Результат интеллектуальной деятельности: УСТОЙЧИВЫЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ПЕНООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к устойчивому при низких температурах пенообразующему составу и способу его применения для повышения нефтеотдачи. В частности, устойчивый при низких температурах пенообразующий состав содержит альфа-олефин сульфонат, растворитель алкилового простого эфира, и воду. Предпочтительно растворителем алкилового простого эфира является C₈H₁₈0₃ и/или растворитель C₈H₁₆0₃ в количестве от 10 до 60 масс%.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к составу и способу улучшения извлечения нефти из нефтеносного пласта. При извлечении нефти из коллекторов по методикам первичной добычи (т.е., использующей только начальное пластовое давление для добычи нефтесодержащей жидкости), после которой применяют методику вторичной добычи с заводнением пласта, извлекают только часть начальных запасов нефти, присутствующих в пласте. Кроме того, в данной области техники известны некоторые способы повышения нефтеотдачи. Одним из таких способов является способ нагнетания газа в пласт под высоким давлением, где газ, например, двуокись углерода, применяют для содействия извлечению нефти.

Применение поверхностно-активных веществ в качестве пенообразователей для способов повышения нефтеотдачи хорошо известно. См., например, патенты USP 4,380,266, Wellington, USP 4,860,828, Oswald et al. и USP 5,502,538, Wellington et al. Одной целью применения пены является отклонение потока нагнетаемого газа в часть коллектора с высокой нефтенасыщенностью.

Поверхностно-активными веществами, подходящими для повышения нефтеотдачи, являются альфа-олефин сульфонатные поверхностно-активные вещества. В общем, "альфа-олефин сульфонат" представляет собой смесь, содержащую гидроксиалканмоносульфонат, алкенмоносульфонат и малое количество алкен дисульфоната. Каждый их данных компонентов дополнительно содержит структурные изомеры нескольких типов. Смесь идентифицируют, как альфа-олефин сульфонат (AOS) в производстве поверхностно-активных веществ.

При том, что альфа-олефиновые поверхностно-активные вещества широко известны как "эффективные пенообразователи", они также известны проблемами стабильности. Например, при использовании альфа-олефиновых поверхностно-активных веществ, имеющих цепь с длиной больше длины цепи C₁₀, растворимость ограничена количеством соли в воде нагнетания или рассоле коллектора. Другой недостаток относится к транспортировке, применению и/или хранению водных альфа-олефин сульфонатов при низких температурах; уменьшенная растворимость при низких температурах часто приводит к помутнению растворов альфа-олефин сульфоната.

Так как каждый из компонентов альфа-олефин сульфоната имеет различные точки кристаллизации, альфа-олефин сульфонат вызывает помутнение, когда компоненту, имеющему самую высокую точку кристаллизации, первому обеспечивают осаждение в виде кристаллов при низкой температуре. Маловероятной является возможность простого возврата прозрачности альфа-олефин сульфонату, поскольку он вызывает белое помутнение. Разделение фаз может приводить к проблемам высокой вязкости и/или гелеобразования.

Общеизвестно, что добавление гидротропа (соединение, со способностью увеличивать растворимость в воде органических соединений) к моющему веществу может улучшить его устойчивость. Примером служат составы альфа-олефина, содержащие соли щелочных металлов, аммонийные соли или соли органических оснований алкил- или алкенил полигликолевого простого эфира карбоновой кислоты к альфа-олефин сульфонату, имеющему от 8 до 20 атомов углерода, описаны в патенте GB 1,225,218. Составы альфа-олефина, содержащие замещенный амидо компонент жирных кислот и сульфонированный гидротропный компонент, описаны в патенте USP 3,852,221. В патенте USP 4,367,169 раскрыты составы альфа-олефина, содержащие пиридиновую соль. Хотя общеизвестно, что добавление таких гидротропов к водным составам поверхностно-активного вещества, может снижать точку замерзания воды, они не обязательно улучшают устойчивость состава поверхностно-активного вещества при низких температурах до удовлетворительной величины.

Соответственно, требуется создание водных составов поверхностно-активного вещества, в особенности водных состав альфа-олефин сульфонатов, имеющих удовлетворительную устойчивость при низких температурах; например, при -5°C или ниже зимой согласно условиям хранения и использования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение представляет собой водный анионный пенообразующий раствор поверхностно-активного вещества для применения в способе увеличении нефтедобычи, содержащий (I) один или более альфа-олефин сульфонатов (AOS), (II) растворитель, имеющий химическую формулу C₈H₁₈O₃, C₈H₁₆O₃ или их смеси, и (III) воду.

Предпочтительно в водном анионном пенообразующем растворе поверхностно-активного вещества, описанном выше, растворитель имеет постоянную деления на части октанол-вода, равную от 0,05 до 0,8.

Предпочтительно в водном анионном пенообразующем растворе поверхностно-активного вещества, описанном выше, растворитель присутствует в количестве, от 10 масс% до 60 масс%, с учетом общей массы альфа-олефин сульфоната и растворителя.

Предпочтительно в водном анионном пенообразующем растворе поверхностно-активного вещества, описанном выше, растворителем является:

или их смеси.

Предпочтительно в водном анионном пенообразующем растворе поверхностно-активного вещества, описанном выше, один или более альфа-олефин сульфонатов имеют от 10 до 18 атомов углерода, более предпочтительно 12 атомов углерода.

Предпочтительно в водном анионном пенообразующем растворе поверхностно-активного вещества, описанном выше, один или более альфа-олефин сульфонатов содержат как гидрокси- сульфонаты так и алкен-сульфонаты.

Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является способ извлечения нефти из коллектора во время нагнетания газа в коллектор, содержащий этапы: (a) по меньшей мере, периодического нагнетания газа и пенообразующего состава в коллектор, где пенообразующий состав содержит водный анионный пенообразующий раствор поверхностно-активного вещества, содержащий: (I) один или более альфа-олефин сульфонатов, (II) растворитель, имеющий химическую формулу C₈H₁₈O₃, C₈H₁₆0₃ или их смеси, и (III) воду, и (б) ввода углеводородов в коллекторе в контакт с пеной и газом, для содействия извлечению углеводородов из коллектора.

Предпочтительно, в способе, описанном выше, анионные пенообразующие растворы поверхностно-активного вещества добавляют к/разводят с водным растворителем на устье скважины, таким образом, что альфа-олефин сульфонат присутствует в водном растворителе в скважине в количестве от 0,0001 до 2 масс%.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Водный анионный пенообразующий раствор поверхностно-активного вещества настоящего изобретения представляет собой водный раствор альфа-олефин сульфоната (AOS), содержащий один или более альфа-олефин сульфонатов. Альфа-олефин сульфонаты, пригодные для применения в настоящем изобретении, получают из альфа-олефинов, имеющих от около 10 до 18 атомов углерода, предпочтительно от около 14 до 16 атомов углерода, наиболее предпочтительно 12 атомов углерода. Олефины могут быть линейными, разветвленными или алициклическими, предпочтительно линейными олефинами. Способы производства альфа-олефин сульфоната хорошо известны, например, альфа-олефин сульфонат можно синтезировать в реакции альфа-олефинов с триоксидом серы. Данную реакцию можно проводить способами, хорошо известными в химии, обычно с помощью ввода в контакт потока пара разжиженного триоксида серы с тонкой пленкой жидкого олефина при температуре в диапазоне от около 5°C до около 50°C. Реакция между SO₃ и олефином дает на выходе промежуточный продукт, который считают сходным с сультоном и который затем гидролизуют в реакции с водой и нейтрализуют в реакции с основанием. Смеси альфа-олефин сульфонатов подходят для вариантов применения настоящего изобретения.

Альфа-олефин сульфонат, подходящий для настоящего изобретения, может содержать, например, состав C_10-18 альфа-олефин сульфоната. Поскольку альфа-олефин сульфонатные составы обычно, включают комбинацию сульфонатных компонентов, "С_10-12" означает, что альфа-олефин сульфонатный состав включает один или более C₁₀ альфа-олефин сульфонатов и C₁₂ альфа-олефин сульфонатов. Аналогично, "C_10-14" означает, что альфа-олефин сульфонатный состав включает один или более альфа-олефин сульфонатов, имеющих длину цепи от 10 до 14 атомов углерода. Аналогично, "С_10-18" означает, что альфа-олефин сульфонатный состав включает один или более альфа-олефин сульфонатов, имеющих длину цепи от 10 до 18 атомов углерода.

Предпочтительный альфа-олефин сульфонатный состав настоящего изобретения содержит C₁₂ альфа-олефин сульфонат, вследствие его способности к пенообразованию и растворимости в рассолах, содержащих до 18 масс% полностью растворенных твердых частиц (общая масса растворенных механических примесей) при комнатной температуре (в диапазоне от 22°C до 24°C).

Выбор конкретного альфа-олефин сульфонатного состава, применяемого в настоящем изобретении, зависит от соблюдения баланса пенообразования и противопоставляемой ему устойчивости к рассолам в заданной окружающей среде. Пенообразование увеличивается с длиной углеродной цепи, в свою очередь, устойчивость к рассолам уменьшается. См., например, USP 4,769,730, выдан Suzuki. Соответственно, конкретный дополнительный альфа-олефин сульфонатный состав выбирают на основании некоторых практических факторов, т.е., стоимости, солености нагнетаемой воды, и нефтеносного пласта, в котором он применяется.

Альфа-олефин сульфонат обычно включает как гидрокси-сульфонаты, так и алкен-сульфонаты. Гидрокси-сульфонаты включают как 3-гидрокси, так и 4-гидрокси-сульфонаты, а алкен-сульфонаты включают алкен-1-сульфонаты (алкен-1), алкен-2-сульфонаты (алкен-2), алкен-3-сульфонаты (алкен-3), алкен-4-сульфонаты (алкен-4), алкен-5-сульфонаты (алкен-5), алкен-6-сульфонаты (алкен-6), алкен-7-сульфонаты (алкен-7) и алкен-8-сульфонаты (алкен-8). Алкен-дисульфонаты могут также присутствовать в альфа-олефинсульфонате.

Водный пенообразующий состав анионного поверхностно-активного вещества настоящего изобретения содержит один или более альфа-олефин сульфонатов, растворитель, возможно другие поверхностно-активные вещества, и воду. Предпочтительно, альфа-олефин сульфонат присутствует в количестве, равном или больше 10 масс%, предпочтительно равном или больше 16 масс%, и более предпочтительно равном или больше 22 масс%, где массовые проценты взяты в расчете на общую массу водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества. Предпочтительно, альфа-олефин сульфонат, присутствует в количестве, равном или меньше 40 масс%, предпочтительно равном или меньше 36 масс%, и более предпочтительно равном или меньше 30 масс%, где массовые проценты взяты в расчете на общую массу водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества.

Водный анионный пенообразующий раствор поверхностно-активного вещества настоящего изобретения стабилизирован эффективным количеством растворителя алкилового простого эфира. Растворитель алкилового простого эфира дает один или более стабилизирующих эффектов в водном растворе альфа-олефин сульфоната. В одном варианте осуществления растворитель алкилового простого эфира способствует повышению растворимости альфа-олефин сульфоната в водном растворе, в особенности при низких температурах. В другом варианте осуществления, растворитель алкилового простого эфира уменьшает разделение фазы альфа-олефин сульфоната с водными компонентами раствора.

Подходящие растворители алкилового простого эфира могут содержать линейные алкильные цепи, разветвленные алкильные цепи, или смесь линейных и разветвленных алкильных цепей и могут быть протонными, содержащими одну или более гидроксильных групп (-OH) и/или aпротонными, не имеющими -OH групп. Растворители алкилового простого эфира, имеющие соотношение углерод:кислород (C:O) между 2,3 и 3,25, особенно эффективны в повышении растворимости альфа-олефин сульфоната в водных растворах. Растворители алкилового простого эфира с восемью атомами углерода с химическими формулами C₈H₁₈0₃ и C₈H₁₆O₃ и имеющие соотношение C:0 равное 2,66, особенно предпочтительны для стабилизации альфа-олефин сульфонатных водных растворов настоящего изобретения.

В отношении разделения фаз, обнаружено, что растворители алкилового простого эфира с постоянной деления на части октанол-вода между 0,05 и 0,8, подходят для уменьшения разделения фаз водных растворов альфа-олефин сульфоната. Постоянная деления на части октанoл-вода (Kow) отражает гидрофобность-гидрофильность соединения и является показателем концентраций соединения в смеси двух несмешивающихся фаз, находящихся в равновесии. Данные коэффициенты являются показателями разницы в растворимости соединения в данных двух фазах.

Любой структурный изомер C₈H₁₈0₃ и C₈H₁₆O₃, имеющий соотношение C:0 равное 2,66 входит в объем настоящего изобретения. Особенно предпочтительными C₈H₁₈0₃ растворителями алкилового простого эфира для применения в настоящем изобретении являются: 2-(2-бутоксиэтокси)этанол (I); бис(метоксипропил)простого эфира; (II); 2-[2-(2-метилпропокси)этокси]этанол (III); 1-этокси-2-(2-этоксиэтокси)этан (IV); 1,1,1-триметокси-2-метилбутан (V); 3-(2-пропоксиэтокси)пропан-1-ол (VI); 1-(2-пропоксиэтокси)пропан-1-ол (VII); и их смеси. Данные растворители представлены следующими структурными формулами:

Эффективное количество растворителя алкилового простого эфира для стабилизации водного раствора альфа-олефин сульфоната изменяется в зависимости от, например, состава альфа-олефин сульфоната (например, длины углеродной цепи), водной среды, и целевой температуры, при которой раствор подлежит стабилизации.

Предпочтительно, растворитель алкилового простого эфира присутствует в количестве, равном или больше 10 масс%, предпочтительно равном или больше 15 масс%, и более предпочтительно равном или больше 20 масс%, где массовые проценты взяты в расчете на общую массу водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества. Предпочтительно, растворитель алкилового простого эфира присутствует в количестве равном или меньше 60 масс%, предпочтительно равном или меньше 50 масс%, и более предпочтительно равном, или меньше 40 масс%, где массовые проценты взяты в расчете на общую массу водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества.

Пенообразующий состав настоящего изобретения может также содержать минимальные количества других поверхностно-активных веществ. Например, могут присутствовать вспомогательные поверхностно-активные вещества, такие, как амфотерные поверхностно-активные вещества, а также ингибиторы солеотложения, такие как димеры альфа-олефин сульфоната и хелатообразующие вещества. Общее количество данных дополнительных поверхностно-активных веществ предпочтительно составляет не больше около 10 масс% в расчете на суммарную массу водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества.

Балансом водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества настоящего изобретения, не являющегося альфа-олефин сульфонатом, растворителем, или возможными другими поверхностно-активными веществами, является вода.

Предпочтительно, водный анионный пенообразующий состав поверхностно-активного вещества устойчив до -5°C, более предпочтительно, до -10°C, более предпочтительно, до -15°C и наиболее предпочтительно, до -20°C.

В применении водного анионного пенообразующего состава поверхностно-активного вещества настоящего изобретения для улучшения добычи нефти, состав водного анионного поверхностно-активного вещества добавляют и разводят со скважинным водным растворителем. Пену может готовить либо предварительно, или "на месте" (например, вводя чередующиеся порции газа и пенообразующего состава в коллектор). В любом способе можно применять известную в данной области техники технологию, для нагнетания пены в пласт. Кроме того, хотя состав нефтеносного пласта не особо важен для настоящего изобретения, изобретение имеет особенную практическую ценность в песчаных коллекторах.

Специалисту в данной области техники понятно, что данный состав можно применять либо в режиме чередующегося нагнетания в пласт воды и газа с целью повышения нефтеотдачи или способом повышения нефтеотдачи вытеснением в условиях смешивающихся и несмешивающихся сред. Например, состав водного анионного поверхностно-активного вещества настоящего изобретения можно применять в способе повышения нефтеотдачи коллектора с нагнетанием газа в коллектор, содержащем этапы: по меньшей мере, периодического нагнетания газа и пенообразующего состава в коллектор и обеспечения контакта углеводородов в коллекторе с пеной и газом для содействия извлечению углеводородов из коллектора.

Применяемый газ включает любой из известных в данной области техники, например, двуокись углерода (CО₂), азот (N₂), метан (CH₃), дымовой газ и т.п. или смеси углеводородов, таких, как метан с любым этаном, пропаном, или бутаном, дымовым газом и т.п.

В качестве водного растворителя, в общем, воды, как правило, выбирают подтоварную воду, например, из коллектора, но источник может быть другим основанном на требованиях к обрабатываемому коллектору, рентабельности, и совместимости состава в результате разведения, например, пресной воды, воды из водоносного горизонта, или рассола из коллектора, получаемых из скважины.

Данное изобретение должно найти применение с рассолами, имеющими в составе общую массу растворенных твердых частиц от около 0 до 18 масс%, предпочтительно, от 0 до 15 и, наиболее предпочтительно, от 10 до 12 масс%.

Состав водного анионного поверхностно-активного вещества настоящего изобретения добавляют к/разводят с водном растворителем, например, на устье скважины, так, что количество альфа-олефин сульфонатного поверхностно-активного вещества в скважинном водном растворителе составляет от 0,0001 до 2 масс%. Предпочтительно, количество поверхностно-активного вещества в скважинном водном растворителе равно или больше 0,0001 масс%, более предпочтительно, равно или больше 0,001 масс%, более предпочтительно, равно или больше 0,01 масс%, более предпочтительно, равно или больше 0,05 масс% и, наиболее предпочтительно, равно или больше 0,08 масс%.

Предпочтительно, количество альфа-олефин сульфонатного поверхностно-активного вещества в скважинном водном растворителе равно или меньше 2 масс%, более предпочтительно, равно или меньше 1 масс%, более предпочтительно, равно или меньше 0,5 масс%, более предпочтительно, равно или меньше 0,3 масс% и, наиболее предпочтительно, равно или меньше 0,1 масс%.

ПРИМЕРЫ

Описание исходных материалов, использованных в Примерах представлено ниже.

WITCONATE™ AOS-12 является C₁₂ AOS-12 от Akzo Nobel.

PROGLYDE™ DMM Дипропиленгликоль диметиловый простой эфир от The Dow Chemical Company.

Бутилкарбитол является диэтиленгликоль монобутиловым простым эфиром от The Dow Chemical Company.

Диэтиленгликоль монобутиловый простой эфир от Sigma Aldrich.

2,2,4-триметил-1,3-пентандиол от Sigma Aldrich.

диэтиленгликолевый метиловый простой эфир ацетат от Sigma Aldrich.

диэтиленгликолевый диэтиловый простой эфир от Sigma Aldrich.

n-бутил лактат от Sigma Aldrich.

диэтиленгликоль монопропиловый простой эфир от Sigma Aldrich.

диэтиленгликоль диметиловый простой эфир от Sigma Aldrich.

триэтиленгликоль от Sigma Aldrich.

Устойчивость при низких температурах.

Точка потери текучести/фазовое поведение определили при -20°C на водных растворах C₁₂ альфа-олефин сульфоната с растворителем и без растворителя алкилового простого эфира (Пример 1). Примеры 2-16 содержат смесь C₁₂ альфа-олефин сульфоната/ растворителя, при этом массовый процент растворителя определен по общей массе альфа-олефин сульфоната и смеси растворителя.

Испытание для определения точки потери текучести выполняли, используя 10 граммовый образец из Примеров 1-16. Образцы хранили в низкотемпературном контейнере при -20°C и периодически тестировали на текучесть и разделение фаз за 24 и/или 48 часа. Текучесть определяли, либо повернув образец на бок, чтобы увидеть, перемещение менисков или перевернув образцы, чтобы увидеть проход металлического калиброванного шарика от нижней части к верхней части образца. Разделение фаз также определили визуально (например, по выпадению осадка, полному разделению фаз (2 фазы), помутнению, и т.д.).

Результаты для составов и устойчивости для Примеров 1-10 показаны в Таблице 1.

Тестирование пены.

Тестирование реакции на пенообразование выполнили на Model 6100 Formation Response Tester (FRT), поставка Chandler Engineering. FRT имеет один кернодержатель, используемый для выполнения данных экспериментов. Для тестирования реакции на пенообразование использовали отдельный кернодержатель, содержащий отдельный керн с песчаником Berea, предоставленный Kocurek Industries, диаметром 1,5 дюйма (38 мм) и длиной 12 дюймов (305 мм), с коэффициентом проницаемости 115 мД для 1% рассола хлорида натрия. Керн завернули в SARAN™ WRAP, поместили внутрь соответствующей резиновой втулки AFLAS™ 90, вставленной в кернодержатель типа Hassler. Давление обжима керна поддерживали на приблизительно 500 фунт/дюйм² (3500 КПа) выше внутреннего давления. Керн нагрели до нужной температуры до нагнетания текучих сред. Текучие среды предварительно нагрели до температуры керна перед нагнетанием для минимизации нагревающего и охлаждающего воздействий в керне. Преобразователь дифференциального давления использовали для измерения перепада давления на керне до 50 фунт/дюйм² (350 КПа). Перепад давления, превышающий 50 фунт/дюйм² (350 КПа) на керне, измеряли как перепад между преобразователями давления на входе ячейки и выходе ячейки.

Керн пропитали 4513 мкг/г вещества Примера 6, растворенного в рассольном растворе. Реакцию на пенообразование выполнили при следующих условиях: Режим нагнетания: совместное нагнетание; расход рассола: 0,091 мл/мин; расход CО₂: 0,529 мл/мин; качество пены: 85,3%; температура: 126°F (52°С); регулятор противодавления: 1750 фунт/дюйм² (12 МПа); концентрация поверхностно-активного вещества в рассоле 1000 мкг/г; растворителя 1808 мкг/г; и состав рассола: 0,858% NaCl, 0,066% CaCl₂, и 0,02% MgCl₂, растворенные в воде.

Тестирование выполнили в режиме совместного нагнетания, где рассол и CО₂ одновременно закачивают в нужных соотношениях. В данных условиях получили равновесный перепад давления на керне. Обычно дают минимум 8-12 часов для получения состояния равновесия. Зависимость перепада давления от времени для Примера 6 показана на Фиг 1.

Рост перепада давления в зависимости от времени указывает на образование пены в керне.