專利名稱：用支鏈烷基芳族磺酸鹽改善蒸汽驅(qū)提高原油收率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高油層的原油采收率，特別是涉及將起泡表面活性劑與蒸汽或氣體一起經(jīng)注入井注入油層，改善蒸汽或氣體刺激或驅(qū)動(dòng)原油的方法。
本發(fā)明的依據(jù)是蒸汽或氣體和表面活性劑可與地層流體在地層中相互作用，產(chǎn)生泡沫。泡沫趨向于封堵易使蒸汽或氣體呈“指進(jìn)”或“重力超覆”流動(dòng)進(jìn)入地層的高滲透性的氣體或蒸汽通道。在晚期蒸汽驅(qū)工程中，在高滲透性蒸汽超覆流動(dòng)帶或隔離的通道中，殘余油的飽和度(Sor)常常低于15%。在這些情況下，總是希望蒸汽由含油飽和度低的高滲透性通道轉(zhuǎn)向進(jìn)入含油飽和度高的低滲透性層帶。最好的起泡表面活性劑在這些情況下能夠產(chǎn)生泡沫，阻止蒸汽流入原油枯竭的層帶，而不會(huì)起泡并堵住蒸汽進(jìn)入含油飽和高度的層帶。具有這些特性的一種表面活性劑實(shí)例已由4，556，107號(hào)美國(guó)專利提出。在另外一些情況下，由于重力泄油作用出現(xiàn)高滲透性通道被原油重新飽和的情況，或者發(fā)現(xiàn)上部層帶的原油飽和度高于晚期蒸汽驅(qū)工程中原油飽和度的情況。在這些情況下，為了改善蒸汽的流度控制和提高原油采收率，希望使用一種既能在低含油飽和度又能在較高含油飽和度二種情況下產(chǎn)生泡沫的表面活性劑。因此，本發(fā)明特別涉及改進(jìn)殘余油含量比較高的氣體或蒸汽滲透性通道的封堵問題，所用的表面活性劑不僅能在原油枯竭的通道中優(yōu)先產(chǎn)生泡沫，而且還能在殘余油飽和度為15%或更高的地層中產(chǎn)生泡沫。這樣產(chǎn)生的泡沫可提供蒸汽流度控制并提高滲透性夾層的原油采收率，同時(shí)還可使蒸汽進(jìn)入周圍的地帶，增加原油的流動(dòng)性和周圍地層富含油部分的原油采收率。
起泡組合物的一種優(yōu)選形式是一種表面活性劑溶液，它含有一種支鏈烷基芳香族表面活性劑組分，該表面活性劑具有至少一個(gè)有15～30個(gè)碳原子的支鏈烷基，所述烷基至少有三個(gè)仲碳原子和(或)叔碳原子。所述支鏈烷基芳香族磺酸鹽組分還可含有0-2個(gè)有0-3個(gè)碳原子的正烷基取代基。在另一個(gè)優(yōu)選方案中，該溶液含有一種支鏈烷基芳香族磺酸鹽組分和(1)一種α烯烴磺酸鹽二聚物組分，或(2)一種偏硅酸鈉組分，或(3)一種氯化鈉組分，或(1)、(2)、(3)的混合物。按本發(fā)明配制的這些組合物已經(jīng)證明具有優(yōu)異的反應(yīng)時(shí)間，可以有效地產(chǎn)生泡沫，封堵和推動(dòng)原油通過含有大量殘余油的巖心。
本發(fā)明的特定目的是以水溶液的形式把產(chǎn)生泡沫的表面活性劑組合物注入油層，它能在有大量殘余油存在的情況下很有效地封堵高滲透性氣體或蒸汽通道，這種起泡組合物不僅能在封堵油藏氣體高滲透性部分的同時(shí)推動(dòng)殘余油移動(dòng)，而且能有效地?cái)U(kuò)大蒸汽或氣體與油層富含原油的低滲透性部分的接觸。
從定性角度來看，這種新的表面活性劑組合物包括一種產(chǎn)生泡沫的表面活性劑組分，這種表面活性劑組分的選擇是因?yàn)樵诖嬖诤兄辽倌承┧蜌堄嘤偷臍怏w或蒸汽的情況下，作為起泡劑，它具有很高的有效性。一種優(yōu)選形式是注入的表面活性劑溶液含有一種多支鏈的烷基芳香族磺酸鹽，它具有至少約為400的分子量(一般為400-600)，在含有水和可觀量殘余油的高滲透性通道中能很好地產(chǎn)生泡沫并對(duì)蒸汽實(shí)施流度控制。如想在油藏條件下使泡沫具有持久性，在注入產(chǎn)生泡沫的各組分之前可在蒸汽中加入諸如氮?dú)狻⒁谎趸細(xì)饣蚣淄闅庵惖牟豢赡s的氣體。
油層或油藏的蒸汽刺激是優(yōu)先采用的提高原油采收率的方法之一。這是因?yàn)檎羝梢越?jīng)濟(jì)有效地為低重度高粘度原油提供熱量。熱量能在很寬的油層滲透率范圍內(nèi)減小原油自油層流到生產(chǎn)井的阻力。而且，這樣注蒸汽可提高油藏的自然壓力，由于靜水壓頭或深度-壓力梯度的作用，可增加油藏中原油與生產(chǎn)井井筒之間的壓力差。
生產(chǎn)井可以是定期注蒸汽刺激油藏油流的同一口井(俗稱蒸汽“吞吐”)。另一種方式是，在一口注入井附近布置一口或更多口生產(chǎn)井，以便注入的蒸汽驅(qū)動(dòng)原油通過油藏流到至少一口生產(chǎn)井中。
幾乎所有形成油藏的地層都是沉積巖，其巖石基質(zhì)隨后經(jīng)過壓實(shí)或結(jié)晶作用。這些具有不同組成的經(jīng)過漫長(zhǎng)地質(zhì)年代的碎屑物沉積巖是以不同的速度沉積而成的。經(jīng)壓實(shí)后儲(chǔ)存石油的巖石是滲透性的，但一般來說流道是十分不均質(zhì)的。據(jù)此，由這種巖層形成的油藏，不論就其對(duì)原來的(原生的)或者是注入的流體來說，在孔隙度和滲透率二個(gè)方面，都本來是非均質(zhì)的。而且，對(duì)于原來的氣體、原油和水來講，其中每一種流體或其混合物的滲透率也是很不相同的。由于在滲透率上存在這些差別，現(xiàn)在的一般做法是隨蒸汽注入產(chǎn)生泡沫的表面活性劑，以便封堵在地層中可能發(fā)展的對(duì)氣體更易滲透的通道。期望達(dá)到的結(jié)果是蒸汽由氣體更易滲透的通道轉(zhuǎn)向流入油藏中富含原油的低滲透性層帶。產(chǎn)生泡沫的組分通常是有機(jī)的表面活性劑物質(zhì)。
沉積巖層這種非均質(zhì)性的另一特點(diǎn)是其中含有頁巖或粘土。大家知道，這樣的粘土物質(zhì)當(dāng)與水接觸時(shí)，特別是當(dāng)以蒸汽形式注入的水為淡水時(shí)，極易發(fā)生變化。通常，粘土具有大的表面/體積比，在遇水或蒸汽而改變后，對(duì)原來的原油與油藏巖石之間的接觸趨向于產(chǎn)生不利的影響。尤其含有帶有機(jī)金屬和酸性組分的粘油油藏，對(duì)用來提高原油采收率的蒸汽和表面活性劑物質(zhì)都特別敏感。而且，表面活性劑在地層原生水和油藏原油中的溶解度，可能在由于指進(jìn)或氣體超覆流動(dòng)而使氣體滲透率和蒸汽損失量增加的地方，對(duì)生成泡沫的能力或泡沫的穩(wěn)定性產(chǎn)生有害的影響。因此，在高滲透性通道殘余油飽和度超過百分之幾孔隙體積的地方，泡沫可能失效。這樣一來，就需要起泡表面活性劑組合物最好能在地層的蒸汽或水滲透性通道中或其周圍與殘余油接觸時(shí)產(chǎn)生泡沫，而當(dāng)與油藏內(nèi)富含原油的流道中的原油接觸時(shí)不產(chǎn)生大量的泡沫。
本發(fā)明是對(duì)以前應(yīng)用起泡組合物提高油層原油產(chǎn)量的方法的一種改進(jìn)。采用起泡組合物的許多方法在4，086，964號(hào)美國(guó)專利中已經(jīng)提到，并進(jìn)行了討論。其它有關(guān)專利包括美國(guó)專利4，393，937、4，532，993和4，161，217。本發(fā)明對(duì)于以前已知的用形成泡沫來控制“指進(jìn)”或“超覆流動(dòng)”的方法也是一種改進(jìn)。這些方法是隨同氣體或蒸汽注入一種產(chǎn)生泡沫的表面活性劑，當(dāng)表面活性劑與油藏中氣體或蒸汽流道造成的殘余油部分接觸時(shí)產(chǎn)生泡沫。
需要在有油和水同時(shí)存在的情況下產(chǎn)生泡沫的表面活性劑，已經(jīng)知道了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。伯納德(Bernard)(“泡沫對(duì)氣驅(qū)原油采收率的影響”，二次采油月刊，1963，27卷，第1期，18-21頁)指出，用于諸如蒸汽驅(qū)這類非混相驅(qū)的最好的產(chǎn)生泡沫的表面活性劑，是在有油和水同時(shí)存在時(shí)能產(chǎn)生泡沫的表面活性劑。迪爾格倫(Dilgren)等(4，086，964號(hào)美國(guó)專利)認(rèn)識(shí)到了不可凝縮氣體和加入諸如氯化鈉電解質(zhì)對(duì)蒸汽泡沫的重要性，并發(fā)現(xiàn)對(duì)蒸汽驅(qū)可以使用烷基芳香族磺酸鹽，即十二烷基苯磺酸鹽。其它的專利建議為此使用烷基芳香族磺酸鹽，但未認(rèn)識(shí)到支鏈結(jié)構(gòu)和直鏈結(jié)構(gòu)在特性上的差別(4，532，993、4，161，217和3，348，611號(hào)美國(guó)專利)。4，161，217號(hào)美國(guó)專利認(rèn)為，低分子量(300-400)和高分子量(400-600)的烷基芳香族磺酸鹽的混合物對(duì)于熱水不可凝縮氣體泡沫驅(qū)是有用的起泡劑。一篇更新的專利(4，562，727號(hào)美國(guó)專利)認(rèn)為，諸如α烯烴磺酸鹽這一類的烯烴磺酸鹽是對(duì)烷基芳香族磺酸鹽的一項(xiàng)更大改進(jìn)。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)一類支鏈烷基芳香族磺酸鹽，它們與以往提出的表面活性劑相比，有顯著的優(yōu)越性，在不同的殘余油量情況下均能更好地產(chǎn)生泡沫。這類表面活性劑用來提高這樣一類油藏的原油采收率特別有用這種油藏的高滲透性層帶含有變化的殘余油量，其飽和度的變化范圍由孔隙體積的百分之幾到30%或更高。
本發(fā)明對(duì)用蒸汽提高油藏的原油采收率提出一種表面活性劑組合物，和一種改善的蒸汽驅(qū)替原油的方法。包括隨同蒸汽往油藏中注入一種表面活性劑組合物，這種表面活性劑組合物在注入期間能在存在殘余油的情況下，或者在油藏原油枯竭的部分，與蒸汽發(fā)生相互作用，形成泡沫。最好，蒸汽至少是部分的濕蒸汽，以有利于在與殘余油接觸時(shí)形成泡沫。
泡沫組合物的一種優(yōu)選形式是一種表面活性劑溶液，含有(1)一種支鏈烷基芳香族表面活性劑組分，分子量至少為400(一般為400-600)，其中至少一個(gè)烷基含有15～30個(gè)碳原子，所述烷基含有至少三個(gè)叔碳原子和(或)仲碳原子。表面活性劑組合物的另一種優(yōu)選形式是(1)與(2)，即第二種陰離子表面活性劑組分，如α烯烴磺酸鹽或α烯烴磺酸鹽二聚物組分的混合物，或者是與(3)，即電解質(zhì)如氯化鈉或偏硅酸鈉組分的混合物，或者是(1)與(2)和(3)的混合物。依據(jù)本發(fā)明配制的表面活性劑組合物已經(jīng)證明具有優(yōu)異的組合特性，其中包括快速反應(yīng)并在有各種數(shù)量殘余油存在的情況下形成強(qiáng)穩(wěn)定的泡沫。表面活性劑組合物最好是以水溶液的形式加入到蒸汽中，蒸汽的水相含有大約0.01-5%烷基芳香族磺酸鹽和(或)0.01-5%第二種陰離子表面活性劑組分和(或)0.01-5%電解質(zhì)。在一有利的實(shí)施方案中，上述組分(1)與(2)的比為1∶10～10∶1(重量);且兩種組分在水相中的濃度為0.1-10%(重量)。
起泡組分最優(yōu)選的形式是一種烷基芳香族磺酸鹽，它最好是一種多支鏈的烷基芳香族磺酸鹽，并且如前所述，其分子量至少為400，而且它可以水溶液的形式或濕蒸汽添加劑的形式，間歇地或連續(xù)地注入生產(chǎn)層。這種支鏈烷基芳香族磺酸鹽可與注入的蒸汽相互作用，主要在油藏有殘余油部分形成泡沫，封堵或者推動(dòng)這種滲透性通道中的殘余物。
這種多支鏈烷基芳香族磺酸鹽的優(yōu)選形式是有15～30個(gè)碳原子的支鏈烷基，每一烷基都連接在芳香組分(最好是苯、甲苯或二甲苯)上，并且磺酸鹽組分連接到芳香環(huán)上。烷基芳香族磺酸鹽可使用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)或商業(yè)規(guī)模的磺化方法由支鏈烷基芳香組分制備。而支鏈烷基芳香烴可用支鏈烯烴使芳香組分烷基化的方法制備。適當(dāng)分子量的支鏈烯烴可用烯烴低聚法，如用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔糜诒┲苽洹＿m用于本發(fā)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號(hào)美國(guó)專利提供了適用的低聚方法的實(shí)例。
磺酸鹽適合用鹽的形式，特別是鈉鹽、鉀鹽、銨鹽或其它水溶性的陽離子鹽類。最好是鈉鹽。然而在本發(fā)明中也可以使用酸形式的磺酸鹽。
除表面活性劑組合物以外，在蒸汽中還可以加入具有可注性的不可凝縮的氣體。希望這樣做，但并不是必須這樣做。不可凝縮的氣體組分可以隨同蒸汽連續(xù)注入或至少定期注入。一般情況下，蒸汽的氣相可含有1-50%的不可凝縮的氣體。而且，氣體在油藏流體的油相中可以是混相的。這類氣體可以是氮?dú)?、甲烷氣、煙道氣、二氧化碳?xì)狻⒁谎趸細(xì)饣蚩諝?。此外，蒸汽和表面活性劑組合物可以連續(xù)注入一口井中，而從在同一油藏打出的鄰近井中采油?；蛘?，把含有起泡組合物的蒸汽周期注入一口井，并從同一口井中定期采油。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中變得更為明顯。這些附圖是本說明書的一個(gè)組成部分。


圖1是穿過由沉積巖層形成的油藏的一口注入井注入蒸汽和含有起泡組分的表面活性劑組合物的圖解。
圖2是在有代表油藏中原來流體的油和水同時(shí)存在的情況下產(chǎn)生泡沫的實(shí)驗(yàn)布局的流程示意圖。其中泡沫形成后流過滲透性巖心，以便能夠評(píng)價(jià)產(chǎn)生這種泡沫的表面活性劑在注過水的巖心中封堵原油已基本采出的或存在殘余油的蒸汽滲透性流道的有效性，并計(jì)量在不同的液體條件下其在巖心中形成泡沫的阻力。
圖3是用圖2實(shí)驗(yàn)布局獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖，說明表面活性組合物評(píng)價(jià)方法的一個(gè)組成部分，即評(píng)價(jià)在巖心中同時(shí)存在殘余油和鹽水的情況下表面活性劑組合物形成泡沫的能力及所形成泡沫的穩(wěn)定性。
本發(fā)明至少部分是以下發(fā)現(xiàn)為依據(jù)的，即應(yīng)用一種物質(zhì)組合物，其中包括應(yīng)用特定的支鏈烷基芳香族磺酸鹽表面活性劑組分，注入油藏，它能在存在蒸汽情況下比已知的表面活性劑組合物更有效地產(chǎn)生泡沫，并推動(dòng)氣體滲透性通道中的殘余油，從而獲得非顯而易見的，但是很有益的效果。這種物質(zhì)組合物的基本特點(diǎn)是它在流道大部分含殘余油、而氣體或蒸汽所占百分比遠(yuǎn)大于油藏其他部分的地方形成泡沫的優(yōu)異能力。在蒸汽驅(qū)提高原油采收率的工程中應(yīng)用這種組合物的結(jié)果是，含有大量殘余油通道中的高滲透性夾層可有效地被泡沫優(yōu)先堵塞。因此，殘余油可有效地被推動(dòng)并被移動(dòng)通過通道。泡沫的這種優(yōu)先堵塞作用，可使蒸汽流或氣流通過地層轉(zhuǎn)向流到有極高含油飽和度的低滲透性層帶。據(jù)此，將會(huì)發(fā)現(xiàn);本方法對(duì)提高油藏的原油采收率具有有益的作用由于在有大量殘余油存在的情況下能更快地形成泡沫，使蒸汽或氣體自更具氣體滲透性的原油已基本枯竭的層帶轉(zhuǎn)向流動(dòng)，從而可以用更少量的氣體增加油藏富含原油、但滲透性低的層帶的油流。
圖1示意性地說明向至少已局部衰竭的油藏注入本發(fā)明的起泡表面活性劑組合物的設(shè)備布局。注入表面活性劑組合物是期望降低蒸汽或氣體的滲透率。正如已經(jīng)指出的，本發(fā)明的特定目的旨在解決有控制地把蒸汽注入生產(chǎn)層的問題，以便加熱原油，從而降低它的粘度。注蒸汽還可以增加地層中的壓力，提高天然氣體壓力或地層壓力，從而增加流入同一口或同一產(chǎn)層的鄰近井的原油流量。為此目的，蒸汽發(fā)生器10利用燃?xì)饣蛉加腿紵?3加熱單程連續(xù)鍋爐管12，使其中的水變?yōu)檎羝?。發(fā)生蒸汽用的水由泵34供給。這種水一般含有礦物和鹽類，可以配制成地層中的原生水或與其鈾有配伍性。最好使水通過“水軟化器”或離子交換介質(zhì)14，并在鍋爐管12中加熱，使之足以生成低啥鵲幕頡笆鋇惱羝詈檬歉啥刃∮ 0%的濕蒸汽。這樣的蒸汽在通過熱交換器15和蒸汽管線36之后，經(jīng)過井口38注入井16，隨后注入管柱18中。井中下有套管17，管柱18在套管中由扶正器20找中，以避免沿管套的整個(gè)長(zhǎng)度將蒸汽的熱量損失到周圍的地層中，從而把蒸汽注到所希望的深度，即形成油藏的地層22。
幾乎所有形成油藏的沉積巖層如22，其滲透率對(duì)于原來的流體即水、油和氣的流動(dòng)來講，本來就是非均質(zhì)的。其中每一種流體都選擇性地趨向于在對(duì)其阻力最小的滲透性通道中流動(dòng)。對(duì)每種流體流動(dòng)的阻力主要地取決于其單獨(dú)的粘度或其在與其他流體的混合相中的粘度。一般說來，在每一個(gè)地層中，流道對(duì)每一種流體最終形成的或相對(duì)的滲透率是不同的。由于氣體比油或水，或其它混合物更具流動(dòng)性，注入的蒸汽一般趨向于流動(dòng)通過更具滲透性的氣體通道，并在地層22中可能形成“指進(jìn)”26，如圖中短劃虛線所示。這一氣流繞過更“致密”或低滲透性的層帶，在這些層帶中油的滲透性通道更小一些，或者說油更緊密地束縛在巖石表面上。特別是原油除與形成滲透性通道的砂巖或碳酸鹽巖接觸以外，還與粘土或頁巖物質(zhì)接觸。這樣，“指進(jìn)”發(fā)展，如通道26所示，或產(chǎn)生“氣體超覆流動(dòng)”，如地層22頂部的面積25所示。當(dāng)這些情況發(fā)生時(shí)，能量受到損失，并且大部分液態(tài)石油受不到注入蒸汽的加熱。由于蒸汽主要通過氣體通道25和26流動(dòng)，注入剖面產(chǎn)生畸變，一般如短劃虛線28所示。
正如上面討論的，注入剖面的畸變可以使用在蒸汽注入管線36中加入產(chǎn)生泡沫的組分來糾正。為此目的，可由儲(chǔ)罐30和31通過計(jì)量泵35和注入管線37供給表面活性劑溶液。泡沫在地層內(nèi)產(chǎn)生或者與蒸汽供給管線中的氣體或蒸汽一起產(chǎn)生，或者與地層流體接觸時(shí)產(chǎn)生。這樣注入的泡沫與蒸汽一起優(yōu)先流入氣體滲透性通道25和26中。它可有效地暫時(shí)封堵住這些通道，從而使地層中的蒸汽隨后轉(zhuǎn)向加熱地層的富含石油的部分。理想的結(jié)果是蒸汽前緣近似于活塞式的推進(jìn)，如虛線24所示。
然而，要在含有可觀量殘余油，即殘余油飽和度超過百分之幾的那些蒸汽或氣體滲透性通道中形成和保持泡沫，起到封堵劑的作用，是特別困難的。特別是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，已知的表面活性劑在殘余油飽和度大于百分之幾的油藏中是無效的。
按照本發(fā)明，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在這種殘余油飽和度所占百分比較高，甚至達(dá)孔隙體積的30%或更高的情況下，支鏈烷基芳香族磺酸鹽仍能非常有效地產(chǎn)生泡沫。
在本示例說明中，原油自鄰近生產(chǎn)井如50用抽油泵52采出。顯然，地層22也可以用蒸汽周期加熱，然后通過管柱18從注入井16中定期采油。為此要改裝井口38，使之類似于井50中用管柱53懸掛泵52那樣，能夠懸掛抽油裝置。
按照本發(fā)明制備的表面活性劑組合物，最好以液體溶液的形式供給，自儲(chǔ)罐30以起泡濃縮物泵出，并與來自儲(chǔ)罐31的可與油藏配伍的水混合。混合的溶液用泵35計(jì)量，通過管線37以所期望的速率與管線36或管柱18中流動(dòng)的蒸汽接觸。另外，也可以與來自氣源(圖中未示出)的氣體一起形成泡沫。適用的氣體包括氮?dú)?、煙道氣、甲烷氣、二氧化碳?xì)?、一氧化碳?xì)饣蚩諝?。這種氣體可用像管線36那樣通過井口加入。
圖2示意性說明實(shí)驗(yàn)裝置。這種裝置用來評(píng)價(jià)蒸汽/泡沫表面活性劑組合物及其起泡組分在含有不同數(shù)量殘余油巖心中的配伍性，以便估計(jì)其形成和保持泡沫，封堵蒸汽流或氣流的有效性。在這一示例中，用鋼棉人造巖心60模擬滲透性油藏的巖樣或巖心。把這樣的巖心裝在離壓容器或透明高壓容器57中，使巖心處在油藏溫度(如用加熱線圈61加熱)和壓力之下。流入的流體可以通過預(yù)熱器55加熱。可以通過氣源63，如氮?dú)?，加壓。加熱溫度可以達(dá)到300°F到500°F，施加的壓力可以達(dá)到1000磅/英寸2。然后在合適的流動(dòng)條件下，選擇性地給巖心供應(yīng)流體。實(shí)驗(yàn)裝置有一個(gè)蒸汽發(fā)生器給水源，即由閥79控制的鹽水儲(chǔ)罐66。儲(chǔ)罐65中的原油通過閥75和管線68供給泵67。惰性氣如氮?dú)庾詺夤?3在控制閥82控制下流過實(shí)驗(yàn)巖心60，其流量可由流量計(jì)83計(jì)量。如圖所示，這些流體源用來模擬所研究油藏的油藏鹽水和原油。原油和鹽水都起驅(qū)替流體的作用。所選用的表面活性劑溶液自罐64加到來自罐66的鹽水中，其混合物由泵80加壓通過預(yù)熱器55供給巖心。由閥78按選定加入量把表面活性劑物質(zhì)由罐64引入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。巖心兩端的壓差由差計(jì)量器59測(cè)量，差壓計(jì)量器二端分別連接在入口管線62和出口管線76上。檢測(cè)出的壓差最好由記錄儀72按時(shí)間-壓力關(guān)系曲線的形式記錄下來，如圖3所示。惰性氣體坑墑燃煅榧屏科 3計(jì)量，計(jì)量器連接在分離罐74上。
蒸汽-泡沫實(shí)驗(yàn)蒸汽-泡沫實(shí)驗(yàn)包括記錄由差壓計(jì)量器59檢測(cè)出的壓差與時(shí)間的關(guān)系曲線。所選用的起泡表面活性劑流過高壓容器57中的鋼棉人造巖心塞60，這一作業(yè)最好在有氮?dú)饬鞔嬖诘那闆r下，在400°F溫度和500磅/英寸2壓力下進(jìn)行。
一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)順序在圖3中說明。第一步是使來自鹽水罐66的蒸汽發(fā)生器給水和來自儲(chǔ)罐65的代表油藏的原油一起通過巖心60，直到記錄到基本穩(wěn)定的壓差與時(shí)間關(guān)系曲線為止。然后，如圖3所示，僅使蒸汽發(fā)生器給水通過巖心，直到再次建立穩(wěn)定狀態(tài)為止。此時(shí)使泡沫發(fā)生器處于“殘余油”狀態(tài)。在這些條件下壓力差一般為0-2磅/英寸2。
接著把實(shí)驗(yàn)的表面活性劑組合物自罐64泵入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，此時(shí)表面活性劑組合物在蒸汽發(fā)生器給水中呈稀釋溶液狀態(tài)。當(dāng)起泡組合物的質(zhì)量好時(shí)，鋼棉人造巖心60二端的壓力差在15-100分鐘內(nèi)是增加的，并在達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)值時(shí)停止增加(一般為20-100磅/英寸2);這一狀態(tài)在圖3關(guān)系曲線上用標(biāo)有泡沫壓力差(Pf)的部分表示。然后，使原油與表面活性劑組合物一起進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這些條件下測(cè)得的壓力差一般為2-20磅/英寸2(Pf+0)。最后，用鹽水(蒸汽發(fā)生器給水)代替表面活性劑溶液，測(cè)量鹽水和殘余油流過巖心的壓力差(Pb+0)。共測(cè)量了四個(gè)特性參數(shù)(1)泡沫達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)壓力差所需要的時(shí)間(反應(yīng)時(shí)間);(2)泡沫的穩(wěn)定狀態(tài)的壓力差(Pf);(3)泡沫+原油的穩(wěn)定狀態(tài)的壓力差(Pf+0);(4)鹽水(蒸汽發(fā)生器給水)+原油的穩(wěn)定狀態(tài)的壓力差(Pb+0)。這些特性參數(shù)均在圖3中標(biāo)出。在殘余油飽和度低的地方，Pf值大(圖3)，Pf+0值小，這正是所希望的。具有這些特性的表面活性劑組合物，能夠在油藏殘余油飽和度低的高滲透性層帶增加蒸汽的流動(dòng)阻力，從而使蒸汽轉(zhuǎn)向進(jìn)入油藏含油量仍然很高的部分。這正是如圖1所示的重力超覆流動(dòng)或蒸汽竄流的典型情況。
圖3中的反應(yīng)時(shí)間和泡沫壓力(Pf)取決于表面活性劑和泡沫發(fā)生器(巖心)中的殘余油。在沒有殘余油存在的情況下，反應(yīng)時(shí)間很短，起泡表面活性劑一與泡沫發(fā)生器接觸壓力立即增加。當(dāng)有殘余油存在時(shí)，反應(yīng)時(shí)間和Pf取決于表面活性劑推動(dòng)和驅(qū)替原油的有效程度和在有油存在條件下表面活性劑產(chǎn)生泡沫能力的好壞。在蒸汽驅(qū)中曾經(jīng)使用了現(xiàn)有技術(shù)的起泡表面活性劑以對(duì)付低殘余油量的超覆流動(dòng)情況，其動(dòng)態(tài)特性如圖3所示。泡沫+原油的壓力差(Pf+0)比僅只有泡沫的壓力差(Pf)低得多，比鹽水+原油的壓力差(Pb+0)還低，或者差不多，這表明在有油存在的情況下沒有產(chǎn)生泡沫。當(dāng)由于重力泄油作用而存在含油的高滲透性通道時(shí)，或者當(dāng)超覆流動(dòng)帶的殘余油飽和度高于晚期蒸汽驅(qū)中發(fā)現(xiàn)的殘余油飽和度時(shí)，對(duì)于這些情況來說，最好的動(dòng)態(tài)特性是與殘余油的反應(yīng)速度快(圖3中反應(yīng)時(shí)間短)，泡沫的壓力差(Pf)高，泡沫加上低流量原油的壓力差也相當(dāng)高(Pf+0)高)。
令人驚喜的是，我們發(fā)現(xiàn)一類表面活性劑具有這些特性的有利組合，其中包括與殘余油的反應(yīng)速度快，泡沫的壓力差(Pf)高，泡沫+原油的壓力差(Pf+0)高于鹽水+原油的壓力差(Pb+0)。這些表面活性劑具有以下優(yōu)越性在超覆流動(dòng)條件和低殘余油飽和度層帶，以及在殘余油含量高的高滲透性通道中，可以提高蒸汽轉(zhuǎn)向和蒸汽流度控制。下面用實(shí)例說明這些特性。
在上述蒸汽-泡沫實(shí)驗(yàn)中使用的泡沫發(fā)生器的特性，可以隨鋼棉人造巖心置放的時(shí)間而變化，或者由于更換而變化。這樣就會(huì)使這一實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的參數(shù)出現(xiàn)不斷的變化值，從而難以對(duì)比不同表面活性劑之間的絕對(duì)值。正是由于這一原因，用已知性能很好的一種標(biāo)準(zhǔn)組合物在指定的日期在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其它的表面活性劑也在同一天用人造巖心實(shí)驗(yàn)，記錄下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并與這一標(biāo)準(zhǔn)組合物的結(jié)果相對(duì)比。相對(duì)的泡沫封堵和反應(yīng)時(shí)間測(cè)量的復(fù)現(xiàn)性通常在10%以內(nèi)。
實(shí)例-用上面描述的實(shí)驗(yàn)裝置(用圖3說明)試驗(yàn)對(duì)比了表面活性劑。泡沫流動(dòng)實(shí)驗(yàn)是在400°F溫度和大約500磅/英寸2壓力下用直徑1/4英寸、長(zhǎng)21/2英寸的鋼棉泡沫發(fā)生器進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)時(shí)的表面活性劑液態(tài)流量為2毫升/分，有效組分濃度大約為0.5%(重量)。氣相由大體等量的蒸汽和氮?dú)饨M成，在實(shí)驗(yàn)條件下其混合物流量大約為40毫升/分Ｔ誚性土鞫笛槭?，钡a婊钚約粱蛘羝⑸鞲牧髁課 毫升/分，Kern River(克思河)油田原油的流量為0.2毫升/分。鹽水，即人工合成蒸汽發(fā)生器給水，是在蒸餾水中溶解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。在下面的實(shí)例中使用下列縮寫
LABS直鏈烷基苯磺酸鹽LATS直鏈烷基甲苯磺酸鹽LAXS直鏈烷基二甲苯磺酸鹽BABS支鏈烷基苯磺酸鹽BATS支鏈烷基甲苯磺酸鹽BAXS支鏈烷基二甲苯磺酸鹽BACS支鏈烷基異丙基苯磺酸鹽實(shí)例1-在這一實(shí)例中，把本發(fā)明有代表性的表面活性劑的特性與已經(jīng)應(yīng)用或考慮用于蒸汽-泡沫驅(qū)的表面活性劑進(jìn)行了對(duì)比。在表1中對(duì)反應(yīng)速度和泡沫壓力(Pf)給出了相對(duì)值，而對(duì)Pf+0/Pb+0的比給出了絕對(duì)值。用圖3中反應(yīng)時(shí)間的倒數(shù)求出相對(duì)的反應(yīng)速度。
這些結(jié)果表明，本發(fā)明的支鏈烷基芳香族磺酸鹽具有所希望特性各值的最佳組合，其中包括反應(yīng)速度快(遠(yuǎn)高于1);泡沫壓力(Pf)高(約為1);泡沫+原油的壓力(Pf+0)與鹽水+原油的壓力(Pb+0)的比值高(遠(yuǎn)大于1)。
表1相對(duì)值表面活性劑反應(yīng)速度 PfPf+0/Pb+0SuntechTMIV 1015 1 1 0.1ChaserTMSD1000 2 1 0.1EnordetTM1618AOS 0.7 0.5 0.4EnordetTMLXS 1314 1 0.1 0.2EnordetTMLTS 18 6 1 0.2CORTM180 0.3 0.6 0.7DowfaxTM2A1 0.5 0.5 1DowfaxTM3B2 1.8 0.5 0.6BATS(457)36 0.9 8.5BAXS(470)18 1 4.3BABS(504)14 1.3 3.1(1)當(dāng)量的平均值實(shí)施例2-實(shí)驗(yàn)按實(shí)例1進(jìn)行。這些結(jié)果表明，本發(fā)明的支鏈烷基芳香族磺酸鹽與直鏈烷基芳香族磺酸鹽或低當(dāng)量支鏈烷基芳香族磺酸鹽相比，具有所希望特性的最佳組合。
表2相對(duì)值表面活性劑當(dāng)量＊ 側(cè)鏈碳原子數(shù)＊ 反應(yīng)速度 PfPf+0/Pb+0LABS3471200-BABS3611300-BACS3851200-LAXS389130.50.10.5LATS424160.510.1LATS45719310.2BATS4571930.98.5BAXS47019414.3BATS47120711.2BABS5042341.25BATS5212330.71.2BATS5502531.313＊對(duì)當(dāng)量和側(cè)鏈中的碳原子數(shù)給出其平均值。
實(shí)例3-實(shí)驗(yàn)按實(shí)例1進(jìn)行。在這些情況下，除主要表面活性劑以外，還加有添加劑，即電解質(zhì)或陰離子表面活性劑。
表3相對(duì)值表面活性劑當(dāng)量添加劑反應(yīng)速度 PfPf+o/Pb+oBATS 425 1% NaCl 5.4 0.9 18(4)BATS 425 0.5% Na2SO42.7 0.9 2.7BATS 425 0.5% SMS(1)4.4 0.9 2.9BATS4710.5%NaCl70.91.6BABS 504 0.5%NaCl 6 1.1 5(4)BATS(0.25%)(3)457 AOSD(2)(0.25%) 3.8 0.9 1.4BATS(0.25%)(3)521 AOSD(2)(0.25%) 3 1 2.4BATS(0.25%)(3)521 2024AOS(0.25%) 3.8 1 1.5LATS(0.25%)(3)457 AOSD(2)(0.25%) 0.8 0.8 1(1)SMS為偏硅酸鈉;
(2)AOSD為4，556，107號(hào)美國(guó)專利描述的α烯烴二聚物表面活性劑;
(3)在這些情況下每一種表面活性劑組合為0.25%(重量);
在所有其他情況下單一種表面活性劑為0.5%(重量);
(4)這里為泡沫+原油的壓力。
實(shí)例3的結(jié)果說明，本發(fā)明的支鏈烷基芳香族磺酸鹽在有電解質(zhì)或其他陰離子表面活性劑存在的情況下，反應(yīng)速度快，泡沫壓力(Pf)高，Pf+0/Pb+0的比值高。注意，不屬于本發(fā)明范圍的LATS/AOSD(上表最后一項(xiàng))，對(duì)三個(gè)所希望的特性給出的值并不高。
最好，磺酸鹽組分用鈉鹽的形式。其它鹽類，如鉀鹽，銨鹽或其他水溶性陽離子及其混合物，也可以使用。另外，在支鏈烷基芳香族磺酸鹽中，磺酸鹽也可以是酸的形式，這在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中已證明是有效的。
通過以上說明和實(shí)例，很明顯，專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)表面活性劑組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種改進(jìn)和變異。所有這些變異都屬于本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和范圍以內(nèi)，并包括在本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的發(fā)明范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在油藏注氣期間提高該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氣體和一種陰離子表面活性劑溶液，以便在所述地層的高滲透性氣體通道存在殘余油的情況下生成泡沫，所述陰離子表面活性劑溶液包括一種有效量的平均分子量為400-600的烷基芳香族磺酸鹽組分，其中至少一個(gè)烷基具有15-30個(gè)碳原子，且所述的烷基至少有三個(gè)仲碳原子或叔碳原子；所述地層中的油藏流體與所形成的泡沫和氣體在離開所述注入井段處接觸，幫助推動(dòng)所述油藏流體流向油藏中的生產(chǎn)井段，并從所述生產(chǎn)井段采出原油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體是蒸汽，所述烷基芳香族磺酸鹽為所述蒸汽水相的大約0.01%到5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中蒸汽的氣相還包括大約1%-50%的不可凝縮氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述氣體包括氮?dú)?、甲烷氣、煙道氣、二氧化碳?xì)?、一氧化碳?xì)饣蚩諝狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述氣體包括氮?dú)?、甲烷氣、煙道氣、二氧化碳?xì)?、一氧化碳?xì)饣蚩諝狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分是苯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分是甲苯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分是二甲苯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的磺酸鹽組分是水溶性鹽的形式，選自包括鈉、鉀、銨等鹽類。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述磺酸鹽組分的水溶性鹽是鈉鹽。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的磺酸鹽組分是酸的形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液還包括選自α烯烴磺酸鹽組分、偏硅酸鈉組分和氯化鈉組分等中的一種或多種組分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽組分，除所述烷基外，還包含0-2個(gè)有0-3個(gè)碳原子的正烷基取代基。
14.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述蒸汽的水相還包含0.01%到5%的電解質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述水相包含0.1%到5%不同結(jié)構(gòu)的陰離子表面活性劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述陰離子表面活性劑選自α烯烴磺酸鹽、α烯烴磺酸鹽二聚物和直鏈烷基芳香族磺酸鹽等組分中的一種或多種組分。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中注入井和生產(chǎn)是同一口井。
18.一種自地下油層采油的方法，該油層至少鉆有一口注入井和至少有一口生產(chǎn)井，所述方法包括形成蒸汽和烷基芳香族磺酸鹽泡沫;所述烷基芳香族磺酸鹽具有400-600的平均分子量，并包括至少一個(gè)具有15-30個(gè)碳原子的烷基;所述烷基至少有三個(gè)仲碳原子和(或)叔碳原子;使所述蒸汽和烷基芳香族磺酸鹽泡沫進(jìn)入所述地層，離開所述的注入井，幫助把原油推向生產(chǎn)井;在所述的生產(chǎn)井采油。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中蒸汽水相含有大約0.01%到大約5%烷基芳香族磺酸鹽。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中數(shù)量為所述蒸汽氣相大約0.1%到大約50%的不可凝縮氣體，隨同蒸汽一起注入井中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中不可凝縮氣體是從氮?dú)?、甲烷氣、煙道氣、二氧化碳?xì)?、一氧化碳?xì)饣蚩諝獾葰怏w中選出的一種或多種氣體。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分是苯。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分是甲苯。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分是二甲苯。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的磺酸鹽組分是水溶性鹽的形式，選自包括鈉、鉀、銨等鹽類。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述磺酸鹽組分的水溶性鹽是鈉鹽。
27.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述烷基芳香族磺酸鹽的磺酸鹽組分是酸形式的。
28.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中烷基芳香族磺酸鹽的磺酸鹽組分是水溶性鹽的形式，選自鈉、鉀、和銨陽離子或其混合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其烷基芳香族磺酸鹽的芳香族組分，除所述烷基以外，還包含0-2個(gè)帶0-3個(gè)碳原子的正烷基取代基。
30.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中蒸汽的水相含0.01%-5%的電解質(zhì)。
31.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述蒸汽的水相含0.1%-5%不同結(jié)構(gòu)的陰離子表面活性劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述的陰離子表面活性劑是α烯烴磺酸鹽、α烯烴磺酸鹽二聚物或直鏈烷基芳香族磺酸鹽。
33.一種在油藏注氣期間提高該油藏原油采收率的方法，該方法包括自一口注入井中往所述油藏定期注入一種水溶液，以便在所述油藏高滲透性氣體通道有殘余油存在的情況下，與所述氣體形成泡沫，所述水溶液包括一種陰離子表面活性劑，它具有一種烷基芳香族磺酸鹽組分，其中烷基有15-30個(gè)碳原子，還具有一種α烯烴磺酸鹽二聚物組分，所述二組分的比例為1∶10到10∶1(重量)，并且所述二組分在溶液中的濃度為0.1%到10%(重量)。
34.一種在油藏注氣期間提高該油藏原油采收率的方法，該方法包括自一口注入井中往所述油藏定期注入一種水溶液，以便在所述油藏高滲透性氣體通道有殘余油存在的情況下，與所述氣體形成泡沫，所述水溶液包括一種陰離子表面活性劑，它具有一種烷基芳香族磺酸鹽組分，其中烷基有15-30個(gè)碳原子，還具有一種α烯烴磺酸鹽二聚物組分，所述二組分的比例為1∶10到10∶1(重量)，并且所述二組分在溶液中的濃度為0.1%到10%(重量)。
全文摘要
一種應(yīng)用泡沫提高原油采收率的方法，可用來改善單井蒸汽刺激或井間蒸汽驅(qū)替粘性原油的有效性。所用的是一種新的表面活性劑組合物，它含有支鏈烷基芳香族磺酸鹽，是使蒸汽起泡的有效起泡劑。因?yàn)樗茉谟写罅繗堄嘤痛嬖诘那闆r下形成泡沫，使蒸汽轉(zhuǎn)向進(jìn)入低滲透性層帶，從而驅(qū)替出大量的可采原油。
文檔編號(hào)C09K8/592GK1030118SQ8810317
公開日1989年1月4日 申請(qǐng)日期1988年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月28日
發(fā)明者羅伯特·G·沃爾, 弗蘭科西斯·弗雷得安, 斯蒂文·P·科倫特 申請(qǐng)人:切夫爾昂研究公司