專利名稱：強化烴采收的方法和組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及從烴地層采收烴的方法。更特別地，本文中所述的實施方案涉及 強化烴采收的方法和可用于其中的組合物。
背景技術(shù)：
可以通過用一個或多個井穿透含烴地層而從所述地層中采收烴。烴可以通過井流 到地面。含烴地層的條件(例如滲透性、烴濃度、孔隙度、溫度、壓力)可能影響由含烴地層 開采烴的經(jīng)濟可行性。含烴地層可以具有自然能(例如氣體、水)以有助于使烴流動到含 烴地層的表面。自然能可以為水的形式。水可以施加壓力使烴流動到一個或多個開采井。 氣體可以在足夠的壓力下存在于含烴地層中，使烴流動到一個或多個開采井。自然能源可 能隨著時間變得枯竭?？梢允褂醚a充的采收工藝以持續(xù)從含烴地層中采收烴。補充工藝的 例子包括水驅(qū)、聚合物驅(qū)、堿驅(qū)、熱工藝、溶液驅(qū)或它們的組合。在化學(xué)強化油采收(EOR)中，通過表面活性劑實現(xiàn)了殘油飽和體的流動，所述表 面活性劑產(chǎn)生足夠(超)低的原油/水界面張力(IFT)以產(chǎn)生足夠多的毛細管克服毛 細管力并使油流云力(I· Chatzis and N. R. Morrows, "Correlation of capillary number relationship forsandstone" . SPE Journal, Vol 29,pp 555-562,1989·)。但儲油層具有 不同的特性(原油類型、溫度和水組成-鹽度、硬度)，和希望加入的表面活性劑的結(jié)構(gòu)與這 些條件匹配實現(xiàn)低的IFT。另外，有希望的表面活性劑必須滿足其它的重要標準，包括低巖 石保持力、與聚合物的相容性、熱和水解穩(wěn)定性以及可接受的成本。用于強化烴采收的組合物和方法描述于Farmer等的題為“熱穩(wěn)定的鈣相容的水 驅(qū)表面活性劑”的U. S.專利No. 3，943，160 ；Gale等的題為“作為水驅(qū)添加劑的材料應(yīng)用” 的U. S.專利No. 3，946，812 ；Shupe等的題為“可用于高溫、高鹽度地層的表面活性劑油采 收工藝”的U. S.專利No. 4，077，471 ；Newcombe的題為“用表面活性劑破乳采收”的U. S.專 利No. 4，216，079 ；Wuest等的題為“用于制備基于磺化醚的表面活性劑混合物的工藝和它 們的應(yīng)用”的U. S.專利No. 5，318，709 ；VanSlyke的題為“溶劑皂及其使用方法”的U. S.專 利No. 5，723，423 ；Hsu等的題為“堿性表面活性劑聚合物驅(qū)組合物和工藝”的U. S.專利 No. 6，022，834 ；Chou等的題為“使用衍生自α _烯烴的烷基芳基磺酸鹽表面活性劑的蠟 質(zhì)原油的油采收方法和α -烯烴組合物”的U. S.專利No. 6，269，881，和Wellington等 在"Low Surfactant Concentration Enhanced Waterflooding", Society of Petroleum Engineers, 1995中；所有這些在此作為參考引入。U. S.專利No. 7，055，602描述了包含具有支化結(jié)構(gòu)的脂族非離子添加劑和/或脂 族陰離子表面活性劑的強化烴采收組合物。這些添加劑和表面活性劑可以是伯醇或其磺酸 酯，所述伯醇具有可具有10-24的平均碳數(shù)的支化脂族基團、少于約0. 5%的季碳原子，月旨 族陰離子表面活性劑的每個脂族基團的平均支鏈數(shù)可以為約0. 7-2. 5，和甲基支鏈可以占 基團中存在的支鏈總數(shù)的約20-99%。所述組合物示于該專利的表格中，當單獨或者與其它 材料組合使用時，實現(xiàn)了約0. 0022(下限)-1. 9040 (上限)達因/cm的界面張力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方案中，可以通過包括用烴采收組合物處理至少一部分含烴地層的方 法從含烴地層開采烴。在某些實施方案中，至少一部分含烴地層可以是油潤濕的。在一些 實施方案中，至少一部分烴地層可以包含低鹽度水。在另一些實施方案中，至少一部分含烴 地層可以表現(xiàn)出大于約30°C、甚至大于約60°C的平均溫度。在某些實施方 案中，可以將流 體、物質(zhì)或它們的組合加入至少一部分含烴地層以有助于烴流動到一個或多個開采井。在一個實施方案中，烴采收組合物可以包括丙氧基化伯醇的甘油磺酸酯，所述丙 氧基化伯醇具有平均碳數(shù)為10-24的支化脂族基團和每個脂族基團具有約0. 7-2. 5的平均 支鏈數(shù)。所述甘油磺酸酯可以具有至少14的平均碳數(shù)，或者所述平均碳數(shù)可以為14-20。 這里使用的術(shù)語“碳數(shù)”是指分子中的總碳數(shù)。平均碳數(shù)可以通過NMR分析確定。在一些 實施方案中，支化甘油磺酸酯的平均支鏈數(shù)可以為每分子至少約2。支化甘油磺酸酯上的 支鏈可以包括但不限于甲基和/或乙基支鏈。在一些實施方案中，每分子的平均支鏈數(shù)可 以為至少約1和/或至多約3，或至多約6，或至多約10。每分子的平均支鏈數(shù)也可以通過 NMR分析確定。在一個實施方案中，烴采收組合物可以包括丙氧基化支化伯醇的甘油磺酸酯，所 述丙氧基化支化伯醇具有平均碳數(shù)為16-19、優(yōu)選16-17的支化脂族基團和每個脂族基團 具有約0. 7-2. 5、優(yōu)選約1. 4-2的平均支鏈數(shù)。在一個實施方案中，甲基可以占支化脂族基 團中存在的支鏈總數(shù)的約20-99%。在一個實施方案中，加入伯醇的環(huán)氧丙烷的量可以為每摩爾伯醇至少約0. 5、優(yōu)選 約3-12、最優(yōu)選約5-9摩爾環(huán)氧丙烷。優(yōu)選使用至少約3摩爾和使用不超過約12摩爾。在一個實施方案中，烴采收組合物可以包含約10-80襯％的甘油磺酸酯，優(yōu)選約 10-40wt%和更優(yōu)選約20-30wt%。在一個實施方案中，可從含烴地層開采含烴組合物。含 烴組合物可以包括烴、上述衍生物、溶解劑、甲烷、水、浙青質(zhì)、一氧化碳和氨的任意組合。
在一個實施方案中，通過使烴采收組合物與可以來自有待于從其中提取烴的地層 的水和/或鹽水混合，將所述烴采收組合物提供到含烴地層。優(yōu)選地，所述組合物上總的水 和/或鹽水/烴采收組合物混合物(可注入流體)的約0. l_4wt%。更重要的是可注入流 體中存在的實際活性物質(zhì)的量(活性物質(zhì)是表面活性劑，這里指所述衍生物)。因此，可注 入流體中所述衍生物的量可以為約0. I-Iwt%，優(yōu)選約0. 2-0. 5wt%。然后將可注入流體注 入含烴地層。在一個實施方案中，可從含烴地層開采含烴組合物。所述含烴組合物可以包括烴、 上述甘油磺酸酯、強化劑、甲烷、水、浙青質(zhì)、一氧化碳和氨的任意組合。


在受益于下述實施方案的詳細說明和參考附圖的情況下，本發(fā)明的優(yōu)點對于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說將變得顯而易見，其中圖1描述了處理含烴地層的實施方案；圖2描述了處理含烴地層的實施方案；圖3描述了本發(fā)明的包含甘油磺酸酯的烴組合物的界面張力值的圖線。盡管本發(fā)明易于進行各種改進和替代形式，但其具體實施方案通過附圖內(nèi)的實施例方式給出，和可在此處詳細描述。應(yīng)當理解，附圖及其詳細說明不用于限定本發(fā)明于所公開的特定形式，相反，本發(fā)明擬覆蓋落在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所 有改進、等價和替代方案。
具體實施例方式可以通過穿透含烴地層的井從烴地層開采烴?！盁N”一般定義為主要由碳和氫原子 形成的分子，例如油和天然氣。烴還可以包括其它元素，例如但不限于鹵素、金屬元素、氮、 氧和/或硫。來自烴地層的烴可以包括但不限于油母質(zhì)、浙青、焦浙青、浙青質(zhì)、油或它們的 組合。烴可以位于地下的礦物基質(zhì)內(nèi)或附近?；|(zhì)可以包括但不限于沉積巖、砂巖、沉積石 英巖、碳酸鹽、硅藻土和其它多孔介質(zhì)?！暗貙印卑ㄒ粚踊蚨鄬雍瑹N層、一層或多層非烴層、上覆地層和/或下伏地層?！吧?覆地層”和/或“下伏地層”包括一類或更多不同類的不可滲透材料。例如，上覆地層/下 伏地層可包括巖石、頁巖、泥巖或濕/致密碳酸鹽(即不含烴的不滲透碳酸鹽)。例如，下伏 地層可以包含頁巖或泥巖。在一些情形中，上覆地層/下伏地層可以稍微滲透。例如，下伏 地層可由可滲透礦物例如砂石或石灰石組成。在一些實施方案中，至少一部分含烴地層可 能存在于地面下方少于或多于1000英尺處。含烴地層的性能可能影響烴如何通過上覆地層/下伏地層流到一個或多個開采 井。所述性能包括但不限于地層的孔隙度、滲透性、孔徑分布、表面積、鹽度或溫度。上覆地 層/下伏地層性能與烴性能例如毛細管壓力(靜態(tài))特性和相對滲透性(流動)特性組合 可能影響烴通過含烴地層的流動性。含烴地層的滲透性可能取決于地層組成而變化。相對滲透的地層可以包括夾帶在 例如砂石或碳酸鹽中的重質(zhì)烴。這里使用的“相對滲透”是指具有10毫達西或更大的平均 滲透性的地層或其部分。這里使用的“相對低的滲透性”是指具有小于約10毫達西的平均 滲透性的地層或其部分。1達西等于約0.99平方毫米。地層的不滲透部分通常具有小于 約0. 1毫達西的滲透性。在一些情形中，相對滲透的地層的部分或全部烴部分可以主要包 括重質(zhì)烴和/或不具有支承的礦物顆?？蚣芎蛢H具有漂浮(或沒有)礦物質(zhì)的焦油(例如 浙青湖)。不同密度的流體(例如氣體、水、烴或它們的組合)可能存在于含烴地層中。含烴 地層中流體的混合物可以根據(jù)流體密度在下伏地層與上覆地層之間形成層。在含烴地層 中，氣體可以形成頂層，烴可以形成中間層和水可以形成底層。流體可以不同量存在于含烴 地層中。地層中流體之間的相互作用可能在流體之間產(chǎn)生界面或邊界。流體與地層之間的 界面或邊界可以通過流體與地層的相互作用產(chǎn)生。一般而言，氣體不會與含烴地層中的其 它流體形成邊界。在一個實施方案中，第一邊界可以形成于水層與下伏地層之間。第二邊 界可以形成于水層與烴層之間。第三邊界可以形成于含烴地層中不同密度的烴之間。在一 些實施方案中，具有多個邊界的多種流體可以存在于含烴地層中。應(yīng)該理解的是在含烴地 層中可以存在流體之間和流體與上覆地層/下伏地層之間的邊界的許多組合。流體的開采可能干擾流體之間和流體與上覆地層/下伏地層之間的相互作用。當 流體從含烴地層中移出時，不同的流體層可能混合和形成混合的流體層?；旌系牧黧w在流 體邊界處可以具有不同的相互作用。取決于在混合流體邊界處的相互作用，烴的開采可能變得困難。在流體和/或流體與上覆地層/下伏地層的界面處的相互作用的定量(例如能 級)可用于預(yù)測烴通過含烴地層的流動。
在界面處地層內(nèi)流體之間的相互作用(例如混合)所需能量的定量可能難以測 量。在界面處流體之間的能級的定量可以通過公知技術(shù)(例如旋轉(zhuǎn)液滴張力計)測量。在 界面處的相互作用能量要求可被稱為界面張力。這里使用的“界面張力”是指在表現(xiàn)出邊 界的兩種或多種流體之間存在的表面自由能。高界面張力值(例如大于約10達因/cm)可 以表示一種流體不能與第二種流體混合形成流體乳液。這里使用的“乳液”是指通過加入 減少流體之間的界面張力以實現(xiàn)穩(wěn)定性的組合物，一種不混溶流體于第二種流體中的分散 液。流體不能混合可能歸因于兩種流體之間高的表面相互作用能。低界面張力值(例如小 于約1達因/cm)可以表示兩種不混溶流體之間較小的表面相互作用。兩種不混溶流體之 間較小的表面相互作用能可能導(dǎo)致兩種流體混合形成乳液。由于降低的毛細管力，具有低 界面張力值的流體可以流動到井孔和隨后從含烴地層中開采出來。含烴地層中的流體可以潤濕(例如粘附在含烴地層中的上覆地層/下伏地層或者 散布在上覆地層/下伏地層上)。這里使用的“潤濕性”是指在其它流體的存在下，一種流 體散布或粘附在地層中的固體表面上的偏好。測量烴地層的潤濕性的方法由Craig，Jr.描 述于"The Reservoir Engineering Aspects of Waterflooding", 1971 Monograph Volume 3，Society of Petroleum Engineers中，其在此作為參考引入。在一個實施方案中，在氣 體或水的存在下烴可以粘附于砂石上?；颈粺N包覆的上覆地層/下伏地層可被稱為“油 潤濕”。由于含烴地層中極性和/或重質(zhì)烴(例如浙青質(zhì))的存在，上覆地層/下伏地層可 以是油潤濕的。地層組成(例如二氧化硅、碳酸鹽或粘土)可以決定上覆地層/下伏地層 表面上烴的吸附量。在一些實施方案中，多孔和/或滲透的地層可以允許烴更容易地潤濕 上覆地層/下伏地層。基本油潤濕的上覆地層/下伏地層可能抑制從含烴地層中開采烴。 在某些實施方案中，含烴地層的油潤濕部分可能位于地面下方小于或超過1000英尺處。烴地層可以包含水。水可與下伏地層的表面相互作用。這里使用的“水潤濕”是 指上覆地層/下伏地層表面上水包覆的地層。水潤濕的上覆地層/下伏地層可以通過防止 烴潤濕上覆地層/下伏地層而強化從地層中開采烴。在某些實施方案中，含烴地層的水潤 濕部分可以包括微量的極性和/或重質(zhì)烴。含烴地層中的水可以含有礦物(例如含鋇、鈣或鎂的礦物)和礦物鹽(例如氯化 鈉、氯化鉀、氯化鎂)。地層中水的水鹽度和/或水硬度可能影響含烴地層中烴的采收。這 里使用的“鹽度”是指水中溶解的固體的量。這里使用的“水硬度”是指水中二價離子(例 如鈣、鎂)的濃度。水鹽度和硬度可以通過公知的方法(例如電導(dǎo)率、滴定)測量。這里使 用的“高鹽度水”是指基于氯化鈉計具有大于約30，OOOppm總的溶解固體的水。當含烴地 層中水鹽度增加時，烴與水之間的界面張力可能增加和流體可能變得更難開采。含烴地層中的低鹽度水可以強化從含烴地層中開采烴。由于低鹽度水與烴之間的 低界面張力，烴和低鹽度水可以形成良好分散的乳液。對于開采者而言，從含烴地層中開采 可流動乳液(例如烴/水混合物)可能更經(jīng)濟可行。這里使用的“低鹽度水”是指基于氯 化鈉計含烴地層中的水鹽度小于約20，000份/百萬(ppm)總的溶解固體。在一些實施方 案中，含烴地層可以包括具有小于約13，OOOppm的鹽度的水。在某些實施方案中，含烴地層 可以包括具有約3，000-10，OOOppm的鹽度的水。在另一些實施方案中，含烴地層中水的鹽度可以為約5，000-8 , OOOppm0可以基于一些因素例如但不限于地層中含烴層的厚度、估算的液體開采量、地層 的位置、地層的鹽度含量、地層的溫度和含烴層的深度來選擇用于處理的含烴地層。最初， 天然的地層壓力和溫度可能足以造成烴流入井孔和流出地面。含烴地層中的溫度可能為約 0-300°C。當烴從含烴地層中開采時，地層內(nèi)的壓力和/或溫度可能下降?？梢圆捎酶鞣N形 式的人工升舉(例如泵、氣體注入)和/或加熱以持續(xù)從含烴地層開采烴。當?shù)貙又械臒N 枯竭時，從含烴地層中開采所希望的烴可能變得不經(jīng)濟。由于烴的粘度和在含烴地層的孔中流體的毛細管效應(yīng)，留在含烴地層中的殘余烴 的流動可能困難。這里使用的“毛細管力”是指流體與至少一部分含烴地層之間的吸引力。 在一個實施方案中，可以通過增加含烴地層內(nèi)的壓力克服毛細管力。在另一些實施方案中， 可以通過降低含烴地層中流體之間的界面張力克服毛細管力。降低含烴地層中的毛細管力 的能力可能取決于多種因素，包括但不限于含烴地層的溫度、含烴地層中水的鹽度和含烴 地層中烴的組成。當開采速率降低時，可以采用另外的方法使含烴地層更加經(jīng)濟可行。所述方法可 以包括將水(例如鹽水、蒸汽)、氣體、聚合物、單體源或它們的任意組合加入烴地層以增強 烴的流動。在一個實施方案中，含烴地層可用水驅(qū)處理。水驅(qū)可以包括通過注入井將水注入 一部分含烴地層。水驅(qū)至少一部分地層可能使一部分含烴地層水潤濕。含烴地層的水潤濕 部分可以通過已知的方法加壓和可以使用一個或多個開采井收集水/烴混合物。但水層可 能不能與烴層有效混合。差的混合效率可能歸因于水與烴之間的高界面張力。通過使用可以使烴流動到一個或多個開采井的聚合物和/或單體處理含烴地 層，來強化從含烴地層的開采。聚合物和/或單體可以降低水相在含烴地層的孔中的流 動性。水流動性降低可以允許烴更容易地流過含烴地層。聚合物包括但不限于聚丙烯酰 胺、部分水解的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、烯屬共聚物、生物聚合物、羧甲基纖維素、聚乙烯 醇、聚苯乙烯磺酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸酯)或它們 的組合。烯屬共聚物的例子包括丙烯酸和丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酸月桂酯、丙烯酸月桂 酯和丙烯酰胺的共聚物。生物聚合物的例子包括黃原膠和瓜爾膠。在一些實施方案中，聚 合物可以在含烴地層中原位交聯(lián)。在另一些實施方案中，聚合物可以在含烴地層中原位 生成。用于油采收的聚合物和聚合物制備描述于Zhang等的題為“制備憎水性締合聚合 物的方法、使用方法和組合物”的U. S.專利No. 6，427，268 ；Wang的題為“泡沫驅(qū)方法”的 U.S.專利No.6，439，308;Smith的題為“用于油采收的滲透性調(diào)節(jié)組合物”的U.S.專利 No. 5，654，261 ；Surles等的題為“地層處理”的U. S.專利No. 5，284，206 ；Surles等的題為 “地層處理”的U. S.專利No. 5，199，490和Morgenthaler等的題為“強化油采收的分布控 制”的U. S.專利No. 5，103，909中，所有這些在此作為參考引入。烴采收組合物基于這些無規(guī)支化的醇的系列陰離子表面活性劑可用于在較高鹽度儲層條件下 使用。在所述系列中，連接基團PO使醇憎水物與陰離子磺酸根相連和用于改變分子的HLB 并使它就鹽度和原油而言與儲層條件匹配。連接基團中PO鏈的存在有助于提供對硬水中 的Ca、Mg離子的耐受性。
在一個實施方案中，可以向含烴地層提供烴采收組合物。在一個實施方案中，組合 物可以包含丙氧基化伯醇的甘油磺酸酯，所述丙氧基化伯醇具有平均碳數(shù)為10-24的支化 脂族基團和每個脂族基團具有約0. 7-2. 5的平均支鏈數(shù)。所述甘油磺酸酯可以具有至少14 的平均碳數(shù)，或者所述平均碳數(shù)可以為14-20。在一些實施方案中，每分子的平均支鏈數(shù)可 以為至少約1和/或至多約3，或至多約6，或至多約10在一個實施方案中，烴采收組合物可以包含丙氧基化支化伯醇的羧酸酯或硫酸酯 或者甘油磺酸酯，所述丙氧基化伯醇具有平均碳數(shù)為16-19、優(yōu)選16-17的支化脂族基團和 每個脂族基團具有約0. 7-2. 5、優(yōu)選約1. 4-2的平均支鏈數(shù)。本發(fā)明的支化伯醇可以通過支化烯烴加氫甲?；苽洹ＶЩN的制備描述于 Murray的題為“使直鏈烯烴異構(gòu)化成異烯烴的工藝”的U. S.專利No. 5，510, 306 ；Murray 的題為“使直鏈烯烴異構(gòu)化成異烯烴的工藝”的U. S.專利No. 5，648，584和Murray的題為 “使直鏈烯烴異構(gòu)化成異烯烴的工藝”的U. S.專利No. 5，648，585中，所有這些在此作為參 考引入。支化長鏈脂族醇的制備描述于Singleton等的題為“高度支化伯醇組合物和由其 制備的可生物降解洗滌劑”的U. S.專利No. 5，849，960 ；Singleton等的題為“高度支化伯 醇組合物和由其制備的可生物降解洗滌劑”的U. S.專利No. 6，150，222 ；Singleton等的題 為“高度支化伯醇組合物和由其制備的可生物降解洗滌劑”的U. S.專利No. 6，222，077中， 所有這些在此作為參考引入。在一些實施方案中，長鏈伯醇的支化脂族基團的支鏈可以具有少于約0.5%的脂 族季碳原子。在一個實施方案中，每個長鏈脂族醇的平均支鏈數(shù)為約0. 1-2. 5。在另一些實 施方案中，每個醇的平均支鏈數(shù)為約0. 7-2. 5。甲基支鏈可以為支化長鏈伯醇中存在的支鏈總數(shù)的約20-99%。在一些實施方案 中，甲基支鏈可以大于支化長鏈伯醇中的支鏈總數(shù)的約50%。在某些實施方案中，醇中乙基 支鏈的數(shù)目可以少于支鏈總數(shù)的約30%。在另一些實施方案中，如果存在，乙基支鏈的數(shù)目 可以為支鏈總數(shù)的約0. 1_2%。如果存在，除了甲基或乙基以外的支鏈可以少于支鏈總數(shù)的 約10%。在一些實施方案中，少于支鏈總數(shù)的約0.5%既不是乙基也不是甲基。加入伯醇的環(huán)氧丙烷的量可以為每摩爾伯醇至少約0. 5、優(yōu)選約3-12、最優(yōu)選約 5-9摩爾環(huán)氧丙烷。優(yōu)選使用至少約3摩爾以使未烷氧基化的仲醇量最小化。優(yōu)選使用不 超過約12摩爾，因為當醇部分的碳鏈相對于分子中的環(huán)氧丙烷數(shù)量過短時，分子就喪失了 其充當表面活性劑的能力。為了使分子在含烴地層中成功地充當表面活性劑，必須適當平 衡分子的油溶性碳鏈部分與分子的水溶性環(huán)氧丙烷部分的長度。在一個實施方案中，烴采收組合物可以包含如上所述的支化伯醇甘油磺酸酯表面 活性劑。在一些實施方案中，組合物中支化伯醇甘油磺酸酯表面活性劑的量可以大于總組 合物的約10wt%。在一個實施方案中，烴采收組合物中支化伯醇甘油磺酸酯表面活性劑的 量可以為總組合物的約10-80wt%。組合物中支化伯醇甘油磺酸酯表面活性劑的量可以為 組合物總重量的約10-40wt%，優(yōu)選約20-30wt%。組合物的剩余部分可以包括但不限于 水、低分子量醇、有機溶劑、烷基磺酸酯、芳基磺酸酯、鹽水或它們的組合。低分子量醇包括 但不限于甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、叔丁醇、仲丁醇、丁醇、叔戊醇或它們的組合。有機溶劑 包括但不限于甲乙酮、丙酮、低級烷基溶纖劑、低級烷基卡必醇或它們的組合。在一個實施方案中，烴采收組合物還可以包含強化劑以降低烴組合物的界面張力。這類強化劑可以選自醇、聚合物例如聚丙二醇和聚乙二醇以及其它表面活性劑。優(yōu)選地，烴采收組合物可以占組合物的約l_75wt %。烴采收組合物的制備可以在合適的烷氧基化催化劑存在下使伯醇與環(huán)氧丙烷反應(yīng)而將伯醇丙氧基化。 烷氧基化催化劑可以是在工業(yè)上普遍用于使醇烷氧基化的氫氧化鈉?？梢允褂萌鏤. S.專 利No. 6，977，236中所述的雙金屬氰化物催化劑將伯醇丙氧基化，該專利的全部內(nèi)容在此 作為參考引入。也可以使用如U. S.專利No s. 5，059，719和5，057，627中所述的鑭-基 或稀土金屬-基烷氧基化催化劑將伯醇丙氧基化，這兩篇專利的全部內(nèi)容在此作為參考引 入。本發(fā)明的伯醇丙氧基化物也可以通過使烯烴與二甘醇反應(yīng)或者通過使鹵代烷烴與單、 二或聚甘醇反應(yīng)制備?？梢酝ㄟ^將計算量例如約0. 1-0. 6wt%的強堿加入伯醇或伯醇混合物中制備伯醇 丙氧基化物，所述強堿通常為堿金屬或堿土金屬氫氧化物例如氫氧化鈉或氫氧化鉀，其充 當烷氧基化催化劑。然后引入計算提供每摩爾伯醇所希望的環(huán)氧丙烷摩爾數(shù)的環(huán)氧丙烷量，和使所得 混合物反應(yīng)直到環(huán)氧丙烷被消耗。合適的反應(yīng)溫度為約120-220°C?？梢酝ㄟ^使用多金屬氰化物催化劑作為烷氧基化催化劑制備本發(fā)明的伯醇丙氧 基化物?？梢允勾呋瘎┡c伯醇接觸，和然后可以使兩者與可以以氣態(tài)形式引入的環(huán)氧丙烷 反應(yīng)物接觸。反應(yīng)溫度可以為約90-250°C和如果希望保持伯醇基本為液態(tài)，可以使用超大 氣壓?？梢允褂描|系元素或稀土元素中的元素的可溶性堿性化合物作為烷氧基化催化 齊U，制備窄范圍的伯醇丙氧基化物。磷酸鑭特別有用。使用常規(guī)反應(yīng)條件例如上述的那些 進行丙氧基化。應(yīng)該理解的是丙氧基化步驟用于引入每摩爾伯醇丙氧基化物所希望的平均環(huán)氧 丙烷單元數(shù)。例如，用每摩爾伯醇1. 5摩爾環(huán)氧丙烷處理伯醇混合物，使得每摩爾伯醇每個 醇分子用平均1. 5個環(huán)氧丙烷部分丙氧基化，盡管較大部分的伯醇部分將結(jié)合多于1. 5個 環(huán)氧丙烷部分，但大約相等部分將結(jié)合少于1. 5個。在典型的丙氧基化產(chǎn)品混合物中，還有 少部分的未反應(yīng)的伯醇。在本發(fā)明的衍生自烷氧基化伯醇的甘油磺酸酯的制備中，優(yōu)選在催化劑例如四氯 化錫的存在下，在約110-120°C下在約14. 7-15. 7psia(約IOO-IlOkPa)的壓力下在甲苯中 使烷氧基化物與表氯醇反應(yīng)約3-5小時。隨后，使反應(yīng)產(chǎn)物與堿例如氫氧化鈉或氫氧化鉀 在約85-95°C下在約14. 7-15. 7psia(約IOO-IlOkPa)的壓力下反應(yīng)約2_4小時。使反應(yīng)混 合物冷卻和分離成兩層。將有機層分離和使產(chǎn)品析出。然后使其與亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉 在約140-160°C下在約60-80psia(約400_550kPa)壓力下反應(yīng)約3_5小時。使反應(yīng)冷卻和 將產(chǎn)物甘油磺酸酯作為于水中的約25wt%活性物質(zhì)溶液回收。反應(yīng)器優(yōu)選為500ml密閉式 分解反應(yīng)器。烴采收組合物的注入烴采收組合物可與至少一部分含烴地層中的烴相互作用。與烴相互作用可以降低 烴與含烴地層中的一種或多種流體的界面張力。在其它實施方案中，烴采收組合物可以降 低烴與含烴地層的上覆地層/下伏地層之間的界面張力。界面張力的降低可以允許至少一部分烴流動通過含烴地層可以使用已知技術(shù)評價烴采收組合物降低烴和流體的混合物的界面張力的能力。 在一個實施方案中，可以使用旋轉(zhuǎn)液滴張力計測量烴和水的混合物的界面張力值。可以將 一定量的烴采收組合物加入烴/水混合物和可以測量所得流體的界面張力值。低界面張力 值(例如小于約1達因/cm)可以表示組合物降低烴與水之間的至少一部分表面能。表面 能的降低可能表示至少一部分烴/水混合物可以流動通過至少一部分含烴地層。在一個實施方案中，可以將烴采收組合物加入烴/水混合物和可以測量界面張力 值。超低界面張力值(例如小于約0.01達因/cm)可以表示烴采收組合物降低烴與水之間 的至少一部分表面張力，使得至少一部分烴可以流動通過至少一部分含烴地層。在與用導(dǎo) 致地層中流體的界面張力值大于0.01達因/cm的組合物處理的烴相比，在超低的界面張力 下至少一部分烴可以更容易地流過至少一部分含烴地層。導(dǎo)致超低界面張力值的烴采收組 合物加入含烴地層中的流體可以增加可開采烴的效率?？梢詫⒑瑹N地層中的烴采收組合物 濃度最小化，以使開采期間的使用成本最小化。在處理含烴地層的方法的一個實施方案中，如圖1中所示，可以通過注入井110將 本發(fā)明的包含丙氧基化支化伯醇的甘油磺酸酯的烴采收組合物提供(例如注入)到含烴地 層100中。烴地層100可以包括上覆地層120、烴層130和下伏地層140。注入井110可以 包括開口 112，其允許流體在不同深度水平流過含烴地層100。在某些實施方案中，烴層130 可以在地面下方小于1000英尺處。在一些實施方案中，含烴地層100的下伏地層140可以 是油潤濕的。在另一些實施方案中，含烴地層100中可以存在低鹽度水?？梢砸曰诤瑹N地層中存在的烴的量向地層提供烴采收組合物。但烴采收組合物 的量可能過小而不能使用已知的輸送技術(shù)(例如泵)精確地輸送到含烴地層。為了促進少 量烴采收組合物輸送到含烴地層，可以將烴采收組合物與水和/或鹽水組合制得可注入流 體。注入含烴地層100的烴采收組合物的量可以為可注入流體總重量的約0.1_4wt%。在 某些實施方案中，作為提供到含烴地層的烴采收組合物一部分的甘油磺酸酯(活性物質(zhì)) 的量可以為可注入流體總重量的約0.。在一些實施方案中，提供到含烴地層的烴采 收組合物的量可以為可注入流體總重量的約0. 2-0. 5wt%。烴采收組合物可以與烴層130中的至少一部分烴相互作用。烴采收組合物與烴層 130相互作用可以降低不同烴之間的至少一部分界面張力。烴采收組合物還可以降低地層 中的一種或多種流體(例如水、烴)與下伏地層140之間、地層中的一種或多種流體與上覆 地層120之間或它們的組合的至少一部分界面張力。在一個實施方案中，烴采收組合物可以與地層中的至少一部分烴和至少一部分一 種或多種其它流體相互作用，降低烴與一種或多種流體之間的至少一部分界面張力。界面 張力的降低可以允許至少一部分烴與地層中的至少一部分一種或多種流體形成乳液。烴與 一種或多種流體之間的界面張力值可以被烴采收組合物改變至小于約0. 1達因/cm的值。 在一些實施方案中，地層中的烴與其它流體之間的界面張力值可以被烴采收組合物降低至 小于約0. 05達因/cm。在另一些實施方案中，地層中的烴與其它流體之間的界面張力值可 以被烴采收組合物降低至小于約0. 001達因/cm。至少一部分烴采收組合物/烴/流體混合物可以流動到開采井150。從開采井150 得到的產(chǎn)品可以包括但不限于烴采收組合物的組分(例如長鏈脂族醇和/或長鏈脂族酸鹽)、甲烷、 一氧化碳、水、烴、氨、浙青質(zhì)或它們的組合。在烴采收組合物已經(jīng)加入含烴地層 之后，含烴地層100的烴產(chǎn)量可以增加大于約50%。在某些實施方案中，含烴地層100可以用烴脫除流體預(yù)處理。烴脫除流體可由水、 蒸汽、鹽水、氣體、液體聚合物、泡沫聚合物、單體或它們的混合物組成。在將烴采收組合物 提供到地層之前，可用烴脫除流體處理地層。在一些實施方案中，含烴地層100可以在地面 下方小于1000英尺處。在某些實施方案中，在注入含烴地層100之前可以加熱烴脫除流體。 烴脫除流體可以降低地層內(nèi)至少一部分烴的粘度。地層內(nèi)至少一部分烴的粘度降低可以強 化至少一部分烴流動到開采井150。在含烴地層100中的至少一部分烴已經(jīng)流動后，在使 烴流動通過含烴地層時重復(fù)注射相同或不同的烴脫除流體可能變得不夠有效。低的流動效 率可能歸因于烴脫除流體在含烴地層100中產(chǎn)生滲透性更強的區(qū)。烴脫除流體可以通過含 烴地層100中的滲透區(qū)而不與剩余的烴相互作用并使剩余的烴流動。因此，吸附到下伏地 層140的較重?zé)N的位移可能隨著時間縮短。最終，地層可能被看作對于開采烴而言低開采 力的或經(jīng)濟上不希望的。在某些實施方案中，在用烴脫除流體處理含烴地層后注射烴采收組合物可以強化 吸附到下伏地層140的較重?zé)N的流動。烴采收組合物可以與烴相互作用，以降低烴與下伏 地層140之間的界面張力。界面張力的降低可以使得烴流動到開采井和從開采井150中開 采。在一些實施方案中，從開采井150開采的烴可以包括至少一部分烴采收組合物的組分、 注入井中用于預(yù)處理的烴脫除流體、甲烷、二氧化碳、氨或它們的組合。將烴采收組合物加 入至少一部分低開采力的含烴地層可以延長含烴地層的開采壽命。在烴采收組合物已經(jīng)加 入含烴地層后，含烴地層100的烴產(chǎn)量可以增加大于約50%。增加的烴產(chǎn)量可以增加含烴 地層的經(jīng)濟可行性。烴采收組合物與地層中至少一部分烴相互作用可以降低烴與下伏地層140之間 的至少一部分界面張力。降低至少一部分界面張力可以使至少一部分烴流動通過含烴地層 100。但至少一部分烴流動可能在經(jīng)濟不可行的速度下。在一個實施方案中，在用烴采收組合物處理地層后，可以通過注入井110將聚合 物注入烴地層100以增強至少一部分烴通過地層的流動。合適的聚合物包括但不限于由 Ciba Specialty Additives (Tarrytown, New York) ^zfe^ CIBA ALC0FL00D > S Tramfloc Inc. (Temple, Arizona)生產(chǎn)的 Tramfloc 、禾口由 Chevron Phillips Chemical Co. (The Woodlands,Texas)生產(chǎn)的HE 聚合物。烴、烴采收組合物與聚合物之間的相互作用可以增 強留在地層中的至少一部分烴到開采井150的流動。所述組合物的丙氧基化支化伯醇甘油磺酸酯組分是熱穩(wěn)定的和可以在寬的溫度 范圍內(nèi)使用。在一些實施方案中，由于甘油磺酸酯的高熱穩(wěn)定性，可以將烴采收組合物加入 平均溫度為0-150°C的一部分含烴地層100中。在一些實施方案中，如圖2中所示，烴采收組合物可以通過注入井110注入含烴地 層100。烴采收組合物與地層中的烴相互作用可以降低烴與下伏地層140之間的至少一部 分界面張力。至少一部分界面張力的降低可以使至少一部分烴流動到含烴地層100中的選 定區(qū)域160形成烴池170。至少一部分烴可以從含烴地層100中選定區(qū)域中的烴池170開米。在另一些實施方案中，至少一部分烴到選定區(qū)域160的流動可能在經(jīng)濟不可行的速度下?？梢詫⒕酆衔镒⑷霟N地層100以增強至少一部分烴通過地層的流動。至少一部分 烴、烴采收組合物與聚合物之間的相互作用可以增強至少一部分烴到開采井150的流動。
在一些實施方案中，烴采收組合物可以包含無機鹽(例如碳酸鈉(Na2CO3)、氯化鈉 (NaCl)或氯化鈣(CaCl2))。無機鹽的加入可以有助于烴采收組合物分散在整個烴/水混 合物中。烴采收組合物的強化分散可以降低烴與水界面之間的相互作用。降低的相互作用 可以降低混合物的界面張力和提供更易流動的流體。實施例實施例1使Neodol 67支化伯醇(碳數(shù)16_17，每個脂族基團的平均支鏈數(shù)1. 5)經(jīng)4A分 子篩干燥。在裝有頂部攪拌器、回流冷凝器、熱電偶和Dean Stark捕集器的圓底燒瓶中在 120°C下用氮氣進一步吹掃醇，同時攪拌1小時。將醇保持在氮氣下直到裝入含有磷酸鑭(LAPO)的干凈高壓釜中。LAPO以 0. 5g/150g原料醇的比率裝入。用 1073g Neodol 67 醇、3. 6IlgLAPO^P 1333g環(huán)氧丙烷(PO) 進行反應(yīng)，每分子Neodol 67醇制得7摩爾P0。將高壓釜密封和用氮氣吹掃，產(chǎn)生氮氣氛。 初始氮氣在160°C下為30psi(200kPa)。使用圓頂調(diào)節(jié)器控制流量裝入環(huán)氧丙烷。實際溫 度為159-172°C和壓力為30psi (200kPa)-160psi (IlOOkPa)。在180分鐘內(nèi)加入PO和在力口 入PO結(jié)束后使反應(yīng)浸泡30分鐘。然后排出并收集反應(yīng)器內(nèi)容物。使用Zn/Co雙金屬催化劑(DMC)，步驟與LAPO催化劑相同。僅有的不同是從Bayer 購買DMC催化劑于PPG400 (PPG400-400數(shù)均分子量)中的1 %懸浮液和按照交貨原樣使用。 最終混合物中DMC催化劑的濃度約為50ppm。在原料醇烷氧基化后，將材料冷卻至25°C和泵送入薄膜反應(yīng)器。材料沿側(cè)面流下 和保持在25°C。于氮氣中的稀的SO3物流在頂部引入和與液體一起沿反應(yīng)器向下流。當SO3 氣體吸收到液體中時，反應(yīng)在液體中進行。在反應(yīng)器的出口將硫酸產(chǎn)品連續(xù)收集到25wt% 氫氧化鈉溶液中，得到表面活性劑的鈉鹽。在72°C下測量含有3. 海水鹽水的北海原油的界面張力(IFT)。使用的第一樣 品是使用(DMC)制備的NEODOL 67醇(N67)丙氧基化的(每分子7個PO基團)甘油磺酸 酯(N67-7P0-甘油磺酸酯)。材料具有約1-2%聚丙二醇(PPG-PPG400-400數(shù)均分子量) 和產(chǎn)生0. 1-0. 3達因/厘米的I FT (圖3中的藍色圓圈)。當用磷酸鑭(LaPO)催化劑置 換DMC時，我們發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)期間多得多的環(huán)氧丙烷(PO)聚合到PPG中。當將PPG從所述樣 品中洗出時，我們留下N67-5. 7P0-甘油磺酸酯。在大于40分鐘的時間內(nèi)，材料中具有0% PPG和產(chǎn)生0. 1-0. 3達因/厘米的類似I FT值(與上述DMC N67-7P0-甘油磺酸酯的那些 類似)(圖3中的紅色菱形)。結(jié)果示于圖3中。使這兩種樣品的每一個與溶解劑混合以改進它們的性能。當混入乙氧基化NEODOL 45醇(N45-7)溶解劑時，每一樣品的IFT測量值改進和降至0. 05-0. 08達因/厘米(DMC-黃 色星號&LAP0-圖3中的綠色三角形)。將DMC N67-7P0-GS樣品與作為強化劑的聚丙二醇 (PPG400-400數(shù)均分子量)混合。所得的0. 05-0. 08達因/厘米的IFT測量值(紅色正方 形)大致與使用N45-7溶解劑的那些相同。用原位PPG制備兩種樣品，一種具有約24% wt PPG和一種具有約15% wt 6。具有24%襯PPG的樣品產(chǎn)生高的IFT (約為1 (橙色叉))， 和具有15% wt PPG的樣品產(chǎn)生低得多的IFT(小于0. 01 (紫色正方形))。
使用得克薩斯大學(xué)模型旋轉(zhuǎn)液滴張力計測量烴/烴采收組合物/水混合物的界面 張力值。將4微升(PL)滴的正十二烷烴放入玻璃毛細管，所述毛細管包含烴采收組合物 /鹽水溶液以提供400的鹽水/烴體積比。將所述管放入旋轉(zhuǎn)滴落裝置和然后封蓋。迅速 開啟馬達使所述管旋轉(zhuǎn)，以在所述管內(nèi)產(chǎn)生圓柱形液滴(例如6-12ms/轉(zhuǎn))。液滴長度可以 大于或等于液滴寬度的4倍。將毛細管和液滴加熱至不同溫度(25、50、75和98°C以及以 上)。使用Optima 系統(tǒng)將液滴錄像用于稍后重放以測量液滴尺寸，和計算液滴與組合物 /鹽水之間的界面張力。測量的時間范圍為約0.1-1.0小時以實現(xiàn)液滴平衡?；诒菊f明書，本發(fā)明多個 方面的進一步改進和替代實施方案對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員將是顯而易見的。因此，本說明書應(yīng)僅用于說明和用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實施本發(fā)明 的常規(guī)方式的目的。本文所示和描述的本發(fā)明的形式應(yīng)理解為當前優(yōu)選的實施方案。在受 益于本發(fā)明說明書之后，要素和材料可替換本文說明和描述的那些，部件和工藝可以反轉(zhuǎn)， 可獨立使用本發(fā)明的一些特征，所有這些對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的。在不偏 離所附權(quán)利要求描述的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可變換本文描述的元素。此外，應(yīng)理解 在一些實施方案中可以將本文描述的特征獨立地進行組合。
權(quán)利要求
一種處理含烴地層的方法，包括(a)向至少一部分含烴地層提供組合物，其中所述組合物包含丙氧基化伯醇的甘油磺酸酯，所述丙氧基化伯醇具有平均碳數(shù)為10 24的支化脂族基團和每個脂族基團具有0.7 2.5的平均支鏈數(shù)以及每摩爾伯醇具有至少0.5、優(yōu)選3 12摩爾環(huán)氧丙烷；和(b)使所述組合物與含烴地層中的烴相互作用。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述丙氧基化伯醇的支化脂族基團具有每個脂族基團 1.4-2的平均支鏈數(shù)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中使所述組合物與水和/或鹽水混合形成注入含烴地層的可 注入流體，和該衍生物占可注入流體的0. I-Iwt%。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述衍生物占可注入流體的0.2-0. 5wt%。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述丙氧基化伯醇具有每分子平均5-9個環(huán)氧丙烷基團。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述丙氧基化伯醇的支化脂族基團具有14-20的平均碳數(shù)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述組合物還包含強化劑。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述衍生物占所述組合物的IO-SOwt%。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述丙氧基化伯醇的支化脂族基團具有16-19、優(yōu)選16-17 的平均碳數(shù)。
10.一種包含衍生物的烴采收組合物，所述衍生物選自丙氧基化伯醇的甘油磺酸酯，所 述丙氧基化伯醇具有平均碳數(shù)為10-24的支化脂族基團和每個脂族基團具有0. 7-2. 5的平 均支鏈數(shù)以及每摩爾伯醇具有至少0. 5、優(yōu)選3-12摩爾環(huán)氧丙烷。
11.權(quán)利要求10的組合物，其中所述丙氧基化伯醇的支化脂族基團具有每個脂族基團 1.4-2的平均支鏈數(shù)。
12.權(quán)利要求10的組合物，其中所述丙氧基化伯醇的支化脂族基團的大于約50%的支鏈是甲基。
13.權(quán)利要求10的組合物，其中所述丙氧基化伯醇具有少于約0.5%的脂族季碳原子。
14.權(quán)利要求10的組合物，其中所述丙氧基化伯醇具有每分子平均5-9個環(huán)氧丙烷基團。
15.權(quán)利要求10的組合物，其中所述丙氧基化伯醇的支化脂族基團具有14-20、優(yōu)選 16-19、更優(yōu)選16-17的平均碳數(shù)。
全文摘要
一種處理含烴地層的方法，包括(a)向至少一部分含烴地層提供組合物，其中所述組合物包含丙氧基化伯醇的甘油磺酸酯，所述丙氧基化伯醇具有平均碳數(shù)為10-24的支化脂族基團和每個脂族基團具有0.7-2.5的平均支鏈數(shù)以及每摩爾伯醇具有至少0.5摩爾環(huán)氧丙烷；和(b)使所述組合物與含烴地層中的烴相互作用。
文檔編號B01F17/00GK101959993SQ200980107252
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者K·H·拉尼, T·C·塞普勒 申請人:國際殼牌研究有限公司