufficient long-term stability against hydrolysis. For surfactant flooding popular surfactants such as alkyl sulfates or alkyl ether sulfates are therefore less suitable for CO 2 flooding, since they are less soluble on the one hand by protonation and the sulfate group can be split off hydrolytically under the conditions mentioned. Amide group-containing compounds also tend to hydrolyze under the conditions mentioned.
Schließlich sollte die Adsorptionsneigung der Tenside am Gestein möglichst niedrig sein, um den Verlust an Tensid zu minimieren. Finally, the adsorption tendency of the surfactants on the rock should be as low as possible in order to minimize the loss of surfactant.
Im Stand der Technik ist bereits eine große Anzahl von Tensiden für verschiedene Techniken des C02-Flutens vorgeschlagen worden. US 3,342,256 beschreibt die Verbesserung der Ölförderung mit Hilfe von CO2 und einem Tensid zur Mobilitätskontrolle. Das Tensid kann wahlweise über die C02-Phase oder über die Wasserphase injiziert werden. Als geeignete Tenside werden unter anderem Octylphenolethoxylate, Dioctylsulfosuccinat Natriumsalz, Laurylsulfat Natriumsalz oder Isopropylnaphthalinsulfonat Natriumsalz genannt. The prior art has already proposed a large number of surfactants for various techniques of CO 2 flooding. US 3,342,256 describes the improvement of oil production with the aid of CO2 and a surfactant for mobility control. The surfactant may optionally be injected via the CO2 phase or via the water phase. Suitable surfactants include octylphenol ethoxylates, dioctylsulfosuccinate sodium salt, laurylsulfate sodium salt or isopropylnaphthalenesulfonate sodium salt.
US 4,1 13,01 1 beschreibt ein Verfahren zur Ölförderung unter Injektion von CO2 und einer wässrigen Tensidlösung. Als Tensid wird ein Alkylethersulfat des Typus RO - EO - Sulfat offenbart, welches aus einem Alkohol mit 9 bis 1 1 Kohlenstoffatomen und 1 bis 5 EO-Einheiten aufgebaut ist. Es wird auf eine höhere Salztoleranz im Vergleich zur Verwendung von Alkylsulfaten verwiesen. Sulfate sind jedoch nicht ausreichend lang- zeitstabil gegenüber der Hydrolyse unter den Bedingungen des C02-Flutens. US Pat. No. 4,113,011 1 describes a process for oil extraction with injection of CO2 and an aqueous surfactant solution. The surfactant disclosed is an alkyl ether sulfate of the RO-EO sulfate type, which is composed of an alcohol having 9 to 11 carbon atoms and 1 to 5 EO units. Reference is made to a higher salt tolerance compared to the use of alkyl sulfates. However, sulfates are not sufficiently stable in the long term to hydrolysis under the conditions of CO 2 flooding.
US 4,380,266 beschreibt ein Verfahren zur Erdölförderung durch Injektion einer Mischung aus CO2 und EO-PO-Blockpolymeren oder Alkylethoxylaten bzw. Alkylpheno- lethoxylaten oder Alkylalkoxylaten, wobei die Bedingungen so gewählt werden, dass das CO2 unter den Lagerstättenbedingungen flüssig ist. Als Beispiel wird Polytergent® SL-62 genannt. Hierbei handelt es sich um einen linearen Alkohol mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen, welcher propoxyliert und ethoxyliert ist. No. 4,380,266 describes a process for the extraction of crude oil by injection of a mixture of CO 2 and EO-PO block polymers or alkyl ethoxylates or alkylphenol ethoxylates or alkyl alkoxylates, the conditions being selected so that the CO 2 is liquid under the reservoir conditions. As an example, Polytergent ® Called SL-62. This is a linear alcohol of 6 to 10 carbon atoms, which is propoxylated and ethoxylated.
US 4,637,466 beschreibt die Verwendung von Alkylethercarboxylaten des Typus RO- (AO)xR'COOM zum C02-Fluten, wobei R ein linearer oder verzweigter Alkylrest mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen, AO Ethylenoxid oder Propylenoxid, R' ein Methylen oder Ethylenrest ist und x für eine Zahl von 3 bis 1 1 steht. US 4,637,466 describes the use of alkyl ether carboxylates of the type RO- (AO) x R'COOM for CO 2 flooding, wherein R is a linear or branched alkyl radical having 8 to 24 carbon atoms, AO ethylene oxide or propylene oxide, R 'is a methylene or ethylene radical and x is a number from 3 to 1 1 stands.
US 5,033,547 offenbart ein Verfahren zur Ölgewinnung durch Injizieren einer Mischung aus CO2 und einem Tensid in eine Erdölformation, wobei sich in der Formation zusammen mit Formationswasser eine Emulsion aus CO2, Wasser und dem Tensid bildet. Bei den Tensiden handelt es sich um Alkylethoxylate bzw. Alkylphenolethoxylate, welche einen Hydrophobrest mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen und einen Ethoxylie- rungsgrad von 4 bis 8 aufweisen. US 5,033,547 discloses a process for oil recovery by injecting a mixture of CO 2 and a surfactant into a petroleum formation, forming an emulsion of CO 2, water and the surfactant in the formation together with formation water. The surfactants are alkyl ethoxylates or alkylphenol ethoxylates which have a hydrophobic group having 7 to 15 carbon atoms and a degree of ethoxylation of 4 to 8.
DE 30 454 26 A1 offenbart die Verbesserung der Ölproduktion durch die Injektion von gasförmigen CO2 und Tensid unter Ausbildung eines Schaumes. Als Tenside werden unter anderem Alkylphenolalkoxylate, Natriumdodecylsulfonat, Natiumpolyglyko- lethersulfonat sowie Polypropylenoxidethylenoxidpolymere vorgeschlagen. DE 30 454 26 A1 discloses the improvement of oil production by the injection of gaseous CO2 and surfactant to form a foam. As surfactants, alkylphenol alkoxylates, sodium dodecylsulfonate, sodium polyglycol ether sulfonate and polypropylene oxide ethylene oxide polymers are proposed, inter alia.
US 5,046,560 offenbart ein Verfahren zur Ölförderung unter Injizieren eines Gases ausgewählt aus der Gruppe von Kohlenwasserstoffen, Inertgasen, Dampf oder Kohlendioxid sowie einer wässrigen Alkylarylpolyalkoxysulfonat-Lösung. Die Sulfonatgrup- pe befindet sich dabei am Arylrest. US 5,046,560 discloses a method for oil production with injection of a gas selected from the group of hydrocarbons, inert gases, steam or carbon dioxide and an aqueous Alkylarylpolyalkoxysulfonat solution. The sulfonate group is located on the aryl radical.
DE 32 086 62 A1 offenbart ein Verfahren zur Ölförderung, durch Injektion einer Formulierung umfassend Wasser, CO2 und nichtionische Tenside. Als Beispiele für Tenside werden Alkoholethoxylate auf Basis von Octylphenol, Nonylphenol oder Ci2Ci5-Alkohol genannt. DE 32 086 62 A1 discloses a process for oil extraction by injection of a formulation comprising water, CO2 and nonionic surfactants. As examples of surfactants, alcohol ethoxylates based on octylphenol, nonylphenol or C 12 -C 15 -alcohol are mentioned.
US 7,842,650 beschreibt ein Verfahren zur Erdölförderung, welches das Erzeugen von Schäumen aus Flüssigkeiten unter Verwendung einer Tensidmischung aus einem Schäumer (a) ausgewählt aus der Gruppe von Sulfaten, Sulfonaten, Phosphaten, Car- boxylaten, Sulfosuccinaten, Betainen, quartären Ammoniumsalzen, Aminoxiden, Ami- nethoxylaten, Amidethoxylaten, Säureethoxylaten, Alkylglukosiden, EO-PO-Block- copolymeren und langkettigen Fettalkoholethoxylaten sowie einem Cotensid (b) der allgemeinen Formel RO-(AO)y-H oder RO-(AO)y-Z, wobei R ein Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, (AO)y ein Alkylenoxy-Block, y eine Zahl von 5 bis 25 und Z eine anionische Gruppe, z.B. Sulfat, Phosphat oder Carboxylat ist, umfasst. Als Beispiel für eine Formulierung mit gesteigerter Schaumbildung wird die Mischung von Cocoamidopropylbetain mit Cio-Guerbetalkohol - 14 EO genannt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren der tertiären Erdölförderung. US Pat. No. 7,842,650 describes a process for producing crude oil, which comprises producing foams from liquids using a surfactant mixture from a foaming agent (a) selected from the group of sulfates, sulfonates, phosphates, carboxylates, sulfosuccinates, betaines, quaternary ammonium salts, amine oxides, amines - Nethoxylaten, amide ethoxylates, acid ethoxylates, alkyl glucosides, EO-PO block copolymers and long-chain fatty alcohol ethoxylates and a cosurfactant (b) of the general formula RO- (AO) y -H or RO- (AO) y -Z, where R is a hydrocarbon radical with 6 to 12 carbon atoms, (AO) y is an alkyleneoxy block, y is a number from 5 to 25 and Z is an anionic group, eg sulfate, phosphate or carboxylate. As an example of a formulation with increased foaming, the mixture of Cocoamidopropyl betaine with Cio-Guerbet alcohol - called 14 EO. The process is preferably a process of tertiary mineral oil extraction.
WO 2010/044818 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erdölförderung durch C02-Fluten durch Injektion eines nichtionischen Tensids mit einer C02-Philicity von 1.5 bis 5.0 in die Formation, wobei das Tensid einen stabilen Schaum mit Formationswasser aber keine Emulsion mit Rohöl bilden soll. Bevorzugt hat das nichtionische Tensid die Formel RO-(AO)x-(EO)y-H, wobei AO für ein Alkoxygruppen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen und EO für Ethoxygruppen steht, wobei für R, AO, x und y die nachfolgend ge- nannten Kombinationen gewählt werden können: WO 2010/044818 A1 describes a process for producing oil by C0 2 fl ows by injecting a nonionic surfactant having a CO 2 Philicity of 1.5 to 5.0 into the formation, wherein the surfactant is to form a stable foam with formation water but not an emulsion with crude oil. The nonionic surfactant preferably has the formula RO- (AO) x- (EO) y -H, where AO is an alkoxy group having 3 to 10 carbon atoms and EO is ethoxy groups, where R, AO, x and y are the following groups: Combinations can be selected:
R AO x y verzweigter Alkyl-, Alkylaryl- oder Cycloalkyl- C3 1 ,5 - 1 1 6 - 25 R AO x y branched alkyl, alkylaryl or cycloalkyl C3 1, 5 - 1 1 6 - 25th
Rest mit 3 bis 1 1 Kohlenstoffatomen C4 to C10 1 - 2 6 - 25 linearer Alkylrest mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen C3 4 - 1 1 6 - 25
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Rest with 3 to 1 1 carbon atoms C 4 to C10 1 - 2 6 - 25 linear alkyl residue with 3 to 6 carbon atoms C3 4 - 1 1 6 - 25
Figure imgf000009_0001
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Tensiden ausgewählt aus der Gruppe von C8Hi7-(PO)5-(EO)9-H, C8Hi7-(PO)5-(EO)i i-H, C8Hi7-(PO)9-(EO)9-H, Particularly preferred is the use of surfactants selected from the group of C 8 Hi7- (PO) 5 - (EO) 9 -H, C 8 Hi 7 - (PO) 5 - (EO) i iH, C 8 Hi7- (PO ) 9- (EO) 9 -H,
C6Hi3-(PO)5-(EO)i i-H, C6Hi3-(PO)5-(EO)i3-H, C9Hi9-(PO)4-(EO)8-H oder Mischungen davon. C 6 Hi3- (PO) 5 - (EO) i iH, C 6 Hi3- (PO) 5 - (EO) i3-H, C Hi 9 9 - (PO) 4 - (EO) 8 -H or mixtures thereof ,
US 4,502,538 offenbart ein Verfahren, bei dem verflüssigtes CO2, ein wässriges medium und ein Tensid in eine unterirdische, Öl und Wasser enthaltende Formation injiziert werden. Bei dem Tensid kann es sich um ein Alkylpolyalkoxysulfonat handeln, welches als Hydrophobteil einen aliphatischen und/oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 25 C-Atomen aufweist. US 4,502,538 discloses a process in which liquefied CO2, an aqueous medium and a surfactant are injected into an underground formation containing oil and water. The surfactant may be an alkylpolyalkoxysulfonate which has, as the hydrophobic part, an aliphatic and / or aromatic hydrocarbon radical having 6 to 25 carbon atoms.
J.K. Borchardt, D.B. Bright, M.K. Dickson und S.L. Willington„Surfactants for C02 Fo- am Flooding", SPE 14394, 60th Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, Las Vegas, NV, Nov. 22 - 25, 1985 offenbaren Untersuchungen verschiedener Tenside, darunter die Tenside R-(OCH2CH2)nS03Na sowie R-(OCH2CH2)nOCH2CH2CH2S03Na im Hinblick auf ihr Verhalten beim C02- Schaumfluten, wobei R für C9- bis Cn-Alkylreste bzw. C12- bis Cis-Alkylreste steht. JK Borchardt, DB Bright, MK Dickson and SL Willington "Surfactants for C0 2 Fo on Flooding", SPE 14394, 60 th Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, Las Vegas, NV, November 22 to 25, 1985 disclose studies of various surfactants, including surfactants R- (OCH2CH2) n S03Na as well as R- (OCH2CH2) 2 nOCH2CH2CH S03Na with regard to their behavior during C0 2 - foam flooding, wherein R is C9 to Cn alkyl groups or C 12 to C Cis-alkyl radicals.
WO 201 1/005246 A1 beschreibt Tenside zur Erdölförderung, welche mit C02 und Wasser in eine Lagerstätte injiziert werden können. Bei den nichtionischen Tensiden handelt es sich um Glycerin-Derivate, wobei zwei der Alkoholgruppen des Glycerin mit einem Kohlenwasserstoffrest, welcher 4 bis 18 Kohlenstoffatome umfassen kann, verschlossen sind. Die dritte Alkoholgruppe kann ethoxyliert, propoxyliert oder butoxyliert sein und einen Alkoxylierungsgrad von 9 bis 40 aufweisen. WO 201 1/152856 A1 offenbart eine Methode zur Ölförderung mit Hilfe von überkritischem CO2 und einem Tensid, welches in einen C02-Strom injiziert und im CO2 gelöst wird. In der Lagerstätte bildet sich aus Lagerstättenwasser, Tensid und CO2 eine Emulsion. Eingesetzt werden beispielsweise nichtionische Tenside (z.B. Alkylpheno- lethoxylate), Kationtenside (wie z.B. ethoxyliert.es Talgfettamin), Aniontenside (z.B. Alkylethersulfate) oder Betaintenside. WO 201 1/005246 A1 describes surfactants for crude oil production, which can be injected with C0 2 and water into a deposit. The nonionic surfactants are glycerin derivatives wherein two of the alcohol groups of the glycerol are capped with a hydrocarbon group which may include from 4 to 18 carbon atoms. The third alcohol group can be ethoxylated, propoxylated or butoxylated and have a degree of alkoxylation of 9-40. WO 201 1/152856 A1 discloses a method for oil production with the aid of supercritical CO2 and a surfactant which is injected into a CO 2 stream and dissolved in the CO 2. The reservoir is made up of reservoir water, surfactant and CO2 to form an emulsion. For example, nonionic surfactants (eg, alkylphenol ethoxylates), cationic surfactants (such as ethoxylated talc fatty amine), anionic surfactants (eg, alkyl ether sulfates), or betaine surfactants are used.
WO 2012/170835 A1 beansprucht ein Verfahren, bei dem eine nichtionische Ten- sidformulierung mit einem Stockpunkt von -3 bis -54°C verwendet, in CO2 gelöst und in die Formation zur Ausbildung von Emulsionen mit Wasser injiziert wird. Zur Absenkung des Stockpunktes werden Alkohole wie Methanol, Ethanol, Glykol oder Glykolether vorgeschlagen. WO 2012/170835 A1 claims a process in which a nonionic surfactant formulation having a pour point of from -3 to -54 ° C. is used, dissolved in CO 2 and injected into the formation to form emulsions with water. To lower the pour point, alcohols such as methanol, ethanol, glycol or glycol ethers are proposed.
WO 2013/043838 A1 beschreibt ein Ölförderverfahren mit flüssigem oder überkriti- schem Tensid und einem alkoxylierten Amin, welches auf einem sekundären Alkylrest mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen basiert. WO 2013/043838 A1 describes an oil production process with liquid or supercritical surfactant and an alkoxylated amine which is based on a secondary alkyl radical having 4 to 30 carbon atoms.
In WO 2013/048860 A1 wird ein Verfahren zur Erdölförderung beschrieben, welches die Verwendung von CO2 und einem Alkylalkoxylat, welches auf einem verzweigten Alkylrest mit 3 bis 9 Kohlenstoffatomen und der Alkoxylierung mittels Doppelmetalcya- nid-Katalyse basiert, beansprucht WO 2013/048860 A1 describes a process for crude oil production which claims the use of CO 2 and an alkyl alkoxylate which is based on a branched alkyl radical having 3 to 9 carbon atoms and the alkoxylation by means of double metal cyanide catalysis
Bei tertiärer Erdölförderung mittels C02-Fluten handelt es sich um ein großtechnisches Verfahren. Zwar werden die Tenside nur als verdünnte Lösungen in Wasser oder CO2 eingesetzt, aber die pro Tag injizierten Volumina sind hoch und die Injektion wird typischerweise über Monate bis zu mehreren Jahren fortgesetzt. Der Tensidbedarf für ein durchschnittliches Ölfeld kann ca. 2000 bis 3000 t/a betragen. Schon ein nur geringfügig besseres Tensid kann die Wirtschaftlichkeit des C02-Flutens erheblich steigern. Wie oben beschrieben, soll sich beim C02-Fluten eine viskose C02-in-Wasser- Emulsion bilden. In der C02-in-Wasser-Emulsion bildet Wasser die kontinuierliche Phase und fungiert damit als Puffer zwischen diskreten C02-Phasen. Wenn die C02-in- Wasser-Emulsion Wasser verliert, führt dies irgendwann dazu, dass sich die diskreten C02-Phasen vereinigen, d.h. die C02-in-Wasser-Emulsion zerfällt. Ein Zerfall der Emulsion in der Erdölformation ist höchst unerwünscht, denn gerade die höhere Viskosität der Emulsion im Vergleich zu einer reinen C02-Phase ist zur Vermeidung des „Fingerings" erforderlich. Tertiary oil production by means of C02 flooding is a large-scale process. Although the surfactants are only used as dilute solutions in water or CO2, the volumes injected per day are high and the injection is typically continued for months to several years. The surfactant requirement for an average oil field can be about 2000 to 3000 t / a. Even a slightly better surfactant can significantly increase the efficiency of C02 flooding. As described above, the CO 2 flooding is said to form a viscous C02-in-water emulsion. In the C02-in-water emulsion, water forms the continuous phase and thus acts as a buffer between discrete CO 2 phases. If the CO 2 -in-water emulsion loses water, eventually it will cause the discrete CO 2 phases to unite, i. the C02-in-water emulsion breaks down. A breakdown of the emulsion in the petroleum formation is highly undesirable because it is precisely the higher viscosity of the emulsion compared to a pure C02 phase is required to avoid the "fingering".
Die Anforderungen an Tenside hängen von den Lagerstättentemperaturen ab, insbe- sondere von der der Salinität des Lagerstättenwassers und der Lagerstättentemperatur. Während viele Tenside bei niedrigen Salinitäten und/oder niedrigen Lagerstätten- temperaturen noch zufriedenstellende Ergebnisse ergeben, liefern sie keine guten Ergebnisse mehr bei hohen Temperaturen und/oder hohen Salinitäten. The requirements for surfactants depend on the reservoir temperatures, in particular on the salinity of the reservoir water and the reservoir temperature. While many surfactants are found at low salinities and / or low Temperatures still yield satisfactory results, they do not provide good results at high temperatures and / or high salinities.
Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes Verfahren zum C02-Fluten bereitzu- stellen, insbesondere für Erdöllagerstätten mit hoher Salinität und/oder hoher Lagerstättentemperatur. Es sollten sich auch noch unter solch anspruchsvollen Bedingungen stabile CC n-Wasser-Emulsionen bilden. The object of the invention was to provide an improved process for CO 2 flooding, in particular for oil reservoirs with high salinity and / or high reservoir temperature. Even under such demanding conditions, stable CC n-water emulsions should be formed.
Dementsprechend wurde ein Verfahren zur Erdölförderung mittels C02-Fluten gefun- den, bei dem man flüssiges oder überkritisches CO2 sowie mindestens ein anionisches Tensid (I) oder eine Tensidmischung umfassend mindestens ein anionisches Tensid (I) durch mindestens eine Injektionsbohrung in eine Erdöllagerstätte einpresst und der Lagerstätte durch mindestens eine Produktionsbohrung Rohöl entnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Tensid (I) oder die mindestens ein Tensid (I) umfassende Tensidmischung in flüssigem oder überkritischen CO2 gelöst ist und injiziert wird und/oder in einem wässrigen Medium gelöst ist und injiziert wird, die Lagerstätte eine Lagerstättentemperatur von 15°C bis 140°C, das Lagerstättenwasser eine Salinität von 20000 ppm bis 350000 ppm aufweist, die Dichte des CO2 unter Lagerstättenbedingungen 0,70 g/ml bis 0,90 g/ml beträgt, und wobei es sich bei dem mindestens einen anionischen Tensid um ein Alk(en)ylpolyalkoxysulfonat der allgemeinen Formel Accordingly, a process for the extraction of crude oil by means of C02 flooding was found, in which liquid or supercritical CO2 and at least one anionic surfactant (I) or a surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) are injected through at least one injection well into a crude oil deposit and the Deposits by at least one production well crude oil, characterized in that the at least one surfactant (I) or the at least one surfactant (I) comprising surfactant mixture is dissolved in liquid or supercritical CO2 and injected and / or dissolved in an aqueous medium and injected If the deposit has a deposit temperature of 15 ° C to 140 ° C, the deposit water has a salinity of 20,000 ppm to 350,000 ppm, the density of CO2 under deposit conditions is 0.70 g / mL to 0.90 g / mL, and the at least one anionic surfactant is an alk (en) ylpolyalkoxysulfonate of general formula
R -(OCR2R3CR4R5)i-(OCH2CHR6)m-(OCH2CH2)n-0-R7-S03- Va Ma+ (I) handelt, wobei R - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5 ) i- (OCH 2 CHR 6 ) m - (OCH 2 CH 2 ) n -O-R 7 -SO 3 -V a M a + (I) wherein
R1 für einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen steht, R 1 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms,
R2, R3, R4, R5 jeweils für H oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are each H or a linear or branched alkyl radical having 1 to 8
Kohlenstoffatomen stehen, mit der Maßgabe, dass die Summe der Carbon atoms are available, with the proviso that the sum of the
Kohlenstoffatome der Reste R2+R3+R4+R5 2 bis 8 beträgt, Carbon atoms of the radicals R 2 + R 3 + R 4 + R 5 is 2 to 8,
R6 für Methyl, R 6 for methyl,
R7 für einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher optional mit einer OH-Gruppe substituiert sein kann, R 7 is an alkylene radical having 2 to 4 carbon atoms, which may optionally be substituted by an OH group,
I für eine Zahl von 0 bis 5 I for a number from 0 to 5
m für eine Zahl von 0 bis 15 m for a number from 0 to 15
n für eine Zahl von 5 bis 30, und n for a number from 5 to 30, and
Ma+ für ein a-wertiges Kation, wobei a 1 , 2, oder 3 ist, wobei die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- blockartig in der in Formel (I) angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei die Summe aus I + m + n für Werte von 5 bis 35 steht, mit der Maßgabe, dass n > (l+m) ist. Verzeichnis der Abbildungen: M a + for an a-valent cation, where a is 1, 2, or 3, wherein the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (I), and wherein the sum of I + m + n for values from 5 to 35, with the proviso that n> (l + m). List of pictures:
Abbildung 1 : Schematische Darstellung des„Fingering" beim C02-Fluten. Figure 1: Schematic representation of fingering in C02 flooding.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des für die Beispiele und Vergleichsbeispiele verwendeten Hochdruckreaktors mit Sichtfenstern. Figure 2: Schematic representation of the high pressure reactor with viewing windows used for the examples and comparative examples.
Abbildung 3: Blick durch Sichtfenster des Hochdruckreaktors vor dem Mischen: C02-Phase und Wasser-Phase (schematische Darstellung). Figure 3: View through the viewing window of the high-pressure reactor before mixing: C02 phase and water phase (schematic representation).
Abbildung 4: Blick durch Sichtfenster des Hochdruckreaktors nach dem Mischen: C02-Phase, CC n-Wasser-Emulsion und Wasser- Phase (schematische Darstellung). Figure 4: View through the viewing window of the high-pressure reactor after mixing: C02 phase, CC n-water emulsion and water phase (schematic representation).
Zu der Erfindung ist im Einzelnen das Folgende auszuführen: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erdölförderung mittels C02-Flutens wird flüssiges oder überkritisches CO2 sowie mindestens ein anionisches Tensid (I) in eine Erdöllagerstätte injiziert. Neben dem mindestens einen anionischen Tensid (I) können weitere Tenside sowie weitere Komponenten eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt man die anionischen Tenside (I) in Kombination mit nichtionischen Tensiden (II) und/oder davon verschiedenen anionischen Tensiden (III) ein. Specifically, the following is to be carried out for the invention: In the process according to the invention for crude oil production by means of CO 2 flooding, liquid or supercritical CO 2 and at least one anionic surfactant (I) are injected into a crude oil deposit. In addition to the at least one anionic surfactant (I), other surfactants and other components can be used. In a preferred embodiment of the invention, the anionic surfactants (I) are used in combination with nonionic surfactants (II) and / or different anionic surfactants (III).
Anionische Tenside (I) Bei den anionischen Tensiden (I) handelt es sich um Alk(en)ylethersulfonate der allgemeinen Formel Anionic surfactants (I) The anionic surfactants (I) are alk (en) yl ether sulfonates of the general formula
R -(OCR2R3CR4R5)i-(OCH2CHR6)m-(OCH2CH2)n-0-R7-S03- Va Ma+ (I). R - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5 ) i - (OCH 2 CHR 6 ) m - (OCH 2 CH 2 ) n -O-R 7 -SO 3 - V a M a + (I).
Bei R1 handelt es sich um einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 10 bis 14 Kohlenstoffatomen. Beispiele derartiger Reste R1 umfassen lineare Akylreste wie insbesondere n-Octyl-, n- Nonyl-, n-Decyl-, n-Undecyl-, n-Dodecyl-, n-Tetradecyl-, n-Hexadecyl-, n-Octadecyl-, n-Eicosyl- oder n-Docosylreste. Es kann sich auch um Tenside handeln, welche Gemische verschiedener Reste R1 umfassen. Zu nennen sind hier insbesondere Gemische, welche sich von der Verwendung natürlicher Fettalkohole als Ausgangsmaterial für die Tenside (I) ableiten. Beispielsweise kann es sich um eine Mischung aus n-Dodecyl- und n-Tetradecylreste handeln. Weitere Beispiele von Resten R1 umfassen verzweigte Alkylreste wie 2-Ethylhexyl-, 2-Propylheptyl-, 2-Butyloctyl-, 2-Pentylnonyl-, 2- Hexyldecylreste sowie von Oxoalkoholen abgeleitete Reste wie i-Tridecylreste. R 1 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms, preferably 8 to 18 carbon atoms, particularly preferably 10 to 14 carbon atoms. Examples of such radicals R 1 include linear alkyl radicals such as in particular n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl, n-eicosyl or n-docosyl residues. It may also be surfactants comprising mixtures of different radicals R 1 . Particularly noteworthy here are mixtures which derive from the use of natural fatty alcohols as starting material for the surfactants (I). For example, it may be a mixture of n-dodecyl and n-tetradecyl. Further examples of radicals R 1 include branched alkyl radicals such as 2-ethylhexyl, 2-propylheptyl, 2-butyloctyl, 2-pentylnonyl, 2-hexyldecyl radicals and radicals derived from oxo alcohols, such as i-tridecyl radicals.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei R1 sich um einen verzweigten Alkylrest der Formel C5Hn-CH(C3H7)-CH2-, wobei es sich bei mindestens 70 mol % der Pentylreste C5H11- um einen n-CsHu-Rest handelt. Bei dem Substituenten in 2-Stellung, dem Propylrest C3H7- kann es sich im einen n-C3H7-Rest oder um einen i-C3H7-Rest handeln. Bevorzugt handelt es sich um einen n-C3H7-Rest. Bei den Pentylresten, die nicht n-Pentylreste sind, handelt es sich bevorzugt um verzweigte 1 -Alkylreste, bevorzugt um einen 2-Methyl-1 -butylrest C2H5CH(CH3)CH2- und/oder um einen 3-Methyl-1 -butylrest CH3CH(CH3)CH2CH2-. In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei 70 bis 99 mol % der Reste C5H11- um n-C5Hn-Reste, und bei 1 bis 30 mol % der Reste C5H11- um C2H5CH(CH3)CH2-Reste und/oder CH3CH(CH3)CH2CH2-Reste. In a preferred embodiment of the invention, R 1 is a branched alkyl radical of the formula C 5 Hn-CH (C 3 H 7) -CH 2 -, where at least 70 mol% of the pentyl radicals C 5 H 11 - is an n-CsHu radical. The substituent in 2-position, the propyl radical C3H7- may be in an n-C3H 7 group or an i-C3H 7 act radical. It is preferably an n-C3H 7 radical. The pentyl radicals which are not n-pentyl radicals are preferably branched 1-alkyl radicals, preferably a 2-methyl-1-butyl radical C2H 5 CH (CH 3) CH 2 - and / or a 3-methyl-1 - butyl CH 3 CH (CH 3) CH 2 CH 2. In one embodiment of the invention, 70 to 99 mol% of the C5H11- radicals are n-C5Hn radicals, and from 1 to 30 mol% of the C5H11 radicals are C 2 H 5 CH (CH 3 ) CH 2 radicals and / or CH 3 CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 radicals.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei R1 um einen 2- Propyl-n-heptylrest
Figure imgf000013_0001
In a further embodiment of the invention, R 1 is a 2-propyl-n-heptyl radical
Figure imgf000013_0001
In der Formel (I) stehen weiterhin die Reste R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander jeweils für H oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Methyl-, Ethyl- oder Propylreste, mit der Maßgabe, dass die Summe der Kohlenstoffatome der Reste R2+R3+R4+R5 2 bis 8, bevorzugt 2 oder 3 und besonders bevorzugt 2 beträgt. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Summe R2+R3+R4+R5 = 2, wobei bei mindestens 70 mol %, bevorzugt mindestens 80 mol % und besonders bevorzugt mindestens 95 mol % der Einheiten -OCR2R3CR4R5- R2, R3 und R4 für H und R5 für Ethyl stehen. Bevorzugt steht -OCR2R3CR4R5- also für eine Butoxygruppe, besonders bevorzugt für eine Butoxy- gruppe, die sich im Wesentlichen von 1 ,2-Butenoxid ableitet. In the formula (I), furthermore, the radicals R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are each independently H or a linear or branched alkyl radical having 1 to 8 carbon atoms, for example methyl, ethyl or propyl radicals, with the proviso in that the sum of the carbon atoms of the radicals R 2 + R 3 + R 4 + R 5 is 2 to 8, preferably 2 or 3 and particularly preferably 2. In one embodiment of the invention, the sum of R 2 + R 3 + R 4 + R 5 = 2 is, wherein at least 70 mol%, preferably at least 80 mol% and particularly preferably at least 95 mol% of units -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - R 2 , R 3 and R 4 are H and R 5 is ethyl. Preference is given to -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - that is, a butoxy group, particularly preferably a butoxy group, which is derived essentially from 1, 2-butene oxide.
R6 steht für Methyl, -OCH2CHR6- ist also eine Propoxygruppe und -OCH2CH2- eine Ethoxygruppe. Bei R7 handelt es sich um einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher optional noch mit einer OH-Gruppe substituiert sein kann. Bevorzugt handelt es sich um eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe von 1 ,2-Ethylengruppen -CH2-CH2-, 1 ,2- Propylengruppen -CH2-CH(CH3)- bzw. -CH(CH3)-CH2-, 1 ,3-Propylengruppen R 6 is methyl, -OCH 2 CHR 6 - is thus a propoxy group and -OCH 2 CH 2 - an ethoxy group. R 7 is an alkylene radical having 2 to 4 carbon atoms, which may optionally be substituted by an OH group. It is preferably a group selected from the group of 1, 2-ethylene groups -CH 2 -CH 2 -, 1, 2-propylene groups -CH 2 -CH (CH 3 ) - or -CH (CH 3 ) -CH 2 - , 1, 3-propylene groups
-CH2-CH2-CH2- oder eine substituierte 1 ,3-Propylengruppe -CH2-CH(OH)-CH2-. -CH 2 -CH 2 -CH 2 - or a substituted 1, 3-propylene group -CH 2 -CH (OH) -CH 2 -.
Weiterhin steht I für eine Zahl von 0 bis 5, bevorzugt 0, m für eine Zahl von 0 bis 15, bevorzugt 0 bis 9 und n für eine Zahl von 5 bis 30, bevorzugt 5 bis 20 und die Summe aus I + m + n für Werte von 5 bis 35, bevorzugt 8 bis 29 steht. Furthermore, I is a number from 0 to 5, preferably 0, m is a number from 0 to 15, preferably 0 to 9 and n is a number from 5 to 30, preferably 5 to 20 and the sum of I + m + n is from 5 to 35, preferably from 8 to 29.
Die Indices I, m und n werden weiterhin mit der Maßgabe gewählt, dass n > (l+m) und besonders bevorzugt n > 2 (l+m) ist. Es sollen also nicht weniger Ethoxygruppen als - sofern vorhanden- Alkoxygruppen und Propoxygruppen zusammen vorhanden sein. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Polyalkoxylate ist klar, dass bei einer Alkoxylie- rung eine gewisse Verteilung von Kettenlängen erhalten wird, und dass es sich bei I, m und n um Mittelwerte über alle Moleküle handelt. I, n und m sind dementsprechend keine natürlichen Zahlen, sondern rationale Zahlen. Eine Verteilung von Kettenlängen kann in prinzipiell bekannter Art und Weise durch die sogenannte Polydispersität D beschrieben werden. Bei D = Mw/Mn handelt es sich um den Quotienten aus dem Gewichtsmittel der molaren Masse und dem Zahlenmittel der molaren Masse. Die Polydispersität kann mittels der dem Fachmann bekannten Methoden ermittelt werden, beispielsweise mittels Gelpermeations-Chromatographie. Für den Fachmann ist weiterhin klar, dass die Orientierung der Propoxy- und/oder Butoxygruppen je nach Reaktionsbedingungen -OCR2R3CR4R5- bzw. -OCH2CHR6- oder auch -OCR5R4CR3R2-bzw. -OCHR6CH2- sein kann. Durch die Darstellung in Formel (I) soll keine Aussage hinsichtlich der Orientierung der Alkoxyeinheiten gemacht werden. The indices I, m and n are further chosen with the proviso that n> (l + m) and particularly preferably n> 2 (l + m). Thus, not less ethoxy groups than - if present - alkoxy groups and propoxy groups should be present together. It will be apparent to those skilled in the art of polyalkoxylates that some distribution of chain lengths is obtained upon alkoxylation, and that I, m, and n are averages over all molecules. Accordingly, I, n and m are not natural numbers but rational numbers. A distribution of chain lengths can be described in a manner known in principle by the so-called polydispersity D. D = M w / M n is the quotient of the weight average molecular weight and the number average molar mass. The polydispersity can be determined by means of the methods known to the person skilled in the art, for example by means of gel permeation chromatography. It is further clear to the person skilled in the art that the orientation of the propoxy and / or butoxy groups depends on the reaction conditions -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - or -OCH 2 CHR 6 - or else -OCR 5 R 4 CR 3 R 2 -b. -OCHR 6 CH 2 - can be. The representation in formula (I) is not intended to indicate the orientation of the alkoxy units.
In der obigen Formel (I) sind die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- blockartig in der in Formel (I) angegebenen Reihenfolge angeordnet. Es ist dem Fachmann bekannt, dass im Zuge einer Alkoxylierung geringe Reste an Alkylenoxiden verbleiben können. Nach Zugabe des nächsten Alkylenoxids können diese dann in den zweiten Block einpolymerisiert werden, so dass sich geringe Anteile eines Alkylenoxids im„falschen" Block befinden. In der Regel sind mindestens 90 % der obigen Reste in der in Formel (I) angegebenen Reihenfolge angeordnet, d.h. mindestens 90 % der Reste finden sich auch im„richtigen" Block. Bei dem Kation Ma+ steht a für 1 , 2, oder 3, bevorzugt 1 oder 2. Besonders bevorzugt ist a = 1 , d.h. es handelt sich um ein einwertiges Kation wie beispielsweise Alkalimetallionen, Ammoniumionen, wobei die Ammoniumionen auch organische Reste aufweisen können. Beispiele einwertiger Kationen umfassen Na+, K+, NH4 +, NMe4 + oder NBu4 +. In the above formula (I), the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (I). It is known to the person skilled in the art that small residues of alkylene oxides can remain in the course of an alkoxylation. After addition of the next alkylene oxide, these can then be copolymerized into the second block so that small amounts of an alkylene oxide are in the "wrong" block. [. In] As a rule, at least 90% of the above radicals are arranged in the order given in formula (I), ie at least 90% of the radicals are also found in the "right" block. In the case of the cation M a + , a is 1, 2 or 3, preferably 1 or 2. Particularly preferred is a = 1, ie it is a monovalent cation such as, for example, alkali metal ions, ammonium ions, where the ammonium ions may also have organic radicals. Examples of monovalent cations include Na + , K + , NH 4 + , NMe 4 + or NBu 4 + .
Beispiele bevorzugter anionischer Tenside (I) umfassen Examples of preferred anionic surfactants (I) include
C5Hii-CH(C3H7)-CH2-(EO)i4-CH2CH2CH2-S03M, C 5 Hii-CH (C 3 H 7) -CH 2 - (EO) i 4 -CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
C5Hii-CH(C3H7)-CH2-(PO)5-(EO)i5-CH2CH2CH2-S03M, C 5 Hii-CH (C 3 H 7) -CH 2 - (PO) 5 - (EO) i 5 -CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
C5Hii-CH(C3H7)-CH2-(PO)3-(EO)8-CH2CH2CH2-S03M, C 5 Hii-CH (C 3 H 7) -CH 2 - (PO) 3- (EO) 8 -CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
C5Hii-CH(C3H7)-CH2-(PO)3-(EO)9-CH2CH2CH2-S03M, C 5 Hii-CH (C 3 H 7) -CH 2 - (PO) 3- (EO) 9 -CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
C5Hii-CH(C3H7)-CH2-(PO)5-(EO)9-CH2CH2CH2-S03M, C 5 Hii-CH (C 3 H 7) -CH 2 - (PO) 5 - (EO) 9 -CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
C5Hii-CH(C3H7)-CH2-(EO)io-CH2CH2CH2-S03M, C 5 Hii-CH (C 3 H 7) -CH 2 - (EO) io-CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
iCi3H27-(EO)io-CH2CH2CH2-S03M, iCi 3 H27- (EO) io-CH 2 CH 2 CH 2 -SO 3 M,
iCi3H27-(EO)i5-CH2CH2CH2-S03M, iCi3H27- (EO) i 5 -CH 2 CH 2 CH2-S03M,
iCi3H27-(EO)i8-CH2CH2CH2-S03M, iCi3H27- (EO) i8-CH 2 CH 2 CH2-S03M,
iCi3H27-(EO)25-CH2CH2CH2-S03M, iCi3H27- (EO) 25 -CH 2 CH 2 CH2-S03M,
iCi3H27-(EO)30-CH2CH2CH2-SO3M, iCi3H27- (EO) 30 -CH 2 CH 2 CH 2 SO 3 M,
iCi3H27-(EO)37-CH2CH2CH2-S03M, iCi3H27- (EO) 37 -CH 2 CH 2 CH2-S03M,
n(Ci2H25 Ci4H29)-(EO)7-CH2CH2CH2-S03M, n (Ci2H25 Ci4H29) - (EO) 7-CH 2 CH 2 CH2-S03M,
n(Ci2H25 Ci4H29)-(EO)i5-CH2CH2CH2-S03M oder n (Ci2H25 Ci4H29) - (EO) i 5 -CH 2 CH 2 CH2-S03M or
n(Ci2H25 Ci4H29)-(EO)28-CH2CH2CH2-S03M. n (Ci2H25 Ci4H29) - (EO) 28 -CH 2 CH 2 CH2-S03M.
In der Aufzählung steht EO für einen Ethylenoxygruppe, PO für eine Propylenoxygrup- pe, 1C13H27- für einen verzweigten Ci3-Alkylrest und n(Ci2H25 Ci4H29)- für ein Gemisch aus linearen C12- und C-u-Alkylresten. In the list, EO stands for an ethyleneoxy group, PO for a propyleneoxy group, 1C13H27- for a branched C 13 -alkyl radical and n (C 12 H 25 C 4 H 29) - for a mixture of linear C 12 - and C 6 -alkyl radicals.
Die Herstellung der anionischen Tenside (I) erfolgt mittels eines mehrstufigen Prozesses. The preparation of the anionic surfactants (I) by means of a multi-step process.
In einem ersten Schritt werden Alk(en)ylpolyalkoxylate der allgemeinen Formel (la) R -(OCR2R3CR4R5)i-(OCH2CHR6)m-(OCH2CH2)n-OH (la) In a first step, alk (en) ylpolyalkoxylate of the general formula (Ia) R - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5) i (OCH 2 CHR 6) m - (OCH 2 CH 2) n-OH (la)
durch Alkoxylierung von verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Alkoholen R1OH mit -sofern vorhanden- Alkylenoxiden mit 4 bis 10 Koh- lenstoffatomen, bevorzugt Butylenoxid, Propylenoxid und Ethylenoxid hergestellt, wobei die Alkylenoxide in der genannten Reihenfolge angewandt werden. by alkoxylation of branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic alcohols R 1 OH with -soofern existing alkylene oxides having 4 to 10 carbon atoms, preferably produced butylene oxide, propylene oxide and ethylene oxide, wherein the alkylene oxides are used in the order mentioned.
Sofern Butylenoxid eingesetzt wird, können prinzipiell alle Isomeren, 1 ,2-Butenoxid, 2,3-Butenoxid oder Isobutenoxid eingesetzt werden. Bevorzugt ist 1 ,2-Butenoxid. Vor- teilhaft können auch technische Mischungen eingesetzt werden, welche als Hauptbestandteil 1 ,2-Butenoxid und daneben weitere Butenoxid-Isomere umfassen. Insbeson- dere können Mischungen eingesetzt werden, welche mindestens 70 mol %, bevorzugt mindestens 80 mol % und besonders bevorzugt mindestens 95 mol % 1 ,2-Butenoxid umfassen. Geeignete Alkohole R1OH sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. Bei linearen Alkoholen kann sich beispielsweise um Fettalkohole bzw. Gemische verschiedener Fettalkohole handeln. Lineare Alkohole können aber auch durch Oligomerisation von Ethylen und anschließender Funktionionalierung hergestellt werden (z.B. Ziegler- Prozess). Zur Synthese von Tensiden mit verzweigten Kohlenwasserstoffresten kön- nen Oxoalkohole oder Guerbetalkohole eingesetzt werden. If butylene oxide is used, in principle all isomers, 1, 2-butene oxide, 2,3-butene oxide or isobutene oxide can be used. Preference is 1, 2-butene oxide. Advantageously, it is also possible to use technical mixtures which comprise 1, 2-butene oxide as the main constituent and, in addition, further butene oxide isomers. par- It is also possible to use mixtures which comprise at least 70 mol%, preferably at least 80 mol% and particularly preferably at least 95 mol% of 1,2-butene oxide. Suitable alcohols R 1 OH are known to the person skilled in the art and are commercially available. For example, linear alcohols can be fatty alcohols or mixtures of different fatty alcohols. However, linear alcohols can also be prepared by oligomerization of ethylene and subsequent functionalization (eg Ziegler process). For the synthesis of surfactants with branched hydrocarbon radicals oxo alcohols or Guerbet alcohols can be used.
Zur Synthese bevorzugter Tenside mit C5Hn-CH(C3H7)-CH2- als Reste R1 wird der Alkohol C5HiiCH(C3H7)CI-l20l-l eingesetzt, wobei C5H11- und C3H7- die oben genannte Bedeutung, einschließlich der oben genannten bevorzugten Bedeutung haben. For the synthesis of preferred surfactants with C 5 Hn-CH (C 3 H 7) -CH 2 - radicals R 1 , the alcohol C5HiiCH (C3H 7 ) CI-l20l-l is used, wherein C5H11 and C3H7- have the abovementioned meaning, including the preferred meaning mentioned above to have.
Alkohole C5HnCH(C3H7)CH20H können durch Aldolkondensation von Valeraldehyd und nachfolgende Hydrierung hergestellt werden. Die Herstellung von Valeraldehyd und den entsprechenden Isomeren erfolgt durch Hydroformylierung von Buten, wie beispielsweise in US 4,287,370; Beilstein E IV 1 , 32 68, Ullmanns Encyclopedia of In- dustrial Chemistry, 5. Auflage, Band A1 , Seiten 323 und 328 f beschrieben. Die nachfolgende Aldolkondensation ist beispielsweise beschrieben in US 5,434,313 und Römpp, Chemie Lexikon, 9. Auflage, Stichwort "Aldol-Addition" Seite 91. Die Hydrierung des Aldolkondensationsprodukt.es folgt allgemeinen Hydrierbedingungen. Alkohole C5HnCH(C3H7)CH20H können weiterhin aus 1 -Pentanol mittels der Guerbet- Reaktion hergestellt werden. Hierzu können auch technische 1 -Pentanole eingesetzt werden, welche in der Regel gewisse Mengen an Methyl-1 -butanolen enthalten. Bei der Guerbet-Reaktion werden die 1 -Pentanole in Gegenwart von KOH bei erhöhten Temperaturen umgesetzt, siehe z.B. Marcel Guerbet, CR. Acad Sei Paris 128, 51 1 , 1002 (1899), Römpp, Chemie Lexikon, 9. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, und die dort genannte Literatur sowie Tetrahedron, Vol. 23, Seiten 1723 bis 1733. Alcohols C5HnCH (C3H7) CH20H can be prepared by aldol condensation of valeraldehyde followed by hydrogenation. The preparation of valeraldehyde and the corresponding isomers is carried out by hydroformylation of butene, as described for example in US 4,287,370; Beilstein E IV 1, 32 68, Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, volume A1, pages 323 and 328 f. The subsequent aldol condensation is described, for example, in US Pat. No. 5,434,313 and Römpp, Chemie Lexikon, 9th edition, keyword "aldol addition" on page 91. The hydrogenation of the aldol condensation product follows general hydrogenation conditions. Alcohols C5HnCH (C3H 7) CH20H can also be prepared from 1 pentanol by the Guerbet reaction. For this purpose, technical 1-pentanols can be used, which usually contain certain amounts of methyl-1-butanols. In the Guerbet reaction, the 1-pentanols are reacted in the presence of KOH at elevated temperatures, see, eg, Marcel Guerbet, CR. Acad Sei Paris 128, 51 1, 1002 (1899), Rompp, Chemie Lexikon, 9th edition, Georg Thieme Verlag Stuttgart, and the literature mentioned there and Tetrahedron, Vol 23, pages 1723-1733.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Alkohol R1OH C5HiiCH(C3H7)CH20H eingesetzt, wobei für 70 bis 99 mol % des Alkohols C5Hn- die Bedeutung n-CsHn- hat und für 1 bis 30 Gewichtsprozent des Alkohols C5H11- die Bedeutung C2H5CH(CH3)CH2- und/oder CH3CH(CH3)CH2CH2- hat. Derartige Alkohole sind kommerziell erhältlich. In a preferred embodiment of the invention, the alcohol R 1 OH used is C 5 Hich (C 3 H 7 ) CH 2 OH, where 70 to 99 mol% of the alcohol C 5 Hn have the meaning n-CsHn and 1 to 30 percent by weight of the alcohol C5H11- the importance C2H 5 CH (CH 3) CH 2 and / or CH 3 CH (CH 3) CH 2 CH 2 has. Such alcohols are commercially available.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei R1OH um 2-Propylheptanol-1 HsCCHzCHzCHzCHzCH vCsH^CHzOH. Die Durchführung der oben genannten Alkoxylierung ist dem Fachmann prinzipiell bekannt. Es ist dem Fachmann ebenfalls bekannt, dass man durch die Reaktionsbedingungen, insbesondere die Wahl des Katalysators, die Molekulargewichtsverteilung der Alkoxylate beeinflussen kann. In a further embodiment of the invention, R 1 OH is 2-propylheptanol-1 HsCCHzCHzCHzCHzCH vCsH ^ CHzOH. The execution of the abovementioned alkoxylation is known in principle to the person skilled in the art. It is also known to the person skilled in the art that the reaction conditions, in particular the choice of catalyst, can influence the molecular weight distribution of the alkoxylates.
So können die Alkohole gemäß der allgemeinen Formel (la) beispielsweise durch Ba- sen-katalysierte Alkoxylierung hergestellt werden. Dabei kann der Alkohol R1OH in einem Druckreaktor mit Alkalimetallhydroxiden, bevorzugt Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Erdalkalihydroxiden oder mit Alkalialkoholaten, wie beispielsweise Natriumme- thylat, versetzt werden. Durch verminderten Druck (beispielsweise < 100 mbar) und/oder Erhöhung der Temperatur (30 bis 150°C) kann noch in der Mischung vorhandenes Wasser bzw. Methanol abgezogen werden. Der Alkohol liegt danach teilweise als das entsprechende Alkoholat vor. Anschließend wird mit Inertgas (zum Beispiel Stickstoff) inertisiert und das oder die Alkylenoxid(e) bei Temperaturen von 90 bis 180°C bis zu einem Druck von maximal 10 bar schrittweise zugegeben. Gemäß einer Ausführungsform wird das Alkylenoxid anfangs bei 120°C zudosiert. Im Laufe der Reaktion steigt durch die freiwerdende Reaktionswärme die Temperatur auf bis zu 170°C an. Die Wartezeit zwischen Injektion der verschiedenen Alkylenoxide kann in einer Ausführungsform verkürzt werden, so dass das zuletzt injizierte Alkylenoxid noch nicht vollständig abreagiert ist und sich durch das neu injizierte Alkylenoxid sich Mischblöcke mit geringen Mengen der vorher zugegebenen Alkylenoxids ausbilden. Sofern vorhanden kann dabei zuerst Butylenoxid bei einer Temperatur im Bereich von 125 bis 145°C zugegeben werden, daraufhin das Propylenoxid bei einer Temperatur im Bereich von 125 bis 145°C und anschließend das Ethylenoxid bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 155°C. Im Fall der Abwesenheit von Butylenoxy-Einheiten im Molekül wird zuerst Propylenoxid und dann Ethylenoxid in zudosiert. Am Ende der Reaktion kann der Katalysator beispielsweise durch Zugabe von Säure (beispielsweise Essigsäure, Zitronensäure oder Phosphorsäure) neutralisiert und bei Bedarf abfiltriert werden. Die Alkoxylierung der Alkohole R1OH kann selbstverständlich mittels anderer Methoden vorgenommen werden, beispielsweise durch säurekatalysierte Alkoxylierung. Weiterhin können beispielsweise Doppelhydroxidtone, wie in DE 4325237 A1 beschrieben, eingesetzt werden oder es können Doppelmetallcyanid-Katalysatoren (DMC- Katalysatoren) verwendet werden. Geeignete DMC-Katalysatoren sind beispielsweise in der DE 10243361 A1 , insbesondere in den Abschnitten [0029] bis [0041] sowie der dort zitierten Literatur, offenbart. Beispielsweise können Katalysatoren vom Zn-Co-Typ eingesetzt werden. Zur Durchführung der Reaktion kann der Alkohol R1OH mit dem Katalysator versetzt, die Mischung wie oben beschrieben entwässert und mit den Alky- lenoxiden wie beschrieben umgesetzt werden. Es werden üblicherweise nicht mehr als 1000 ppm Katalysator bezüglich der Mischung eingesetzt und der Katalysator kann aufgrund dieser geringen Menge im Produkt verbleiben. Die Katalysatormenge kann in der Regel geringer sein als 1 .000 ppm, beispielsweise 250 ppm oder 100 ppm oder weniger. Thus, the alcohols according to the general formula (Ia) can be prepared, for example, by base-catalyzed alkoxylation. In this case, the alcohol R 1 OH can be mixed in a pressure reactor with alkali metal hydroxides, preferably potassium hydroxide, sodium hydroxide, alkaline earth metal hydroxides or with alkali metal alkoxides, such as, for example, sodium methylate. By reduced pressure (for example <100 mbar) and / or increasing the temperature (30 to 150 ° C), water or methanol still present in the mixture can be removed. The alcohol is then partly present as the corresponding alkoxide. The mixture is then inertized with inert gas (for example nitrogen) and the alkylene oxide (s) is added stepwise at temperatures of 90 to 180 ° C up to a maximum pressure of 10 bar. In one embodiment, the alkylene oxide is initially metered in at 120 ° C. In the course of the reaction, the temperature rises up to 170 ° C due to the released heat of reaction. The delay between injection of the various alkylene oxides can be shortened in one embodiment, so that the last injected alkylene oxide is not fully reacted and form by the newly injected alkylene oxide mixing blocks with small amounts of the previously added alkylene oxide. If present, butylene oxide can be added first at a temperature in the range of 125 to 145 ° C, then the propylene oxide at a temperature in the range of 125 to 145 ° C and then the ethylene oxide at a temperature in the range of 120 to 155 ° C. In the case of the absence of butyleneoxy units in the molecule, first propylene oxide and then ethylene oxide are metered in. At the end of the reaction, the catalyst can be neutralized, for example by addition of acid (for example acetic acid, citric acid or phosphoric acid) and filtered off if necessary. The alkoxylation of the alcohols R 1 OH can of course be carried out by other methods, for example by acid-catalyzed alkoxylation. Furthermore, it is possible to use, for example, double hydroxide clays as described in DE 4325237 A1 or it is possible to use double metal cyanide catalysts (DMC catalysts). Suitable DMC catalysts are disclosed, for example, in DE 10243361 A1, in particular in sections [0029] to [0041] and in the literature cited therein. For example, Zn-Co type catalysts can be used. To carry out the reaction, the alcohol R 1 OH is admixed with the catalyst, the mixture is dehydrated as described above and reacted with the alkylene oxides as described. It is usually not more than 1000 ppm catalyst used with respect to the mixture and the catalyst may remain in the product due to this small amount. The amount of catalyst can be in typically less than 1000 ppm, for example 250 ppm or 100 ppm or less.
Die erhaltenen Alk(en)ylpolyalkoxylate (la) werden in einem oder mehreren weiteren Reaktionsschritten sulfoniert, wobei die Tenside (I) erhalten werden. The resulting alk (en) ylpolyalkoxylates (Ia) are sulfonated in one or more further reaction steps, the surfactants (I) being obtained.
Die Sulfonierung kann beispielsweise durch Substitution der OH-Gruppe des Alkoxyla- tes gegen Cl unter Verwendung von Phosgen oder Thionylchlorid erfolgen. Die Umsetzung kann in Gegenwart eines Lösungsmittels wie z.B. Chlorbenzol vorgenommen werden. Dabei frei werdende HCl sowie freiwerdendes CO2 oder SO2 kann vorteilhaft durch Strippen mit Stickstoff aus dem System entfernt, so dass eine Etherspaltung unterbunden wird. Die Alkylalkoxychlor-Verbindung wird im Anschluss daran mit einer wässrigen Lösung von Natriumsulfit umgesetzt, wobei das Chlorid durch Sulfit substituiert wird und das Alkylethersulfonat erhalten wird. Die Substitution kann in Gegenwart eines Phasenvermittlers (bspw. Cr bis Cs-Alkohole) bei einer Temperatur 100 - 180°C und Druck vorgenommen werden. Hierdurch wird eine terminale Gruppe -CH2CH2- SO3M erhalten, d.h. R10 ist eine Ethylengruppe -CH2CH2-. Eine Alternative zur Chlorierung stellt die Sulfatierung der Alkylalkoxylate mit SO3 in einem Fallfilmreaktor und nachfolgender Neutralisation mit NaOH dar. Das gebildete Alkylethersulfat kann mittels nucleophiler Substitution der Sulfatgruppe durch Natriumsulfit analog der obigen Beschreibung in das Alkylethersulfonat übergeführt werden. Die Alkylethersulfonate (III) können alternativ durch Addition von Vinylsulfonsäure an das Alkylalkoxylat erhalten werden. Einzelheiten hierzu sind beispielsweise in EP 31 1 961 A1 beschrieben. In diesem Falle wird ein Alkylethersulfonat mit einer terminalen Gruppe -CH2CH2-SO3M er- halten. Alkylethersulfonatemit einer terminalen Gruppe -CH2-CH2-CH2-SO3M (d.h. R10 = -CH2CH2CH2- können erhalten werden, indem man das Alkylalkoxylat mit 1 ,3- Propansulton umsetzt. Alk(en)ylethersulfonate mit einer terminalen Gruppe -CH2- CH(OH)-CH2-S03M sind durch die Umsetzung des entsprechenden Alk(en)ylpolyalkoxylates mit Epichlorhydrin und nachfolgender nucleophiler Substitution der Chloridgruppe durch Natriumsulfit zugänglich. The sulfonation can be carried out, for example, by substitution of the OH group of the alkoxylate for Cl using phosgene or thionyl chloride. The reaction can be carried out in the presence of a solvent such as chlorobenzene. HCl liberated as well as liberated CO2 or SO2 can advantageously be removed from the system by stripping with nitrogen so that ether cleavage is prevented. The alkylalkoxychlor compound is then reacted with an aqueous solution of sodium sulphite, the chloride being substituted by sulphite and the alkyl ether sulphonate being obtained. The substitution may be carried out in the presence of a phase mediator (eg Cr to Cs alcohols) at a temperature of 100-180 ° C and pressure. This gives a terminal group -CH 2 CH 2 -SO 3 M, ie R 10 is an ethylene group -CH 2 CH 2 -. An alternative to chlorination is the sulfation of the alkyl alkoxylates with SO3 in a falling film reactor and subsequent neutralization with NaOH. The alkyl ether sulfate formed can be converted into the alkyl ether sulfonate by nucleophilic substitution of the sulfate group by sodium sulfite analogously to the above description. The alkyl ether sulfonates (III) can alternatively be obtained by addition of vinyl sulfonic acid to the alkyl alkoxylate. Details of this are described for example in EP 31 1 961 A1. In this case, an alkyl ether sulfonate having a terminal group -CH2CH2-SO3M is obtained. Alkyl ether sulfonates having a terminal group -CH 2 -CH 2 -CH 2 -SO 3 M (ie R 10 = -CH 2 CH 2 CH 2 - can be obtained by reacting the alkyl alkoxylate with 1,3-propane sultone Alk (en) yl ether sulfonates having a terminal group -CH 2 -CH ( OH) -CH 2 -SO 3 M are accessible by the reaction of the corresponding alk (en) ylpolyalkoxylates with epichlorohydrin and subsequent nucleophilic substitution of the chloride group by sodium sulfite.
Eine wichtige Anforderung an Tenside zum C02-Fluten ist eine ausreichende Langzeitstabilität unter Lagerstättenbedingungen. Das Fluten eines Ölfelds mit CO2 erfolgt in der Regel über Monate, wenn nicht gar über einige Jahre, und dementsprechend müssen die Tenside zumindest einige Monate unter Lagerstättenbedingungen, d.h. einer hohen Temperatur, hohen Salinität sowie einem stark sauren pH-Wert (ca. pH 3 aufgrund des CO2) stabil bleiben. Alk(en)ylpolyethersulfate hydrolysieren aufgrund des sauren pH unter Lagerstättenbedingungen. Obwohl insbesondere in der Patentliteratur häufig beschrieben, sind daher Sulfate zum C02-Fluten nicht gut geeignet, weil sie unter sauren Bedingungen nicht langzeitstabil sind. Die beschriebenen An important requirement for surfactants for CO 2 flooding is sufficient long-term stability under reservoir conditions. The flooding of an oil field with CO2 usually takes months, if not years, and accordingly, the surfactants must be stored at least a few months under reservoir conditions, i. a high temperature, high salinity and a strongly acidic pH (about pH 3 due to the CO2) remain stable. Alk (en) yl polyether sulfates hydrolyze under reservoir conditions due to the acidic pH. Although frequently described in particular in the patent literature, therefore, sulfates are not well suited to CO 2 flooding because they are not stable in the long term under acidic conditions. The described
Alk(en)ylpolyethersulfonate der allgemeinen Formel (I) haben im Vergleich zu entspre- chenden Alk(en)ylpolyethersulfaten den Vorteil, dass sie im Sauren nicht hydrolysieren und erfüllen somit die Anforderung nach ausreichender Langzeitstabilität. Alk (en) ylpolyethersulfonates of the general formula (I) have, in comparison to corresponding The advantage of these alk (en) ylpolyether sulfates is that they do not hydrolyze in the acidic state and thus fulfill the requirement for adequate long-term stability.
Nichtionische Tenside (II) Nonionic surfactants (II)
Neben den anionischen Tensiden (I) können für das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin optional nichtionische Tenside (II) eingesetzt werden. Bei den nichtionischen Tensiden (II) handelt es sich um Alk(en)ylkoxylate der allgemeinen Formel (II) R8-(OCR2R3CR4R5)x-(OCH2CHR6)y-(OCH2CH2)z-OH (II). In addition to the anionic surfactants (I), it is also possible optionally to use nonionic surfactants (II) for the process according to the invention. The nonionic surfactants (II) is alk (en) ylkoxylate the general formula (II) R 8 - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5) x (OCH 2 CHR 6) y - (OCH 2 CH 2) z-OH (II).
Bei R8 handelt es sich um einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 8 bis 14 Kohlenstoffatomen. R 8 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms, preferably 8 to 18 carbon atoms, particularly preferably 8 to 14 carbon atoms.
Beispiele derartiger Reste R8 umfassen lineare Akylreste wie insbesondere n-Octyl-, n- Nonyl-, n-Decyl-, n-Undecyl-, n-Dodecyl-, n-Tetradecyl-, n-Hexadecyl-, n-Octadecyl-, n-Eicosyl- oder n-Docosylreste. Es kann sich auch um Tenside handeln, welche Gemische verschiedener Reste R1 umfassen. Zu nennen sind hier insbesondere Gemische, welche sich von der Verwendung natürlicher Fettalkohole als Ausgangsmaterial für die Tenside (I) ableiten. Beispielsweise kann es sich um eine Mischung aus n-Dodecyl- und n-Tetradecylreste handeln. Weitere Beispiele von Resten R1 umfassen verzweigte Alkylreste wie 2-Ethylhexyl-, 2-Propylheptyl-, 2-Butyloctyl-, 2-Pentylnonyl-, 2- Hexyldecylreste sowie von Oxoalkoholen abgeleitete Reste wie i-Tridecylreste. Examples of such radicals R 8 include linear alkyl radicals such as in particular n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n-hexadecyl, n-octadecyl, n-eicosyl or n-docosyl residues. It may also be surfactants comprising mixtures of different radicals R 1 . Particularly noteworthy here are mixtures which derive from the use of natural fatty alcohols as starting material for the surfactants (I). For example, it may be a mixture of n-dodecyl and n-tetradecyl. Further examples of radicals R 1 include branched alkyl radicals such as 2-ethylhexyl, 2-propylheptyl, 2-butyloctyl, 2-pentylnonyl, 2-hexyldecyl radicals and radicals derived from oxo alcohols, such as i-tridecyl radicals.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei R8 sich um einen verzweigten Alkylrest der Formel C5Hn-CH(C3H7)-CH2-, wobei es sich bei mindestens 70 mol % der Pentylreste C5H11- um einen n-CsHu-Rest handelt. Bei dem Substituenten in 2-Stellung, dem Propylrest C3H7- kann es sich im einen n-C3H7-Rest oder um einen i-C3H7-Rest handeln. Bevorzugt handelt es sich um einen n-C3H7-Rest. Bei den Pentylresten, die nicht n-Pentylreste sind, handelt es sich bevorzugt um verzweigte 1 -Alkylreste, bevorzugt um einen 2-Methyl-1 -butylrest C2H5CH(CH3)CH2- und/oder um einen 3-Methyl-1 -butylrest CH3CH(CH3)CH2CH2-. In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei 70 bis 99 mol % der Reste C5H11- um n-C5Hn-Reste, und bei 1 bis 30 mol % der Reste C5H11- um C2H5CH(CH3)CH2-Reste und/oder CH3CH(CH3)CH2CH2-Reste. In a preferred embodiment of the invention, R 8 is a branched alkyl radical of the formula C 5 Hn-CH (C 3 H 7) -CH 2 -, where at least 70 mol% of the pentyl radicals C 5 H 11 - is an n-CsHu radical. The substituent in 2-position, the propyl radical C3H7- may be in an n-C3H 7 group or an i-C3H 7 act radical. It is preferably an n-C3H 7 radical. The pentyl radicals which are not n-pentyl radicals are preferably branched 1-alkyl radicals, preferably a 2-methyl-1-butyl radical C2H 5 CH (CH 3) CH 2 - and / or a 3-methyl-1 - butyl CH 3 CH (CH 3) CH 2 CH 2. In one embodiment of the invention, 70 to 99 mol% of the C5H11- radicals are n-C5Hn radicals, and from 1 to 30 mol% of the C5H11 radicals are C 2 H 5 CH (CH 3 ) CH 2 radicals and / or CH 3 CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 radicals.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei R8 um einen 2- Propylheptylrest HsCCHzCHzCHzCHzCH n-CsH^Ch -. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei R8 um einen 2- Ethylhexylrest. In a further embodiment of the invention, R 8 is a 2-propylheptyl radical HsCCHzCHzCHzCHzCH n-CsH ^ Ch -. In a further preferred embodiment, R 8 is a 2-ethylhexyl radical.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei R8 um einen linea- ren, gesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 12 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere um ein Gemisch umfassend n-Dodecyl- und n-Tetradecylreste. In a further preferred embodiment, R 8 is a linear, saturated hydrocarbon radical having 12 to 14 carbon atoms, in particular a mixture comprising n-dodecyl and n-tetradecyl radicals.
In der Formel (II) haben R2, R3, R4, R5 und R6 die oben angegebene Bedeutung und die angegebenen Vorzugsbereiche. In formula (II), R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the meanings given above and the preferred ranges given.
Der Index x steht für eine Zahl von 0 bis 5, bevorzugt 0, der Index y für eine Zahl von 1 bis 15, bevorzugt 1 bis 9, beispielsweise 2 bis 8 und der Index z für eine Zahl von 1 bis 30, bevorzugt 2 bis 20, besonders bevorzugt 5 bis 18, beispielsweise 8 bis 16, wobei die Summe aus x + y + z 5 bis 35, bevorzugt 8 bis 29, beispielsweise 10 bis 25 be- trägt. The subscript x stands for a number from 0 to 5, preferably 0, the index y for a number from 1 to 15, preferably 1 to 9, for example 2 to 8 and the index z for a number from 1 to 30, preferably 2 to 20, particularly preferably 5 to 18, for example 8 to 16, wherein the sum of x + y + z is 5 to 35, preferably 8 to 29, for example 10 to 25.
Die Indices x, y und z werden weiterhin mit der Maßgabe gewählt, dass z > (x+y), bevorzugt z > (x+y) und besonders bevorzugt z > 2(x+y) ist. Es sollen also nicht weniger Ethoxygruppen als -sofern vorhanden- Alkoxygruppen und Propoxygruppen zusam- men vorhanden sein. The indices x, y and z are furthermore selected with the proviso that z> (x + y), preferably z> (x + y) and particularly preferably z> 2 (x + y). Thus, not less ethoxy groups than, if present, alkoxy groups and propoxy groups should be present together.
Die Werte x, y und z sind selbstverständlich Mittelwerte. Wir verweisen hierzu zu der Darstellung bei Tensid (I). Für den Fachmann ist weiterhin klar, dass die Orientierung der Propoxy- und/oder Butoxygruppen je nach Reaktionsbedingungen -OCR2R3CR4R5- bzw. -OCH2CHR6- oder auch -OCR5R4CR3R2-bzw. -OCHR6CH2- sein kann. Durch die Darstellung in Formel (II) soll keine Aussage hinsichtlich der Orientierung der Alkoxyeinheiten gemacht werden. The values x, y and z are of course average values. Please refer to the illustration for surfactant (I). It is further clear to the person skilled in the art that the orientation of the propoxy and / or butoxy groups depends on the reaction conditions -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - or -OCH 2 CHR 6 - or -OCR 5 R 4 CR 3 R 2 - respectively. -OCHR 6 CH 2 - can be. The representation in formula (II) is not intended to indicate the orientation of the alkoxy units.
In der obigen Formel (II) sind die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- blockartig in der in Formel (I) angegebenen Reihenfolge angeordnet. Es ist dem Fachmann aber bekannt, dass im Zuge einer Alkoxylierung geringe Rest an Alkylenoxiden verbleiben können. Nach Zugabe des nächsten Alkylenoxids können diese dann in den zweiten Block einpolymerisiert werden, so dass sich geringe Anteile eines Alkylenoxids im„falschen" Block befinden. In der Regel sind mindestens 90 % der obigen Reste in der in Formel (I) angegebenen Reihenfolge angeordnet, d.h. mindestens 90 % der Reste finden sich auch im„richtigen" Block. Die Herstellung der Tenside (I I) erfolgt durch Alkoxylierung von verzweigten, aliphatischen Alkoholen R8OH mit -sofern vorhanden- Alkylenoxiden mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt Butylenoxid, Propylenoxid und Ethylenoxid, wobei die Alkylenoxide in der genannten Reihenfolge angewandt werden. Einzelheiten zur Herstellung wurden bereits im Zusammenhang mit der Herstellung der Alk(en)ylpolyalkoxylate der allgemeinen Formel (la) ausführlich geschildert. Auf diese Darstellung wird ausdrücklich verwiesen. In the above formula (II), the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (I). However, it is known to the person skilled in the art that small amounts of alkylene oxides can remain in the course of an alkoxylation. After addition of the next alkylene oxide, these can then be copolymerized into the second block so that small amounts of an alkylene oxide are in the "wrong" block. [. In] As a rule, at least 90% of the above radicals are arranged in the order given in formula (I), ie at least 90% of the radicals are also found in the "right" block. The preparation of the surfactants (II) is carried out by alkoxylation of branched aliphatic alcohols R 8 OH with -soof existing alkylene oxides having 4 to 10 carbon atoms, preferably butylene oxide, propylene oxide and ethylene oxide, wherein the alkylene oxides are used in the order mentioned. Details of the preparation have already been described in detail in connection with the preparation of the alk (en) ylpolyalkoxylates of the general formula (Ia). This presentation is expressly referred to.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat R8 die gleiche Bedeutung wie R1 , einschließlich der bevorzugten Bereiche von R1 und für die Indices x, y, und z gilt x = I, y = m und z = n, wobei n, I und m die jeweils oben definierten Werte, einschließlich der bevorzugten Bereiche annehmen können. In a preferred embodiment of the invention, R 8 has the same meaning as R 1 , including the preferred ranges of R 1 and for the indices x, y, and z holds x = I, y = m and z = n, where n, l and m can take the values defined above, including the preferred ranges.
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Alkohol R8OH um einen Alkohol R1OH. Dieser wird zunächst in der beschriebenen Art und Weise alkoxyliert und anschließend wie oben beschrieben sulfoniert, aber nur teilweise, d.h. er verbleiben noch nicht sulfonierte terminale OH-Gruppen. Bei dieser Vorgehensweise erhält man ein Gemisch aus einem Tensid (I) und einem Tensid (I I) wobei gilt R9 = R1 , 1 = x, m = y und n = z. In a further preferred embodiment of the invention, the alcohol R 8 OH is an alcohol R 1 OH. This is first alkoxylated in the manner described and then sulfonated as described above, but only partially, ie he remains not yet sulfonated terminal OH groups. In this procedure, a mixture of a surfactant (I) and a surfactant (II) is obtained wherein R 9 = R 1 , 1 = x, m = y and n = z.
Nichtionische Tenside (I II) Nonionic surfactants (I II)
Neben den anionischen Tensiden (I) können für das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin optional nichtionische Tenside (I I I) eingesetzt werden. Bei den nichtionischen Tensiden (II I) handelt es sich um Alkylphenolpolyakoxylate der allgemeinen Formel (II I) In addition to the anionic surfactants (I), it is also possible optionally to use nonionic surfactants (II) for the process according to the invention. The nonionic surfactants (II I) are alkylphenol polyakoxylates of the general formula (II I)
R9-C6H4-0-(OCR2R3CR4R5)u-(OCH2CHR6)v-(OCH2CH2)w-OH (I I I). R 9 -C 6 H 4 -O- (OCR 2 R 3 CR 4 R 5 ) u- (OCH 2 CHR 6 ) v- (OCH 2 CH 2 ) w -OH (III).
In der Formel (I I I) steht R9 für einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen. In the formula (III), R 9 is a linear or branched alkyl radical having 8 to 12 carbon atoms.
Die Gruppe -ΟβΗ4- steht für eine Phenylengruppe, bevorzugt eine 1 ,4-Phenylengruppe. The group -ΟβΗ 4 - represents a phenylene group, preferably a 1, 4-phenylene group.
In der Formel (I I I) haben R2, R3, R4, R5 und R6 die oben angegebene Bedeutung und die angegebenen Vorzugsbereiche. In the formula (III), R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the abovementioned meaning and the preferred ranges given.
Der Index u steht für eine Zahl von 0 bis 5, bevorzugt 0, der Index v für eine Zahl von 0 bis 15, bevorzugt 0 und der Index w für eine Zahl von 5 bis 30, bevorzugt 6 bis 20, besonders bevorzugt 8 bis 18, wobei die Summe aus u + v + w 5 bis 35, bevorzugt 6 bis 29, beispielsweise 8 bis 20 beträgt. Die Indices u, v und w werden weiterhin mit der Maßgabe gewählt, dass u ä (v+w), bevorzugt u > (v+w) und besonders bevorzugt u ä 2(v+w) ist. Es sollen also nicht weniger Ethoxygruppen als -sofern vorhanden- Alkoxygruppen und Propoxygruppen zusammen vorhanden sein. Die Werte u, v und w sind selbstverständlich Mittelwerte. Wir verweisen hierzu zu der Darstellung bei Tensid (I). The subscript u stands for a number from 0 to 5, preferably 0, the index v for a number from 0 to 15, preferably 0 and the index w for a number from 5 to 30, preferably 6 to 20, particularly preferably 8 to 18 where the sum of u + v + w is 5 to 35, preferably 6 to 29, for example 8 to 20. The subscripts u, v and w are further selected with the proviso that u a (v + w), preferably u> (v + w), and particularly preferably u ä 2 (v + w). Thus, not less ethoxy groups should be present than alkoxy groups and propoxy groups if they are present. The values u, v and w are of course average values. Please refer to the illustration for surfactant (I).
Die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- sind blockartig in der in Formel (III) angegebenen Reihenfolge angeordnet. Weitere Cotenside The radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order given in formula (III). Other cosurfactants
Neben den nichtionischen Tensiden gemäß der allgemeinen Formel (I) sowie gegebenenfalls den Tensiden (II) und/oder (III) können optional noch weitere Tenside eingesetzt werden. Beispiele zusätzlicher Cotenside umfassen anionische Tenside wie Pa- raffinsulfonate, Olefinsulfonate (alpha-Olefinsulfonate oder interne Olefinsulfonate), nichtionische Tenside wie von den Tensiden (II) verschiedene Alkylethoxylate oder Polyalkoxylate aufgebaut aus Propylenoxid und Ethylenoxid oder Tenside, welche permanent kationisch (mit Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppen quaternisierte Alkylamine wie z.B. Ν,Ν,Ν-Trimethyl-Dodecylammoniumchlorid) oder unter den Lagerstättenbe- dingungen kationisch sind (z.B. Alkylaminalkoxylate, welche bei pH3 kationisch sind). In addition to the nonionic surfactants according to the general formula (I) and optionally the surfactants (II) and / or (III), it is optionally possible to use further surfactants. Examples of additional cosurfactants include anionic surfactants such as paraffin sulfonates, olefin sulfonates (alpha-olefin sulfonates or internal olefinsulfonates), nonionic surfactants such as alkyl ethoxylates other than the surfactants (II) or polyalkoxylates composed of propylene oxide and ethylene oxide or surfactants which are permanently cationic (with alkyl or alkoxy) Hydroxyalkyl-quaternized alkylamines such as Ν, Ν, Ν-trimethyl-dodecylammonium chloride) or cationic under the conditions of the reservoir (eg alkylamine alkoxylates which are cationic at pH 3).
Formulierung (F) der Tenside Formulation (F) of the surfactants
Für das erfindungsgemäße Verfahren können die Tenside (I), optional weitere Tenside, insbesondere die Tenside (II) und (III) sowie optional weitere Komponenten als solche eingesetzt werden, beispielsweise können die genannten Tenside und/oder weitere Komponenten direkt in flüssigem oder überkritischem C02 gelöst werden. For the process according to the invention, the surfactants (I), optionally further surfactants, especially the surfactants (II) and (III) and optionally further components can be used as such, for example, the surfactants and / or other components mentioned directly in liquid or supercritical C0 2 are solved.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die genannten Kompo- nenten aber in Form einer geeigneten wässrigen Formulierung (F) eingesetzt. Diese wässrige Formulierung (F) kann in flüssiges oder überkritisches CO2 eindosiert und injiziert werden oder die wässrige Formulierung kann als solche oder auch nach weiterer Verdünnung in die Formation injiziert werden. Bei der genannten Formulierung (F) kann es sich insbesondere um ein wässriges Konzentrat handeln, welches vor Ort oder auch in einer davon entfernten chemischen Produktionsstätte hergestellt werden kann. Die Gesamtkonzentration aller Tenside in einem solchen wässrigen Konzentrat wird vom Fachmann je nach den gewünschten Eigenschaften gewählt. Sie kann 20 bis 90 Gew.-% bezüglich aller Komponenten des Konzentrats betragen. Das Konzentrat kann vor dem Injizieren mit flüssigem oder überkritischen CO2 und/oder weiteren wässrigen Lösemitteln auf die gewünschte Einsatzkonzentration verdünnt werden wie noch weiter unten geschildert werden wird. In a preferred embodiment of the invention, however, the abovementioned components are used in the form of a suitable aqueous formulation (F). This aqueous formulation (F) can be metered into liquid or supercritical CO2 and injected or the aqueous formulation can be injected as such or after further dilution into the formation. The stated formulation (F) may in particular be an aqueous concentrate which can be produced on site or else in a chemical production plant remote therefrom. The total concentration of all surfactants in such an aqueous concentrate is chosen by the skilled person depending on the desired properties. It may be 20 to 90 wt .-% with respect to all components of the concentrate. The concentrate may be liquid or liquid prior to injection supercritical CO2 and / or other aqueous solvents are diluted to the desired use concentration as will be described below.
Neben Wasser können die Formulierungen (F) optional auch noch mit Wasser misch- bare oder zumindest in Wasser dispergierbare organische Lösemittel umfassen. Derartige Zusätze dienen insbesondere zur Stabilisierung der Tensidlosung während der Lagerung beziehungsweise des Transports zum Ölfeld. Die Menge derartiger zusätzlicher Lösungsmittel sollte aber im Regelfall 50 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-% nicht überschreiten. Beispiele mit Wasser mischbarer Lösungsmittel umfassen insbesondere Alkohole wie Methanol, Ethanol und Propanol, Butanol, sek-Butanol, Methoxypropanol, Pentanol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Methylpropylenglykol, Dipro- pylenglykol, Methyldipropylengykol, Butylethylenglykol, Butyldiethylenglykol oder Butyltriethylenglykol. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ausschließlich Wasser zum Formulieren verwendet. In addition to water, the formulations (F) may optionally also comprise water-miscible or at least water-dispersible organic solvents. Such additives serve in particular to stabilize the Tensidlosung during storage or transport to the oil field. However, the amount of such additional solvents should as a rule not exceed 50% by weight, preferably 20% by weight. Examples of water-miscible solvents include in particular alcohols such as methanol, ethanol and propanol, butanol, sec-butanol, methoxypropanol, pentanol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, methylpropylene glycol, dipropylene glycol, methyldipropylene glycol, butyl ethylene glycol, butyldiethylene glycol or butyltriethylene glycol. In a particularly advantageous embodiment of the invention, only water is used for formulation.
Neben den Tensiden können die wässrigen Formulierungen (F) insbesondere die wässrigen Konzentrate auch noch weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise Scale-Inhibitoren, Biozide, Radikalfänger, Stabilisatoren, Tracer oder Pour-Point- Depressants. Als Pour-Point-Depressants eignen sich insbesondere die oben genann- ten Alkohole. In addition to the surfactants, the aqueous formulations (F), in particular the aqueous concentrates, may also comprise further components, for example scale inhibitors, biocides, radical scavengers, stabilizers, tracers or pour-point depressants. Particularly suitable pour point depressants are the abovementioned alcohols.
Verfahren zur Erdölförderung mittels CQ2-Fluten Process for oil production by means of CQ2 floods
Für das erfindungsgemäße Verfahren zum C02-Fluten werden in eine Erdöllagerstätte mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine davon entfernte Produktionsbohrung niedergebracht. In der Regel wird eine Lagerstätte mit mehreren Injektionsbohrungen und mit mehreren Produktionsbohrungen versehen. For the method according to the invention for CO 2 flooding, at least one injection well and at least one production well removed therefrom are drilled into a crude oil deposit. As a rule, a deposit is provided with multiple injection wells and multiple production wells.
Bei den Erdöllagerstätten, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, kann es sich prinzipiell um beliebige Lagerstätten, beispielsweise um Carbonat- Gesteine umfassende Formationen oder um Sandstein umfassende Formationen handeln. Die Erdöllagerstätten umfassen Erdöl sowie salzhaltiges Lagerstättenwasser, wobei Erdöl, Lagerstättenwasser sowie ggf. Erdgas in Poren, Spalten oder Zwischenräumen der Formation eingelagert ist. The crude oil deposits to which the method according to the invention is applied may, in principle, be any deposits, for example formations comprising carbonate rocks or formations comprising sandstone. The oil reservoirs include oil and saline reservoir water, with petroleum, reservoir water and possibly natural gas stored in pores, crevices or interstices of the formation.
Die Lagerstättentemperatur beträgt in der Regel mindestens 10°C, insbesondere 15°C bis 140°C, bevorzugt 31 °C bis 120°C, besonders bevorzugt 40°C bis 120°C, ganz besonders bevorzugt 50°C bis 100°C und beispielsweise 60°C bis 90°C. Für den Fachmann ist klar, dass die Lagerstättentemperatur eine gewisse Verteilung um einen Mittelwert aufweisen kann, wobei starke Abweichungen in der Regel weniger durch natürliche Umstände bedingt sind, sondern vor allem durch menschliche Eingriffe, z.B. durch länger andauerndes Wasserfluten oder länger andauerndes Dampffluten. The storage temperature is usually at least 10 ° C, in particular 15 ° C to 140 ° C, preferably 31 ° C to 120 ° C, more preferably 40 ° C to 120 ° C, most preferably 50 ° C to 100 ° C and for example 60 ° C to 90 ° C. It will be clear to those skilled in the art that the reservoir temperature may have some distribution about an average, with large deviations generally less caused by natural circumstances, but especially by human intervention, eg by prolonged flooding or prolonged steam flooding.
Die Gesamtsalinität des Lagerstättenwassers kann bis 350000 ppm betragen, bei- spielsweise 20000 ppm bis 350000 ppm. Das Verfahren kann bevorzugt bei Lagerstätten mit einer Gesamtsalinität von 30000 ppm bis 250000 ppm, bevorzugt 35000 ppm bis 200000 ppm, besonders bevorzugt 35000 ppm bis 180000 ppm, beispielsweise 120000 ppm bis 170000 ppm angewandt werden. Bei den Salzen in der Lagerstätte kann es sich insbesondere um Alkalimetallsalze sowie Erdalkalimetallsalze handeln. Beispiele typischer Kationen umfassen Na+, K+, Mg2+ oder Ca2+ und Beispiele typischer Anionen umfassen Chlorid, Bromid, Hydrogencarbo- nat, Sulfat oder Borat. In der Regel ist zumindest eines oder mehrere Alkalimetallionen, insbesondere zumindest Na+ im Lagerstättenwasser vorhanden. Daneben können auch noch Erdalkalimetallionen vorhanden sein, wobei das Gewichtsverhältnis Alkalimetallionen / Erdalkalimetallionen in der Regel > 5, bevorzugt > 8 ist. Als Anionen sind in der Regel zumindest eines oder mehrere Halogenid-Ionen, insbesondere zumindest Cl" vorhanden. In der Regel beträgt die Menge an Ch zumindest 50 Gew. %, bevorzugt mindestens 80 Gew. % bezüglich der Summe aller Anionen. The total salinity of the reservoir water can be up to 350,000 ppm, for example 20,000 ppm to 350,000 ppm. The method may preferably be applied to deposits having a total salinity of 30,000 ppm to 250,000 ppm, preferably 35,000 ppm to 200,000 ppm, more preferably 35,000 ppm to 180,000 ppm, for example 120,000 ppm to 170,000 ppm. The salts in the deposit may be in particular alkali metal salts and alkaline earth metal salts. Examples of typical cations include Na + , K + , Mg 2+ or Ca 2+ and examples of typical anions include chloride, bromide, bicarbonate, sulfate or borate. As a rule, at least one or more alkali metal ions, in particular at least Na +, are present in the reservoir water. In addition, alkaline earth metal ions may also be present, the weight ratio of alkali metal ions / alkaline earth metal ions generally being> 5, preferably> 8. Suitable anions are usually at least one or more of halide ions, in particular at least Cl "available. In general, the amount of Ch is at least about 50 wt.%, Preferably at least 80 wt.% Relative to the total of all anions.
Durch die mindestens eine Injektionsbohrung wird flüssiges oder überkritisches CO2 sowie mindestens ein anionisches Tensid (I) oder eine Tensidmischung umfassend mindestens ein anionisches Tensid (I) in die Erdölformation injiziert und der Lagerstätte wird durch mindestens eine Produktionsbohrung Erdöl entnommen, wobei das min- destens eine Tensid (I) oder die mindestens ein Tensid (I) umfassende Tensidmischung in flüssigem oder überkritischem CO2 gelöst ist und injiziert wird und/oder in einem wässrigen Medium gelöst ist und injiziert wird. Liquid or supercritical CO2 and at least one anionic surfactant (I) or a surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) are injected into the petroleum formation through the at least one injection well and petroleum is taken from the deposit through at least one production well, the at least one Surfactant (I) or at least one surfactant (I) comprising dissolved in liquid or supercritical CO2 and is injected and / or dissolved in an aqueous medium and injected.
Mit dem Begriff „Erdöl" ist in diesem Zusammenhang selbstverständlich nicht nur pha- senreines Öl gemeint, sondern der Begriff umfasst auch die üblichen Rohöl-Wasser- Emulsionen. Weiterhin wird über die Produktionsbohrung -je nach dem Stadium des Verfahrens- auch injiziertes CO2 gefördert. Of course, the term "petroleum" in this context does not only mean phase-pure oil, but also includes the usual crude oil-water emulsions, and also injects injected CO2 into the production well, depending on the stage of the process.
Beim Einpumpen von CO2 in eine Lagerstätte entscheiden Druck und Temperatur über den physikalischen Zustand des CO2. Das Phasendiagramm von CO2 ist dem Fachmann bekannt. CO2 lässt sich im Temperaturbereich von -56,6°C bis 30,98°C unter Anwendung eines Drucks von mindestens 5,2 bar verflüssigen. Bei weniger als 5,2 bar ist je nach Temperatur nur festes oder gasförmiges CO2 existent. Der kritische Punkt von CO2 liegt bei 30,98 °C und 73,75 bar. Bei Drücken und Temperaturen oberhalb dieser Werte ist CO2 überkritisch, d.h. die Phasengrenze flüssig-gasförmig verschwin- det und das CO2 ist annähernd so dicht wie eine Flüssigkeit hat aber weiterhin eine sehr niedrige Viskosität ähnlich der eines Gases. When pumping CO2 into a reservoir, pressure and temperature determine the physical state of CO2. The phase diagram of CO2 is known to the person skilled in the art. CO2 can be liquefied in the temperature range of -56.6 ° C to 30.98 ° C using a pressure of at least 5.2 bar. At less than 5.2 bar, depending on the temperature, only solid or gaseous CO2 exists. The critical point of CO2 is 30.98 ° C and 73.75 bar. At pressures and temperatures above these values, CO2 is supercritical, ie the phase boundary liquid-gaseous disappears. and the CO2 is almost as dense as a liquid but still has a very low viscosity similar to that of a gas.
Zum Erzeugen von flüssigem oder überkritischem CO2 kann gasförmiges CO2 vor Ort komprimiert werden, beispielsweise ausgehend von gefördertem CO2, oder CO2 kann bereits in komprimiertem Zustande angeliefert werden. Der zum Injizieren notwendige Mindestdruck ergibt sich aus der Lagerstättentemperatur und wird so gewählt, dass das injizierte CO2 bei der jeweiligen Lagerstättentemperatur in flüssigem oder überkritischem Zustande vorliegt. Bewährt hat es sich, zum C02-Fluten die Dichte des CO2 unter Lagerstättenbedingungen auf 0,65 g/ml bis 0,95 g/ml, bevorzugt 0,70 g/ml bis 0,90 g/ml einzustellen. Die Dichte der CO2 in Abhängigkeit von Druck und Temperatur kann einschlägigen Tabellen entnommen werden. To generate liquid or supercritical CO2, gaseous CO2 can be compressed on-site, for example from CO2 produced, or CO2 can already be delivered in a compressed state. The minimum pressure required for injection results from the reservoir temperature and is selected such that the injected CO2 is in a liquid or supercritical state at the respective reservoir temperature. It has proven useful to adjust the CO 2 flooding the density of CO2 under reservoir conditions to 0.65 g / ml to 0.95 g / ml, preferably 0.70 g / ml to 0.90 g / ml. The density of CO2 as a function of pressure and temperature can be found in relevant tables.
Das Injizieren des mindestens einen nichtionisches Tensid (I) oder der Tensidmi- schung umfassend mindestens ein nichtionisches Tensid (I) kann mittels verschiedener Techniken erfolgen. Injecting the at least one nonionic surfactant (I) or the surfactant mixture comprising at least one nonionic surfactant (I) can be carried out by various techniques.
In einer ersten Ausführungsform (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die eingesetzten Tenside beziehungsweise Tensidmischungen sowie optional weitere Komponenten in flüssigem oder überkritischem CO2 gelöst und die C02-Lösung wird in die unterirdische Erdöllagerstätte injiziert. Derartige Prozesse werden auch als Surfactant-in-Gas-Prozess (SinG) bezeichnet. In a first embodiment (A) of the process according to the invention, the surfactants or surfactant mixtures used as well as optionally further components are dissolved in liquid or supercritical CO 2 and the CO 2 solution is injected into the subterranean crude oil deposit. Such processes are also referred to as surfactant-in-gas (SinG) processes.
Bei der Ausführungsform (A) können das Tensid (I) oder die Tenside (I) umfassende Tensidmischung als solche mit dem CO2 vermischt, gelöst und injiziert werden, oder es kann eine geeignete Formulierung der Tenside eingesetzt werden. Insbesondere können die oben beschriebenen Formulierungen (F), insbesondere als Konzentrate mit einem Tensidgehalt von 20 bis 90 Gew. % bezüglich der Summe aller Komponenten eingesetzt werden und in einen Strom flüssigen oder überkritischen C02's eindosiert und mit dem Strom vermischt werden. In the embodiment (A), the surfactant (I) or the surfactant (I) comprising surfactant mixture can be mixed as such with the CO2, dissolved and injected, or it can be a suitable formulation of the surfactants used. In particular, the formulations (F) described above, in particular as concentrates having a surfactant content of from 20 to 90% by weight with respect to the sum of all components, can be used and metered into a stream of liquid or supercritical CO 2 and mixed with the stream.
Die Menge der Tenside bzw. der Formulierung (F) oder des Konzentrats wird so bemessen, dass die Menge aller Tenside zusammen 0,02 bis 2 Gew. %, bevorzugt 0,02 bis 0,5 Gew.-% bezüglich der Summe aller Komponenten der Lösung von Tensiden in flüssigem oder überkritischem CO2 beträgt. The amount of the surfactants or of the formulation (F) or of the concentrate is such that the amount of all surfactants together 0.02 to 2 wt.%, Preferably 0.02 to 0.5 wt .-% with respect to the sum of all components the solution of surfactants in liquid or supercritical CO2.
Nach dem Eintritt in die Formation fließt das CO2 in Richtung der Produktionsbohrung oder der Produktionsbohrungen und mobilisiert dabei Öl gemäß den eingangs geschilderten Mechanismen. Trifft das flüssige oder überkritische CO2 mit den gelösten Ten- siden nach dem Injizieren in die Formation auf Lagerstättenwasser, so bilden sich CO2- in-Wasser-Emulsionen, welche von dem oder den Tensiden (I) oder Tenside (I) umfassenden Mischungen sowie optional weiteren Tensiden stabilisiert werden. After entering the formation, the CO2 flows in the direction of the production well or the production wells, mobilizing oil according to the mechanisms described above. If the liquid or supercritical CO2 with the dissolved surfactants hits deposit water after being injected into the formation, CO2 in-water emulsions, which are stabilized by the one or more surfactants (I) or surfactants (I) comprising mixtures and optionally other surfactants.
Da bei überkritischem CO2 keine Phasengrenze zwischen gasförmiger und flüssiger Phase mehr vorhanden ist, werden derartige CC n-Wasser-Emulsionen in der Literatur gelegentlich auch als CC n-Wasser-Schäume bezeichnet, und auch die Bezeichnung C02-in-Wasser-Dispersionen kann in der Literatur gefunden werden. Im Folgenden soll aber einheitlich die Bezeichnung CC n-Wasser-Emulsion verwendet werden. Die C02-in-Wasser-Emulsionen weisen eine deutliche höhere Viskosität auf als das CO2 selbst, und somit ist der Unterschied zwischen der Viskosität der CC n-Wasser- Emulsion und dem Erdöl geringer, in der Regel deutlich geringer als der Unterschied zwischen der Viskosität von flüssigem oder überkritischem CO2 und dem Erdöl. Auch die C02-in-Wasser-Emulsionen strömen in Richtung der Produktionsbohrung oder der Produktionsbohrungen. Auch in der Emulsion eingebundenes flüssiges oder überkritisches CO2 kann beim Zusammentreffen mit Öl das Öl in der gleichen Art und Weise wie bereits geschildert mobilisieren. Vorteilhaft erniedrigen die Tenside (I) sowie optional weitere Tenside auch die Grenzflächenspannung zwischen Öl und CO2 und erleichtern somit auch die Vermischbarkeit dieser beiden Phasen. Since no phase boundary between gaseous and liquid phase is present in supercritical CO2, such CC n-water emulsions are occasionally referred to in the literature as CC n-water foams, and the term C02-in-water dispersions can also in the literature can be found. In the following, however, the term CC n-water emulsion is to be used uniformly. The C02-in-water emulsions have a significantly higher viscosity than the CO2 itself, and thus the difference between the viscosity of the CC n-water emulsion and the petroleum is lower, usually much less than the difference between the viscosity of liquid or supercritical CO2 and petroleum. C02-in-water emulsions also flow towards production wells or production wells. Liquid or supercritical CO2, which is incorporated in the emulsion, can also mobilize the oil in the same way as already mentioned when it encounters oil. Advantageously, the surfactants (I) and optionally further surfactants also lower the interfacial tension between oil and CO2 and thus also facilitate the miscibility of these two phases.
Das injizierte flüssige oder überkritische CO2 strömt naturgemäß zunächst in die höher permeablen Zonen. Sobald sich dort beim Zusammentreffen mit Wasser viskosere C02-in-Wasser-Emulsionen bilden wird das Strömen durch die permeablen Zonen deutlich erschwert, so dass nachgepumptes CO2 sich einen Weg durch niederperme- able Zonen sucht und bislang nicht erreichbares Öl mobilisieren kann. Dadurch wird die Ölförderrate gesteigert. Sollte der Kapillardruck in den sehr niederpermeablen Zonen zu hoch werden, kann es zum Zusammenbruch des CO2-in-Wasser-Aggregat.es kommen. Dies ist jedoch nicht von Nachteil, da die sehr niederpermeablen Zonen bei alleinigem Fluten mit CO2 oder im Water-Alternating-Gas-Prozess kaum zugänglich für das CO2 gewesen wären. The injected liquid or supercritical CO2 naturally flows first into the higher permeable zones. As soon as more viscous C02-in-water emulsions form on the water, flow through the permeable zones becomes much more difficult, so that pumped-up CO2 can find its way through low-permeability zones and mobilize previously unreachable oil. This increases the oil production rate. If the capillary pressure in the very low-permeable zones becomes too high, the CO2-water aggregate may collapse. However, this is not a disadvantage since the very low-permeability zones would have been barely accessible to the CO2 if flooded alone with CO2 or in the water-alternating gas process.
In einer zweiten Ausführungsform (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst Wasser oder salzhaltiges Wasser wie beispielsweise Meerwasser oder gefördertes Lagerstättenwasser durch die Injektionsbohrung in die Lagerstätte injiziert. In a second embodiment (B) of the method according to the invention, water or saline water, such as, for example, seawater or produced deposit water, is first injected into the deposit through the injection well.
Anschließend wird analog zu Ausführungsform (A) eine Lösung der eingesetzten Tenside beziehungsweise Tensidmischungen sowie optional weiterer Komponenten in flüssigem oder überkritischem CO2 injiziert. Die Menge der Tenside bzw. der Formulierung (F) oder des Konzentrats wird so bemessen, dass die Menge aller Tenside zusammen 0,02 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,02 bis 0,5 Gew. % bezüglich der Summe aller Komponenten der Lösung von Tensiden in flüssigem oder überkritischem CO2 beträgt. Subsequently, analogously to embodiment (A), a solution of the surfactants or surfactant mixtures used and optionally further components is injected in liquid or supercritical CO2. The amount of surfactants or formulation (F) or of the concentrate is such that the amount of all surfactants together 0.02 to 2 wt .-%, preferably 0.02 to 0.5% by weight with respect to the sum of all components of the solution of surfactants in liquid or supercritical CO2.
Die Abfolge dieser beiden Verfahrensschritte kann einmal oder mehrmals wiederholt werden. An den Kontaktstellen der Wasser-Phase und der C02-Phase bilden sich CO2- in-Wasser-Emulsionen. Derartige Prozesse werden auch als Water-Alternating- Surfactant-in-Gas-Prozess (WAGS) bezeichnet. The sequence of these two process steps can be repeated once or several times. At the contact points of the water phase and the CO 2 phase, CO2-in-water emulsions are formed. Such processes are also referred to as water-aging surfactant-in-gas (WAGS) processes.
In einer dritten Ausführungsform (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wässrige Formulierung der Tenside (I) bzw. Tenside (I) umfassender Tensidmischun- gen in die Formation injiziert und separat flüssiges oder überkritisches CO2. In a third embodiment (C) of the process according to the invention, an aqueous formulation of the surfactants (I) or surfactants (I) comprising surfactant mixtures is injected into the formation and separately liquid or supercritical CO2.
Zum Injizieren können insbesondere die oben geschilderten Konzentrate der Formulierung (F) mit Wasser oder salzhaltigem Wasser vermischt und in die Formation injiziert werden. For injecting, in particular, the above-described concentrates of formulation (F) may be mixed with water or saline water and injected into the formation.
Die Menge der Tenside wird dabei so bemessen, dass die Konzentration aller Tenside zusammen 0,02 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,02 bis 0,5 Gew.-% bezüglich der Summe aller Komponenten der injizierten, wässrigen Lösung beträgt. The amount of surfactants is calculated so that the concentration of all surfactants together is 0.02 to 2 wt .-%, preferably 0.02 to 0.5 wt .-% with respect to the sum of all components of the injected aqueous solution.
Danach wird flüssiges oder überkritisches CO2 in die Lagerstätte injiziert. Die Abfolge dieser beiden Verfahrensschritte kann einmal oder mehrmals wiederholt werden. An den Kontaktstellen der Wasser-Phase und der C02-Phase bilden sich CC n-Wasser- Emulsionen. Derartige Prozesse werden auch als Surfactant-in-Water-Alternating-Gas- Prozess (SAG) bezeichnet. Thereafter, liquid or supercritical CO2 is injected into the deposit. The sequence of these two process steps can be repeated once or several times. At the contact points of the water phase and the CO 2 phase, CC n-water emulsions form. Such processes are also referred to as Surfactant in Water Alternating Gas (SAG) processes.
Zur weiteren Verbesserung der Mobilitätskontrolle in den Ausführungsformen (B) und (C) kann die Wasserphase mit einem wasserlöslichen, verdickend wirkenden Polymer wie beispielsweise Polyacrylamid, teilhydrolisiertem Polyacrylamid, Acrylamid-haltigen Copolymeren, Acrylamid- und sulfonatgruppenhaltigen Copolymeren oder Biopoyme- ren wie Xanthan verdickt werden. To further improve the mobility control in embodiments (B) and (C), the water phase may be thickened with a water-soluble, thickening polymer such as polyacrylamide, partially hydrolyzed polyacrylamide, acrylamide-containing copolymers, acrylamide and sulfonate group-containing copolymers or biopolymers such as xanthan ,
Es ist bevorzugt, die Tenside (I) sowie optional weitere Tenside und Komponenten in flüssigem CO2 oder überkritischem CO2 gelöst zu injizieren (Ausführungsformen (A) und (B)). Diese Varianten haben den Vorteil, dass das Tensid (I) sowie optional weitere Tenside und Komponenten vorhanden sind, wenn das flüssige oder überkritische CO2 nach dem Injizieren in der Formation auf Formationswasser trifft, so dass die schnelle Bildung von CC n-Wasser-Emulsionen ermöglicht wird. It is preferred to inject the surfactants (I) as well as optionally further surfactants and components dissolved in liquid CO2 or supercritical CO2 (embodiments (A) and (B)). These variants have the advantage that the surfactant (I) and optionally further surfactants and components are present when the liquid or supercritical CO2 hits formation water after injection into the formation so that the rapid formation of CC n-water emulsions is possible becomes.
Wird das Tensid gemäß Ausführungsform (C) separat vom CO2 mittels einer wässrigen Lösung injiziert, dann können Wasser und CO2 aufgrund ihrer unterschiedlichen Ei- genschaften in der Formation auch (teilweise) unterschiedliche Fließwege nehmen. Es besteht somit die Gefahr, dass ein Teil des Tensids ungenutzt bleibt. If the surfactant according to embodiment (C) injected separately from the CO2 by means of an aqueous solution, then water and CO2 due to their different egg in the formation also take (partially) different flow paths. There is thus the danger that part of the surfactant remains unused.
Dem Fachmann sind Einzelheiten zur technischen Durchführung des„C02-Flutens", „Water-Alternating-Gas"-Fluten sowie des SinG-, WAGS- und SAG-Prozesses bekannt, und er wendet je nach Art der Lagerstätte eine entsprechende Technik an. The person skilled in the art is familiar with details of the technical implementation of "C02 flooding", "Water Alternating Gas" flooding and the SinG, WAGS and SAG process and applies a corresponding technique depending on the nature of the deposit.
Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsformen für das erfindungsgemäße Verfahren möglich. Beispielsweise kann man die geschilderten CC n-Wasser- Emulsionen bereits vor dem Injizieren aus flüssigem oder überkritischem CO2, Tensi- den (I) sowie optional weiteren Tensiden bilden und die CC n-Wasser Emulsionen injizieren. Of course, further embodiments of the method according to the invention are possible. For example, the described CC n-water emulsions can be formed before injection from liquid or supercritical CO2, tensides (I) and optionally further surfactants, and the CC n-water emulsions injected.
Die Hauptwirkung der erfindungsgemäß verwendeten Tenside (I) liegt in der Stabilisie- rung der C02-Wasser-Grenzfläche und damit in langzeitstabilen CC n-Wasser- Emulsionen. Die Tenside (I) stabilisieren die CC n-Wasser-Emulsionen besser als Tenside gemäß Stand der Technik. Die CC n-Wasser-Emulsionen bleiben deutlich länger stabil als dies bei bekannten Tensiden der Fall ist. Auswahl der Tenside The main effect of the surfactants (I) used according to the invention lies in the stabilization of the CO 2 -water interface and thus in long-term stable CC n-water emulsions. The surfactants (I) stabilize the CC n-water emulsions better than surfactants according to the prior art. The CC n-water emulsions remain stable much longer than is the case with known surfactants. Selection of surfactants
Der Fachmann wählt je nach Art der Lagerstätte mindestens ein Tensid (I) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus. Optional können die Tenside (I) im Gemisch mit weiteren Tensiden (I), mindestens einem Tensid (II) und/oder mindestens einem Tensid (III) eingesetzt werden. Optional können weitere Tenside sowie weitere Komponenten eingesetzt werden. Depending on the nature of the deposit, the person skilled in the art selects at least one surfactant (I) for carrying out the process according to the invention. Optionally, the surfactants (I) may be used in admixture with other surfactants (I), at least one surfactant (II) and / or at least one surfactant (III). Optionally, other surfactants and other components can be used.
Die Art des einzusetzenden Tensids (I) sowie ggf. weiterer Tenside richtet sich nach den Lagerstättenbedingungen, insbesondere nach der Lagerstättentemperatur sowie der Salinität des Lagerstättenwassers. Der Fachmann trifft je nach den Lagerstättenbedingungen eine geeignete Auswahl. The type of surfactant (I) to be used and possibly other surfactants depends on the conditions of the reservoir, in particular on the temperature of the reservoir and the salinity of the reservoir water. The skilled person will make an appropriate choice depending on the reservoir conditions.
In aller Regel sollte der Trübungspunkt des eingesetzten Tensids bzw. der eingesetzten Tensidmischung unter Lagerstättenbedingungen mindestens 1 °C, bevorzugt min- destens 3°C über der Lagerstättentemperatur liegen. Sofern die Lagerstätte eine Verteilung von Lagerstättentemperaturen aufweist, ist damit die höchste Lagerstättentemperatur in dem von dem flüssigen oder überkritischen CO2 bzw. der C02-in-Wasser- Emulsion durchflossenen Bereich gemeint. As a rule, the cloud point of the surfactant or of the surfactant mixture used should be at least 1 ° C., preferably at least 3 ° C., above the reservoir temperature under reservoir conditions. If the deposit has a distribution of store temperatures, this means the highest store temperature in the area through which the liquid or supercritical CO2 or the C02-in-water emulsion flows.
Der Trübungspunkt eines nichtionischen Tensids ist diejenige Temperatur, bei der die Lösung trüb wird. Ursache hierfür ist, dass das Tensid mit steigender Temperatur de- hydratisiert und damit unlöslich wird. Damit trennt sich die Lösung in eine trübe Tensid- reiche und in eine klare Tensid-arme Phase auf. Dieses Phasenverhalten findet man nicht nur bei nichtionischen Tensiden, sondern auch bei Tensiden, welche einen nichtionischen, hydrophilen Molekülteil, beispielsweise eine Polyalkoxygruppe und eine anionische Gruppe aufweisen. Trübungspunkte sind auch bei den anionischen Tensiden (III) dieser Erfindung messbar. The cloud point of a nonionic surfactant is the temperature at which the solution becomes cloudy. The reason for this is that the surfactant increases with increasing temperature. hydrated and thus insoluble. This separates the solution into a cloudy surfactant and a clear, low-surfactant phase. This phase behavior is found not only with nonionic surfactants, but also with surfactants which have a nonionic, hydrophilic moiety, for example a polyalkoxy group and an anionic group. Cloud points are also measurable with the anionic surfactants (III) of this invention.
Der Trübungspunkt wird gemessen, indem man eine klare wässrige Lösung des Tensids in Wasser langsam aufheizt. Der Trübungspunkt eines Tensids hängt von der Konzentration des Tensids und dem Salzgehalt der wässrigen Lösung ab. Eine konkrete Messvorschrift für den Trübungspunkt ist im Beispielteil dieser Anmeldung enthalten. The cloud point is measured by slowly heating a clear aqueous solution of the surfactant in water. The cloud point of a surfactant depends on the concentration of the surfactant and the salt content of the aqueous solution. A specific measurement instruction for the cloud point is contained in the example part of this application.
Der Begriff „unter Lagerstättenbedingungen" in obiger Definition bedeutet, dass der Trübungspunkt des zu verwendenden Tensids (I) oder der Tensid (I) umfassenden Tensid-Mischung in Lagerstättenwasser bei der zur Injektion vorgesehenen Konzentration, also der Konzentration des Tensids im zu injizierenden wässrigen Medium bzw. der Konzentration im zu injizierenden flüssigen oder überkritischen CO2 bestimmt wird. The term "under reservoir conditions" as defined above means that the cloud point of the surfactant (I) or surfactant (I) surfactant mixture in reservoir water at the concentration intended for injection, ie the concentration of surfactant in the aqueous medium to be injected or the concentration in the liquid or supercritical CO2 to be injected.
Der Trübungspunkt der erfindungsgemäß eingesetzten Tenside der Formel (I) R1-(OCR2R3CR4R5)i-(OCH2CHR6)m-(OCH2CH2)n-0-R7-S03- Va Ma+ lässt sich durch die Art des Alkoxylierungsschemas gut an die Bedingungen in der Lagerstätte anpassen. The cloud point of the surfactants of the formula employed in this invention (I) R 1 - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5) i (OCH 2 CHR 6) m - (OCH 2 CH 2) n-0-R 7 V a -S03- M a + can be well adapted to the conditions in the deposit by the nature of the alkoxylation scheme.
Je größer die Anzahl I der Alkoxygruppen -OCR2R3CR4R5- und die Zahl m der Prop- oxygruppen -OCH2CHR6-, desto niedriger der Trübungspunkt und je höher die Anzahl n der Ethoxygruppen, desto höher der Trübungspunkt. Analoge Aussagen gelten für die Cotenside (II) und (III). The greater the number I of alkoxy groups -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 - and the number m of propoxy groups -OCH 2 CHR 6 - the lower the cloud point and the higher the number n of ethoxy groups, the higher the cloud point. Analogous statements apply to cosurfactants (II) and (III).
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man ein Tensid der allgemeinen Formel (I) ein, bei dem I = 0, m = 0 und n = 10 bis 18 ist und die Res- te R1 bis R6 die eingangs definierte Bedeutung haben. Derartige Tenside eignen sich insbesondere für Lagerstätten mit einer Temperatur von 40°C bis 120°C, insbesondere 50°C bis 100°C und beispielsweise 60°C bis 90°C und einer Salinität des Lagerstättenwassers von 35000 ppm bis 180000 ppm, insbesondere 120000 ppm bis 170000 ppm In one embodiment of the process according to the invention, a surfactant of the general formula (I) is used in which I = 0, m = 0 and n = 10 to 18 and the radicals R 1 to R 6 have the meaning defined above. Such surfactants are particularly suitable for deposits with a temperature of 40 ° C to 120 ° C, especially 50 ° C to 100 ° C and for example 60 ° C to 90 ° C and a salinity of the reservoir water of 35000 ppm to 180000 ppm, in particular 120,000 ppm to 170000 ppm
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man eine Mischung aus mindestens einem anionischen Tensid (I) sowie mindestens einem davon verschiedenen nichtionischen Tensid (II) ein. In a further embodiment of the process according to the invention, a mixture of at least one anionic surfactant (I) and at least one nonionic surfactant (II) which is different therefrom is used.
Kombinationen von anionischen Tensiden der Formel (I) mit den nichtionischen Tensiden (II) sind besonders wirtschaftlich. Die anionischen Tenside (I) weisen hervorragen- de technische Eigenschaften auf. Sie sind insbesondere bei höheren Salinitäten und/oder höheren Lagerstättentemperaturen noch sehr gut einsetzbar und weisen eine gute Langzeitstabilität unter Lagerstättenbedingungen auf. Allerdings ist die Herstellung von Alk(en)ylpolyalkoxysulfonaten (Tenside (I)) aufwändig. Zu deren Herstellung müssen zunächst einmal Alk(en)ylpolyalkoxylate (Tenside (II)) hergestellt werden, welche dann in einem ein- oder zweistufigen Verfahren zu Alk(en)ylpolyalkoxysulfonaten umgesetzt werden müssen. Einzelheiten hierzu wurden bereits oben beschrieben. Die Tenside (II) sind also zwangsläufig teurer als die Tensi- de (I). Eine Mischung der Tenside (I) mit den Tensiden (II) senkt somit die Kosten. Combinations of anionic surfactants of the formula (I) with the nonionic surfactants (II) are particularly economical. The anionic surfactants (I) have excellent en technical characteristics. They are still very useful especially at higher salinities and / or higher reservoir temperatures and have good long-term stability under reservoir conditions. However, the preparation of alk (en) ylpolyalkoxysulfonaten (surfactants (I)) is expensive. To prepare them, it is necessary first of all to prepare alk (en) ylpolyalkoxylates (surfactants (II)) which then have to be converted into alk (en) ylpolyalkoxysulphonates in a one- or two-stage process. Details of this have already been described above. The surfactants (II) are therefore necessarily more expensive than the surfactants (I). A mixture of the surfactants (I) with the surfactants (II) thus reduces the cost.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Mischung aus den Tensiden (I) und (II) eingesetzt werden, bei der R8 gleich R1 und I =x, m = y und n = z. Eine derartige Mischung kann hergestellt werden, indem man Tenside (II) nur unvollständig zu Tensiden (I) sulfoniert. In a particularly preferred embodiment of the invention, a mixture of the surfactants (I) and (II) can be used, wherein R 8 is equal to R 1 and I = x, m = y and n = z. Such a mixture can be prepared by only partially surfactants (II) sulfonated to surfactants (I).
Das Gewichtsverhältnis von Tensiden der Formel (I) zu (II) in der Mischung wird vom Fachmann je nach den Anforderungen gewählt. In der Regel beträgt des Gewichtsverhältnis (l)/(ll) 19:1 bis 1 :19, bevorzugt 4:1 bis 1 :9, besonders bevorzugt 2:1 bis 1 :9 und beispielsweise 1 :1 bis 1 :4. Bevorzugte Gesamtmengen wurden bereits erwähnt.  The weight ratio of surfactants of formula (I) to (II) in the mixture is chosen by the skilled person depending on the requirements. As a rule, the weight ratio (I) / (II) is 19: 1 to 1:19, preferably 4: 1 to 1: 9, more preferably 2: 1 to 1: 9 and for example 1: 1 to 1: 4. Preferred total amounts have already been mentioned.
Die Mischung aus den Tensiden (I) und (II) ist auch bei hoher Salinität noch sehr gut in Wasser löslich und auch die Löslichkeit in CO2 ist gut. The mixture of the surfactants (I) and (II) is still very soluble in water even at high salinity and also the solubility in CO2 is good.
Überraschend wurde weiterhin gefunden, dass eine Mischung von Tensiden (I) mit Tensiden (III) synergistische Effekte hinsichtlich der Emulgierfähigkeit aufweist. Die Mischung aus (I) und (II) bindet in der CC n-Wasser-Emulsion mehr salzhaltiges Wasser als dies aufgrund der Messwerte für die Tenside (I) alleine und (II) allein zu erwarten gewesen wäre. Die Adsorption der Mischung ist auf Sandstein niedrig. Surprisingly, it has furthermore been found that a mixture of surfactants (I) with surfactants (III) has synergistic effects with regard to emulsifying ability. The mixture of (I) and (II) binds more saline water in the CC n-water emulsion than would have been expected on the basis of the measurements for the surfactants (I) alone and (II) alone. The adsorption of the mixture is low on sandstone.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man eine Mischung aus mindestens einem anionischen Tensid (I) sowie mindestens einem Ten- sid (III) ein. In a further embodiment of the process according to the invention, a mixture of at least one anionic surfactant (I) and at least one surfactant (III) is used.
Das Gewichtsverhältnis von Tensiden der Formel (I) zu (III) in der Mischung wird vom Fachmann je nach den Anforderungen gewählt. In der Regel beträgt des Gewichtsverhältnis (l)/(ll) 19:1 bis 1 :19, bevorzugt 4:1 bis 1 :9, besonders bevorzugt 2:1 bis 1 :9 und beispielsweise 1 :1 bis 1 :4. Bevorzugte Gesamtmengen für die Menge aller Tenside wurden bereits erwähnt. Die Mischung aus den Tensiden (I) und (III) ist auch bei hoher Salinität noch sehr gut in Wasser löslich und auch die Löslichkeit in CO2 ist gut. The weight ratio of surfactants of the formula (I) to (III) in the mixture is chosen by the person skilled in the art according to the requirements. As a rule, the weight ratio (I) / (II) is 19: 1 to 1:19, preferably 4: 1 to 1: 9, more preferably 2: 1 to 1: 9 and for example 1: 1 to 1: 4. Preferred total amounts for the amount of all surfactants have already been mentioned. The mixture of the surfactants (I) and (III) is still very soluble in water even at high salinity and also the solubility in CO2 is good.
Die Adsorption der Mischung ist sowohl auf Carbonat-Gestein als auch auf Sandstein niedrig. The adsorption of the mixture is low on both carbonate rock and sandstone.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern: Teil I: Synthese der verwendeten Tenside The following examples are intended to explain the invention in more detail: Part I: Synthesis of the surfactants used
1-1 : Synthese von Alk(en)ylpolyalkoxylaten (Tenside II) 1-1: Synthesis of Alk (en) ylpolyalkoxylates (Surfactants II)
Für die Synthese wurden die folgenden Alkohole als Ausgangsmaterialien eingesetzt. For the synthesis, the following alcohols were used as starting materials.
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Allgemeine Vorschrift: General rule:
In einem 21 Autoklaven wird der zu alkoxylierende Alkohol (1 ,0 eq) optional mit einer wässrigen KOH-Lösung, die 50 Gew.-% KOH enthält, versetzt. Dabei beträgt die Men- ge an KOH 0,2 Gew.-% des herzustellenden Produktes. Unter Rühren wird die Mischung bei 100 - 120°C und 20 mbar für 2 h entwässert. Anschließend wird dreimal mit N2 gespült, ein Vordruck von ca. 1 ,3 bar N2 eingestellt und die Temperatur auf 130°C erhöht. Die Alkylenoxide werden anschließend nacheinander in der jeweils gewünschten Menge zudosiert, so dass die Temperatur zwischen 135 bis 145°C bleibt. An- schließend wird 1 h bei 135 bis 145°C nachgerührt, mit N2 gespült, auf 80°C abgekühlt und der Reaktor entleert. Das basische Rohprodukt wird mit Hilfe von Essigsäure neutralisiert. Alternativ kann die Neutralisierung auch mit handelsüblichen Mg-Silikaten erfolgen, welche anschließend abfiltriert werden. Das helle Produkt wird mit Hilfe eines 1 H-NMR-Spektrums in CDCI3, einer Gel-Permeations-Chromatographie sowie einer OH-Zahl-Bestimmung charakterisiert und die Ausbeute ermittelt. In a 21 autoclave, the alcohol (1, 0 eq) to be alkoxylated is optionally mixed with an aqueous KOH solution containing 50% by weight of KOH. The amount of KOH is 0.2% by weight of the product to be produced. With stirring, the mixture is dehydrated at 100-120 ° C and 20 mbar for 2 h. Then it is rinsed three times with N2, a pre-pressure of about 1.3 bar N2 is set and the temperature is increased to 130.degree. The alkylene oxides are then metered in succession in the respectively desired amount, so that the temperature remains between 135 to 145 ° C. Subsequently, the mixture is stirred for 1 h at 135 to 145 ° C, rinsed with N2, cooled to 80 ° C and the reactor emptied. The basic crude product is neutralized with acetic acid. Alternatively, the neutralization can be carried out with commercially available Mg silicates, which are then filtered off. The bright product is characterized by means of a 1 H-NMR spectrum in CDCl 3, a gel permeation chromatography and an OH number determination, and the yield is determined.
Gemäß der allgemeinen Vorschrift wurden verschiedene nichtionische Tenside für die anwendungstechnischen Tests synthetisiert. Die Formel der synthetisierten Produkte sind in den nachfolgenden Tabellen jeweils angeben. 1-2: Synthese von Alk(en)ylalkoxysulfonaten (Tenside I) In accordance with the general procedure, various nonionic surfactants were synthesized for the performance tests. The formula of the synthesized products are given in the following tables. 1-2: Synthesis of Alk (en) ylalkoxysulfonates (Surfactants I)
1 . Stufe: 1 . Step:
In einer ersten Synthesestufe wurde zunächst ein Alk(en)ylpolyalkoxylat gemäß der obigen allgemeinen Vorschrift synthetisiert.  In a first stage of the synthesis, an alk (en) ylpolyalkoxylate was first synthesized according to the above general procedure.
2. Stufe: 2nd stage:
In einer zweiten Synthesestufe wird das in der 1. Stufe erhaltene Alk(en)ylpolyalkoxylat gemäß der folgenden Vorschrift sulfoniert:  In a second stage of the synthesis, the alk (en) ylpolyalkoxylate obtained in the 1st stage is sulfonated according to the following procedure:
In einem 500 ml Planschliffreaktor aus Glas mit dreistufigem Balkenrührer und Strömungsbrechern wird das zu sulfonierende Alkylalkoxylat (1 ,0 eq) mit KOH-Schuppen (1.1 eq) versetzt und bei 60°C unter N2 gerührt. Nun wird innerhalb von 1 h Propansul- ton (1 ,0 eq) zugegeben bei 60°C und weitere 3 h bei 60°C gerührt. Nicht umgesetztes Propansulton wird durch Verkochen mit Wasser zerstört. Das basische Rohprodukt wird bei 60°C mit Hilfe von Salzsäure neutralisiert. Zum Reaktionsgemisch kann Ethanol zugegeben werden, um die Viskosität der Mischung zu erniedrigen. The alkyl alkoxylate (1, 0 eq) to be sulfonated is mixed with KOH flakes (1.1 eq) in a 500 ml flat-section glass reactor with three-stage bar stirrer and flow breakers and stirred at 60 ° C. under N 2. Now within 1 h propane sulphone (1, 0 eq) was added at 60 ° C and stirred for a further 3 h at 60 ° C. Unreacted propane sultone is destroyed by boiling with water. The basic crude product is neutralized at 60 ° C with the aid of hydrochloric acid. Ethanol may be added to the reaction mixture to lower the viscosity of the mixture.
Alternativ kann es mit einem Überschuss an HCl (1 .5 eq) in die freie Sulfonsäure über- führt werden und durch Zugabe von Wasser und einem flüchtigen hydrophoben Alkohol wie Pentanol eine Phasentrennung bei 60 - 80°C vorgenommen werden. Anschließend wird die organische Phase vom Lösungsmittel befreit und mit Hilfe von Base MOH (1 eq) in das entsprechende Sulfonat überführt. Das helle Produkt wird mit Hilfe eines 1 H-NMR-Spektrums in CDCI3 und MeOD, einem 1H-TAI-NMR, einer Epton- Titration sowie einer OH-Zahl-Bestimmung charakterisiert und die Ausbeute ermittelt. Alternatively, it can be converted into the free sulfonic acid with an excess of HCl (1 .5 eq) and phase separated at 60-80 ° C. by addition of water and a volatile hydrophobic alcohol such as pentanol. The organic phase is then freed from the solvent and converted by means of base MOH (1 eq) into the corresponding sulfonate. The bright product is characterized by means of a 1 H-NMR spectrum in CDCl 3 and MeOD, a 1 H-TAI-NMR, an Epton titration and an OH number determination and the yield is determined.
Gemäß der allgemeinen Vorschrift wurden verschiedene nichtionische Tenside für die anwendungstechnischen Tests synthetisiert. Die Formel der synthetisierten Produkte sind in den nachfolgenden Tabellen jeweils angeben. In accordance with the general procedure, various nonionic surfactants were synthesized for the performance tests. The formula of the synthesized products are given in the following tables.
I-3 Tenside (III) I-3 surfactants (III)
Die verwendeten Tenside (III), 4-Octylphenol -10 EO, 4-Octylphenol -16 EO sind kommerziell erhältlich. The surfactants used (III), 4-octylphenol-10 EO, 4-octylphenol -16 EO are commercially available.
Teil II: Anwendungstechnische Untersuchungen Part II: Application Testing
11-1 : Messung des Trübungspunktes in Wasser In einer ersten Versuchsreihe wurde der Trübungspunkt der Tenside bzw. Mischungen verschiedener Tenside ermittelt. Allgemeine Messvorschrift: 11-1: Measurement of the cloud point in water In a first series of experiments, the cloud point of the surfactants or mixtures of different surfactants was determined. General measuring instruction:
50 ml der jeweiligen wässrigen Tensidlösung werden in einem Reagenzglas über einem Bunsenbrenner erhitzt. Dabei wird die Lösung mit einem Spatel gerührt. Die Tem- peratur der Lösung wird mittels eines in die Lösung tauchenden Thermometers bestimmt. Nach dem Auftreten der Trübung wird der Bunsenbrenner entfernt, so dass die Lösung langsam abkühlen kann und solange weitergerührt, bis die Lösung wieder klar ist. Der Trübungspunkt ist der Umschlag von trüb nach klar und er erfolgt in der Regel in einem Temperaturintervall von 1 °C. 50 ml of the respective aqueous surfactant solution are heated in a test tube over a Bunsen burner. The solution is stirred with a spatula. The temperature of the solution is determined by means of a thermometer submerged in the solution. After the haze has appeared, the bunsen burner is removed so that the solution can slowly cool and continue to stir until the solution is clear again. The cloud point is the change from cloudy to clear and is usually in a temperature range of 1 ° C.
Durchführung der Messungen Carrying out the measurements
Die Messungen wurden mit wässrigen Tensidlösungen sowohl in Frischwasser als auch in Salzwasser verschiedener Salzkonzentration durchgeführt. Als Salzwasser wurden wässrige Lösungen verwendet, welche NaCI und CaC im Verhältnis von 9 zu 1 (auf Gewichtsbasis) vorliegen haben. Die Salinität reicht von 0 bis 250000 ppm TDS (total dissolved salt). The measurements were carried out with aqueous surfactant solutions both in fresh water and in salt water of various salt concentrations. The salt water used was aqueous solutions containing NaCl and CaC in a ratio of 9 to 1 (by weight). The salinity ranges from 0 to 250,000 ppm TDS (total dissolved salt).
Die jeweilige Salinität, die Art und Menge der jeweils verwendeten Tenside sowie ge- messenen Trübungspunkte sind in den Tabellen 1 a bis 1 c zusammengefasst. The respective salinity, the type and amount of the surfactants used in each case and measured cloud points are summarized in Tables 1 a to 1 c.
Aufgabe der Erfindung war es, ein verbessertes Verfahren zum C02-Fluten für Erdöla- gerstätten bereitzustellen, bei dem möglichst stabile CC n-Wasser-Emulsionen gebildet werden. Tabelle 1 stellt den Einfluss der Struktur der erfindungsgemäß verwendeten Tenside (I) und der Salinität auf die gemessenen Trübungspunkte dar. The object of the invention was to provide an improved process for CO 2 flooding for oil refineries, in which the most stable CC n-water emulsions are formed. Table 1 shows the influence of the structure of the surfactants (I) used according to the invention and the salinity on the measured cloud points.
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Tabelle 1 : Einfluss der Struktur und der Salinität auf Trübungspunkte in Wasser (PO = Propoxy, EO = Ethoxy) Table 1: Influence of structure and salinity on cloud points in water (PO = propoxy, EO = ethoxy)
Tabelle 1 zeigt, dass das Alkylpolyalkoxysulfonat 2-PH-I 4-EO-C3H6-SO3K bei höheren Konzentrationen einen sehr hohen Trübungspunkt von mehr als 95°C aufweist. Es eignet sich somit auch für C02-Fluten in Formationen mit einer besonders hohen Lagerstättentemperatur. Bemerkenswert ist, dass dies auch noch bei einer Salinität von 160000 ppm auftritt. Selbst bei einer Salinität von 200000 ppm beträgt der Trübungspunkt immer noch 77°C. Table 1 shows that the alkyl polyalkoxy sulfonate 2-PH-I 4-EO-C3H6-SO3K has a very high cloud point of greater than 95 ° C at higher concentrations. It is thus also suitable for C02 floods in formations with a particularly high reservoir temperature. It is noteworthy that this also occurs at a salinity of 160000 ppm. Even at a salinity of 200,000 ppm, the cloud point is still 77 ° C.
II-2 Löslichkeit in überkritischem CO2 Danach wurde die Löslichkeit der Tenside in überkritischem CO2 untersucht. Als Gerät verwendete man einen 280 ml Hochdruckreaktor mit zwei Sichtfenstern im unteren Bereich des Reaktors. Der Aufbau der Apparatur ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt. Der Reaktor umfasst einen C02-Einlass (1 ), ein Manometer (2), ein CO2- Überdruckventil (325 bar) sowie zwei im unteren Reaktorbereich angebrachte, gegen- über liegende Sichtfenster (4). Der Reaktor kann über einen Rührer gerührt werden. II-2 Solubility in supercritical CO2 The solubility of the surfactants in supercritical CO2 was then investigated. The apparatus used was a 280 ml high-pressure reactor with two viewing windows in the lower region of the reactor. The construction of the apparatus is shown schematically in Figure 2. The reactor comprises a CO 2 inlet (1), a manometer (2), a CO 2 pressure relief valve (325 bar) and two opposing viewing windows (4) mounted in the lower reactor area. The reactor can be stirred via a stirrer.
Zur Löslichkeitsbestimmung wurden unterschiedliche Drücke und Temperaturen eingestellt. Zunächst wurde Tensid unter Rühren mit CO2 versetzt und bei einer bestimmten Temperatur der Druck verändert. Setzte eine Trübung - im Vergleich zur Tensid-freien C02-Phase unter gleichen Bedingungen - ein, wurden die Bedingungen notiert. For solubility determination different pressures and temperatures were set. First, surfactant was added with stirring with CO2 and at a certain temperature, the pressure changed. If turbidity sets in - compared to the surfactant-free CO 2 phase under the same conditions - the conditions were noted.
Als nächstes wurden Bedingungen gewählt, welche man bei einer entsprechenden Lagerstättentiefe häufig vorfinden kann (lithostatischer und hydrostatischer Druck sowie Lagerstättentemperatur in Abhängigkeit der Tiefe). Die Dichte des CO2 betrug un- ter den gewählten Bedingungen (175 bar bei 40°C oder 300 bar bei 65°C) ca. 0,78 bis 0,82 g/ml. Es wurden Tensidkonzentrationen von 0,1 und 0,5 Gewichts% bzgl. der C02-Phase untersucht. Next, conditions were chosen which can often be found at a corresponding reservoir depth (lithostatic and hydrostatic pressure as well as reservoir temperature as a function of depth). The density of CO2 was approx. 0.78 to 0.82 g / ml under the selected conditions (175 bar at 40 ° C or 300 bar at 65 ° C). Surfactant concentrations of 0.1 and 0.5% by weight with respect to the CO 2 phase were investigated.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Die Bewertung der Löslichkeit erfolgte wie folgt: The results are summarized in Table 2. The evaluation of solubility was as follows:
Bewertung Beschreibung sehr gut keine Rückstände auf Sichtglas oder Trübung der Lösung gut geringe Rückstände auf Sichtglas oder Trübung der Lösung, beispielsweise kleine, diskrete Schlieren mäßig deutlich sichtbare Rückstände auf Sichtglas oder Trübung der Lösung; großflächige Schlieren Bsp. Tensid Tensid- Druck TempeLöslichkeit Rating Description very good no residue on sight glass or cloudiness of the solution good low residue on sight glass or turbidity of the solution, for example small, discrete streaks moderately visible residues on sight glass or turbidity of the solution; large streaks Ex. Surfactant surfactant pressure Tempe solubility
Konzen- [bar] ratur  Concentration
tration [%] [°C]  tration [%] [° C]
1 1 2-PH-I 4-EO-C3H6-SO3K 0,1 175 40 sehr gut 1 1 2-PH-I 4-EO-C 3 H 6 -SO 3 K 0.1 175 40 very good
12 2-PH - 3 PO - 9 EO 0,1 175 40 sehr gut12 2-PH - 3 PO - 9 EO 0.1 175 40 very good
13 2-PH - 5 PO - 15 EO 0,1 175 40 sehr gut13 2-PH - 5 PO - 15 EO 0.1 175 40 very good
14 2-PH - 5 PO - 15 EO 0,5 175 40 gut14 2-PH - 5 PO - 15 EO 0.5 175 40 good
15 2-PH - 5 PO - 15 EO 0,1 300 65 sehr gut 15 2-PH - 5 PO - 15 EO 0.1 300 65 very good
16 2-EH - 5 -PO - 9 EO 0,1 175 40 gut16 2-EH - 5 -PO - 9 EO 0.1 175 40 good
17 2-EH - 5 -PO - 9 EO 0,5 175 40 mäßig17 2-EH - 5 -PO - 9 EO 0.5 175 40 moderate
18 4-Octylphenol - 10 EO 0,1 175 40 sehr gut18 4-Octylphenol - 10 EO 0.1 175 40 very good
19 4-Octylphenol - 16 EO 0,1 175 40 sehr gut19 4-Octylphenol - 16 EO 0.1 175 40 very good
Tabelle 2: Löslichkeit in überkritischem CO2 Table 2: Solubility in supercritical CO2
11—3 Emulgierfähigkeit 11-3 emulsifying ability
Weiterhin wurde die Fähigkeit verschiedener Tenside und Tensidmischungen getestet, C02-in-Wasser-Emulsionen zu stabilisieren. Furthermore, the ability of various surfactants and surfactant blends to stabilize C02-in-water emulsions was tested.
Es wurde der obige Reaktor benutzt. Man legte Tensid in den in den nachfolgenden Tabellen angegebenen Konzentrationen vor und füllte mit salzhaltigem Wasser auf 40 ml auf. Bei dem salzhaltigen Wasser handelte es sich um eine Lösung von NaCI und CaC in Wasser (Gewichtsverhältnis NaCI : CaC = 9 : 1 ). Es wurde bei verschiedenen Gesamtsalinitäten getestet. Diese sind jeweils in den nachfolgenden Tabellen angegeben. The above reactor was used. Surfactant was prepared at the concentrations shown in the tables below and made up to 40 ml with saline water. The saline water was a solution of NaCl and CaC in water (weight ratio NaCl: CaC = 9: 1). It has been tested at different total salinity levels. These are given in the following tables.
Die Hochdruckapparatur wurde mit der wässrigen Lösung exakt bis zur Mitte des Sichtfensters gefüllt. Man füllte den Reaktor anschließend mit überkritischem CO2 auf 280 ml auf. Die Wasser-Phase und die C02-Phase sind jeweils klar und durch das Sichtfenster ist die Phasengrenze zwischen CO2 und Wasser deutlich zu erkennen. Dies ist schematisch in Abbildung 3a dargestellt. Anschließend wird die Mischung gerührt. The high pressure apparatus was filled with the aqueous solution exactly to the middle of the viewing window. The reactor was then charged to 280 ml with supercritical CO2. The water phase and the C02 phase are clear and the viewing window shows clearly the phase boundary between CO2 and water. This is shown schematically in Figure 3a. Then the mixture is stirred.
Durch das Sichtfenster kann nun die Bildung von C02-in-Wasser-Emulsionen beobachtet werden. Die gebildete C02-in-Wasser-Emulsionen ist nicht klar wie die C02-Phase und die Wasser-Phase, sondern trüb bis undurchsichtig. Je nach dem Grad der Um- Wandlung der Wasser-Phase in die C02-in-Wasser-Emulsion kann nur die C02-in- Wasser-Emulsion durch das Sichtfenster zu sehen sein oder alle 3 Phasen, nämlich Wasser, CC n-Wasser-Emulsion und CO2. Dies ist schematisch in Abbildung 4 dargestellt. Through the viewing window, the formation of C02-in-water emulsions can now be observed. The C02-in-water emulsions formed are not as clear as the CO2 phase and the water phase, but cloudy to opaque. Depending on the degree of conversion of the water phase into the C02-in-water emulsion, only the C02-in-water emulsion can be seen through the viewing window or all 3 phases, viz Water, CC n-water emulsion and CO2. This is shown schematically in Figure 4.
Der Anteil von Wasser, welcher in der CC n-Wasser-Emulsion gebunden ist, kann durch Bestimmung des Füllstandes des Wassers di im Sichtfenster im Vergleich zum Füllstand des Wassers do im Sichtfenster vor dem Mischen (Mitte des Sichtfensters) gemäß der Beziehung Anteil [%] = 100 * (do-di)/do ermittelt werden. Der Anteil des im Fenster sichtbaren Teils des CO2, welcher in der Emulsion gebunden ist, kann in analoger Art und Weise bestimmt werden. The proportion of water bound in the CC n-water emulsion can be determined by determining the level of the water in the viewing window compared to the level of the water do in the viewing window before mixing (center of the viewing window) according to the relation [% ] = 100 * (do-di) / do. The proportion of the visible part of the CO2 in the window, which is bound in the emulsion can be determined in an analogous manner.
Nach dem Abstellen des kann Rührers beobachtet werden, wie schnell die C02-in- Wasser-Emulsion wieder zerfällt, indem man die Füllhöhen in Anhängigkeit der Zeit durch das Sichtfenster beobachtet. Tabelle 3 zeigt die Versuchsparameter sowie die Anteile von Wasser und CO2 die 1 h nach dem Abstellen des Rührers jeweils im Sichtfenster zu sehen sind. After switching off the stirrer, it can be observed how quickly the C02-in-water emulsion decays again by observing the fill levels as a function of time through the viewing window. Table 3 shows the test parameters as well as the proportions of water and CO2 that can be seen in the viewing window 1 hour after the stirrer has been switched off.
Figure imgf000038_0001
Figure imgf000038_0001
Tabelle 2: C02-in-Wasser-Emulsionen bei verschiedenen Salinitäten. Die Anteile gebundenen Wassers und gebundenen C02's wurden wie oben beschrieben mittels der Beziehung Anteil [%] = 100 * (do-di)/do bestimmt. Table 2: C02-in-water emulsions at different salinities. The proportions of bound water and bound CO 2 were determined as described above by means of the ratio [%] = 100 * (do-di) / do.
Kommentare zu den durchgeführten Versuchen: Comments on the experiments carried out:
In der CC n-Wasser-Emulsion bildet Wasser die kontinuierliche Phase und fungiert damit als Puffer zwischen diskreten C02-Phasen. Wenn die CC n-Wasser-Emulsion Wasser verliert, führt dies irgendwann dazu, dass sich die diskreten C02-Phasen vereinigen, d.h. die CC n- Wasser-Emulsion zerfällt. Ein Zerfall der Emulsion in der Erdölformation ist höchst unerwünscht, denn die Emulsion hat eine deutlich höhere Viskosität als das überkritische CO2 (siehe oben) und gerade diese höhere Viskosität ist zur Vermeidung des„Fingerings" erforderlich. Es ist daher vorteilhaft, wenn die CC n-Wasser-Emulsion bei gegebener Menge von CO2 eine möglichst große Menge an Wasser in der Emulsion bindet, um die Emulsion möglichst lange stabil zu haben. Je mehr Wasser gebunden ist, desto mehr Wasser kann die Emulsion verlieren, ohne dass die Emulsion zerfällt, und dementsprechend dauert es länger, bis die Emulsion zerfällt. In the CC n-water emulsion, water forms the continuous phase and thus acts as a buffer between discrete CO 2 phases. When the CC n-water emulsion loses water, it eventually causes the discrete CO 2 phases to unite, i. the CC n-water emulsion breaks down. Deterioration of the emulsion in the petroleum formation is highly undesirable because the emulsion has a significantly higher viscosity than the supercritical CO2 (see above) and this higher viscosity is needed to avoid "fingering." It is therefore advantageous if the CC n Water emulsion in a given amount of CO2 binds the largest possible amount of water in the emulsion to keep the emulsion stable for as long as possible.The more water is bound, the more water can lose the emulsion without the emulsion decomposes, and accordingly, it takes longer for the emulsion to disintegrate.
Die Vergleichsversuche V1 bis V6 zeigen die Bedeutung des Trübungspunktes für die Bildung der C02-in-Wasser-Emulsionen. Liegt der Trübungspunkt des Tensids in Wasser bei der jeweiligen Salinität unterhalb der Messtemperatur, dann werden keine CC n-Wasser-Emulsionen gebildet. Comparative experiments V1 to V6 show the importance of the cloud point for the formation of the C02-in-water emulsions. If the cloud point of the surfactant in water at the respective salinity is below the measurement temperature, then no CC n-water emulsions are formed.
Das Tensid (I) 2-PH-14-EO-C3H6-S03K weist auch bei hohen Salinitäten von 160000 ppm noch hervorragende Trübungspunkte von > 95°C auf (Versuche 20 und 21 ). Weiterhin bindet es bei 50°C und einer Salinität von 160000 ppm 60% Wasser in der CC n-Wasser-Emulsion. Bei 65°C werden sogar 85 % Wasser gebunden. Es eignet sich daher ganz hervorragend für CO2- Fluten. The surfactant (I) 2-PH-14 EO-C 3 H6-S0 3 K has more excellent cloud points of> 95 ° C (tests 20 and 21), even at high salinity of 160,000 ppm. Furthermore, it binds at 50 ° C and a salinity of 160,000 ppm 60% water in the CC n-water emulsion. At 65 ° C even 85% water are bound. It is therefore ideal for CO2 floods.
Wie bereits oben dargestellt, ist die Herstellung von Alkylpolyalkoxysulfonaten aufwändig und dementsprechend teuer. Es ist daher interessant, die Tenside für weniger anspruchsvolle Bedingungen mit anderen Tensiden abzumischen. Die Versuche 22 und 23 zeigen, dass auch Mischungen mit den Tensiden (II) und Tensiden (III) im Mischungsverhältnis 1 :1 immer noch 60 bis 65 % Wasser binden. As already shown above, the preparation of alkylpolyalkoxysulphonates is complicated and accordingly expensive. It is therefore interesting to blend the surfactants with other surfactants for less demanding conditions. Experiments 22 and 23 show that even mixtures with the surfactants (II) and surfactants (III) in a mixing ratio of 1: 1 still bind 60 to 65% water.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Erdölförderung mittels C02-Fluten, bei dem man flüssiges oder überkritisches CO2 sowie mindestens ein anionisches Tensid (I) oder eine Tensidmischung umfassend mindestens ein anionisches Tensid (I) durch mindestens eine Injektionsbohrung in eine Erdöllagerstätte einpresst und der Lagerstätte durch mindestens eine Produktionsbohrung Rohöl entnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass Process for the production of crude oil by means of C02 flooding, in which liquid or supercritical CO2 and at least one anionic surfactant (I) or a surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) are injected through at least one injection well into a crude oil deposit and the deposit through at least one production well crude oil takes, characterized in that
das mindestens eine anionische Tensid (I) oder die mindestens ein anionisches Tensid (I) umfassende Tensidmischung in flüssigem oder überkritischen CO2 gelöst ist und injiziert wird und/oder in einem wässrigen Medium gelöst ist und injiziert wird, die Lagerstätte eine Lagerstättentemperatur von 15°C bis 140°C aufweist, das Lagerstättenwasser eine Salini- tät von 20000 ppm bis 350000 ppm aufweist, die Dichte des CO2 unter Lagerstättenbedingungen 0,70 g/ml bis 0,90 g/ml beträgt, und wobei es sich bei dem mindestens einen anionischen Tensid um ein Alk(en)ylpolyalkoxysulfonat der allgemeinen Formel  the at least one anionic surfactant (I) or the surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) is dissolved in liquid or supercritical CO2 and injected and / or dissolved in an aqueous medium and injected, the deposit has a storage temperature of 15 ° C to 140 ° C, the deposit water has a salinity from 20,000 ppm to 350000 ppm, the density of the CO2 under deposit conditions is from 0.70 g / ml to 0.90 g / ml, and wherein the at least one anionic Surfactant to an alk (en) ylpolyalkoxysulfonat the general formula
R -(OCR2R3CR4R5)i-(OCH2CHR6)m-(OCH2CH2)n-0-R7-S03- Va Ma+ (I) handelt, wobei R - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5 ) i- (OCH 2 CHR 6 ) m - (OCH 2 CH 2 ) n -O-R 7 -SO 3 -V a M a + (I) wherein
R1 für einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen steht, R 1 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms,
R2, R3, R4, R5 jeweils für H oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are each H or a linear or branched alkyl radical having 1 to 8
Kohlenstoffatomen stehen, mit der Maßgabe, dass die Summe der Kohlenstoffatome der Reste R2+R3+R4+R5 2 bis 8 beträgt, Carbon atoms, with the proviso that the sum of the carbon atoms of the radicals R 2 + R 3 + R 4 + R 5 is 2 to 8,
R6 für Methyl, R 6 for methyl,
R7 für einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, welcher optional mit einer OH-Gruppe substituiert sein kann, R 7 is an alkylene radical having 2 to 4 carbon atoms, which may optionally be substituted by an OH group,
I für eine Zahl von 0 bis 5  I for a number from 0 to 5
m für eine Zahl von 0 bis 15  m for a number from 0 to 15
n für eine Zahl von 5 bis 30 steht, und  n stands for a number from 5 to 30, and
Ma+ für ein a-wertiges Kation, wobei a 1 , 2, oder 3 ist, wobei die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- blockartig in der in Formel (I) angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei die Summe aus I + m + n für Werte von 5 bis 35 steht, mit der Maßgabe, dass n > (l+m) ist. M a + for an a-valent cation, where a is 1, 2, or 3, where the radicals -OCR 2 R 3 are CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - block-like in the formula ( I), and where the sum of I + m + n is from 5 to 35, provided that n> (l + m).
Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Trübungspunkt des eingesetzten Tensids (I) bzw. der eingesetzten mindestens ein Tensid (I) umfassenden Tensidmischung mindestens 1 °C über der Lagerstättentemperatur liegt, wobei der Trübungspunkt in Lagerstättenwasser und bei der Konzentration des Tensids im zu injizie- renden wässrigen Medium bzw. der Konzentration im zu injizierenden flüssigen oder überkritischen CO2 bestimmt wird. A method according to claim 1, characterized in that the cloud point of the surfactant (I) or the surfactant used at least one surfactant mixture (I) is at least 1 ° C above the reservoir temperature, the cloud point in reservoir water and at the concentration of the surfactant in to inject determining aqueous medium or the concentration in the liquid or supercritical CO2 to be injected.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trübungspunkt des eingesetzten Tensids (I) bzw. der eingesetzten mindestens ein Tensid (I) umfassenden3. The method according to claim 2, characterized in that the cloud point of the surfactant used (I) or the at least one surfactant (I) used
Tensidmischung mindestens 3°C über der Lagerstättentemperatur liegt. Surfactant mixture is at least 3 ° C above the reservoir temperature.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerstättenwasser eine Salinität von 30000 ppm bis 250000 ppm aufweist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the deposit water has a salinity of 30,000 ppm to 250,000 ppm.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerstättenwasser eine Salinität von 35000 ppm bis 200000 ppm aufweist. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the deposit water has a salinity of 35,000 ppm to 200,000 ppm.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager- Stättentemperatur 31 °C bis 120°C beträgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the storage tem- perature is 31 ° C to 120 ° C.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstättentemperatur 35°C bis 100°C beträgt. 8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass R1 für einen verzweigten Alkylrest der Formel C5Hn-CH(C3H7)-CH2- steht, und wobei es sich bei mindestens 70 mol % der Reste C5H11- um einen n-CsHu-Rest handelt. 7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the deposit temperature is 35 ° C to 100 ° C. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that R 1 is a branched alkyl radical of the formula C5Hn-CH (C3H7) -CH2-, and wherein it is at least 70 mol% of the radicals C5H11- to an n -CsHu residue.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei 9. The method according to claim 8, characterized in that it is at
· 70 bis 99 mol % der Reste C5H11- um n-CsHu-Reste, und bei  70 to 99 mol% of the C5H11 residues around n-CsHu residues, and in
• 1 bis 30 mol % der Reste C5Hn- um C2H5CH(CI-l3)CI-l2-Reste und/oder CH3CH(CH3)CH2CH2-Reste handelt. • 1 to 30 mol% of the radicals C 5 Hn- to C2H 5 CH (CI-l3) Cl-l2 radicals and / or CH 3 CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 radicals.
10. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass des sich bei den Resten C3H7- um n-C3H7-Reste handelt. 10. The method according to claim 7 or 8, characterized in that is at the radicals C3H7- to n-C3H 7 radicals.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei R1 um einen 2- Propyl-n-heptylrest
Figure imgf000041_0001
handelt. 12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Tensidmischung mindestens umfassend ein anionisches Tensid (I) sowie ein nichtionisches Tensid (II) der allgemeinen Formel
1 1. Process according to Claim 1, characterized in that R 1 is a 2-propyl-n-heptyl radical
Figure imgf000041_0001
is. 12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that it is a surfactant mixture comprising at least an anionic surfactant (I) and a nonionic surfactant (II) of the general formula
R8-(OCR2R3CR4R5)x-(OCH2CHR6)y-(OCH2CH2)z-OH (II) handelt, wobei R8 für einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen steht, und R 8 is - (OCR 2 R 3 CR 4 R 5 ) x- (OCH 2 CHR 6 ) y - (OCH 2 CH 2 ) z -OH (II) where R 8 is a branched or linear, saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon radical having 8 to 22 carbon atoms, and
R2, R3, R4, R5 und R6 die oben angegebene Bedeutung haben, R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the abovementioned meaning,
x für eine Zahl von 0 bis 5,  x for a number from 0 to 5,
y für eine Zahl von 1 bis 15,  y for a number from 1 to 15,
z für eine Zahl von 1 bis 30 stehen, wobei die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- zu mindestens 90 % blockartig in der in Formel (II) angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei diez is a number from 1 to 30, the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - being at least 90% block-like in the formula (II) Order are arranged, and wherein the
Summe aus x + y + z für Werte von 5 bis 35 steht, mit der Maßgabe, dass z > (x+y) ist . Sum of x + y + z stands for values from 5 to 35, with the proviso that z> (x + y).
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass R8 gleich R1 ist. 14. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass R8 gleich R1 ist und I =x, m = y und n = z ist. 13. The method according to claim 12, characterized in that R 8 is equal to R 1 . 14. The method according to claim 12, characterized in that R 8 is equal to R 1 and I = x, m = y and n = z.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Tensid (I) / Tensid (II) in der Tensidmischung 19:1 bis 1 :19 beträgt. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the weight ratio of surfactant (I) / surfactant (II) in the surfactant mixture is 19: 1 to 1: 19.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Tensid (I) / Tensid (II) in der Tensidmischung 4:1 bis 1 :9 beträgt. 16. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the weight ratio of surfactant (I) / surfactant (II) in the surfactant mixture is 4: 1 to 1: 9.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Tensidmischung mindestens umfassend ein anionisches Tensid (I) sowie ein nichtionisches Tensid (III) der allgemeinen Formel Method according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that it is a surfactant mixture comprising at least one anionic surfactant (I) and a nonionic surfactant (III) of the general formula
R9-C6H4-0-(OCR2R3CR4R5)u-(OCH2CHR6)v-(OCH2CH2)w-OH (III) handelt, wobei R 9 -C 6 H 4 -O- (OCR 2 R 3 CR 4 R 5 ) u- (OCH 2 CHR 6 ) v- (OCH 2 CH 2 ) w -OH (III), wherein
R8 für einen verzweigten oder linearen Alkylrest mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, und R 8 is a branched or linear alkyl radical having 8 to 12 carbon atoms, and
R2, R3, R4, R5 und R6 die oben angegebene Bedeutung haben, R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 have the abovementioned meaning,
u für eine Zahl von 0 bis 5,  u for a number from 0 to 5,
v für eine Zahl von 0 bis 15,  v for a number from 0 to 15,
w für eine Zahl von 5 bis 30 stehen, wobei die Reste -OCR2R3CR4R5-, -OCH2CHR6- und -OCH2CH2- blockartig in der in Formel (III) angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei die Summe aus u + v + w für Werte von 5 bis 35 steht, mit der Maßgabe, dass w > (u+v) ist. w is a number from 5 to 30, wherein the radicals -OCR 2 R 3 CR 4 R 5 -, -OCH 2 CHR 6 - and -OCH 2 CH 2 - are arranged blockwise in the order indicated in formula (III), and wherein the sum of u + v + w stands for values from 5 to 35, with the proviso that w> (u + v).
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Tensid (I) / Tensid (III) in der Tensidmischung 19:1 bis 1 :19 beträgt. 18. The method according to claim 17, characterized in that the weight ratio of surfactant (I) / surfactant (III) in the surfactant mixture is 19: 1 to 1: 19.
19. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Tensid (I) / Tensid (III) in der Tensidmischung 4:1 bis 1 :9 beträgt. 19. The method according to claim 17, characterized in that the weight ratio of surfactant (I) / surfactant (III) in the surfactant mixture is 4: 1 to 1: 9.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Tensid bzw. die Tensidmischung als Lösung in Wasser in die Lagerstätte injiziert wird, wobei die Konzentration aller Tenside zusammen 0,02 bis 2 Gew.-% bezüglich der Lösung beträgt. 20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the surfactant used or the surfactant mixture is injected as a solution in water in the deposit, wherein the concentration of all surfactants together 0.02 to 2 wt .-% with respect to the solution is.
21 . Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration aller Tenside zusammen 0,02 bis 0,5 Gew.-% bezüglich der Lösung beträgt. 22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Tensid bzw. die Tensidmischung als Lösung in flüssigem oder überkritischem CO2 in die Lagerstätte injiziert wird, wobei die Konzentration aller Tenside zusammen 0,02 bis 2 Gew.-% bezüglich der Lösung von flüssigem oder überkritischem CO2 beträgt. 23. Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration aller Tenside zusammen 0,02 bis 0,5 Gew.-% bezüglich der Lösung von flüssigem oder überkritischem CO2 beträgt. 21. A method according to claim 20, characterized in that the concentration of all surfactants together 0.02 to 0.5 wt .-% with respect to the solution. 22. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the surfactant used or the surfactant mixture is injected as a solution in liquid or supercritical CO2 in the deposit, the concentration of all surfactants together 0.02 to 2 wt .-% regarding the solution of liquid or supercritical CO2. 23. The method according to claim 22, characterized in that the concentration of all surfactants together 0.02 to 0.5 wt .-% with respect to the solution of liquid or supercritical CO2.
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