Ультразвуковое растворение поверхностно-активных веществ для способов повышения нефтеотдачи при добыче нефти
Изобретение относится к способу растворения поверхностно–активных веществ (ПАВ), пригодных для использования в способах повышения нефтеотдачи, в водной среде посредством смешивания указанных ПАВ и водной среды под действием ультразвука. Смешивание проводят в отсутствие сорастворителя. Получают высококонцентрированный раствор, который можно затем разбавлять водой, имеющейся в распоряжении на нефтедобывающей площадке, независимо от ее солености. Изобретение также относится к, полученным указанным способом, водным растворам ПАВ, пригодным для использования в способах повышения нефтеотдачи. При этом указанный раствор не содержит спирт. Используют анионогенные ПАВ, которые выбраны из олефинсульфонатов, алкиларилсульфонатов, алкиловых эфиров сульфатов, лицериловых эфиров сульфонатов и смеси указанных ПАВ. Изобретение позволяет упростить растворение ПАВ при повышении эффективности растворения и при повышении нефтеотдачи. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к поверхностно-активным веществам, используемым для повышения нефтеотдачи подземных пластов, более конкретно, к проблеме растворения таких поверхностно-активных веществ в нагнетаемых жидкостях, используемых при добыче способами повышения нефтеотдачи.
Во время добычи нефти из подземного резервуара (нефтеносного резервуара, такого как, например, скальная формация, консолидированная или нет, или песок), на первом этапе, именуемом «добыча первичными способами», нефть выталкивается из эксплуатационной скважины под действием избыточного давления, обычно имеющего место в глубине резервуара. Добыча первичными способами позволяет получить доступ только к небольшому количеству нефти, содержащейся в резервуаре, обычно, самое большее, порядка 10-15%.
Для продолжения добычи нефти после этапа добычи первичными способами, когда давление в резервуаре становится недостаточным для вытеснения еще имеющейся нефти, используют вторичные способы добычи. Обычно в глубину нефтегазоносного резервуара нагнетают жидкость (например, повторно нагнетают попутную воду, разбавленную или нет, нагнетают морскую или речную воду или же нагнетают газ) с целью создания в резервуаре повышенного давления, достаточного для вытеснения нефти к эксплуатационной(ым) скважине(ам). Обычной в данном контексте технологией является нагнетание воды (также именуемое заводнением или «waterflooding»), в соответствии с которой большие объемы воды под давлением нагнетают в резервуар через нагнетательные скважины. Нагнетаемая вода увлекает за собой часть нефти, встречающуюся на пути, и проталкивает к одной или нескольким эксплуатационным скважинам. Тем не менее, вторичные способы добычи, такие как нагнетание воды, позволяют извлекать только относительно небольшую часть оставшихся углеводородов (обычно, порядка 30%). Частичное вымывание вызвано, в том числе, улавливанием из-за действия капиллярной силы, различием вязкости и плотности между нагнетаемой жидкостью и имеющимися в пласте углеводородами, а также гетерогенностью на микро- и макроскопическом уровне (уровень пор, равно как и уровень резервуара).
Чтобы попытаться извлечь остаток нефти, находящейся в подземных пластах после осуществления первичных и вторичных способов добычи, предложены различные технологии, именуемые «способы повышения нефтеотдачи (récupération assistée (améliorée) d'hydrocarbures - RAH), или же «EOR» (аббревиатура англоязычного термина «Enhanced Oil Recovery»). Из этих технологий можно упомянуть принадлежащие к описанному выше типу нагнетания воды (заводнения), но предусматривающие использование воды, содержащей добавки, такие как, например, поверхностно-активные вещества (ПАВ), растворимые в воде (тогда обычно говорят о «surfactant flooding», заводнении с применением поверхностно-активных веществ). Применение ПАВ вызывает снижение поверхностного натяжения на границе раздела вода/нефть, что способствует повышению эффективности извлечения нефти, захваченной в сужениях пор.
ПАВ, обычно рекомендуемые для EOR, как правило, представляют собой анионогенные ПАВ, вообще, типа сульфата или сульфоната. Таким ПАВ, которые зарекомендовали себя как эффективные в отношении снижения поверхностного натяжения на границе раздела вода/нефть, свойственен недостаток, заключающийся в трудности их растворения в нагнетаемых жидкостях, используемых в EOR, особенно, когда они содержат соли, что имеет место довольно часто. В частности, часто оказывается сложным растворить их в воде, имеющейся в распоряжении в зонах бурения, а именно, в морской воде или попутной воде.
Для обеспечения эффективного растворения анионогенных ПАВ, используемых в EOR, предложена технология, состоящая в использовании ПАВ в смеси со значительным количеством сорастворителя (в том числе спирта или смеси спиртов), выбранного, например, из следующих: втор-бутанол, н-бутанол, диэтилен-бутиловый эфир. Использование сорастворителя этого типа позволяет упростить растворение, однако, чаще всего, для растворения необходимо использовать дополнительные мешалки с большими сдвиговыми усилиями и/или средства нагревания и/или воду с низкой соленостью, что усложняет процесс и отражается на увеличении производственных издержек.
Целью настоящего изобретения является обеспечение эффективной технологии растворения ПАВ, используемых в EOR, которая была бы более практичной и позволяла, помимо других преимуществ, исключить использование указанных сорастворителей.
С этой целью, согласно настоящему изобретению, предлагается осуществлять растворение ПАВ под действием ультразвука.
Более конкретно, предметом настоящего изобретения является способ растворения ПАВ, пригодных для использования в способах повышения нефтеотдачи, в водной среде, который включает этап (Е1) смешивания указанных ПАВ и водной среды, осуществляемый под действием ультразвука.
Этап (Е1) смешивания под действием ультразвука позволяет, если нужно, растворять ПАВ, достигая значительной концентрации (обычно, по меньшей мере, 100 г/л, даже, по меньшей мере, 150 г/л), что значительно больше концентраций, требующихся в жидкостях повышения нефтеотдачи. Учитывая такую возможность, согласно одному из многообещающих вариантов осуществления изобретения, способ смешивания под действием ультразвука, соответствующий изобретению, может быть использован для приготовления высококонцентрированного раствора ПАВ, который впоследствии разбавляют для получения жидкости повышения нефтеотдачи (обычно, смешивая этот высококонцентрированный раствор с водой, имеющейся в распоряжении на нефтедобывающей площадке, возможно, но не обязательно, с добавками, например, полимерами).
Так, согласно одному многообещающему способу осуществления изобретения, способ включает, по меньшей мере, два следующих этапа:
- указанный этап (Е1) смешивания, осуществляемый с первой водной средой с целью приготовления водного раствора ПАВ, именуемого раствор (s) (имеющего концентрацию, превышающую заданную в способе растворения); затем
- этап (Е2) разбавления, на котором раствор (s), полученный на этапе (Е1) смешивания, смешивают со второй водной средой, аналогичной водной среде, использованной на этапе (Е1), или отличной от нее.
Этому варианту осуществления, включающему приготовление высококонцентрированного раствора, свойственно преимущество, заключающееся в уменьшении объема, подлежащего обработке ультразвуком, и, следовательно, размеров оборудования и производственных затрат.
Кроме того, он позволяет без труда получать жидкость повышения нефтеотдачи на месте, исходя из высококонцентрированного раствора. На этапе (Е2) разбавление осуществляется несложно, путем простого перемешивания, невзирая на соленость имеющейся воды (можно также использовать очень соленую воду, такую как морская вода или попутная вода) и без необходимости использования сорастворителя, этапа нагревания или особого способа перемешивания.
При концентрации нагнетаемой жидкости, обычно предусматриваемой в EOR, от 1 до 8 г/л, концентрация раствора (s), предпочтительно, превышает 10 г/л, например, составляет от 50 до 150 г/л, особенно, от 100 до 150 г/л.
Способ растворения, соответствующий изобретению, оказался, в частности, пригоден для растворения ПАВ в водных средах, содержащих соли, особенно, в нагнетаемых рассолах, обычно используемых в EOR, независимо от степени их солености.
Обычно, этап (Е1) смешивания осуществляют при полном отсутствии сорастворителя. При осуществлении этапа (Е2) разбавления сорастворители также не используют, благодаря чему получают оригинальные растворы ПАВ. Согласно другому конкретному варианту осуществления, целью настоящего изобретения являются такие оригинальные водные растворы (включая высококонцентрированные растворы, указанные выше, и жидкости повышения нефтеотдачи), получаемые способом растворения под действием ультразвука, соответствующим изобретению, которые содержат ПАВ, пригодные для способов повышения нефтеотдачи, в водной среде и которые не содержат сорастворители.
Водные растворы, содержат, вообще, ПАВ в концентрации, по меньшей мере, 1 г/л, обычно, от 1 до 8 г/л для жидкостей повышения нефтеотдачи; или от 10 до 150 г/л, чаще от 50 до 150 г/л, обычно, от 100 до 150 г/л для высококонцентрированных растворов. Кроме этого, вообще, они не содержат сорастворители, такие как спирты. В частности, эти водные растворы не должны содержать спирты, способствующие растворению ПАВ, такие как, например, втор-бутанол, н-бутанол, или же диэтилен-бутиловый эфир. Разумеется, согласно некоторым конкретным способам осуществления изобретения, диспергирование может быть осуществлено в присутствии спиртов. Тем не менее, поскольку они не являются необходимыми, предпочтительно исключить их использование, особенно из соображений издержек.
Согласно другому аспекту, предметом настоящего изобретения является способ повышения нефтеотдачи при добыче нефти из подземного пласта, согласно которому:
- нагнетают в указанный подземный пласт через, по меньшей мере, одну нагнетательную скважину жидкость, содержащую водную среду и анионогенное ПАВ, при этом, указанная жидкость получена путем смешивания указанных ПАВ и водной среды, осуществленного под действием ультразвука (при этом, указанная жидкость, обычно, представляет собой одну из особых нагнетаемых жидкостей, описанных в предшествующих абзацах); и
- извлекают через, по меньшей мере, одну эксплуатационную скважину жидкость, несущую с собой нефть, выходящую из подземного пласта.
В процессе работы над настоящим изобретением авторы выявили, что, несмотря на трудности, наблюдаемые прежде при растворении ПАВ, применяемых в EOR (в частности, анионогенных ПАВ указанного типа сульфатов и сульфонатов), оказалось возможным растворение указанных ПАВ и получение высоких концентраций только путем воздействия ультразвуком, без использования обычно требующихся для этого сорастворителей. Разумеется, растворение под действием ультразвука возможно в присутствии сорастворителей, однако, для получения эффекта растворения, соответствующего изобретению, их присутствие ни коим образом не требуется, и это является главным преимуществом, особенно с точки зрения издержек. И это преимущество особенно удивительно, поскольку растворение ПАВ, используемых в EOR (в частности, в нагнетаемых рассолах) затруднено, даже невозможно, при помощи других средств диспергирования, а именно, мешалок с большими сдвиговыми усилиями типа ротор/статор, в том числе, в присутствии сорастворителей.
Растворение под действием ультразвука в соответствии с настоящим изобретением оказалось хорошо пригодным для осуществления на нефтедобывающей площадке. В частности, становится возможным использование для растворения воды с высокой соленостью. Кроме того, в способе, соответствующем изобретению, можно использовать воду, имеющуюся в непосредственной близости от нефтедобывающей площадки (например, морскую воду), без ее предварительной обработки, направленной на снижение солености. В более общем смысле, способ настоящего изобретения позволяет растворять ПАВ для EOR в большинстве нагнетаемых рассолов, обычно используемых в технологиях EOR.
Кроме того, способ настоящего изобретения не предусматривает обязательное использование средств нагревания, что также является экономическим преимуществом. Кроме этого, обычно способ настоящего изобретения осуществляют при температуре окружающей среды, просто подавая водную среду и подлежащее растворению ПАВ в ультразвуковую мешалку.
Смешивание под действием ультразвука, осуществляемое в контексте настоящего изобретения, именуемое также «sonication» (обработка ультразвуком), может быть выполнено любым способом, который, сам по себе, известен. В контексте настоящего изобретения термин смешивание «под действием ультразвука» означает смешивание, проводимое при приложении механических колебаний (именуемых звуковыми, хотя они и неслышимы) с частотой более 10 кГц, обычно, от 15 кГц до 500 МГц, например, от 20 кГц до 10 МГц. Смешивание под действием ультразвука является технологией, которая, сама, по себе, хорошо известна, и описана, например, в работах KREMER Daniel, 1998 Usinage par ultrasonsnal, Techniques de l'ingénieur Procédés d'usinage и PÉTRIER Christian et al., 2008 Ultrasons et sonochimie, Techniques de l'ingénieur Optimisation des modes de séparation, d'activation, de synthèse et d'analyse.
В контексте настоящего изобретения смешивание под действием ультразвука можно осуществлять в самых обычных условиях, при этом, смешивание тем более эффективно, чем выше интенсивность ультразвука и чем выше его частота. Интенсивность ультразвука, согласно изобретению, предпочтительно, такова, что приложение с некоторой интенсивностью и в течение некоторого времени соответствует подведению энергии более 5 Втч/л, предпочтительно, по меньшей мере, 10 Втч/л, например, от 15 до 30 Втч/л.
Способ растворения под действием ультразвука, соответствующий изобретению, в частности, оказался пригодным для растворения анионогенных ПАВ, используемых в EOR. В контексте настоящего описания понятие «анионогенное ПАВ» охватывает ПАВ, применяемые в EOR и содержащие, по меньшей мере, одну анионную группу в условиях, имеющих место при добыче. В частности, изобретение оказалось пригодным для растворения анионогенных ПАВ типа сульфатов и/или сульфонатов, а именно, ПАВ, выбранных из:
- олефинсульфонатов (в частности, сульфонатов циклических олефинов);
- алкиларилсульфонатов, например, алкилбензолсульфонат;
- алкиловых эфиров сульфатов;
- алкилглицериловых эфиров сульфонатов (AGES); и
- смеси указанных ПАВ.
Способ настоящего изобретения позволяет растворять ПАВ указанного типа в водной среде с получением высоких концентраций, обычно, более 100 г/л, даже, в определенных случаях, 150 г/л. Обычно, соответствующий изобретению способ растворения под действием ультразвука позволяет получить водную среду, содержащую ПАВ в концентрации от 1 до 150 г/л.
Способ настоящего изобретения позволяет растворять ПАВ указанного типа в большинстве водных сред. В частности, способ настоящего изобретения оказался особенно многообещающим в отношении растворения ПАВ в соленой водной среде, содержащей, обычно, до 150 г/л солей.
Когда ПАВ в соответствии с изобретением используют в сочетании с полимерами, этап растворения ПАВ под действием ультразвука, предпочтительно, проводят до введения полимеров, которые затем диспергируют в водной среде, не подвергая полимеры воздействию ультразвука, которое могло бы привести к разложению полимеров. Согласно одному из альтернативных способов осуществления изобретения, пригодному в некоторых частных случаях, обработка ультразвуком может быть проведена в присутствии всех или части полимеров, например, в частном случае, когда полимеры не слишком чувствительны к воздействию ультразвука или же когда их разложение является приемлемым.
Приведенный ниже пример поясняет один из не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления изобретения и некоторые его преимущества.
ПРИМЕР
В этом примере осуществили растворение под действием ультразвука в соответствии с изобретением смеси, содержащей следующие ПАВ:
- 21% масс. алкилбензолсульфоната «SURF EOR ASP 4201»
- 24% масс. алкилглицерилового эфира сульфоната «SURF EOR ASP 1580»
150 г этой смеси при температуре окружающей среды (25°С) растворили в литре водной среды (m), содержащей:
- 15,7 г NaCl
- 0,12 г KCl
- 0,14 г MgCl2⋅6H2O
- 0,12 г CaCl2⋅2H2O
и подвергли смесь воздействию ультразвука при помощи устройства Ultrasons Branson Digital Sonifier S-450, подводящего мощность 75 Вт в течение 30 сек при перемешивании. По окончании воздействия ультразвуком ПАВ полностью растворились в воде и образовали прозрачный раствор без необходимости нагревания или добавления сорастворителя.
Полученный раствор затем разбавили путем простого механического перемешивания в водной среде (m), описанной выше, до концентрации 0,5 г/л с образованием прозрачного раствора.
Для сравнения, в приведенной ниже таблице указаны условия, используемые для растворения смеси без использования соответствующего изобретению способа, из чего следует необходимость применения сорастворителя (здесь - диэтиленгликольбутилового эфира, DGBE) в тем более существенных количествах, если смесь не нагревают или не разбавляют предварительно ПАВ в несоленой воде.
| Нагревание | Предварительное разбавление ПАВ (*) | Добавленное количество DGBE (**) |
| 80°C | да | 17% |
| нет | да | 25% |
| нет | нет | 46% |
(*) несоленой водой (15% объема раствора)
(**) в массовых процентах относительно массы ПАВ
Кроме этого, уменьшение мутности, которое позволяет достичь обработка ультразвуком, сравнили с применением мешалки с большими сдвиговыми усилиями. В приведенной ниже таблице показано изменение мутности, измеренной при помощи турбидиметра AQ3010 (Fisher Scientific), как функции подведенной энергии выраженной в Втч/л.
| Ультразвук | Мешалка с большими сдвиговыми усилиями | ||
| Втч/л | Мутность (NTU)* | Втч/л | Мутность (NTU)* |
| 0,0 | 1000 | 0,0 | 1000 |
| 4,2 | 780 | 2,5 | 759 |
| 8,6 | 232 | 6,3 | 624 |
| 13,4 | 83,9 | 12,5 | 522 |
| 18,8 | 62,7 | 18,8 | 470 |
| 24,7 | 58,8 | 25,0 | 439 |
| 31,3 | 418 | ||
| 37,5 | 400 | ||
| 43,8 | 391 | ||
| 50,0 | 382 | ||
| 56,3 | 377 | ||
| 62,5 | 370 | ||
| 68,8 | 363 |
*NTU - nephelometric turbidity unit, нефелометрическая единица мутности
Из этой таблицы становится очевидным тот факт, что мешалка с большими сдвиговыми усилиями позволяет достичь величин, самое большее, порядка 400 NTU, при этом, подводится значительное количество энергии, тогда как обработка ультразвуком при намного меньших величинах подводимой энергии обеспечивает мутность менее 200 NTU, что соответствует заданному диапазону мутности, при котором гарантируется достаточная эффективность ПАВ в EOR.
1. Способ растворения поверхностно-активных веществ (ПАВ), пригодных для использования в способах повышения нефтеотдачи, в водной среде, который включает
- этап (Е1) смешивания указанных ПАВ и водной среды, осуществляемый под действием ультразвука, с получением водного раствора, именуемого раствор (s); а затем
- этап (Е2) разбавления, на котором указанный раствор (s), полученный на этапе (Е1) смешивания, смешивают с водной средой, аналогичной водной среде, использованной на этапе (Е1), или отличной от нее.
2. Способ растворения по п. 1, в котором этап (Е1) смешивания проводят в отсутствие сорастворителя.
3. Способ растворения по п. 1 или 2, в котором ПАВ представляют собой анионогенные ПАВ.
4. Способ растворения по п. 3, в котором ПАВ выбраны из:
- олефинсульфонатов;
- алкиларилсульфонатов;
- алкиловых эфиров сульфатов;
- алкилглицериловых эфиров сульфонатов; и
- смеси указанных ПАВ.
5. Водный раствор ПАВ, пригодных для использования в способах повышения нефтеотдачи, который может быть получен способом по одному из пп. 1-4, при этом указанный раствор не содержит спирт.
6. Способ повышения нефтеотдачи при добыче нефти из подземного пласта, в котором используют водный раствор, получаемый способом по п. 1, согласно которому:
- нагнетают в указанный подземный пласт через по меньшей мере одну нагнетательную скважину жидкость, содержащую водную среду и анионогенное ПАВ, при этом указанная жидкость получена путем смешивания указанных ПАВ и водной среды способом по одному из пп. 1-3; и
- извлекают через по меньшей мере одну эксплуатационную скважину жидкость, несущую с собой нефть, выходящую из подземного пласта.
7. Способ повышения нефтеотдачи при добыче нефти по п. 6, в котором жидкость повышения нефтеотдачи представляет собой водный раствор по п. 5.
