用支链烷基芳族磺酸盐改善蒸汽驱提高原油收率的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN88103174.7

申请日:

1988.05.28

公开号:

CN1030118A

公开日:

1989.01.04

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

|||授权|||审定||||||公开

IPC分类号:

E21B43/24; E21B43/25

主分类号:

E21B43/24; E21B43/25

申请人:

切夫尔昂研究公司

发明人:

罗伯特·G·沃尔; 弗兰科西斯·弗雷得安; 斯蒂文·P·科伦特

地址:

美国加利福尼亚州

优先权:

1987.05.28 US 055,148

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利代理部

代理人:

隗永良

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内容摘要

一种应用泡沫提高原油采收率的方法,可用来改善单井蒸汽刺激或井间蒸汽驱替粘性原油的有效性。所用的是一种新的表面活性剂组合物,它含有支链烷基芳香族磺酸盐,是使蒸汽起泡的有效起泡剂。因为它能在有大量残余油存在的情况下形成泡沫,使蒸汽转向进入低渗透性层带,从而驱替出大量的可采原油。

权利要求书

1: 一种在油藏注气期间提高该油藏原油采收率的方法,包括自一口井中已知深度井段往所述油藏定期注入气体和一种阴离子表面活性剂溶液,以便在所述地层的高渗透性气体通道存在残余油的情况下生成泡沫,所述阴离子表面活性剂溶液包括一种有效量的平均分子量为400-600的烷基芳香族磺酸盐组分,其中至少一个烷基具有15-30个碳原子,且所述的烷基至少有三个仲碳原子或叔碳原子; 所述地层中的油藏流体与所形成的泡沫和气体在离开所述注入井段处接触,帮助推动所述油藏流体流向油藏中的生产井段,并从所述生产井段采出原油。
2: 根据权利要求1的方法,其中所述气体是蒸汽,所述烷基芳香族磺酸盐为所述蒸汽水相的大约0.01%到5%。
3: 根据权利要求2的方法,其中蒸汽的气相还包括大约1%-50%的不可凝缩气体。
4: 根据权利要求3的方法,其中所述气体包括氮气、甲烷气、烟道气、二氧化碳气、一氧化碳气或空气。
5: 根据权利要求1的方法,其中所述气体包括氮气、甲烷气、烟道气、二氧化碳气、一氧化碳气或空气。
6: 根据权利要求1的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分是苯。
7: 根据权利要求1的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分是甲苯。
8: 根据权利要求1的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分是二甲苯。
9: 根据权利要求1的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的磺酸盐组分 是水溶性盐的形式,选自包括钠、钾、铵等盐类。
10: 根据权利要求9的方法,其中所述磺酸盐组分的水溶性盐是钠盐。
11: 根据权利要求1的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的磺酸盐组分是酸的形式。
12: 根据权利要求1的方法,其中所述溶液还包括选自α烯烃磺酸盐组分、偏硅酸钠组分和氯化钠组分等中的一种或多种组分。
13: 根据权利要求1的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐组分,除所述烷基外,还包含0-2个有0-3个碳原子的正烷基取代基。
14: 根据权利要求2的方法,其中所述蒸汽的水相还包含0.01%到5%的电解质。
15: 根据权利要求2的方法,其中所述水相包含0.1%到5%不同结构的阴离子表面活性剂。
16: 根据权利要求15的方法,其中所述阴离子表面活性剂选自α烯烃磺酸盐、α烯烃磺酸盐二聚物和直链烷基芳香族磺酸盐等组分中的一种或多种组分。
17: 根据权利要求1的方法,其中注入井和生产是同一口井。
18: 一种自地下油层采油的方法,该油层至少钻有一口注入井和至少有一口生产井,所述方法包括: 形成蒸汽和烷基芳香族磺酸盐泡沫; 所述烷基芳香族磺酸盐具有400-600的平均分子量,并包括至少一个具有15-30个碳原子的烷基; 所述烷基至少有三个仲碳原子和(或)叔碳原子; 使所述蒸汽和烷基芳香族磺酸盐泡沫进入所述地层,离开所述的注入井,帮助把原油推向生产井; 在所述的生产井采油。
19: 根据权利要求18的方法,其中蒸汽水相含有大约0.01%到大约5%烷基芳香族磺酸盐。
20: 根据权利要求19的方法,其中数量为所述蒸汽气相大约0.1%到大约50%的不可凝缩气体,随同蒸汽一起注入井中。
21: 根据权利要求20的方法,其中不可凝缩气体是从氮气、甲烷气、烟道气、二氧化碳气、一氧化碳气或空气等气体中选出的一种或多种气体。
22: 根据权利要求18的方法,其中烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分是苯。
23: 根据权利要求18的方法,其中烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分是甲苯。
24: 根据权利要求18的方法,其中烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分是二甲苯。
25: 根据权利要求18的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的磺酸盐组分是水溶性盐的形式,选自包括钠、钾、铵等盐类。
26: 根据权利要求18的方法,其中所述磺酸盐组分的水溶性盐是钠盐。
27: 根据权利要求18的方法,其中所述烷基芳香族磺酸盐的磺酸盐组分是酸形式的。
28: 根据权利要求18的方法,其中烷基芳香族磺酸盐的磺酸盐组分是水溶性盐的形式,选自钠、钾、和铵阳离子或其混合物。
29: 根据权利要求18的方法,其烷基芳香族磺酸盐的芳香族组分,除所述烷基以外,还包含0-2个带0-3个碳原子的正烷基取代基。
30: 根据权利要求18的方法,其中蒸汽的水相含0.01%-5%的电解质。
31: 根据权利要求18的方法,其中所述蒸汽的水相含0.1%-5%不 同结构的阴离子表面活性剂。
32: 根据权利要求31的方法,其中所述的阴离子表面活性剂是α烯烃磺酸盐、α烯烃磺酸盐二聚物或直链烷基芳香族磺酸盐。
33: 一种在油藏注气期间提高该油藏原油采收率的方法,该方法包括自一口注入井中往所述油藏定期注入一种水溶液,以便在所述油藏高渗透性气体通道有残余油存在的情况下,与所述气体形成泡沫,所述水溶液包括一种阴离子表面活性剂,它具有一种烷基芳香族磺酸盐组分,其中烷基有15-30个碳原子,还具有一种α烯烃磺酸盐二聚物组分,所述二组分的比例为1∶10到10∶1(重量),并且所述二组分在溶液中的浓度为0.1%到10%(重量)。
34: 一种在油藏注气期间提高该油藏原油采收率的方法,该方法包括自一口注入井中往所述油藏定期注入一种水溶液,以便在所述油藏高渗透性气体通道有残余油存在的情况下,与所述气体形成泡沫,所述水溶液包括一种阴离子表面活性剂,它具有一种烷基芳香族磺酸盐组分,其中烷基有15-30个碳原子,还具有一种α烯烃磺酸盐二聚物组分,所述二组分的比例为1∶10到10∶1(重量),并且所述二组分在溶液中的浓度为0.1%到10%(重量)。

说明书


本发明涉及提高油层的原油采收率,特别是涉及将起泡表面活性剂与蒸汽或气体一起经注入井注入油层,改善蒸汽或气体刺激或驱动原油的方法。

    本发明的依据是蒸汽或气体和表面活性剂可与地层流体在地层中相互作用,产生泡沫。泡沫趋向于封堵易使蒸汽或气体呈“指进”或“重力超覆”流动进入地层的高渗透性的气体或蒸汽通道。在晚期蒸汽驱工程中,在高渗透性蒸汽超覆流动带或隔离的通道中,残余油的饱和度(Sor)常常低于15%。在这些情况下,总是希望蒸汽由含油饱和度低的高渗透性通道转向进入含油饱和度高的低渗透性层带。最好的起泡表面活性剂在这些情况下能够产生泡沫,阻止蒸汽流入原油枯竭的层带,而不会起泡并堵住蒸汽进入含油饱和高度的层带。具有这些特性的一种表面活性剂实例已由4,556,107号美国专利提出。在另外一些情况下,由于重力泄油作用出现高渗透性通道被原油重新饱和的情况,或者发现上部层带的原油饱和度高于晚期蒸汽驱工程中原油饱和度的情况。在这些情况下,为了改善蒸汽的流度控制和提高原油采收率,希望使用一种既能在低含油饱和度又能在较高含油饱和度二种情况下产生泡沫的表面活性剂。因此,本发明特别涉及改进残余油含量比较高的气体或蒸汽渗透性通道的封堵问题,所用的表面活性剂不仅能在原油枯竭地通道中优先产生泡沫,而且还能在残余油饱和度为15%或更高的地层中产生泡沫。这样产生的泡沫可提供蒸汽流度控制并提高渗透性夹层的原油采收率,同时还可使蒸汽进入周围的地带,增加原油的流动性和周围地层富含油部分的原油采收率。

    起泡组合物的一种优选形式是一种表面活性剂溶液,它含有一种支链烷基芳香族表面活性剂组分,该表面活性剂具有至少一个有15~30个碳原子的支链烷基,所述烷基至少有三个仲碳原子和(或)叔碳原子。所述支链烷基芳香族磺酸盐组分还可含有0-2个有0-3个碳原子的正烷基取代基。在另一个优选方案中,该溶液含有一种支链烷基芳香族磺酸盐组分和(1)一种α烯烃磺酸盐二聚物组分,或(2)一种偏硅酸钠组分,或(3)一种氯化钠组分,或(1)、(2)、(3)的混合物。按本发明配制的这些组合物已经证明具有优异的反应时间,可以有效地产生泡沫,封堵和推动原油通过含有大量残余油的岩心。

    本发明的特定目的是以水溶液的形式把产生泡沫的表面活性剂组合物注入油层,它能在有大量残余油存在的情况下很有效地封堵高渗透性气体或蒸汽通道,这种起泡组合物不仅能在封堵油藏气体高渗透性部分的同时推动残余油移动,而且能有效地扩大蒸汽或气体与油层富含原油的低渗透性部分的接触。

    从定性角度来看,这种新的表面活性剂组合物包括一种产生泡沫的表面活性剂组分,这种表面活性剂组分的选择是因为在存在含有至少某些水和残余油的气体或蒸汽的情况下,作为起泡剂,它具有很高的有效性。一种优选形式是注入的表面活性剂溶液含有一种多支链的烷基芳香族磺酸盐,它具有至少约为400的分子量(一般为400-600),在含有水和可观量残余油的高渗透性通道中能很好地产生泡沫并对蒸汽实施流度控制。如想在油藏条件下使泡沫具有持久性,在注入产生泡沫的各组分之前可在蒸汽中加入诸如氮气、一氧化碳气或甲烷气之类的不可凝缩的气体。

    油层或油藏的蒸汽刺激是优先采用的提高原油采收率的方法之一。这是因为蒸汽可以经济有效地为低重度高粘度原油提供热量。热量能在很宽的油层渗透率范围内减小原油自油层流到生产井的阻力。而且,这样注蒸汽可提高油藏的自然压力,由于静水压头或深度-压力梯度的作用,可增加油藏中原油与生产井井筒之间的压力差。

    生产井可以是定期注蒸汽刺激油藏油流的同一口井(俗称蒸汽“吞吐”)。另一种方式是,在一口注入井附近布置一口或更多口生产井,以便注入的蒸汽驱动原油通过油藏流到至少一口生产井中。

    几乎所有形成油藏的地层都是沉积岩,其岩石基质随后经过压实或结晶作用。这些具有不同组成的经过漫长地质年代的碎屑物沉积岩是以不同的速度沉积而成的。经压实后储存石油的岩石是渗透性的,但一般来说流道是十分不均质的。据此,由这种岩层形成的油藏,不论就其对原来的(原生的)或者是注入的流体来说,在孔隙度和渗透率二个方面,都本来是非均质的。而且,对于原来的气体、原油和水来讲,其中每一种流体或其混合物的渗透率也是很不相同的。由于在渗透率上存在这些差别,现在的一般做法是随蒸汽注入产生泡沫的表面活性剂,以便封堵在地层中可能发展的对气体更易渗透的通道。期望达到的结果是蒸汽由气体更易渗透的通道转向流入油藏中富含原油的低渗透性层带。产生泡沫的组分通常是有机的表面活性剂物质。

    沉积岩层这种非均质性的另一特点是其中含有页岩或粘土。大家知道,这样的粘土物质当与水接触时,特别是当以蒸汽形式注入的水为淡水时,极易发生变化。通常,粘土具有大的表面/体积比,在遇水或蒸汽而改变后,对原来的原油与油藏岩石之间的接触趋向于产生不利的影响。尤其含有带有机金属和酸性组分的粘油油藏,对用来提高原油采收率的蒸汽和表面活性剂物质都特别敏感。而且,表面活性剂在地层原生水和油藏原油中的溶解度,可能在由于指进或气体超覆流动而使气体渗透率和蒸汽损失量增加的地方,对生成泡沫的能力或泡沫的稳定性产生有害的影响。因此,在高渗透性通道残余油饱和度超过百分之几孔隙体积的地方,泡沫可能失效。这样一来,就需要起泡表面活性剂组合物最好能在地层的蒸汽或水渗透性通道中或其周围与残余油接触时产生泡沫,而当与油藏内富含原油的流道中的原油接触时不产生大量的泡沫。

    本发明是对以前应用起泡组合物提高油层原油产量的方法的一种改进。采用起泡组合物的许多方法在4,086,964号美国专利中已经提到,并进行了讨论。其它有关专利包括美国专利4,393,937、4,532,993和4,161,217。本发明对于以前已知的用形成泡沫来控制“指进”或“超覆流动”的方法也是一种改进。这些方法是随同气体或蒸汽注入一种产生泡沫的表面活性剂,当表面活性剂与油藏中气体或蒸汽流道造成的残余油部分接触时产生泡沫。

    需要在有油和水同时存在的情况下产生泡沫的表面活性剂,已经知道了相当长的时间。伯纳德(Bernard)(“泡沫对气驱原油采收率的影响”,二次采油月刊,1963,27卷,第1期,18-21页)指出,用于诸如蒸汽驱这类非混相驱的最好的产生泡沫的表面活性剂,是在有油和水同时存在时能产生泡沫的表面活性剂。迪尔格伦(Dilgren)等(4,086,964号美国专利)认识到了不可凝缩气体和加入诸如氯化钠电解质对蒸汽泡沫的重要性,并发现对蒸汽驱可以使用烷基芳香族磺酸盐,即十二烷基苯磺酸盐。其它的专利建议为此使用烷基芳香族磺酸盐,但未认识到支链结构和直链结构在特性上的差别(4,532,993、4,161,217和3,348,611号美国专利)。4,161,217号美国专利认为,低分子量(300-400)和高分子量(400-600)的烷基芳香族磺酸盐的混合物对于热水不可凝缩气体泡沫驱是有用的起泡剂。一篇更新的专利(4,562,727号美国专利)认为,诸如α烯烃磺酸盐这一类的烯烃磺酸盐是对烷基芳香族磺酸盐的一项更大改进。本发明发现一类支链烷基芳香族磺酸盐,它们与以往提出的表面活性剂相比,有显著的优越性,在不同的残余油量情况下均能更好地产生泡沫。这类表面活性剂用来提高这样一类油藏的原油采收率特别有用:这种油藏的高渗透性层带含有变化的残余油量,其饱和度的变化范围由孔隙体积的百分之几到30%或更高。

    本发明对用蒸汽提高油藏的原油采收率提出一种表面活性剂组合物,和一种改善的蒸汽驱替原油的方法。包括随同蒸汽往油藏中注入一种表面活性剂组合物,这种表面活性剂组合物在注入期间能在存在残余油的情况下,或者在油藏原油枯竭的部分,与蒸汽发生相互作用,形成泡沫。最好,蒸汽至少是部分的湿蒸汽,以有利于在与残余油接触时形成泡沫。

    泡沫组合物的一种优选形式是一种表面活性剂溶液,含有:(1)一种支链烷基芳香族表面活性剂组分,分子量至少为400(一般为400-600),其中至少一个烷基含有15~30个碳原子,所述烷基含有至少三个叔碳原子和(或)仲碳原子。表面活性剂组合物的另一种优选形式是(1)与(2),即第二种阴离子表面活性剂组分,如α烯烃磺酸盐或α烯烃磺酸盐二聚物组分的混合物,或者是与(3),即电解质如氯化钠或偏硅酸钠组分的混合物,或者是(1)与(2)和(3)的混合物。依据本发明配制的表面活性剂组合物已经证明具有优异的组合特性,其中包括快速反应并在有各种数量残余油存在的情况下形成强稳定的泡沫。表面活性剂组合物最好是以水溶液的形式加入到蒸汽中,蒸汽的水相含有大约0.01-5%烷基芳香族磺酸盐和(或)0.01-5%第二种阴离子表面活性剂组分和(或)0.01-5%电解质。在一有利的实施方案中,上述组分(1)与(2)的比为1∶10~10∶1(重量);且两种组分在水相中的浓度为0.1-10%(重量)。

    起泡组分最优选的形式是一种烷基芳香族磺酸盐,它最好是一种多支链的烷基芳香族磺酸盐,并且如前所述,其分子量至少为400,而且它可以水溶液的形式或湿蒸汽添加剂的形式,间歇地或连续地注入生产层。这种支链烷基芳香族磺酸盐可与注入的蒸汽相互作用,主要在油藏有残余油部分形成泡沫,封堵或者推动这种渗透性通道中的残余物。

    这种多支链烷基芳香族磺酸盐的优选形式是有15~30个碳原子的支链烷基,每一烷基都连接在芳香组分(最好是苯、甲苯或二甲苯)上,并且磺酸盐组分连接到芳香环上。烷基芳香族磺酸盐可使用常规的实验或商业规模的磺化方法由支链烷基芳香组分制备。而支链烷基芳香烃可用支链烯烃使芳香组分烷基化的方法制备。适当分子量的支链烯烃可用烯烃低聚法,如用适当的催化剂作用于丙烯制备。适用于本发明的催化丙烯低聚方法是大家熟悉的磷酸或三氟化硼催化低聚。3,932,553号美国专利提供了适用的低聚方法的实例。

    磺酸盐适合用盐的形式,特别是钠盐、钾盐、铵盐或其它水溶性的阳离子盐类。最好是钠盐。然而在本发明中也可以使用酸形式的磺酸盐。

    除表面活性剂组合物以外,在蒸汽中还可以加入具有可注性的不可凝缩的气体。希望这样做,但并不是必须这样做。不可凝缩的气体组分可以随同蒸汽连续注入或至少定期注入。一般情况下,蒸汽的气相可含有1-50%的不可凝缩的气体。而且,气体在油藏流体的油相中可以是混相的。这类气体可以是氮气、甲烷气、烟道气、二氧化碳气、一氧化碳气或空气。此外,蒸汽和表面活性剂组合物可以连续注入一口井中,而从在同一油藏打出的邻近井中采油。或者,把含有起泡组合物的蒸汽周期注入一口井,并从同一口井中定期采油。

    本发明进一步的目的和优点将从下面结合附图的详细说明中变得更为明显。这些附图是本说明书的一个组成部分。

    图1是穿过由沉积岩层形成的油藏的一口注入井注入蒸汽和含有起泡组分的表面活性剂组合物的图解。

    图2是在有代表油藏中原来流体的油和水同时存在的情况下产生泡沫的实验布局的流程示意图。其中泡沫形成后流过渗透性岩心,以便能够评价产生这种泡沫的表面活性剂在注过水的岩心中封堵原油已基本采出的或存在残余油的蒸汽渗透性流道的有效性,并计量在不同的液体条件下其在岩心中形成泡沫的阻力。

    图3是用图2实验布局获得的实验结果的曲线图,说明表面活性组合物评价方法的一个组成部分,即评价在岩心中同时存在残余油和盐水的情况下表面活性剂组合物形成泡沫的能力及所形成泡沫的稳定性。

    本发明至少部分是以下发现为依据的,即应用一种物质组合物,其中包括应用特定的支链烷基芳香族磺酸盐表面活性剂组分,注入油藏,它能在存在蒸汽情况下比已知的表面活性剂组合物更有效地产生泡沫,并推动气体渗透性通道中的残余油,从而获得非显而易见的,但是很有益的效果。这种物质组合物的基本特点是它在流道大部分含残余油、而气体或蒸汽所占百分比远大于油藏其他部分的地方形成泡沫的优异能力。在蒸汽驱提高原油采收率的工程中应用这种组合物的结果是,含有大量残余油通道中的高渗透性夹层可有效地被泡沫优先堵塞。因此,残余油可有效地被推动并被移动通过通道。泡沫的这种优先堵塞作用,可使蒸汽流或气流通过地层转向流到有极高含油饱和度的低渗透性层带。据此,将会发现;本方法对提高油藏的原油采收率具有有益的作用:由于在有大量残余油存在的情况下能更快地形成泡沫,使蒸汽或气体自更具气体渗透性的原油已基本枯竭的层带转向流动,从而可以用更少量的气体增加油藏富含原油、但渗透性低的层带的油流。

    图1示意性地说明向至少已局部衰竭的油藏注入本发明的起泡表面活性剂组合物的设备布局。注入表面活性剂组合物是期望降低蒸汽或气体的渗透率。正如已经指出的,本发明的特定目的旨在解决有控制地把蒸汽注入生产层的问题,以便加热原油,从而降低它的粘度。注蒸汽还可以增加地层中的压力,提高天然气体压力或地层压力,从而增加流入同一口或同一产层的邻近井的原油流量。为此目的,蒸汽发生器10利用燃气或燃油燃烧器13加热单程连续锅炉管12,使其中的水变为蒸汽。发生蒸汽用的水由泵34供给。这种水一般含有矿物和盐类,可以配制成地层中的原生水或与其铀有配伍性。最好使水通过“水软化器”或离子交换介质14,并在锅炉管12中加热,使之足以生成低啥鹊幕颉笆钡恼羝詈檬歉啥刃∮?0%的湿蒸汽。这样的蒸汽在通过热交换器15和蒸汽管线36之后,经过井口38注入井16,随后注入管柱18中。井中下有套管17,管柱18在套管中由扶正器20找中,以避免沿管套的整个长度将蒸汽的热量损失到周围的地层中,从而把蒸汽注到所希望的深度,即形成油藏的地层22。

    几乎所有形成油藏的沉积岩层如22,其渗透率对于原来的流体即水、油和气的流动来讲,本来就是非均质的。其中每一种流体都选择性地趋向于在对其阻力最小的渗透性通道中流动。对每种流体流动的阻力主要地取决于其单独的粘度或其在与其他流体的混合相中的粘度。一般说来,在每一个地层中,流道对每一种流体最终形成的或相对的渗透率是不同的。由于气体比油或水,或其它混合物更具流动性,注入的蒸汽一般趋向于流动通过更具渗透性的气体通道,并在地层22中可能形成“指进”26,如图中短划虚线所示。这一气流绕过更“致密”或低渗透性的层带,在这些层带中油的渗透性通道更小一些,或者说油更紧密地束缚在岩石表面上。特别是原油除与形成渗透性通道的砂岩或碳酸盐岩接触以外,还与粘土或页岩物质接触。这样,“指进”发展,如通道26所示,或产生“气体超覆流动”,如地层22顶部的面积25所示。当这些情况发生时,能量受到损失,并且大部分液态石油受不到注入蒸汽的加热。由于蒸汽主要通过气体通道25和26流动,注入剖面产生畸变,一般如短划虚线28所示。

    正如上面讨论的,注入剖面的畸变可以使用在蒸汽注入管线36中加入产生泡沫的组分来纠正。为此目的,可由储罐30和31通过计量泵35和注入管线37供给表面活性剂溶液。泡沫在地层内产生:或者与蒸汽供给管线中的气体或蒸汽一起产生,或者与地层流体接触时产生。这样注入的泡沫与蒸汽一起优先流入气体渗透性通道25和26中。它可有效地暂时封堵住这些通道,从而使地层中的蒸汽随后转向加热地层的富含石油的部分。理想的结果是蒸汽前缘近似于活塞式的推进,如虚线24所示。

    然而,要在含有可观量残余油,即残余油饱和度超过百分之几的那些蒸汽或气体渗透性通道中形成和保持泡沫,起到封堵剂的作用,是特别困难的。特别是已经发现,已知的表面活性剂在残余油饱和度大于百分之几的油藏中是无效的。

    按照本发明,本发明人发现,在这种残余油饱和度所占百分比较高,甚至达孔隙体积的30%或更高的情况下,支链烷基芳香族磺酸盐仍能非常有效地产生泡沫。

    在本示例说明中,原油自邻近生产井如50用抽油泵52采出。显然,地层22也可以用蒸汽周期加热,然后通过管柱18从注入井16中定期采油。为此要改装井口38,使之类似于井50中用管柱53悬挂泵52那样,能够悬挂抽油装置。

    按照本发明制备的表面活性剂组合物,最好以液体溶液的形式供给,自储罐30以起泡浓缩物泵出,并与来自储罐31的可与油藏配伍的水混合。混合的溶液用泵35计量,通过管线37以所期望的速率与管线36或管柱18中流动的蒸汽接触。另外,也可以与来自气源(图中未示出)的气体一起形成泡沫。适用的气体包括氮气、烟道气、甲烷气、二氧化碳气、一氧化碳气或空气。这种气体可用像管线36那样通过井口加入。

    图2示意性说明实验装置。这种装置用来评价蒸汽/泡沫表面活性剂组合物及其起泡组分在含有不同数量残余油岩心中的配伍性,以便估计其形成和保持泡沫,封堵蒸汽流或气流的有效性。在这一示例中,用钢棉人造岩心60模拟渗透性油藏的岩样或岩心。把这样的岩心装在离压容器或透明高压容器57中,使岩心处在油藏温度(如用加热线圈61加热)和压力之下。流入的流体可以通过预热器55加热。可以通过气源63,如氮气,加压。加热温度可以达到300°F到500°F,施加的压力可以达到1000磅/英寸2。然后在合适的流动条件下,选择性地给岩心供应流体。实验装置有一个蒸汽发生器给水源,即由阀79控制的盐水储罐66。储罐65中的原油通过阀75和管线68供给泵67。惰性气如氮气自气罐63在控制阀82控制下流过实验岩心60,其流量可由流量计83计量。如图所示,这些流体源用来模拟所研究油藏的油藏盐水和原油。原油和盐水都起驱替流体的作用。所选用的表面活性剂溶液自罐64加到来自罐66的盐水中,其混合物由泵80加压通过预热器55供给岩心。由阀78按选定加入量把表面活性剂物质由罐64引入实验系统。岩心两端的压差由差计量器59测量,差压计量器二端分别连接在入口管线62和出口管线76上。检测出的压差最好由记录仪72按时间-压力关系曲线的形式记录下来,如图3所示。惰性气体坑墒燃煅榧屏科?3计量,计量器连接在分离罐74上。

    蒸汽-泡沫实验

    蒸汽-泡沫实验包括记录由差压计量器59检测出的压差与时间的关系曲线。所选用的起泡表面活性剂流过高压容器57中的钢棉人造岩心塞60,这一作业最好在有氮气流存在的情况下,在400°F温度和500磅/英寸2压力下进行。

    一个典型的实验顺序在图3中说明。第一步是使来自盐水罐66的蒸汽发生器给水和来自储罐65的代表油藏的原油一起通过岩心60,直到记录到基本稳定的压差与时间关系曲线为止。然后,如图3所示,仅使蒸汽发生器给水通过岩心,直到再次建立稳定状态为止。此时使泡沫发生器处于“残余油”状态。在这些条件下压力差一般为0-2磅/英寸2。

    接着把实验的表面活性剂组合物自罐64泵入实验系统,此时表面活性剂组合物在蒸汽发生器给水中呈稀释溶液状态。当起泡组合物的质量好时,钢棉人造岩心60二端的压力差在15-100分钟内是增加的,并在达到一个新的稳定状态值时停止增加(一般为20-100磅/英寸2);这一状态在图3关系曲线上用标有泡沫压力差(Pf)的部分表示。然后,使原油与表面活性剂组合物一起进入实验系统,继续进行实验。在这些条件下测得的压力差一般为2-20磅/英寸2(Pf+0)。最后,用盐水(蒸汽发生器给水)代替表面活性剂溶液,测量盐水和残余油流过岩心的压力差(Pb+0)。共测量了四个特性参数:(1)泡沫达到稳定状态压力差所需要的时间(反应时间);(2)泡沫的稳定状态的压力差(Pf);(3)泡沫+原油的稳定状态的压力差(Pf+0);(4)盐水(蒸汽发生器给水)+原油的稳定状态的压力差(Pb+0)。这些特性参数均在图3中标出。在残余油饱和度低的地方,Pf值大(图3),Pf+0值小,这正是所希望的。具有这些特性的表面活性剂组合物,能够在油藏残余油饱和度低的高渗透性层带增加蒸汽的流动阻力,从而使蒸汽转向进入油藏含油量仍然很高的部分。这正是如图1所示的重力超覆流动或蒸汽窜流的典型情况。

    图3中的反应时间和泡沫压力(Pf)取决于表面活性剂和泡沫发生器(岩心)中的残余油。在没有残余油存在的情况下,反应时间很短,起泡表面活性剂一与泡沫发生器接触压力立即增加。当有残余油存在时,反应时间和Pf取决于表面活性剂推动和驱替原油的有效程度和在有油存在条件下表面活性剂产生泡沫能力的好坏。在蒸汽驱中曾经使用了现有技术的起泡表面活性剂以对付低残余油量的超覆流动情况,其动态特性如图3所示。泡沫+原油的压力差(Pf+0)比仅只有泡沫的压力差(Pf)低得多,比盐水+原油的压力差(Pb+0)还低,或者差不多,这表明在有油存在的情况下没有产生泡沫。当由于重力泄油作用而存在含油的高渗透性通道时,或者当超覆流动带的残余油饱和度高于晚期蒸汽驱中发现的残余油饱和度时,对于这些情况来说,最好的动态特性是与残余油的反应速度快(图3中反应时间短),泡沫的压力差(Pf)高,泡沫加上低流量原油的压力差也相当高(Pf+0)高)。

    令人惊喜的是,我们发现一类表面活性剂具有这些特性的有利组合,其中包括:与残余油的反应速度快,泡沫的压力差(Pf)高,泡沫+原油的压力差(Pf+0)高于盐水+原油的压力差(Pb+0)。这些表面活性剂具有以下优越性:在超覆流动条件和低残余油饱和度层带,以及在残余油含量高的高渗透性通道中,可以提高蒸汽转向和蒸汽流度控制。下面用实例说明这些特性。

    在上述蒸汽-泡沫实验中使用的泡沫发生器的特性,可以随钢棉人造岩心置放的时间而变化,或者由于更换而变化。这样就会使这一实验中测定的参数出现不断的变化值,从而难以对比不同表面活性剂之间的绝对值。正是由于这一原因,用已知性能很好的一种标准组合物在指定的日期在实验装置上进行实验,其它的表面活性剂也在同一天用人造岩心实验,记录下实验结果,并与这一标准组合物的结果相对比。相对的泡沫封堵和反应时间测量的复现性通常在10%以内。

    实例

    -

    用上面描述的实验装置(用图3说明)试验对比了表面活性剂。泡沫流动实验是在400°F温度和大约500磅/英寸2压力下用直径1/4英寸、长21/2英寸的钢棉泡沫发生器进行的。实验时的表面活性剂液态流量为2毫升/分,有效组分浓度大约为0.5%(重量)。气相由大体等量的蒸汽和氮气组成,在实验条件下其混合物流量大约为40毫升/分T诮性土鞫笛槭保砻婊钚约粱蛘羝⑸鞲牧髁课?毫升/分,Kern River(克思河)油田原油的流量为0.2毫升/分。盐水,即人工合成蒸汽发生器给水,是在蒸馏水中溶解Na Cl(295毫升克/升)、KCl(11毫克/升)Na HCO3(334毫克/升)和Na2SO4(61毫克/升)配制成的。在下面的实例中使用下列缩写:

    LABS    直链烷基苯磺酸盐

    LATS    直链烷基甲苯磺酸盐

    LAXS    直链烷基二甲苯磺酸盐

    BABS    支链烷基苯磺酸盐

    BATS    支链烷基甲苯磺酸盐

    BAXS    支链烷基二甲苯磺酸盐

    BACS    支链烷基异丙基苯磺酸盐

    实例1

    -

    在这一实例中,把本发明有代表性的表面活性剂的特性与已经应用或考虑用于蒸汽-泡沫驱的表面活性剂进行了对比。在表1中对反应速度和泡沫压力(Pf)给出了相对值,而对Pf+0/Pb+0的比给出了绝对值。用图3中反应时间的倒数求出相对的反应速度。

    这些结果表明,本发明的支链烷基芳香族磺酸盐具有所希望特性各值的最佳组合,其中包括:反应速度快(远高于1);泡沫压力(Pf)高(约为1);泡沫+原油的压力(Pf+0)与盐水+原油的压力(Pb+0)的比值高(远大于1)。

    表    1

    相对值

    表面活性剂 反应速度 PfPf+0/Pb+0

    SuntechTMIV 1015 1 1 0.1

    ChaserTMSD1000 2 1 0.1

    EnordetTM1618AOS 0.7 0.5 0.4

    EnordetTMLXS 1314 1 0.1 0.2

    EnordetTMLTS 18 6 1 0.2

    CORTM180 0.3 0.6 0.7

    DowfaxTM2A1 0.5 0.5 1

    DowfaxTM3B2 1.8 0.5 0.6

    BATS(457)36 0.9 8.5

    BAXS(470)18 1 4.3

    BABS(504)14 1.3 3.1

    (1)当量的平均值

    实施例2

    -

    实验按实例1进行。这些结果表明,本发明的支链烷基芳香族磺酸盐与直链烷基芳香族磺酸盐或低当量支链烷基芳香族磺酸盐相比,具有所希望特性的最佳组合。

    表    2    相对值

    表面活性剂 当量* 侧链碳原子数* 反应速度 PfPf+0/Pb+0

    LABS    347    12    0    0    -

    BABS    361    13    0    0    -

    BACS    385    12    0    0    -

    LAXS    389    13    0.5    0.1    0.5

    LATS    424    16    0.5    1    0.1

    LATS    457    19    3    1    0.2

    BATS    457    19    3    0.9    8.5

    BAXS    470    19    4    1    4.3

    BATS    471    20    7    1    1.2

    BABS    504    23    4    1.2    5

    BATS    521    23    3    0.7    1.2

    BATS    550    25    3    1.3    13

    *对当量和侧链中的碳原子数给出其平均值。

    实例3

    -

    实验按实例1进行。在这些情况下,除主要表面活性剂以外,还加有添加剂,即电解质或阴离子表面活性剂。

    表    3

    相对值

    表面活性剂 当量 添加剂 反应速度 PfPf+o/Pb+o

    BATS 425 1% NaCl 5.4 0.9 18(4)

    BATS 425 0.5% Na2SO42.7 0.9 2.7

    BATS 425 0.5% SMS(1)4.4 0.9 2.9

    BATS    471    0.5%    NaCl    7    0.9    1.6

    BABS 504 0.5%NaCl 6 1.1 5(4)

    BATS(0.25%)(3)457 AOSD(2)(0.25%) 3.8 0.9 1.4

    BATS(0.25%)(3)521 AOSD(2)(0.25%) 3 1 2.4

    BATS(0.25%)(3)521 2024AOS(0.25%) 3.8 1 1.5

    LATS(0.25%)(3)457 AOSD(2)(0.25%) 0.8 0.8 1

    (1)SMS为偏硅酸钠;

    (2)AOSD为4,556,107号美国专利描述的α烯烃二聚物表面活性剂;

    (3)在这些情况下每一种表面活性剂组合为0.25%(重量);

    在所有其他情况下单一种表面活性剂为0.5%(重量);

    (4)这里为泡沫+原油的压力。

    实例3的结果说明,本发明的支链烷基芳香族磺酸盐在有电解质或其他阴离子表面活性剂存在的情况下,反应速度快,泡沫压力(Pf)高,Pf+0/Pb+0的比值高。注意,不属于本发明范围的LATS/AOSD(上表最后一项),对三个所希望的特性给出的值并不高。

    最好,磺酸盐组分用钠盐的形式。其它盐类,如钾盐,铵盐或其他水溶性阳离子及其混合物,也可以使用。另外,在支链烷基芳香族磺酸盐中,磺酸盐也可以是酸的形式,这在本发明的实验中已证明是有效的。

    通过以上说明和实例,很明显,专业领域的技术人员可对表面活性剂组合物及其在蒸汽刺激提高油藏原油采收率的方法方面做出各种改进和变异。所有这些变异都属于本发明精神实质和范围以内,并包括在本发明权利要求书所限定的发明范围以内。

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一种应用泡沫提高原油采收率的方法,可用来改善单井蒸汽刺激或井间蒸汽驱替粘性原油的有效性。所用的是一种新的表面活性剂组合物,它含有支链烷基芳香族磺酸盐,是使蒸汽起泡的有效起泡剂。因为它能在有大量残余油存在的情况下形成泡沫,使蒸汽转向进入低渗透性层带,从而驱替出大量的可采原油。 。

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