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1、(10)申请公布号 CN 102933681 A (43)申请公布日 2013.02.13 CN 102933681 A *CN102933681A* (21)申请号 201180027896.7 (22)申请日 2011.06.03 61/351,510 2010.06.04 US C09K 8/594(2006.01) B01F 1/00(2006.01) B01F 5/04(2006.01) (71)申请人 陶氏环球技术有限责任公司 地址 美国密歇根州 (72)发明人 MD克洛特 RM琼斯 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 吴亦华 (54) 发明名称 使表面。
2、活性剂增溶于超临界二氧化碳中用于 三次采油 (57) 摘要 本公开的实施方案包括用于使表面活性剂在 超临界二氧化碳中增溶的方法和系统， 其包括提 供所述表面活性剂在其中增溶的所述超临界二氧 化碳的湍流， 并将所述表面活性剂注入到所述超 临界二氧化碳的湍流中以获得0.01至1.0的喷流 混合数。在一个或多个实施方案中， 泵向通过至 少部分管线移动的超临界二氧化碳提供湍流， 并 且与所述管线相连的注入器将所述表面活性剂输 送通过限定所述注入器中的端口的表面， 以将所 述表面活性剂注入到所述超临界二氧化碳的湍流 中， 以获得 0.01 至 1.0 的喷流混合数。 (30)优先权数据 (85)PCT申。
3、请进入国家阶段日 2012.12.03 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/001006 2011.06.03 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/152876 EN 2011.12.08 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 13 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 13 页 附图 8 页 1/2 页 2 1. 使表面活性剂在超临界二氧化碳中增溶的方法， 所述方法包括 ： 提供所述表面活性剂在其中增溶的所述超临界二氧化碳的湍流 ； 以及 将所述表面活性剂注入到所述超临界二氧化碳的湍流中。
4、， 以获得0.01至1.0的喷流混 合数。 2. 权利要求 1 的方法， 其中将所述表面活性剂注入到所述超临界二氧化碳的湍流产生 了比根据所述超临界二氧化碳的优势湍流条件所计算的最大稳定液滴直径更小的所述表 面活性剂的液滴直径。 3. 前述权利要求任一项的方法， 其还包括产生在所述超临界二氧化碳中具有少于 700 秒的停留时间的所述表面活性剂的液滴直径。 4. 前述权利要求任一项的方法， 其中以相对于所述超临界二氧化碳的体积流速预定的 体积值注入所述表面活性剂。 5. 前述权利要求任一项的方法， 其中所述表面活性剂的注入将所述表面活性剂以与所 述湍流的纵向流动方向垂直的角度引入到所述湍流中。 。
5、6. 前述权利要求任一项的方法， 其中提供湍流包括在输送所述超临界二氧化碳的管 线中提供接头， 并且在所述接头附近将所述表面活性剂注入到所述超临界二氧化碳的湍流 中。 7. 前述权利要求任一项的方法， 其中提供湍流包括在输送所述超临界二氧化碳的管线 中提供中空圆锥形插入件， 以提高所述超临界二氧化碳在所述注入的表面活性剂附近的局 部速度。 8. 使表面活性剂在超临界二氧化碳中增溶的系统， 所述系统包括 ： 管线中的所述超临界二氧化碳 ； 泵， 其提供通过至少部分所述管线的所述超临界二氧化碳的湍流 ； 以及 与所述管线相连的注入器， 所述注入器将所述表面活性剂输送通过限定所述注入器中 的端口的表。
6、面， 以将所述表面活性剂注入到所述超临界二氧化碳的湍流中， 以获得 0.01 至 1.0 的喷流混合数。 9. 权利要求 8 的系统， 其中所述管线包括接头， 并且与所述管线相连的注入器与所述 管线的接头相连。 10. 前述权利要求任一项的系统， 其中所述管线在其中包含中空圆锥形插入件， 以提高 所述超临界二氧化碳在所述端口附近的局部速度。 11. 前述权利要求任一项的系统， 其中所述注入器是延伸到含有所述超临界二氧化碳 的管线中的管， 所述管具有所述端口， 所述端口的位置使得所述表面活性剂以与所述湍流 的纵向流动方向垂直的角度注入到所述超临界二氧化碳中。 12. 前述权利要求任一项的系统， 。
7、其中所述注入器中的端口允许所述表面活性剂被注 入到所述超临界二氧化碳的湍流中， 使所述表面活性剂获得了比根据所述超临界二氧化碳 的优势湍流条件所计算的最大稳定液滴直径更小的液滴直径。 13. 权利要求 12 的系统， 其中所述表面活性剂的液滴直径在所述超临界二氧化碳中具 有少于 700 秒的停留时间。 14. 前述权利要求任一项的系统， 其中所述注入器中的端口大致位于所述管线的径向 中心处。 权 利 要 求 书 CN 102933681 A 2 2/2 页 3 15. 前述权利要求任一项的系统， 其中所述注入器以相对于所述超临界二氧化碳的体 积流速预定的体积值注入所述表面活性剂。 权 利 要 。
8、求 书 CN 102933681 A 3 1/13 页 4 使表面活性剂增溶于超临界二氧化碳中用于三次采油 技术领域 0001 总的来说， 本公开涉及三次采油 (Enhanced oil recovery)， 具体来说， 涉及使表 面活性剂在超临界二氧化碳中增溶以用于三次采油的方法和系统。 背景技术 0002 各种技术已被用于三次采油 ( 例如从其中烃类不再通过自然力流动的含油储层 回收烃类 )。这样的技术可以包括注水和 / 或随后的气驱等。注水对于回收某些烃类可能 有用， 但是使用这种技术只能回收大约三分之一的烃类。 因此， 典型地在注水程序后进行气 驱程序。 气驱可以使用可混溶气体来进行，。
9、 该可混溶气体降低含油储层中存在的油的粘度， 以便增加烃类向产油井的流动。处于超临界状态下的二氧化碳已被用作可混溶流体， 以降 低含油储层中油的粘度。超临界二氧化碳是最有效和最廉价的可混溶流体之一。 0003 然而， 气驱可能伴有许多缺点。遇到的一个主要问题是含油储层的清扫 (sweep) 不良。 当在气驱过程中注入到含油储层中的气体由于该气体的低粘度而流过阻力最小的路 径， 因此绕过显著部分的地层时， 发生清扫不良。当气体绕过显著部分的地层时， 与气体接 触的油较少， 减少了气体降低油粘度的可能性， 产生清扫不良。 此外， 由于气体的低密度， 注 入的气体可能上升到地层顶部并 “越过” 部分。
10、地层， 引起气体在产油井处的过早涌出， 在含 油储层内留下较少的气体与油接触， 同样减少了气体降低油粘度的可能性。 0004 为了提高气驱方法的有效性， 已经建议向超临界二氧化碳添加表面活性剂以在地 层中产生乳液。乳液能够产生约 100 至约 1000 倍于注入气体的表观粘度， 因此乳液能够抑 制气体流入以前已被清扫的含油储层部分中。换句话说， 乳液可用于阻断气体能够快捷通 过的含油储层体积， 从而降低它流过高度可渗透的裂缝、 裂隙或层的倾向性， 并将其导向以 前未清扫的含油储层部分。因此， 乳液能够迫使气体将可采烃类从储层的未枯竭部分驱向 产油井。 0005 发明简述 0006 本公开的实施。
11、方案包括用于使表面活性剂在超临界二氧化碳中增溶的方法， 该方 法包括提供表面活性剂在其中增溶的超临界二氧化碳的湍流， 并将表面活性剂注入到该超 临界二氧化碳的湍流中以获得0.01至1.0的喷流混合数(Jet Mixing Number)。 泵向通过 至少部分管线移动的超临界二氧化碳提供湍流， 并且与管线相连的注入器将表面活性剂输 送通过限定注入器中的端口 (port) 的表面， 以将该表面活性剂注入到超临界二氧化碳的 湍流中， 以获得 0.01 至 1.0 的喷流混合数。 0007 在一个或多个实施方案中， 将表面活性剂注入到超临界二氧化碳的湍流中， 使该 表面活性剂产生比根据超临界二氧化碳的。
12、优势 (prevailing) 湍流条件所计算的最大稳定 液滴直径更小的液滴直径。本公开还可以提供产生在超临界二氧化碳中具有少于 700 秒的 停留时间的该表面活性剂的液滴直径。在一个或多个实施方案中， 本公开提供了以相对于 该超临界二氧化碳的体积流速预定的体积值注入该表面活性剂。在一个或多个实施方案 中， 可以将表面活性剂以与湍流的纵向流动方向垂直的角度注入到该湍流中。提供湍流可 说 明 书 CN 102933681 A 4 2/13 页 5 以包括在输送超临界二氧化碳的管线中提供接头 (fitting)， 并且在该接头附近将表面活 性剂注入到超临界二氧化碳的湍流中。 提供湍流可以包括在输送。
13、超临界二氧化碳的管线中 提供中空圆锥形插入件， 以提高超临界二氧化碳在所注入的表面活性剂附近的局部速度。 0008 在一个或多个实施方案中， 本公开还包括用于使表面活性剂在超临界二氧化碳中 增溶的系统， 该系统包括 ： 管线中的超临界二氧化碳 ； 提供通过至少部分管线的超临界二 氧化碳的湍流的泵 ； 以及与管线相连的注入器， 该注入器将表面活性剂输送通过限定注入 器中的端口的表面， 以将表面活性剂注入到超临界二氧化碳的湍流中， 以获得 0.01 至 1.0 的喷流混合数。 0009 在一个或多个实施方案中， 管线可以包括接头， 并且与该管线相连的注入器与管 线的接头相连。 在一个或多个实施方案。
14、中， 管线可以包括其中的中空圆锥形插入件， 以提高 超临界二氧化碳在端口附近的局部速度。在一个或多个实施方案中， 注入器是延伸到含有 超临界二氧化碳的管线中的管， 该管具有端口， 该端口的位置使得表面活性剂以与湍流的 纵向流动方向垂直的角度注入到超临界二氧化碳中。 0010 在一个或多个实施方案中， 注入器中的端口允许表面活性剂被注入到超临界二氧 化碳的湍流中， 使该表面活性剂获得比根据超临界二氧化碳的优势湍流条件所计算的最大 稳定液滴直径更小的液滴直径。在一个或多个实施方案中， 该表面活性剂的液滴直径在超 临界二氧化碳中具有少于 700 秒的停留时间。在一个或多个实施方案中， 注入器中的端口。
15、 大致位于所述管线的径向中心处。在一个或多个实施方案中， 注入器以相对于所述超临界 二氧化碳的体积流速预定的体积值注入表面活性剂。 0011 上面本公开的概述不打算描述本公开的每个公开的实施方案或每种实施方式。 下 面的说明书更具体地示例说明性实施方案。在整个申请中的几个地方， 通过实例的列举提 供指导， 该实例可以以各种不同的组合使用。 在每种情况下， 所叙述的列举仅仅用作代表性 组， 不应被解释为全部列举。 0012 附图简述 0013 图 1 图示说明了根据本公开的用于使表面活性剂在超临界二氧化碳中增溶的系 统的一个实施方案。 0014 图 2 图示说明了根据本公开的用于使表面活性剂在超。
16、临界二氧化碳中增溶的系 统的一个实施方案。 0015 图 3 图示说明了根据本公开的用于使表面活性剂在超临界二氧化碳中增溶的系 统的一个实施方案。 0016 图 4 图示说明了根据本公开的用于使表面活性剂在超临界二氧化碳中增溶的系 统的一个实施方案。 0017 图5图示说明了根据本公开的700m的初始液滴直径在超临界二氧化碳(scCO2) 中的一维 (1-D) 传质计算的结果。 0018 图 6 图示说明了根据本公开的 470m 的初始液滴直径在 scCO2中的 1-D 传质计 算的结果。 0019 图 7 图示说明了根据本公开的 100m 的初始液滴直径在 scCO2中的 1-D 传质计 算。
17、的结果。 0020 图 8 图示说明了液滴从 700m 的 dmax值开始的液滴直径随时间变化的结果。 说 明 书 CN 102933681 A 5 3/13 页 6 0021 定义 0022 当在本文中使用时， 术语 “一个” 和 “一个或多个” 以及 “至少一个” 可互换使用， 并 且包括复数指称项， 除非上下文相反的明确指示。 0023 除非另有定义， 否则所有科学和技术术语被理解为具有与在它们所属技术领域中 常用的意义相同的意义。出于本公开的目的， 其他特定术语在文中各处定义。 0024 术语 “包含” 、“包括” 以及这些词的变化形式， 在说明书和权利要求书中出现这些 术语之处没有限。
18、制性意义。因此例如， 包含 “一种” 表面活性剂的方法可以被解释为意指包 括 “一种或多种” 表面活性剂的方法。此外， 与 “包括” 或 “含有” 同义的术语 “包含” 是包容 性、 开放式的， 并且不排除其他未叙述的要素或方法步骤。 0025 当在本文中使用时， 术语 “和 / 或” 意味着一个、 一个以上或所有列出的要素。 0026 此外， 在本文中， 通过端点叙述的数值范围包括该范围内包含的所有数值 ( 例如 1 至 5 包括 1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4、 5 等 )。 0027 当在本文中使用时， 术语 “水” 可以包括例如盐水、 原生水、 地表水、 蒸馏水。
19、、 碳酸 水、 海水及其组合。简便起见， 在本文中将使用词语 “水” ， 这时应该理解，“盐水” 、“原生水” 、 “地表水” 、“蒸馏水” 、“碳酸水” 和 / 或 “海水” 中的一种或多种可以互换使用。 0028 当在本文中使用时，“表面活性剂” 是指降低两种流体之间的界面张力的化学化合 物。 0029 当在本文中使用时，“乳液” 是指两种不混溶物质的混合物， 其中一种物质 ( 分散 相 ) 被分散在另一种物质 ( 连续相 ) 中。 0030 当在本文中使用时， 术语 “超临界相” 或 “超临界状态” 是指被维持在高于其临界 温度或临界压力 ( 高于其时不能通过压力或温度液化的温度或压力 。
20、) 下的稠密气体。 0031 当在本文中使用时， 术语 “管线” 是指用于将流体 ( 液体和 / 或气体 ) 从一个位置 输送到另一个位置的管道系统。在本公开的一个或多个实施方案中， 管线可以包括其他组 件例如接头、 阀门、 泵和其他装置， 以提供并控制流体通过管线的流动。 0032 当在本文中使用时，“湍流” 或 “紊流” 是指在管线中雷诺数为至少 2100 的流体流 动。 0033 当在本文中使用时，“增溶” 包括使本文中所规定的表面活性剂溶解在本文中所规 定的超临界二氧化碳中， 以形成均匀溶液 ( 例如组成均匀 ) 的性质。 0034 当在本文中使用时， 术语 “油” 是指由各种不同分子。
21、量和结构的烃类以及其他有机 化合物的复杂混合物组成的天然存在的液体， 其存在于地表下的地质层、 在本文中被称为 含油储层。 “油” 也已知并可称为石油和 / 或原油。 0035 本文中的图遵从下述编号规定， 其中头一个或几个数字对应于绘图号， 其余数字 标明图中的要素或组件。 在不同图之间， 相似的要素或组件可以使用相似的数字来标明。 例 如， 110 可以指称图 1 中的要素 “10” ， 在图 2 中类似的要素可以被指称为 210。正如将会认 识到的， 在本文的各个实施方案中示出的要素可以被添加、 交换和 / 或取消， 以提供许多附 加实施方案。此外， 针对一个图进行的要素的特点和 / 或。
22、属性的讨论， 也可以适用于在一个 或多个其他图中示出的该要素。在图中显示的实施方案不一定按比例绘制。 0036 发明详述 0037 本公开的实施方案包括用于使表面活性剂增溶在超临界二氧化碳 (scCO2) 中， 以 说 明 书 CN 102933681 A 6 4/13 页 7 用于三次采油的方法和系统。在一个或多个实施方案中， 使表面活性剂增溶在 scCO2中以 帮助促进二氧化碳和水组成的稳定乳液的形成。 0038 二氧化碳 (CO2) 根据其温度和压力可以以四种不同相存在。这四种相是固体、 液 体、 气体和超临界流体。 超临界流体是化合物、 混合物或元素高于其临界压力和临界温度的 限定状态。
23、。在超临界状态下， 二氧化碳表现出气体和液体两者的性质。例如， 它像气体一样 表现出与液体相比更高的扩散系数， 但是像液体一样维持良好的溶解性参数。作为超临界 流体的二氧化碳在高于6.9兆帕(MPa)的临界压力和31的临界温度下是稳定的。 对于本 公开的一个或多个实施方案来说， 二氧化碳可以作为液体和 / 或作为超临界流体处于流体 状态下， 并在本文中被称为 “超临界二氧化碳” 。 0039 在一个或多个实施方案中， 注入到含油储层中的二氧化碳可以处于超临界状态。 除了 scCO2之外， 在进入含油储层的注射物中可以包含表面活性剂和水。表面活性剂通常 是两亲性的有机化合物， 这意味着它们含有疏。
24、水基团和亲水基团两者， 因此它们可以溶解 在有机溶剂和水二者中。 在本文的实施方案中， 表面活性剂可以降低两种流体(例如液体) 例如二氧化碳与水之间的界面张力。在一个或多个实施方案中， 在本公开中使用的表面活 性剂可以是离子型和 / 或非离子型的。对于非离子型表面活性剂来说， 亲水基团可以由水 溶性组分 ( 例如水溶性组分如聚氧化乙烯 ) 而不是带电荷物质构成， 该带电荷物质将存在 于离子型表面活性剂中。可用于本公开的表面活性剂也可以对于水和油来说是非乳化的。 0040 当将表面活性剂与 scCO2一起注入到含有烃类 ( 例如油 ) 的含油储层中时， 表面 活性剂能够促进由二氧化碳和水组成的乳。
25、液的形成。当在本文中使用时，“乳液” 可以包括 “泡沫” ， 所述泡沫是指将气体分散在液体中的分散系。当在本文中使用时， 泡沫和乳液可互 换使用， 然而， 为了防止与可以形成 ( 例如使用水和油 ) 的其他乳液混淆， 使用表面活性剂 的二氧化碳和水形成的乳液将在本文中被称为 “乳液” 。 0041 在一个或多个实施方案中， 使表面活性剂增溶在 scCO2中， 帮助更好地确保当将 scCO2从注入系统的管线注入含油储层时乳液能够形成。在许多情况下， 表面活性剂在 scCO2中具有有限的溶解性。因此， 传质可能限制增溶过程。尽管有可能含油储层的多孔性 质对至少表面活性剂和 scCO2来说可以起到 。
26、“静态混合器” 的作用， 但表面活性剂在储层的 低速区中分离的可能性是非常真实可能的。 在这种情形中， 表面活性剂可能引起地层损坏， 例如阻塞或降低地层的渗透性。因此， 优选在将溶液注入到含油储层中之前 ( 例如在注入 的溶液到达注入系统管线的末端之前 )， 将表面活性剂增溶在 scCO2中。 0042 对于本公开来说， 在真实场景中进行了最大稳定液滴直径、 传质速率和表面活性 剂在 scCO2中的增溶时间的测定。该分析的结果能够对表面活性剂的液滴直径提供优化， 该液滴直径小于根据 scCO2的优势湍流条件所计算的最大稳定液滴直径。将表面活性剂液 滴直径的尺寸优化成小于最大稳定液滴直径， 帮助。
27、更好地确保在混合物进入含油储层之前 表面活性剂能够充分增溶在 scCO2中。 0043 为了更好地确保在管线末端之前将表面活性剂增溶在 scCO2中， 本公开提供了与 管线系统一起使用的注入器， 其将 scCO2、 水和表面活性剂导入到含油储层中。在一个或多 个实施方案中， 注入器帮助确保表面活性剂的液滴直径小于根据 scCO2的优势湍流条件所 计算的最大稳定液滴直径。在一个或多个实施方案中， 与本公开的系统一起使用的注入器 允许表面活性剂的液滴快速形成并分散在整个 scCO2流中， 以更好地确保在提供到含油储 说 明 书 CN 102933681 A 7 5/13 页 8 层中用于三次采油之。
28、前表面活性剂完全增溶在 scCO2中。 0044 现在参考图 1， 其显示了根据本公开的一个实施方案的系统 100， 用于使表面活性 剂增溶在输送给含油储层用于三次采油的 scCO2中。正如本文中讨论的， 在 scCO2中形成直 径小于最大稳定液滴直径的表面活性剂液滴， 可以帮助更好地确保在提供到含油储层中用 于三次采油之前表面活性剂完全增溶在 scCO2中。例如， 系统 100 可以帮助确保在对应于 140 至 670 秒的标称停留时间的 1500 至 7000 英尺的井下距离内， 表面活性剂将被增溶在 scCO2中。因此， 在一个或多个实施方案中， 优选使表面活性剂产生在 scCO2中具有。
29、少于 700 秒的停留时间的液滴直径。 0045 正如所示， 系统100包括含有scCO2的管线102， 湍流输送scCO2通过管线102的泵 104， 以及与管线 102 相连的注入器 106。在一个或多个实施方案中， 管线 102 中的 scCO2湍 流和注入器 106 的构造， 通过减少扩散路径并同时增加表面活性剂用于传质的表面积 ( 例 如形成直径小于优势scCO2条件下的最大稳定液滴直径的表面活性剂液滴)， 帮助降低表面 活性剂相对于scCO2的传质阻力。 在一个或多个实施方案中， 注入器106的构造确保表面活 性剂被注入到 scCO2的湍流中 ( 例如远离管线 102 的壁 108。
30、)， 以便产生直径小于优势 scCO2 条件下的最大稳定液滴直径的表面活性剂液滴。 基于本文中提供的讨论， 小于优势scCO2条 件下的最大稳定液滴直径的表面活性剂液滴， 可以允许表面活性剂沿着井下管线 102 的可 用长度完全增溶在 scCO2中。 0046 正如本文中讨论的， 对于一个或多个实施方案来说， 与管线 102 相连的注入器 106 可以具有许多不同的构造。例如， 如图 1 中所示， 注入器 106 可以具有延伸通过管线 102 的 壁 108 的管状构造。在一个或多个实施方案中， 注入器 106 包括歧管 (manifold)110 和限 定端口 112 的表面， 该端口从歧管。
31、 110 延伸通过注入器 106 的壁 114。对于各种不同实施方 案， 注入器 106 通过歧管 110 和端口 112 输送表面活性剂， 将表面活性剂的喷流注入到管线 102 内部 scCO2的湍流中。在一个或多个实施方案中， 表面活性剂以相对于 scCO2的体积流 速预定的体积值注入。 0047 正如所示， 注入器 106 的端口 112 的位置远离管线 102 的壁 108， 因为在壁处或附 近注入表面活性剂可能引起表面活性剂 “挂壁 (hugging)” ， 使得不能获得所期望的液滴平 均直径。在一个或多个实施方案中， 注入器 106 的端口 112 可以位于大致于管线 102 的径。
32、 向中心线 116 处。在一个或多个实施方案中， 注入器 106 的其他构造允许端口 112 位置远 离中心线 116， 以便更接近管线 102 的壁 108 但不位于其上。 0048 在一个或多个实施方案中， 注入器 106 的端口 112 在横跨 scCO2的纵向流动方向 118并朝向管线的壁108的方向上导入表面活性剂的喷流。 在一个或多个实施方案中， 注入 器 106 的端口 112 垂直于管线 102 的径向中心线 116 和 scCO2的纵向流动方向 118 导入表 面活性剂的喷流。在一个或多个实施方案中， 注入器 106 的端口 112 以相对于管线 102 的 径向中心线 11。
33、6 和 scCO2的纵向流动方向 118 的非垂直的角度导入表面活性剂的喷流。对 于一个或多个实施方案来说， 表面活性剂的喷流在物理上和体积上进行大小调节以导入到 scCO2的流中， 以便提供快速混合并在 scCO2中产生帮助确保在 scCO2的优势湍流条件下增 溶的表面活性剂液滴直径。 0049 在一个或多个实施方案中， 用于表征通过端口 112 进入 scCO2横向流的喷流的方 法， 可以由通过方程 1 计算的喷流混合数 (JMN) 来定义 ： 说 明 书 CN 102933681 A 8 6/13 页 9 0050 0051 当在本文中使用时， JMN 的值提供了通过端口 112 的表面。
34、活性剂喷流是否透过纵 向流动方向 118 并到达管线 102 的壁上的指示。例如， 对于 0.01 至 1.0 的 JMN 值， 允许表 面活性剂喷流透过 scCO2的纵向流动方向 118， 并在其到达管线 102 的壁 108 之前转向。对 于1.0或以上的JMN值来说， 喷流透过scCO2的纵向流动方向118并接触管线102的壁108， 其可以引起回混以及随后壁被表面活性剂 “挂壁” 。优选情况下， 注入器 106 通过端口 112 输送表面活性剂， 以将表面活性剂注入到超临界流体的湍流中， 以获得 0.01 至 1.0 的 JMN， 其中 0.07 的 JMN 是一个特别的优选值。 00。
35、52 在一个或多个实施方案中， 可以对端口 112 的尺寸和横截面形状进行选择， 以使 通过管线 102 和 scCO2速度最好地获得所期望的 JMN。例如， 端口 112 可以具有多种不同横 截面形状之一。 这些形状包括但不限于圆形、 非圆形(例如椭圆形)、 三角形、 矩形和其他多 边形形状等。例如， 在一个实施方案中， 例如端口 112 可以具有直径约为 1 毫米的圆形横截 面形状。 0053 其他尺寸是可能的， 其中可以使用JMN以及scCO2和表面活性剂的速度和管线102 的直径的其他值来确定端口 112 的尺寸 ( 例如直径 )。 0054 此外， 限定开口的壁可以是锥形 ( 例如斜。
36、面的 ) 或非锥形的 ( 即沿着端口 112 的 深度， 横截面积变化或不变 )。在其他实施方案中， 当存在两个或以上端口 112 时 ( 正如将 在本文中更充分讨论的 )， 对于端口 112 来说横截面形状和 / 或尺寸不必是恒定的。例如， 对于给定的注入器 106， 端口 112 可以具有各种不同的横截面形状、 尺寸、 相对于径向中心 线 116 的方向和轮廓。 0055 在一个或多个实施方案中， 注入器 106 可以由耐腐蚀材料制成。当在本文中使用 时， 耐腐蚀材料包括抵抗与用于三次采油的系统一起使用的表面活性剂和 / 或 scCO2的反 应或不与其反应的材料。适合用于形成注入器 106。
37、 的耐腐蚀材料的实例可以包括钛、 钛合 金 ( 例如 7 级钛 )、 奥氏体不锈钢、 铁素体不锈钢、 沉淀硬化不锈钢等。 0056 在一个或多个实施方案中， 管线 102 可以在与径向中心线 116 垂直方向上具有圆 形横截面形状。其他横截面形状也是可能的。此外， 管线 102 可以在注入器 106 附近具有 恒定直径。在一个或多个实施方案中， 管线 102 可以包含文氏管。例如， 文氏管可以包含在 紧靠注入器 106 的上游和 / 或下游。在一个或多个实施方案中， 注入器 106 可以沿着文氏 管的长度放置 ( 例如端口 112 位于管线 102 的文氏管中 )。 0057 在一个或多个实施。
38、方案中， 泵 104 可以为超临界流体提供通过至少部分管线 102 的湍流 ( 例如雷诺数为至少 2100)。这样的泵的实例包括但不限于气动增压泵等。正如在 本文中讨论的， scCO2被用于系统 100 中。除了 scCO2， 其他超临界流体也可以与 scCO2一起 或单独用于系统 100 中。 0058 如图 1 的实例所示， 注入器 106 上的端口 112 可以是单一端口 112， 其位于注入器 106 的径向表面处 ( 如图 1 中所示 ) 或注入器 106 的末端 120 处。然而， 在本文中讨论的注 入器 106 的其他实施方案可以包括超过一个端口 112。正如将会认识到的， 可以。
39、对端口 112 的数量、 尺寸、 间隔和 / 或分布进行配置， 以确保注入器 106 的机械整体性并确保通过端口 说 明 书 CN 102933681 A 9 7/13 页 10 112 注入的表面活性剂不撞击到管线 102 的壁 108 上 ( 即 JMN 为 0.01 至 1.0)。 0059 在一个或多个实施方案中， 可用于本公开的表面活性剂的实例， 包括在 Beckman 的美国专利号6,686,438和Wilkinson的5,789,505以及美国专利申请系列号61/196,235 的题为 “用于采油的组合物及其使用方法” (Compositions for Oil Recovery。
40、 and Methods of Their Use) 的美国专利申请中所描述的表面活性剂。 0060 图 2 提供了根据本公开的系统 200 的其他实施方案的图示。在一个或多个实施方 案中， 注入器 206 包括两个或更多个端口 212， 正如本文中讨论的， 其被选择成提供表面活 性剂在 scCO2流中的足够分割 (segmentation) 和液滴直径。此外， 正如本文中讨论的， 每 个端口 212 可以相对于径向中心线 216 独立地定向 ( 例如被定向成产生与 scCO2的纵向流 动方向 218 垂直和 / 或不垂直的喷流 )。同样地， 每个端口 212 可以独立地具有如本文中讨 论的横。
41、截面形状和 / 或尺寸。 0061 图 2 还图示说明了包括接头 222 的系统 200 的实施方案， 所述接头可用于增添能 量耗散， 以协助表面活性剂液滴增溶 ( 例如在注入器 204 的端口 312 附近增加 scCO2的局 部湍流 ) 和 / 或用于使系统 200 更紧凑。正如所示， 管线 202 包括位于注入器 202 上游的 弯头 224， 其中注入器 202 通过由弯头 224 的壁所限定的体积。 0062 图 2 中所示的系统 200 的实施方案还提供了一个实例， 其中当注入器 206 与径向 中心线 216 同心放置时， 端口 212 相对于管线 202 区域的径向中心线 21。
42、6 均匀 ( 例如同心 ) 排列。在可选实施方案中， 当注入器 206 相对于径向中心线 216 偏心放置时， 端口 212 可以 相对于管线 202 区域的径向中心线 216 非均匀分布地 ( 例如偏心地 ) 排列。其他构造也是 可能的。 0063 注入器 206 的歧管 210 也具有足够的体积， 以确保注入器 206 的每个端口 212 的 均匀流动 ( 例如注入器 206 的歧管 210 相对于每个端口 212 的横截面积具有相对大的横截 面积， 使得歧管 210 中的压力变化可以忽略 )。例如， 表面活性剂穿过每个端口 212 的压力 降可以比在歧管 210 的长度上的压力降大 10。
43、 倍。这允许表面活性剂从每个端口 212 均匀 流动， 同时避免 scCO2回流至注入器 202 中的任何问题 . 0064 图 3 提供了根据本公开的系统 300 的其他实施方案的图示。在一个或多个实施方 案中， 注入器306包括两个或更多个臂326(例如形成十字图案)， 其中每个臂326包括两个 或更多个端口 312， 正如本文中讨论的， 其被选择成提供表面活性剂在 scCO2流中的足够分 割和液滴直径。正如本文中讨论的， 每个端口 312 可以相对于径向中心线 316 独立地定向， 并且可以独立地具有如本文中讨论的横截面形状和 / 或尺寸。 0065 系统 300 包括如本文中讨论的接头。
44、 322。此外， 系统 300 还在管线 302 中包含静态 混合器 328。在湍流中， 使用静态混合器 328 帮助增大出现的湍流以加速混合。静态混合器 的类型可以包括但不限于 KVM、 HEV 和 SMV 类型的静态混合器等。固定在壁上的翼片 (tab) 和 / 或叶片 (vane) 也可用于帮助增大出现的湍流以加速在系统 300 中的混合。在沿着管 线 302 的流动路径中也可以包括其他改变。这些改变可以包括但不限于单个或多个孔板、 半月形孔板、 筛网或能够潜在地增加液滴分散的其他限制性装置。 0066 图4提供了在沿着管线402的流动路径中使用的改变的实例。 如图所示， 管线402 可。
45、以包括相对于注入器 406 定位的中空圆锥形插入件 430。在图 4 的实施方案中， 注入器 406包括喷洒器环， 其中端口412可以位于内环表面和/或外环表面上(图4提供的图示中 说 明 书 CN 102933681 A 10 8/13 页 11 端口 412 位于内环表面上 )。 0067 对于各种不同实施方案， 中空圆锥形插入件430可以帮助加速端口412附近scCO2 的流动。在一个或多个实施方案中， 中空圆锥形插入件 430 可以具有如图所示的线性壁， 以 提供基本上圆锥区段。在一个或多个实施方案中， 中空圆锥形插入件 430 可以具有至少沿 着其一部分长度弯曲的壁， 以提供更大程度。
46、上钟形的结构。其他形状也是可能的。 0068 在一个或多个实施方案中， 中空圆锥形插入件430可以位于注入器406的上游， 其 中圆锥形插入件 430 的出口与一个或多个端口 412 对齐。在图 4 中提供的图示具有与注入 器 406 的前沿平齐的中空圆锥形插入件 430。然而， 在一个或多个实施方案中， 中空圆锥形 插入件430可以位于由注入器的喷洒器环430所限定的区域内， 或由注入器的喷洒器环430 所限定的区域外。 0069 根据本公开的各种实施方案， 除了将表面活性剂提供到 scCO2的流中之外， 也可以 使用本公开的注入器注入含有或不含表面活性剂的其他液体添加剂。 这样的液体可以包。
47、括 但不限于腐蚀抑制剂、 结垢抑制剂、 杀生物剂、 水化抑制剂和破乳剂等。 实施例 0070 下面的实施例提供了确定示例性表面活性剂在 scCO2中的最大稳定液滴直径、 传 质速率和增溶时间的示例和方法。该分析的结果能够为小于根据 scCO2的优势湍流条件所 计算的最大稳定液滴直径的表面活性剂的液滴直径提供优化。 0071 根据本实施例， 为传质系数 kL 范围、 表面活性剂 -scCO2界面张力 和表面活性 剂在 scCO2中的溶解度指定了参数。基于使表面活性剂增溶在 scCO2中以用于三次采油的 系统和在本示例方法中发现的摩擦系数、 流量条件和物理性质估算了计算单位体积的界面 面积 “a”。
48、 所需的， 由湍流造成的最大稳定液滴直径。 0072 如下提供了用于计算使表面活性剂在 scCO2中增溶的基础。对于 scCO2来说， 取 压力为 2000psi， 温度为 40， 流速为 1100 万 (MM) 标准立方英尺每天 (0.11lb/scf 14.0lb/s 6.4kg/s)， 密度为 800kg/m3， 粘度为 0.1cP。对于表面活性剂相， 表面活性剂是 由 Dow Chemical Company 供应的实验性表面活性剂 08-1015， 纯净地使用 ( 例如不添加溶 剂)， 数均分子量为372， 基于混合后在scCO2中浓度为0.1wt的流速， 具有1100kg/m3的密。
49、 度， 50cP 的粘度以及在 scCO2中 2000 百万分率 (ppm) 的饱和浓度。采用如下管线系统， 井 下管线直径为 2.212 英寸 (5.618cm)， 管线壁粗糙度为 0.00021 英寸 (0.00533mm)， 用于初 始试验的井下深度长为 7000 英尺 (2133.6 米 )。管线中 scCO2的速度为 3.2m/s。得到的雷 诺数 (Re) 经计算为 1.45x106， 其能够提供湍流。在用于三次采油的 scCO2的湍流中形成的 表面活性剂的最大稳定液滴直径据估算为700m， 体积比面积(Sauter)平均值为470m。 下面是关于这些值如何被评估然后计算的讨论。 0073 在本计算中使用了用于传质的标准膜模型 ： 0074 0075 其中方程的左侧是 ( 单位体积 ) 表面活性剂从液滴向 scCO2相的摩尔流速， kL是 传质系数，“a” 是单位体积的液滴界面面积，是表面活性剂在 scCO2中的饱和浓 说 明 书 CN。