專利名稱:用于開采地下油層石油的二聚磺酸鹽表面活性劑循環(huán)蒸汽刺激工藝的制作方法
這是一項關于提高石油采收率的發(fā)明。更具體一些，此發(fā)明涉及用循環(huán)注入蒸汽的方法提高石油采收率。
有很多石油是很粘稠的，如不使用輔助手段，就很難把它們從地下含油層中開采出來。這些石油烴是儲層中未開采的或殘留的重質油，可用蒸氣驅進行開采。蒸汽驅的作用是加熱地層，降低石油烴粘度，強化石油從注入井到生產(chǎn)井的流動。
但是，并不是所有的儲層都適于采用標準的注入井-生產(chǎn)井類型的開采方法。有些地層可用循環(huán)蒸汽刺激的辦法，但蒸汽易指進到油井周圍的儲層區(qū)去。由于循環(huán)蒸汽驅的主要機理是降低就地石油的粘度并在生產(chǎn)周期中靠重力把石油排回到注入井，這就縮小了強化采油潛在的區(qū)域。除非能強制注入使蒸汽遠離僅含殘余油飽和度的那部分地層，蒸氣注入起作用的儲層總體積就會減少。
殘余油飽和度定義為蒸氣掃及過的儲層區(qū)域內殘留下的未流動的油。堵塞注入蒸汽通過的那些只為殘余油飽和的地層的主要通道，就會大大增加采油數(shù)量。但是，任何添加劑，如表面活性劑，必須能滲入儲層，而不干擾重力排替和降低粘度的采油機理，最好這些添加劑能夠形成優(yōu)先進入被殘余油飽和儲層的泡沫，此泡沫可讓蒸汽和注入混合物中的水進入含有可采石油的儲層部分。另外，在注入的混合物水相中加入的每一種添加劑都能增強剩余石油的流度。
美國第3463211和3953338號專利講到了應用稱之為α-烯基磺酸鹽的物質的單體和齊聚物來作為凈化井筒的材料，但沒有提到此材料能用于循環(huán)蒸汽過程。美國第4393937號專利建議在注入井-生產(chǎn)井聯(lián)合采油過程中采用α-烯基磺酸鹽的單體。但上述專利沒有提到，說明或建議在循環(huán)蒸氣操作中通過使用α-烯基磺酸鹽的齊聚物(最好是它的二聚物)進行強化采油的可能性。
為了最大限度地從儲層中提取石油烴，我們非常需要有一個優(yōu)越的起泡表面活性劑，這種活性劑限制蒸汽在僅含殘余油飽和度的蒸汽帶內的流動，但并不阻礙石油在注入井處于生產(chǎn)操作時向注入井的流動。另外，在蒸汽泡沫采油過程中期望有一種表面活性劑，它限制蒸汽在僅含殘余油飽和度的區(qū)域內流動，而加強蒸汽在含有可采油的區(qū)域內的流動?？傊?，我們希望當注入井以生產(chǎn)井的形成操作時，可采石油烴向注入井的流動不會受到阻礙。
我們發(fā)明了從地下油層開采石油烴的循環(huán)泡沫表面活性劑蒸汽工藝方法。此工藝包括在蒸汽注入階段向注入井注入一種α-烯基磺酸鹽二聚物作為起泡表面活性劑，其中二聚物的單體具有一長度為5個碳到24個碳的烷基鏈。然后，把注入井轉為生產(chǎn)井操作，此時對井中的石油開采帶來強化作用。此工藝延長了循環(huán)注汽井的有效期，在此之前，它們廢置不用，或僅能維持著虧本的生產(chǎn)。除此之外，它還可提高不采用本循環(huán)蒸氣泡沫工藝的循環(huán)注入井的采油速度。
α-烯基磺酸鹽二聚物的優(yōu)越的起泡特性大大增強了蒸汽對地層的掃及效率，這就增加了當注入井轉為生產(chǎn)井操作時的石油采出量。同時我們也希望泡沫表面活性劑蒸氣聯(lián)合工藝能從以前為純蒸汽掃過地層的殘留油飽和區(qū)中采出更多的石油。首先，將含有蒸汽、表面活性劑、非凝析氣體(也可不用)的發(fā)泡性混合物由注入井注入地層，而其隨后被繼續(xù)注入的發(fā)泡性混合物或單獨的蒸汽驅替而深入地層，然后，注入井轉為生產(chǎn)型操作，并從油層中開采石油烴。
我們對所推薦的α-烯基磺酸鹽發(fā)泡表面活性劑的阻力系數(shù)R進行了計算，并和我們的美國第489649號專利申請中汽氣泡沫驅的其他表面活性劑進行了比較(此申請是1983年4月28日提出的，在此引用，僅作參照)。根據(jù)這些計算和進一步的研究，我們確信，α-烯基二聚物是循環(huán)蒸汽泡沫驅的理想表面活性劑，此二聚物提高了石油的采收率而不干擾石油的重力排替機理，此機理對石油流到注入-生產(chǎn)井以便開采是非常必要的。
本發(fā)明的α-烯基表面活性劑在蒸汽泡沫驅試驗中呈現(xiàn)出比標準表面活性劑如Siponate A168，Thermophoam BW-D和Stepanflo 30更優(yōu)越的R1-R3值。這些著名的表面活性劑是烯基鏈長度為16個碳到18個碳的α-烯基磺酸鹽，此結果使我們確認α-烯基磺酸鹽二聚物是循環(huán)蒸汽泡沫驅的較好材料。
本發(fā)明的表面活性劑是α-烯基磺酸鹽的二聚物，其單體的碳鏈長度大約為5-24個碳，換句話說，該二聚物的碳鏈長度為10～48個碳。從11-20個碳的α-烯基磺酸鹽獲得的二聚物比較好，但最好的還是15-20個碳的α-烯基磺酸鹽形成的二聚物。二聚物的混合物可用來從一特殊的油層中進行最優(yōu)化的石油開采。此二聚物可用任何已知的方法制取，例如此單體的二聚物是一些化合物的復雜混合物，它可以在高于大約110℃的溫度下加熱其單體的方法制取，正如美國3721707號專利所揭示出的那樣(本文引用只作參照)。為了方便起見，可能含有羥烷基磺酸、烷基磺酸鹽、烯基磺酸的混合物及其它們總的混合物，我們把它們統(tǒng)一稱作α-烯基磺酸鹽的二聚物。當然，一種具體的二聚物可用其單體作原料來制取。美國3721707號專利所提出的二聚物或齊聚物以及這里通稱之為的α-烯基磺酸鹽二聚物是特別滿意的表面活性劑。我們認為，二聚物的兩個磺酸基對其優(yōu)良的性質有部分貢獻。另外二聚物也可以以其鹽或酸的形式使用。
任何標準的制取蒸汽表面活性劑泡沫的方法都可應用于本發(fā)明，這個方法最好將非凝析性氣體如氮氣、二氧化碳、一氧化碳、空氣之類加入到蒸氣泡沫表面活性劑聯(lián)合體系中去。一個較好的發(fā)泡，重力超復掃及油層的工藝方法在一項題目為“用于在地下油層中進行蒸汽和蒸餾驅替的蒸汽，非凝析氣體和泡沫”的美國專利申請中被提出過，此項申請是由約翰·H·杜爾克遜提出并在1983年3月18日登記的，美國序號為476642，(這里引用此工藝，僅作參照)另外也可選用美國第4086964，4393937，4085800，3412793號專利(這里引用，僅作參照)中提出的方法來發(fā)泡，但必須按照我們的工藝循環(huán)操作。
泡沫是用在地層壓力下加熱水至沸點(100℃或更高)而形成蒸汽的方法產(chǎn)生的。對于加利福尼亞的重質油儲層，蒸汽的典型溫度在250～400°F之間。在典型情況下，注入水的80%(或稍低)轉化為蒸汽，其余作為熱水注入。此后，把表面活性劑注入到蒸汽中，其數(shù)量為蒸氣液相的0.01-10%。最好是表面活性劑注入量盡量少但能提高石油的采收率，此量大約為液相的0.1-1%。根據(jù)需要，可在蒸汽中注入足夠的非凝析氣體，以使氣相的組成為大約1-50%體積的非凝析氣體和99-50%體積的蒸汽。把帶有相應表面活性劑以及非凝析氣體的蒸汽注入到注入井，其速率由儲層的性質決定，典型的情況是向注入井注入蒸汽的速率為大約100-1000桶/天(BPD)(為等值的冷水)，最好其速度是大約200桶/天液體。根據(jù)情況，產(chǎn)生蒸汽的水可含有改善其性質的其他添加劑比如防垢劑，助表面活性劑之類，水中也可以含鹽。
此工藝應按以下步驟實施以便最大限度地減少操作成本，雖然應由具體的儲層條件來確定不同的時間。開始，注進油層的第一個蒸汽段塞應保持足夠的時間，以便在含石油烴的地層中形成一個蒸汽帶和熱水帶，此時間一般為1-10天或更長一些，最好大約在2天左右。此后，在3-30天或更長一些最好是10天的時間內注入蒸汽、α-烯基磺酸鹽二聚物表面活性劑，和難凝析氣體(也可不用)，磺酸鹽濃度最好為0.5%。在緊接的7天的繼續(xù)注入中，表面活性劑的濃度降低至0.25%。接著注入純蒸汽3天，然后，把注入井轉向采油，直至產(chǎn)量降至已無經(jīng)濟價值為止。根據(jù)情況，在注入井轉向采油之前也可關井1-14天。
描述本發(fā)明后，我們應該知道即使對普通熟練的技術工人都能看出的改進都應屬于本發(fā)明的范圍，如蒸氣、表面活性劑和氣體段塞可轉換為純蒸氣段塞。根據(jù)情況，每次注入的含量從一個段塞到另一個段塞在組分上可依次減少以造成平穩(wěn)的過渡，或者說，蒸汽-表面活性劑-氣體的注入可以是連續(xù)的。
實例下例將說明我們的工藝方法，這是一循環(huán)蒸氣注入，干度為80%的蒸汽注入量為22000桶，注入速率為1000桶/天(B/D)。當然，根據(jù)注入規(guī)模的大小，這些參數(shù)可以改變。此過程是在900磅/平方吋(表壓)，535°F下每天大約注入200桶液相。假設井底壓力為1000磅/平方吋，干度為70%，則液體為300桶/天。在蒸氣和蒸汽-表面活性劑注入的全過程中，與蒸汽，蒸汽-活性劑一起，還在1000磅/平方吋，545°F的條件下，注入氮氣，其速率為10標準立方呎/分。
首先，以1000桶/天液體的速率注2天蒸汽，其地面干度為80%，即共為2000桶。然后，注入濃度大約為0.5%的α-烯基磺酸鹽二聚物的蒸汽混合物大約10天，速率為1000桶/天，總共10000桶。再次將活性劑濃度降至0.25%，以1000桶/天的速率注入7天，總共為7000桶。最后以1000桶/天的速率注入3天純蒸汽，總數(shù)3000桶。然后注入井轉為采油作業(yè)，我們可以看到一個有經(jīng)濟價值的生產(chǎn)速度，而此井以前是無經(jīng)濟價值的，從而延長了井的壽命，并采出了更多的石油。
權利要求
1.一種從被一油井鉆入的地層中開采石油的循環(huán)蒸氣-泡沫工藝方法，其特征是包括以下步驟向該井注入蒸汽和一種α-烯基磺酸鹽的二聚物，此二聚物的單體鏈長為5-24個碳原子，驅替上述蒸汽使其全部進入地層，終止蒸汽注入并從該井開采石油。
2.按權利要求
1所規(guī)定的工藝方法，其特征是二聚物在蒸汽水相中的含量大約為0.01-10%。
3.按權利要求
2所規(guī)定的工藝方法，其特征是在向注入井注入上述蒸汽相之前向蒸汽注入占蒸汽相1-50%的非凝析氣體。
4.按權利要求
3所規(guī)定的工藝方法，其特征是非凝析氣體選自包括氮氣、二氧化碳、空氣、一氧化碳的氣體組。
5.按權利要求
4規(guī)定的工藝方法，其特征是其中的表面活性劑是α-烯基磺酸鹽的二聚物，其單體的鏈長為11-20個碳原子。
6.按權利要求
2規(guī)定的工藝方法，其特征是在上述蒸汽和二聚物注入之前向地層注入大量的純蒸汽。
7.按權利要求
6規(guī)定的工藝方法，其特征是在上述蒸汽和二聚物注入之后，再向地層注入大量純蒸汽。
8.按權利要求
7規(guī)定的工藝方法，其特征是所述蒸汽注入逐漸減少而過渡為蒸汽和表面活性劑注入，它再逐漸減少并且過渡為蒸汽注入。
9.按權利要求
8規(guī)定的工藝方法，其特征是α-烯基磺酸鹽二聚物可以以酸或鹽的形式注入。
10.按權利要求
9所規(guī)定的工藝方法，其特征是在向注入井注入上述蒸汽相之前向蒸汽注入占蒸汽相1-50%的非凝析氣體。
11.按權利要求
10規(guī)定的工藝方法，其特征是其中的表面活性劑是α-烯基磺酸鹽的二聚物，其單體的鏈長為11-20個碳原子。
12.按權利要求
11規(guī)定的工藝方法，其特征是所述蒸汽和二聚物形成一種蒸汽泡沫混合物，其中混合物的泡沫部分優(yōu)先進入地層中被殘余油飽和的部分，而所述蒸汽和二聚物則進入地層中含可采石油的部分。
專利摘要
一種用于從地下含油層開采石油的改進的循環(huán)蒸汽注入工藝方法。此工藝包括在蒸汽中加入α—烯基磺酸鹽二聚物表面活性劑而形成一種蒸汽—泡沫驅替介質，并通過注入井將其注入，來增加所述井在處于生產(chǎn)操作時的石油產(chǎn)量。
文檔編號E21B43/16GK85106805SQ85106805
公開日1987年3月11日 申請日期1985年9月10日
發(fā)明者約翰·H·達克森, 羅伯特·G·瓦爾, 扎克·D·克奈特 申請人:切夫爾昂研究公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan