СУЛЬФОСУКЦИНАТНЫЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ СМЕСИ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК C09K8/584 

Область, к которой относится изобретение

Изобретение относится к смесям поверхностно-активных веществ (ПАВ), с помощью которых можно снизить как поверхностное натяжение, так и натяжение на границе раздела фаз, для применения на нефтяных месторождениях, в частности, для увеличения нефтеотдачи пласта и гидроразрыва пласта. Другие применения для смесей ПАВ, раскрываемые в данном документе, включают, но не ограничиваются этим, применения в нефтяной промышленности и других индустриях (т.е. буровые растворы, нефтепромысловые диспергаторы, нефтепромысловые смачивающие агенты, краски/покрытия, клеи, покровные лаки, строительство/бетонные конструкции, жидкости для обработки металлов, средства для очистки поверхностей, полимеры).

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сырую нефть обычно добывают из нефтеносных пластов тремя способами, которые как правило подразделяют на первичный, вторичный или третичный метод нефтедобычи. В первичном методе добычи нефть извлекают через продуктовую скважину, используя давление, создаваемое подземными бассейнами воды и газа или воды, присутствующей в нефти. Примерно 20% начальных геологических запасов нефти (НГЗН) добывают таким образом. По мере срабатывания этого давления становится необходимым применение других методов извлечения оставшейся нефти.

Во вторичном методе добычи давление в скважине может быть снова поднято путем закачки газа или воды через одну из нагнетательных скважин для извлечения дополнительных 20% НГЗН. Другие методы вторичной добычи заключаются, например, в кислотной обработке скважины и/или в применении гидроразрыва для создания множественных каналов, через которые может протекать нефть.

После того, как все приемы вторичного метода добычи были применены и не приносят дополнительных количеств нефти, можно применять третичные методы добычи для извлечения дополнительного количества нефти вплоть до примерно 60% НГЗН. Третичные способы добычи включают, но не ограничиваются ими, нагнетание пара, закачку в пласт растворов полимеров, бактериологическое заводнение и химическое заводнение.

Внутри нефтеносного пласта-коллектора существует несколько факторов, которые могут влиять на количество извлекаемой нефти. Многие из этих факторов связаны с водой, используемой для заводнения, и ее взаимодействием с поверхностью нефтью и породы внутри пласта-коллектора. В обычной практике часто во вторичном и третичном способах используют ПАВ, чтобы способствовать снижению поверхностного натяжения воды для более эффективного смачивания пласта и для снижения натяжения на границе раздела водной и нефтяной фаз для более эффективного высвобождения нефти. Возможность снижения поверхностного натяжения воды крайне желательна, поскольку это позволяет воде входить в близкий контакт с породой в пласте, значительно изменяя ее смачиваемость и облегчая и улучшая высвобождение и извлечение нефти путем снижения поверхностного натяжения водных жидкостей, твердое вещество может легче пропитываться жидкостью. Это свойство полезно при обработке подземных пластов различными водными жидкостями для стимулирования потока нефтяной и/или водной жидкостей из них.

Низкое поверхностное натяжение в сочетании со свойствами смачиваемости водой водных жидкостей уменьшают капиллярные силы в пласте, подвергающемся обработке. Уменьшение капиллярных сил в пласте-коллекторе приводит к более эффективному извлечению жидкостей после обработки пласта. Известно, что снижение натяжения на границе раздела водной и нефтяной фаз является очень желательным эффектом, поскольку это сниженное натяжение на границе раздела фаз позволяет воде входить в близкий контакт с нефтью и высвобождать ее в водный заводняющий поток и течь к продуктовой скважине, откуда ее можно извлекать.

Во многих операциях увеличения нефтеотдачи пласта источником воды является рассол. Рассол представляет собой раствор солей и может содержать различные ионы металлов, такие как натрий, кальций, магний, калий, барий, цинк и др., и анионы, такие как хлорид, сульфат, карбонат, бикарбонат и др. Использование ПАВ для снижения поверхностного натяжения и натяжения на границе раздела фаз между водой и нефтью, вытесняемой из пласта, хорошо известно, и литературные источники переполнены различными ПАВ и их комбинациями, полезными для способа заводнения. Широко известно, что эффективность любого заданного материала ПАВ значительно изменяется в зависимости от таких факторов, как температура воды, содержание соли в воде, содержание и тип ионов металла в воде и т.п. Кроме того, природа самого геологического пласта, т.е. известняк или песчаник, а также природа и тип добываемой нефти, могут влиять на выбор ПАВ и эффективность. Осаждение ПАВ приводит к потере эффективности добычи, поскольку ПАВ более не выполняет функцию смачивания пласта и снижения натяжения на границе раздела фаз. Кроме того, ПАВ может забивать каналы внутри пласта, снижая пористость и приемистость пласта, тем самым вызывая существенное уменьшение коэффициента нефтевытеснения.

В этих методиках добычи нефти используются значительные количества воды в сочетании с паром, полимерами, микробами и химикатами. Во вторичном и третичном методах добычи жидкость закачивают в одну или несколько нагнетательных скважин, которая затем проходит в пласт. Нефть затем вытесняется внутри пласта и двигается сквозь пласт, и ее выкачивают из одной или нескольких продуктовых скважин.

Вторичную и третичную нефтедобычи интенсифицируют путем введения ПАВ, которые способствуют нефтевытеснению на микроскопическом уровне внутри подземного пласта. ПАВ повышают и улучшают смешиваемость воды и нефти в пласте, способствуя высвобождению и извлечению. Это происходит вследствие того, что ПАВ снижает натяжения на границе раздела водной и нефтяной фаз, а в некоторых случаях - неблагоприятный угол контакта на границе раздела двух жидкостей и твердой поверхности. В результате, вода способна проникать в микропоры и другие мелкие поры в пласте и улучшать добычу нефти. Таким образом, коэффициент микроскопического охвата третичной жидкости увеличивается, как и процентное отношение количества нефти, вытесненной из пространства пор той части пласта, через которую прошла заводняющая жидкость, к изначальному количеству нефти в нем.

В современном уровне техники подробно описаны многие типы ПАВ для снижения либо поверхностного натяжения, либо натяжения на границе раздела фаз при операциях увеличения нефтеотдачи и гидроразрыва пласта. Некоторые типы ПАВ, о которых в уровне техники говорится, как о создающих низкие поверхностное натяжение и натяжение на границе раздела фаз, включают анионные, катионные, амфотерные и неионные типы ПАВ. Конкретные классы химических веществ включают алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, дисульфонаты дифенилового эфира, арилсульфонаты, альфа-олефиновые сульфонаты, нефтяные сульфонаты, алкилсульфаты, алкилэфирсульфаты, алкиларилэфирсульфаты, этоксилированные и пропоксилированные спирты, фторсодержащие ПАВ, сорбитан и этоксилированные сложные эфиры сорбитана, сложные эфиры глюкозы, полиглюкозиды, фосфатные эфиры, аминоксиды, алкиламидобетаины, имидазолины, сульфосукцинаты и смеси этих материалов.

При выборе ПАВ для применений в увеличении нефтеотдачи пласта нефть и характеристики пласта-коллектора могут иметь большое влияние на выбор и эффективность ПАВ. Если выбирать ПАВ, роль которых будет заключаться в снижении и поверхностного натяжения, и натяжения на границе раздела фаз, необходимо испытывать эффективность ПАВ в составах и условиях, которые близки к конечному применению. Выбор ПАВ для снижения и поверхностного натяжения и натяжения на границе раздела фаз обусловлен химическими свойствами ПАВ, составом рассола, природой пористой среды, температурой и давлением. В идеальном случае, следует искать смесь ПАВ, которая проявляет хорошую растворимость в рассоле при данных характеристиках поверхности и в условиях пласта-коллектора, обладает подходящей термической стабильностью в условиях коллектора и слабо адсорбируется в породу пласта.

Перечень некоторых из слабых сторон ПАВ, относящихся к известному уровню техники, включает следующие: (1) они могут хорошо снижать поверхностное натяжение (т.е. смачивать) или снижать натяжение на границе раздела фаз (улучшая высвобождение/извлечение нефти), но в одном составе одновременно не проявляют эти свойства; (2) их функциональные возможности ограничены определенными типами нефти и пластов-коллекторов; (3) пределы эффективной концентрации ПАВ слишком узкие; (4) стабильность и функциональные возможности при высоких температурах; (5) неудовлетворительную дисперсионную способность или растворимость ПАВ в пластовом рассоле; (6) низкую температуру вспышки ПАВ, что опасно и влечет за собой дополнительные затраты на перевозку, хранение, смешивание и специальное обращение с ним; (7) высокую адсорбцию ПАВ в пласте; и (8) производство ПАВ из материалов, запас которых ограничен и недостаточен для производства в промышленном масштабе.

Несмотря на то, что в предшествующем уровне техники есть упоминание о применении сульфосукцинатов в сочетании с другими анионными, катионными и неионными ПАВ при вторичной (гидроразрыве) и третичной нефтедобыче, их применение ограничено вследствие растворимости продукта, стабильности, функциональных возможностей и обращения с ними. В частности, говоря о функциональных возможностях сульфосукцинатного продукта, способность продукта эффективно выполнять свое назначение в различных пластах-коллекторах и снижать как поверхностное натяжение, так и натяжение на границе раздела фаз, с различными типами нефти, при различных концентрациях рассола и при различных температурах ограничена.

Таким образом, существует потребность в смеси ПАВ, которую можно широко применять и при вторичной (т.е. при гидроразрыве и заводнении), и при третичной нефтедобыче. Такая смесь ПАВ должна быть способна как снижать поверхностное натяжение, что облегчит смачивание геологического пласта (также называемого в данном контексте "подземный пласт" или "пласт"), так и снижать до сверхнизких значений натяжение на границе раздела фаз, что облегчит высвобождение нефти, заключенной в породе. Также особенно желательно, чтобы смеси ПАВ были безопасными и простыми при обращении с ними.

Краткое описание изобретения

Данное изобретение и настоящее раскрытие относятся к комбинациям сульфосукцинатных ПАВ, производящие синергетические смеси ПАВ, которые могут снижать поверхностное натяжение и/или снижать натяжение на границе раздела фаз. Смеси ПАВ также способны функционировать в широком интервале температур и минерализации, и отобранные продукты демонстрируют повышенную растворимость и совместимость при различных концентрациях рассола.

В одном варианте осуществления раскрываемые в данном документе смеси ПАВ могут широко применяться в нефтедобыче, включая как вторичную (т.е. гидроразрыв и заводнение) и третичную нефтедобычу. В одном варианте осуществления смеси ПАВ, раскрываемые в данном документе, способны как снижать поверхностное натяжение, что облегчит смачивание геологического пласта, так и снижать до сверхнизких значений натяжение на границе раздела фаз, что облегчит высвобождение нефти, заключенной в подземном пласте.

Раскрываемые здесь смеси ПАВ безопасны и просты в обращении с ними.

Один вариант осуществления направлен на смесь ПАВ, содержащую смесь:

(a) одного или нескольких первых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I):

где:

R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода (C8-C13),

X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и

Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺,

если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, а если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил; и

(b) одного или нескольких вторых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (II):

где:

R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до семи атомов углерода (C4-C7),

X такой, как определен для формулы (I), и

Y такой, как определен для формулы (I),

где если R¹ и R² представляют собой C8, то R³ и R⁴ представляют собой C4, C5 или C7, и

где если R³ и R⁴ представляют собой C6, то R¹ и R² представляют собой C9-C13.

Другой вариант осуществления направлен на смесь ПАВ, содержащую

смесь:

(a) одного или нескольких первых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I):

где:

R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода,

X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и

Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺,

если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, а если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил; и

(b) одного или нескольких первых соединений моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (III):

где:

B⁺ представляет собой Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺, NH₄⁺, или NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил,

X такой, как определен для формулы (I),

Y такой, как определено для формулы (I); и

Z равно 0-30, и

R⁵ представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от восьми до двадцати атомов углерода (C8-C20).

Другой вариант осуществления направлен на способ применения одной или нескольких вышеуказанных смесей ПАВ для добычи нефти из подземного пласта, при этом способ включает: объединение эффективного количества одной или нескольких из вышеуказанных смесей ПАВ с рассолом с образованием раствора; закачку эффективного количества раствора в подземный пласт; и повышение давления в подземном пласте, тем самым обеспечивая извлечение нефти из подземного пласта.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основе данного изобретения лежат смеси соединений сульфосукцинатного ПАВ для получения смесей ПАВ. Один вариант осуществления направлен на смесь ПАВ, содержащую двухкомпонентную смесь двух разных соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ. Другой вариант осуществления направлен на смесь ПАВ, содержащую двухкомпонентную смесь соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ и соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ. Еще один вариант осуществления направлен на смесь ПАВ, содержащую трехкомпонентную смесь двух разный соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ и соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ.

Смеси ПАВ, описываемые в данном документе, полезны для многих применений, включая, но не ограничиваясь этим, применения на нефтяных месторождениях. Примеры применений на нефтяных месторождениях включают, но не ограничиваются этим, методы увеличения нефтеотдачи пласта (Enhanced Oil Recovery (EOR)) и гидравлический разрыв пласта ("гидроразрыв"), и в данном документе обозначаются как "нефтедобыча" или "добыча нефти" или "извлечение нефти". Другие применения включают, например, буровые растворы, нефтепромысловые диспергаторы, нефтепромысловые смачивающие агенты, краски/покрытия, клеи, покровные лаки, строительство/бетонные конструкции, жидкости для обработки металлов, средства для очистки поверхностей, полимеры и т.п.

Смесь ПАВ, содержащая двухкомпонентную смесь двух разных соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, включает первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ и второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ. Первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ соответствует формуле (I):

где R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода (C8-C13), X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺. Если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, и если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил.

Примеры первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ включают, но не ограничиваются этим, соли ди(н-октил)-сульфосукцината, ди(3-этилгексил)-сульфосукцината, ди(изооктил)-сульфосукцината, ди(1-метилгептил)-сульфосукцината, ди(1-этилгексил)-сульфосукцината, ди(2,4,4-триметилфенил)-сульфосукцината, ди(н-нонил)-сульфосукцината, ди(2-этилгептил)-сульфосукцината, ди(3,5,5-триметилгексил)-сульфосукцината, ди(1-метилоктил)-сульфосукцината, ди(н-децил)-сульфосукцината, ди(2-пропилгептил)-сульфосукцината, ди(3,7-диметилоктил)-сульфосукцината, ди(н-ундецил)-сульфосукцината, ди(н-додецил)-сульфосукцината, ди(2-бутилоктил)-сульфосукцината, ди(бис-тридецил)-сульфосукцината и ди(2-этилгексил)-сульфосукцината. В определенном варианте осуществления первый диэфир смеси ПАВ представляет собой (бис-тридецил)-сульфосукцинат натрия или ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия.

Второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ смеси ПАВ соответствует формуле (II):

где: R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до семи атомов углерода (C4-C7), X такой, как определен для формулы (I), и Y такой, как определен для формулы (I). В определенном варианте осуществления R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до шести атомов углерода (C4-C6).

Примеры второго соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ включают, но неограничиваются этим, соли ди(н-бутил)-сульфосукцината, ди(трет-бутил)-сульфосукцината, ди(1-метилпропил)-сульфосукцината, ди(н-пентил)-сульфосукцината, ди(1-метилбутил)-сульфосукцината, ди(2-метилбутил)-сульфосукцината, ди(изоамил)-сульфосукцината, ди(2,2-диметилпропил))-сульфосукцината, ди(н-гексил)-сульфосукцината, ди(2-этилбутил)-сульфосукцината, ди(циклогексил)-сульфосукцината, ди(3-метилпентил)-сульфосукцината, ди(1-метилпентил)-сульфосукцината, ди(н-гептил)-сульфосукцината, ди(5-метилгексил)-сульфосукцината, ди(1-метилгексил)-сульфосукцината, ди(2-этилпентил)-сульфосукцината, ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцината, диамил-сульфосукцината и диизобутил-сульфосукцината. В определенном варианте осуществления второй диэфир в смеси ПАВ представляет собой ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия, диамил-сульфосукцинат натрия или диизобутил-сульфосукцинат натрия.

В двухкомпонентной смеси ПАВ, содержащей два соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, в соединении ПАВ, соответствующем формуле (I), если R¹ и R² представляют собой C8, то R³ и R⁴ в формуле (II) представляют собой C4, C5 или C7. Так, если первый диэфир-сукцинатный ПАВ представляет собой соль ди(2-этилгексил)-сульфосукцината, то второй диэфир-сукцинатный ПАВ не является солью ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцината. В формуле (II), если R³ и R⁴ представляют собой C6, то R¹ и R² в формуле (I) представляют собой C9-C13. Так, если второй диэфир-сукцинатный ПАВ представляет собой соль ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцината, то второй диэфир-сукцинатный ПАВ не является солью ди(2-этилгексил)-сульфосукцината.

Конкретная смесь ПАВ, содержащая два соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, включает бис-тридецил-сульфосукцинат натрия в качестве первого соединения диэфир-сукцинатного ПАВ и ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия, диамил-сульфосукцинат натрия или ди-изобутил-сульфосукцинат натрия в качестве второго соединения диэфир-сукцинатного ПАВ. Другая конкретная смесь ПАВ, содержащая два соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, включает ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия в качестве первого соединения диэфир-сукцинатного ПАВ и диамил-сульфосукцинат натрия или ди-изобутил-сульфосукцинат натрия в качестве второго соединения диэфир-сукцинатного ПАВ.

Предполагается, что смесь ПАВ, содержащая два соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, может включать любое количество каждого соединения диэфира сульфосукцината. Таким образом, содержание как первого соединения диэфир-сукцинатного ПАВ, так и второго соединения диэфир-сукцинатного ПАВ в процентных массовых долях может составлять от примерно 1% до примерно 99% от суммарного веса смеси ПАВ. В определенном варианте осуществления содержание первого диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 45% до 80% от суммарного веса смеси ПАВ, а содержание второго диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 20% до 55% от суммарного веса смеси ПАВ.

В некоторых вариантах осуществления смесь ПАВ может включать смесь первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующего формуле (I) и первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ. Первое соединение моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ соответствует формуле (III):

где: B⁺ представляет собой Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺, NH₄⁺ или NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил, X такой, как определен для формулы (I), Y такой, как определен для формулы (I), и Z равен 0-30, и R⁵ представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от восьми до двадцати атомов углерода (C8-C20).

Формула (I) описана выше. В одном варианте осуществления B⁺ представляет собой Na⁺ в первом соединении моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ, и первое соединение моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой одно из следующего:

(a) динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C16-алкиловых эфиров;

(b) динатриевую соль бутандиовой кислоты, 2-сульфо-,C9-11 изоалкиловых эфиров, обогащенных C10; динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C12-C14-алкиловых эфиров; и динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C12-алкиловых эфиров; и

(с) натриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-(изотридецилокси).

В определенном примере смесь ПАВ включает бис-тридецил-сульфосукцинат натрия в качестве первого соединения диэфир-сульфосукцината и одно из:

(a) динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C16-алкиловых эфиров;

(b) динатриевую соль бутандиовой кислоты, 2-сульфо-,C9-11 изоалкиловых эфиров, обогащенных C10; динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C12-C14-алкиловых эфиров; и динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C12-алкиловых эфиров; и

(с) натриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-(изотридецилокси). В другом конкретном примере смесь ПАВ включает ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия и одно из (a), (b) и (c) первых соединений моноэфира сульфосукцината, перечисленных выше.

Предполагается, что смесь ПАВ, содержащая первое соединения диэфира сульфосукцината и первое соединения моноэфира сульфосукцината, может включать любое количество каждого соединения. Таким образом, содержание как первого соединения диэфир-сукцинатного ПАВ, так и первого соединения моноэфир-сукцинатного ПАВ в процентных массовых долях может составлять от примерно 1% до примерно 99% от суммарного веса смеси ПАВ. В одном примере содержание первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 45% до 80% от суммарного веса смеси ПАВ, а содержание первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 20% до 55% от суммарного веса смеси ПАВ.

Последующий вариант осуществления смеси ПАВ включает трехкомпонентную смесь первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I), второго соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (II), и первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (III). Формулы (I), (II) и (III) и различные их примеры такие, как описаны выше. Отмечается, что в смеси ПАВ, характеризующейся трехкомпонентной смесью, отвечающей формулам (I), (II) и (III), если R¹ и R² из формулы (I) представляют собой C8, то R³ и R⁴ из формулы (II) могут быть C6, и если R³ и R⁴ из формулы (II) представляют собой C6, то R¹ и R² из формулы (I) могут быть C8.

В определенном варианте осуществления смесь ПАВ, характеризующаяся трехкомпонентной смесью, отвечающей формулам (I), (II) и (III), первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия, второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия, и первое соединение моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой одно из следующего:

(a) динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C16-алкиловых эфиров;

(b) динатриевую соль бутандиовой кислоты, 2-сульфо-,C9-11 изоалкиловых эфиров, обогащенных C10; динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C12-C14-алкиловых эфиров; и динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C12-алкиловых эфиров; и

(с) натриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-(изотридецилокси).

В смеси ПАВ, характеризующейся трехкомпонентной смесью соединений сульфосукцинатного ПАВ, т.е. соединения, соответствующего формулам (I), (II) и (III), содержание первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 50% до 65% от суммарного веса смеси ПАВ, содержание второго соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 20% до 30% от суммарного веса смеси ПАВ, а содержание первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 10% до 20% от суммарного веса смеси ПАВ. Смесь ПАВ готовили путем смешивания всех индивидуальных ПАВ в соответствии с их содержанием в твердом виде при 50°C в течение 1 часа.

Раскрываемые в данном документе смеси ПАВ можно сочетать с другими анионными, катионными, неионными и амфотерными ПАВ, которые можно вводить в смеси ПАВ в любом количестве при необходимости или по желанию пользователя. Примеры таких дополнительных ПАВ включают алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, дисульфонаты дифенилового эфира, арилсульфонаты, альфа-олефиновые сульфонаты, нефтяные сульфонаты, алкилсульфаты, алкилэфирсульфаты, алкиларилэфирсульфаты и фторсодержащие ПАВ.

Раскрываемые в данном документе смеси ПАВ пригодны для использования в рассолах с низкой минерализацией (1-2%), средней минерализацией (3-6,5%) и высокой минерализацией (от 7 до 12%) и способны функционировать в широком интервале температур. Кроме того, раскрываемые смеси ПАВ можно оптимизировать для заданных условий нефтяного месторождения. Раскрываемые смеси ПАВ можно использовать при гидравлическом разрыве пласта, что способствует смачиванию подземного пласта и извлечению нефти или газа. Все эти составы ПАВ позволяют получать низкие уровни поверхностного натяжения и натяжения на границе раздела фаз, эффективное действие при низких концентрациях и функциональные возможности при различных минерализациях и температурах.

Описанные здесь смеси ПАВ пригодны для применения в качестве химикатов для высвобождения нефти в методах увеличения нефтеотдачи. Смеси ПАВ, описываемые в данном документе, пригодны для введения в водный раствор, такой как вода или рассол, с последующей закачкой обычно под высоким давлением раствора сульфосукцинатной смеси в рассоле в подземный пласт через нагнетательную скважину. Рассол, закачиваемый вместе с сульфосукцинатной смесью, может быть рассолом с низкой минерализацией (1-2%), средней минерализацией (3-6,5%) и высокой минерализацией (от 7 до 12%) в зависимости от применения и/или подземного пласта. Водные растворы смеси сульфосукцинатных ПАВ можно готовить растворением эффективных количеств соединений ПАВ в пропаноле, изопропаноле или сходных низкомолекулярных спиртах с последующим добавлением полученного спиртового раствора в воду или рассол до необходимой концентрации. Растворы углеводородов, содержащие смеси сульфосукцинатных ПАВ, можно готовить растворением эффективных количеств соединений ПАВ в высокоароматической нефти или нефтяной фракции. Эффективное количество, в котором смесь сульфосукцинатных ПАВ используется в растворе на основе масла или воды, обычно зависит от предполагаемого применения, но, как правило, находится в интервале от примерно 0,01 объемного процента до примерно 5 объемных процентов.

Количество используемого раствора, содержащего смесь сульфосукцинатных ПАВ ("раствор"), будет изменяться в зависимости от применения. В общем случае, количество используемого раствора должно варьироваться от примерно 50 до 250 галлонов на фут толщины пласта. Можно применять большие и меньшие количества.

Раствор закачивают, необязательно используя предварительную или последующую промывку скважины, и раствору позволяют выстаиваться в течение периода времени от примерно 1 часа до примерно 36 часов, однако другая продолжительность также предусматривается в настоящем изобретении. Затем давление снижают и раствор и другие жидкости выкачивают на поверхность. Эту обработку можно повторять при необходимости, таким образом приводя к извлечению нефти.

Смеси ПАВ, раскрываемые в данном документе, эффективно снижают поверхностное натяжение, тем самым "пропитывая" породу в подземном пласте, и таким образом способствуя протеканию водного раствора через пласт-коллектор. В ходе процесса смачивания смеси ПАВ будут входить в близкий контакт с нефтью, заключенной в порах внутри пласта-коллектора. Смеси ПАВ будут эффективно снижать натяжение на границе раздела водной и нефтяной фаз, способствуя высвобождению заключенной в пласте нефти, протеканию сквозь пласт-коллектор и последующему извлечению через продуктовую скважину.

Раскрываемые в данном документе смеси ПАВ могут применяться в методе гидравлического разрыва, который является приемом вторичной нефтедобычи. В этом варианте осуществления смесь ПАВ, которая является частью химического компонента закачиваемой жидкости в методе гидравлического разрыва, снижает поверхностное натяжение, способствует смачиванию геологического пласта и снижает натяжение на границе раздела водной и нефтяной фаз, увеличивая нефтедобычу и эффективность метода.

Другими возможными применениями для этого изобретения будут те, где требуется создавать низкое поверхностное натяжение и натяжение на границе раздела фаз. Примеры предполагаемых применений включают, например, в качестве диспергатора при разливе нефти и очистных мерах на нефтяном месторождении, в буровых растворах, деэмульгаторов для обработки нефтеносного песчаника, диспергатора для удаления или предотвращения образования воска в трубопроводах, смачивающие агенты для колодцев трубопроводов для уменьшения сопротивления, смачивающие агенты для составов для кислотной обработки и восстановления почвы. Другие применения, в которых можно использовать это изобретение, включают смачивающие агенты для покрытий, клеев, покровных лаков, строительства и бетонных конструкций, бумаги и картона, нетканых материалов/текстиля и полимеров Можно также предположить возможные применения в сельском хозяйстве, горном деле, бумажной промышленности, электронике и чистящих применениях, где низкое поверхностное натяжение и/или низкое натяжение на границе раздела фаз является преимуществом.

Настоящее изобретение дополнительно описано в последующем перечне вариантов осуществления.

Вариант осуществления 1.

Смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащая

смесь:

(a) одного или нескольких первых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I):

где:

R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода (C8-C13),

X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и

Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺,

если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, а если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил; и

(b) одного или нескольких вторых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (II):

где:

R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до семи атомов углерода (C4-C7),

X такой, как определен для формулы (I), и

Y такой, как определен для формулы (I),

где если R¹ и R² представляют собой C8, то R³ и R⁴ представляют собой C4, C5 или C7, и

где если R³ и R⁴ представляют собой C6, то R¹ и R² представляют собой C9-C13.

Вариант осуществления 2.

Смесь ПАВ согласно варианту осуществления 1, где R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до шести атомов углерода (C4-C6).

Вариант осуществления 3.

Смесь ПАВ согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, где первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (I), представляет собой соль ди(н-октил)-сульфосукцината, ди(3-этилгексил)-сульфосукцината, ди(изооктил)-сульфосукцината, ди(1-метилгептил)-сульфосукцината, ди(1-этилгексил)-сульфосукцината, ди(2,4,4-триметилпентил)-сульфосукцината, ди(н-нонил)-сульфосукцината, ди(2-этилгептил)-сульфосукцината, ди(3,5,5-триметилгексил)-сульфосукцината, ди(1-метилоктил)-сульфосукцината, ди(н-децил)-сульфосукцината, ди(2-пропилгептил)-сульфосукцината, ди(3,7-диметилоктил)-сульфосукцината, ди(н-ундецил)-сульфосукцината, ди(н-додецил)-сульфосукцината, ди(2-бутилоктил)-сульфосукцината, ди(бис-тридецил)-сульфосукцината, ди(2-этилгексил)-сульфосукцината или их комбинацию.

Вариант осуществления 4.

Смесь ПАВ согласно варианту осуществления 3, где первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (I), представляет собой (бис-тридецил)-сульфосукцинат натрия, ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия или их комбинацию.

Вариант осуществления 5.

Смесь ПАВ согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, где второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (II), представляет собой соль ди(н-бутил)-сульфосукцината, ди(трет-бутил)-сульфосукцината, ди(1-метилпропил)-сульфосукцината, ди(н-пентил)-сульфосукцината, ди(1-метилбутил)-сульфосукцината, ди(2-метилбутил)-сульфосукцината, ди(изоамил)-сульфосукцината, ди(2,2-диметилпропил))-сульфосукцината, ди(н-гексил)-сульфосукцината, ди(2-этилбутил)-сульфосукцината, ди(циклогексил)-сульфосукцината, ди(3-метилпентил)-сульфосукцината, ди(1-метилпентил)-сульфосукцината, ди(н-гептил)-сульфосукцината, ди(5-метилгексил)-сульфосукцината, ди(1-метилгексил)-сульфосукцината, ди(2-этилпентил)-сульфосукцината, ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцината, диамил-сульфосукцината, диизобутил-сульфосукцината или их комбинацию.

Вариант осуществления 6.

Смесь ПАВ согласно варианту осуществления 5, где второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (II), представляет собой ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия, диамил-сульфосукцинат натрия, ди-изобутил-сульфосукцинат натрия или их комбинацию.

Вариант осуществления 7.

Смесь ПАВ согласно любому из предшествующих вариантов осуществления, где содержание первого диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 45% до 80% от суммарного веса смеси ПАВ, а содержание второго диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 20% до 55% от суммарного веса смеси ПАВ.

Вариант осуществления 8.

Смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащая смесь:

(a) одного или нескольких первых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I):

где:

R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода,

X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и

Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺,

если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, а если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил; и

(b) одного или нескольких первых соединений моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (III):

где:

B⁺ представляет собой Na⁺, K⁺, Ca⁺, Mg⁺, NH₄⁺, или NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил,

X такой, как определен для формулы (I),

Y такой, как определено для формулы (I); и

Z равно 0-30, и

R⁵ представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от восьми до двадцати атомов углерода (C8-C20).

Вариант осуществления 9.

Смесь ПАВ согласно варианту осуществления 8, где содержание первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 45% до 80% от суммарного веса смеси ПАВ, а содержание первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 20% до 55% от суммарного веса смеси ПАВ.

Вариант осуществления 10.

Смесь ПАВ согласно одному из вариантов осуществления 8 и 9, где первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой бис-тридецил-сульфосукцинат натрия или ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия.

Вариант осуществления 11.

Смесь ПАВ согласно варианту осуществления 8, где B⁺ представляет собой Na⁺.

Вариант осуществления 12.

Смесь ПАВ согласно одному из вариантов осуществления 8-11, где первое соединение моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой:

(a) динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C16-алкиловых эфиров;

(b) динатриевые соли бутандиовой кислоты, 2-сульфо-,C9-11 изоалкиловых эфиров, обогащенных C10; динатриевые соли поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C12-C14-алкиловых эфиров; и динатриевые соли поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C12-алкиловых эфиров; или

(с) натриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-(изотридецилокси).

Вариант осуществления 13.

Смесь ПАВ согласно одному из вариантов осуществления 8-12, дополнительно содержащая второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (II):

где:

R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до семи атомов углерода,

X такой, как определен для формулы (I), и

Y такой, как определен для формулы (I).

Вариант осуществления 14.

Смесь ПАВ согласно варианту осуществления 13, где содержание первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 50% до 65% от суммарного веса смеси ПАВ, содержание второго соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 20% до 30% от суммарного веса смеси ПАВ, а содержание первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных массовых долях составляет от 10% до 20% от суммарного веса смеси ПАВ.

Вариант осуществления 15.

Смесь ПАВ согласно любому из вариантов осуществления 13-14, где второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (II), представляет собой соль ди(н-бутил)-сульфосукцината, ди(трет-бутил)-сульфосукцината, ди(1-метилпропил)-сульфосукцината, ди(н-пентил)-сульфосукцината, ди(1-метилбутил)-сульфосукцината, ди(2-метилбутил)-сульфосукцината, ди(изоамил)-сульфосукцината, ди(2,2-диметилпропил))-сульфосукцината, ди(н-гексил)-сульфосукцината, ди(2-этилбутил)-сульфосукцината, ди(циклогексил)-сульфосукцината, ди(3-метилпентил)-сульфосукцината, ди(1-метилпентил)-сульфосукцината, ди(н-гептил)-сульфосукцината, ди(5-метилгексил)-сульфосукцината, ди(1-метилгексил)-сульфосукцината, ди(2-этилпентил)-сульфосукцината, ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцината, диамил-сульфосукцината, диизобутил-сульфосукцината или их комбинацию.

Вариант осуществления 16.

Смесь ПАВ согласно любому из вариантов осуществления 13-15, где второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (II), представляет собой ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия, диамил-сульфосукцинат натрия, ди-изобутил-сульфосукцинат натрия или их комбинацию.

Вариант осуществления 17.

Способ применения смеси ПАВ согласно любому из предыдущих вариантов осуществления при добыче нефти из подземного пласта, причем способ включает в себя:

объединение эффективного количества смеси ПАВ согласно любому из предыдущих вариантов осуществления с рассолом с образованием раствора;

закачку эффективного количества раствора в подземный пласт; и

повышение давления в подземном пласте, обеспечивая тем самым извлечение нефти из подземного пласта.

Примеры

Следующие примеры включены в данный документ для предоставления информации об определенных аспектах изобретения и не предназначены для ограничения изобретения приведенными в качестве примера составами.

Смеси ПАВ вводили с концентрацией 0,5% в рассолы из воды и NaCl/CaCl₂, имеющие различную минерализацию от 1,05 до 12,05%. Рассолы в принципе состояли из от 1,0 до 12,0% NaCl и дополнительно содержали 0,05% CaCl₂. В основном в данной работе соляной раствор был 3,05%-ным. В случаях высокой минерализации рассолов концентрация изменялась от 7,05 до 12,05%. Используемая в примерах нефть представляла собой додекан.

Эксперименты проводили в интервале температур от 25 до 60°C. В Таблице 1 представлены соединения, использованные в исследуемых смесях ПАВ.

ТАБЛИЦА 1

Торговое название ПАВ CAS № Химическое название Общий химический класс AEROSOL TR 848588-96-5 бис-тридецил-сульфосукцинат натрия Диэфир-сульфосукцинат AEROSOL OT 577-11-7 ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия* Диэфир-сульфосукцинат AEROSOL MA 2373-38-8 ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия Диэфир-сульфосукцинат AEROSOL AY 922-90-5 Диамил-сульфосукцинат натрия Диэфир-сульфосукцинат AEROSOL IB 127-39-9 ди-изобутил-сульфосукцинат натрия Диэфир-сульфосукцинат AEROSOL A-102 68815-56-5 Поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-16-алкиловых эфиров, динатриевые соли; Моноэфир сульфосукцината AEROSOL EF-800 815583-91-6 Бутандиовой кислоты, 2-сульфо-,C9-11 изоалкиловые эфиры, обогащенные C10, динатриевая соль Моноэфир сульфосукцината 1024612-24-5 Поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C12-14-алкиловых эфиров, динатриевые соли; 68954-91-6 Поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-12-алкиловых эфиров, динатриевые соли; AEROSOL EF-810 1013906-64-3 Поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-(изотридецилокси) натриевая соль (1:2) Моноэфир сульфосукцината

* также обычно называемый как диоктил-сульфосукцинат натрия

AEROSOL TR, AEROSOL OT, AEROSOL MA, AEROSOL AY и AEROSOL IB можно приобрести у компании Cytec Solvay под названиями AEROSOL TR-70, AEROSOL OT-70PG, AEROSOL MA-80PG, AEROSOL AY-65 и AEROSOL IB-45, соответственно.

3,05%-ный соляной раствор готовили путем растворения 3% хлорида натрия (кристаллический, чистота, соответствующая стандарту ACS, Lot-0000130743, Marcon Fine Chemicals) и 0,05% хлорида кальция (безводный, чистота 96%, Lot-A0253415, Acros Organics) в деионизированной (DI) воде. В выбранных экспериментах DI вода без добавок служила базовым раствором.

Исследуемые растворы готовили, загружая рассол в колбу и добавляя массовую долю 0,5% смеси ПАВ, и раствор перемешивали 60 минут, чтобы обеспечить получение гомогенного раствора. Эксперименты проводили со смесью ПАВ, входящей в водный раствор с активной массовой долей 0,5%, как указано выше. Например, в случае 80%-ной смеси ПАВ 0,5X100/80=0,625 граммов вносили в 100 граммов раствора.

Измерение поверхностного натяжения проводили на тензиометре Kruss K-12.

Измерение натяжения на границе раздела фаз выполняли по методике вращающейся капли путем впрыска капли масла в смесь ПАВ. Используемое в данном эксперименте масло представляло собой 100% додекан (99% безводный, Lot-65796EM, Sigma Aldrich). Измерение натяжения на границе раздела фаз выполняли на тензиометре с вращающейся каплей Kruss Site 100.

Отмечали внешний вид каждого раствора. Растворы подразделяли на прозрачные, прозрачно-мутные или мутные. Мутность измеряли на нефелометре HACH 2100.

В следующих таблицах отражена эффективность отдельных соединений ПАВ и смесей ПАВ, в которых объединены два или более отдельных соединений ПАВ.

Все смеси ПАВ оценивали при суммарной концентрации в массовых долях, равной 0,5%, в водной DI воде и 3,05%-ном соляном растворе. Для каждого соединения ПАВ и смеси ПАВ приведены поверхностное натяжение и натяжение на границе раздела фаз.

Примеры иллюстрируют неожиданное открытие, сделанное заявителями, что путем объединения соединений моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ и диэфир-сульфосукцинатного ПАВ можно добиться синергетического эффекта, в результате которого поверхностное натяжение снижается или остается таким же по сравнению с индивидуальными соединениями ПАВ, а также значительно снижается натяжение на границе раздела фаз. Также было отмечено, что в некоторых смесях включение третьего компонента - соединения мороэфир-сульфосукцинатного ПАВ - может дополнительно улучшить эффективность состава. Смеси ПАВ, содержащие третий компонент, характеризуются еще боле сниженным натяжением на границе раздела фаз и улучшенной мутностью, поскольку растворы менее мутные, что указывает на улучшенную совместимость состава в соляном растворе.

Также представлены примеры эффективности этих новых составов при различных минерализациях и температурах.

В Таблице 2 ниже приведены примеры ведущих смесей и их эффективности в 3,05% соляном растворе в смеси с додеканом.

ТАБЛИЦА 2

Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид

и мутность в 3,05% рассоле

ПАВ % соотно
шение (вес) Вес. %
(Конц.) Поверхностное натяжение, мН/м Натяжение на границе раздела фаз, мН/м Внешний вид, визуальный Мутность, NTU (доде
кан) AEROSOL TR 100 0,5 Не измеряли Не измеряли Выпадение осадка, белые сгустки Не измеряли AEROSOL OT 100 0,5 25,5 0,586 Прозрачная мутная жидкость 614 AEROSOL MA 100 0,5 24,2 1,38 Прозрачная жидкость 1,4 AEROSOL AY 100 0,5 31,6 7,44 Жидкость от прозрачной до слегка мутной 11,4 AEROSOL IB 100 0,5 27,1 1,21 Жидкость от прозрачной до слегка мутной 14 AEROSOL A-102 100 0,5 34,4 4,225 Прозрачная жидкость 0,7 AEROSOL EF-800 100 0,5 30,1 4,96 Прозрачная жидкость 2 AEROSOL EF-810 100 0,5 33,1 4,64 Прозрачная жидкость 0,7 AEROSOL TR-AEROSOL IB 62-38 0,5 Не измеряли Не измеряли Выпадение осадка, белые сгустки Не измеряли AEROSOL TR-AEROSOL AY 55-45 0,5 25,7 1,32 Выпадение осадка - 5 минут 218 AEROSOL TR-AEROSOL MA 48-52 0,5 25,6 0,727 Мутная жидкость 500 AEROSOL TR-AEROSOL A-102 48-52 0,5 26,6 0,057 Мутная жидкость 1000 AEROSOL TR-AEROSOL EF-800 69-31 0,5 25,7 1,61 Мутная жидкость 1000 AEROSOL TR-AEROSOL EF-810 48-52 0,5 26,9 0,071 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL IB 70-30 0,5 25,3 0,556 Выпадение осадка, белые сгустки 235 AEROSOL OT-AEROSOL AY 64-36 0,5 25,1 0,225 Мутная жидкость 414 AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 25,8 0,084 Мутная жидкость 194 AEROSOL OT-AEROSOL A-102 57-43 0,5 25,7 0,122 Мутная жидкость 271 AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 76-24 0,5 25,3 0,181 Мутная жидкость 308 AEROSOL OT-AEROSOL EF-810 57-43 0,5 25,9 0,102 Мутная жидкость 656 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 25,3 0,008 Мутная жидкость 776 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL EF-800 64-26-10 0,5 25 0,114 Мутная жидкость 213 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL EF-810 56-24-20 0,5 25,4 0,007 Мутная жидкость 904

Многие соединения ПАВ не в состоянии снижать поверхностное натяжение и натяжение на границе раздела фаз в условиях высокой минерализации (т.е. при минерализации от 6,05 до 12,05%). При высокой минерализации, как правило, из-за высокой концентрации ионов соединения ПАВ становятся неэффективными, или происходит выпадение в осадок соединений ПАВ. В Таблице 3 ниже приведены примеры того, как смеси согласно данному изобретению, включающие соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ и соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ при их объединении дают синергетические поверхностно-активные смеси, которые демонстрируют неожиданную превосходную эффективность, снижая поверхностное натяжение и натяжение на границе раздела фаз в рассоле с высокой минерализацией 8,05%.

ТАБЛИЦА 3

Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид

и мутность в 8,05% рассоле

ПАВ % соотношение (вес) Вес. %
(Конц.) Поверхностное натяжение, мН/м Натяжение на границе раздела фаз, мН/м Внешний вид, визуальный Мутность, NTU (додекан) AEROSOL OT 100 0,5 25,5 1,42 Мутная жидкость 1000 AEROSOL A-102 100 0,5 32,6 3,42 Прозрачная жидкость 0,81 AEROSOL EF-800 100 0,5 29,3 4,63 Прозрачная жидкость 1,1 AEROSOL EF-810 100 0,5 32,0 3,01 Прозрачная жидкость 5,2 AEROSOL OT-AEROSOL A-102 36-64 0,5 26,1 0,214 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 25,2 0,1 Мутная жидкость 431 AEROSOL OT-AEROSOL EF-810 38-62 0,5 26,2 0,137 Мутная жидкость 1000

Как видно из Таблицы 4 ниже, комбинации соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ и соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ при объединении в трехкомпонентной смеси ПАВ дают синергетические смеси, которые демонстрируют неожиданную превосходную эффективность и более низкие значения поверхностного натяжения и натяжения на границе раздела фаз в растворах рассола с минерализацией от 3,05 до 12,05%. Трехкомпонентные смеси ПАВ совместимы в растворах в высокой соленостью.

ТАБЛИЦА 4

Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид

и мутность в рассолах с различной минерализацией

ПАВ % соотношение (вес) Вес. %
(Конц.) Минерализация Поверхностное натяжение
мН/м Натяжение на границе раздела фаз,
мН/м Внешний вид,
визуальный мутность
NTU (додекан) AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 3,05 24,8 0,093 Мутная жидкость 194 AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 6,05 24,7 0,293 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 3,05 25,3 0,008 Мутная жидкость 776 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 6,05 24,9 0,06 Мутная жидкость 239 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 7,05 24,9 0,109 Мутная жидкость 609 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 8,05 24,9 0,152 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 9,05 24,8 0,217 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 10,05 24,8 0,253 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 11,05 24,7 0,264 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 12,05 24,6 0,37 Мутная жидкость 1000

В подземных пластах температуры могут изменяться в широких пределах, и это может сильно влиять на эффективность ПАВ. Соответственно, если смесь ПАВ проявляет свои функциональные возможности в широком интервале температур, то это является большим преимуществом. Данные в Таблицах 5А и 5В иллюстрируют эффективность двух- и трехкомпонентных смесей ПАВ согласно настоящему изобретению в отношении уменьшения поверхностного натяжения и натяжения на границе раздела фаз в широком интервале температур при различной минерализации.

ТАБЛИЦА 5 А

Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид

и мутность в 3,05% рассоле

при различных температурах

ПАВ % соотношение (вес) Вес. %
(Конц.) Темп. (°C) Поверхностное натяжение, мН/м Натяжение на границе раздела фаз, мН/м Внешний вид, визуальный Мутность, NTU (додекан) AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 25 24,8 0,084 Мутная жидкость 194 AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 30 24,3 0,094 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 40 23,8 0,093 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 50 23,4 0,089 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 60 24,9 0,072 Мутная жидкость Не измеряли ТАБЛИЦА 5 В
Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид
и мутность в 8,05% рассоле при
различных температурах ПАВ % соотношение (вес) Вес. %
(Конц.) Темп.
(°C) Поверхностное натяжение, мН/м Натяжение на границе раздела фаз, мН/м Внешний вид Мутность, NTU (додекан) AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 25 25,2 0,100 Мутная жидкость 431 AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 30 24,8 0,098 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 40 24,2 0,092 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 50 23,8 0,080 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 60 23,4 0,093 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 25 24,8 0,152 Мутная жидкость 1000 AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 30 24,7 0,14 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 40 24,2 0,14 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 50 24,1 0,136 Мутная жидкость Не измеряли AEROSOL OT-AEROSOL MA-AEROSOL A-102 56-24-20 0,5 60 23,9 0,136 Мутная жидкость Не измеряли

В Таблицах 6A и 6B ниже приведены примеры того, как выбранные двухкомпонентные смеси ПАВ согласно настоящему изобретению продолжают демонстрировать синергизм и обеспечивают как низкое поверхностное натяжение, так и низкое натяжение на границе раздела фаз при минерализации 3,05 и 8,05% при нескольких весовых соотношениях, примерно составляющих 25/75, 50/50 и 75/25.

ТАБЛИЦА 6 А

Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид

и мутность в 3,05% рассоле

ПАВ % соотношение (вес) Вес. %
(Конц.) Поверхностное натяжение, мН/м Натяжение на границе раздела фаз, мН/м Внешний вид, визуальный Мутность, NTU (додекан) AEROSOL OT 100 0,5 25,5 0,586 Прозрачная мутная жидкость 614 AEROSOL MA 100 0,5 24,2 1,38 Прозрачная жидкость 1,4 AEROSOL A-102 100 0,5 34,4 4,225 Прозрачная жидкость 0,7 AEROSOL OT-AEROSOL MA 24-76 0,5 24,6 0,114 Мутная жидкость 92 AEROSOL OT-AEROSOL MA 56-44 0,5 25,8 0,084 Мутная жидкость 194 AEROSOL OT-AEROSOL MA 75-25 0,5 25,6 0,214 Мутная жидкость 808 AEROSOL OT-AEROSOL A-102 25-75 0,5 26 0,493 Мутная жидкость 2,8 AEROSOL OT-AEROSOL A-102 57-43 0,5 25,7 0,122 Мутная жидкость 271 AEROSOL OT-AEROSOL A-102 75-25 0,5 25,6 0,035 Мутная жидкость 808

ТАБЛИЦА 6 В

Поверхностное натяжение, натяжение на границе раздела фаз, внешний вид

и мутность в 8,05% рассоле

ПАВ % соотношение (вес) Вес. % Поверхностное натяжение, мН/м Натяжение на границе раздела фаз, мН/м Внешний вид, визуальный Мутность, NTU (додекан) AEROSOL OT 100 0,5 25,5 1,42 Мутная жидкость 1000 AEROSOL EF-800 100 0,5 29,3 4,63 Прозрачная жидкость 1,1 AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 25-75 0,5 25,3 0,444 Мутная жидкость 237 AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 62-38 0,5 25,2 0,100 Мутная жидкость 431 AEROSOL OT-AEROSOL EF-800 75-25 0,5 25,2 0,377 Мутная жидкость 379

Используемые в данном документе термины в единственном числе не обозначают ограничение количества, а скорее присутствие по меньшей мере одного из приведенных наименований. Указание интервалов значений просто предназначено для использования в качестве сокращенного способа индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, входящее в интервал, и каждое отдельное значение включено в это описание, как если бы оно было индивидуально указано. Таким образом, каждый интервал, раскрытый в данном документе, образует раскрытие любого подинтервала, попадающего в раскрытый интервал. Раскрытие более узкого интервала или более конкретной группы в дополнение к более широкому интервалу или большей группе не отрицает более широкий интервал или большую группу. Все интервалы, описанные в данном документе, включают конечные точки, и конечные точки независимо комбинируются друг с другом. Термин "содержит", используемый в данном документе включает варианты осуществления "по сути состоящие из" или "состоящие из" перечисленных элементов.

Хотя в вышеизложенном описании показаны, описаны и обозначены существенные новые признаки некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что различные исключения, замены и изменения в деталях описываемого настоящего изобретения могут быть сделаны специалистами в данной области техники без отступления от духа и объема настоящего изобретения. Следовательно, объем настоящего изобретения не должен ограничиваться вышеизложенными примерами, описанием или обсуждением.

Изобретение относится к соединениям сульфосукцинатных ПАВ, смешанным в двух- и трехкомпонентных составах с получением синергетических смесей сульфосукцинатных ПАВ, и к их применению в методах увеличения нефтеотдачи пласта и гидравлического разрыва пласта. Смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ) для нефтедобычи содержит смесь: (a) одного или нескольких первых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I): R¹-O-CO-CHX-CHY-CO-O-R² (I) где: R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода, X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, и если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H+, Na+, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил. И другой компонент смеси - (b) одного или нескольких первых соединений моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (III): B⁺ -O-CO-CHX-CHY-CO-O(CH₂-CH₂-O)_z-R⁵ (III) где: B⁺ представляет собой Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺ или NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил, X такой, как определен для формулы (I), Y такой, как определено для формулы (I); и Z равно 0-30, и R5 представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от восьми до двадцати атомов углерода (C8-C20). Способ применения смеси указанных ПАВ для нефтедобычи включает объединение их эффективного количества с рассолом с образованием раствора; закачку эффективного количества раствора в подземный пласт и повышение давления в подземном пласте, обеспечивая тем самым извлечение нефти из подземного пласта. Достигаемый технический результат – повышение эффективности извлечения нефти за счет снижения до сверхнизких значений натяжения на границе раздела фаз, что облегчит высвобождение нефти. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 табл., 1 пр.

1. Смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ) для нефтедобычи, содержащая смесь:

(a) одного или нескольких первых соединений диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (I):

R¹-O-CO-CHX-CHY-CO-O-R², (I)

где:

R¹ и R² представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от восьми до тринадцати атомов углерода,

X представляет собой -H или -SO₃^-M⁺, и

Y представляет собой -H или -SO₃^-M⁺,

если X представляет собой -H, то Y представляет собой -SO₃^-M⁺, и если Y представляет собой -H, то X представляет собой -SO₃^-M⁺, где M⁺ представляет собой H⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺, NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил; и

(b) одного или нескольких первых соединений моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (III):

B^{+ -}O-CO-CHX-CHY-CO-O(CH₂-CH₂-O)_z-R⁵_, (III)

где:

B⁺ представляет собой Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺ или NR₄⁺, где R представляет собой H, метил, этил, пропил или бутил,

X такой, как определен для формулы (I),

Y такой, как определено для формулы (I); и

Z равно 0-30, и

R⁵ представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу, содержащую от восьми до двадцати атомов углерода (C8-C20).

2. Смесь ПАВ для нефтедобычи по п.1, где содержание первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных весовых долях составляет от 45% до 80% от суммарного веса смеси ПАВ и содержание первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных весовых долях составляет от 20% до 55% от суммарного веса смеси ПАВ.

3. Смесь ПАВ для нефтедобычи по п.1 или 2, где первое соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой бис-тридецил-сульфосукцинат натрия или ди(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия.

4. Смесь ПАВ для нефтедобычи по любому из пп.1-3, где B⁺ представляет собой Na⁺.

5. Смесь ПАВ для нефтедобычи по любому из предыдущих пунктов, где первое соединение моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ представляет собой:

(a) динатриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C16-алкиловых эфиров;

(b) динатриевые соли бутандиовой кислоты, 2-сульфо-,C9-11 изоалкиловых эфиров, обогащенных C10; динатриевые соли поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C12-C14-алкиловых эфиров; и динатриевые соли поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-гидрокси-C10-C12-алкиловых эфиров; или

(с) натриевую соль поли(окси-1,2-этандиил),α-(3-карбокси-1-оксосульфопропил)-ω-(изотридецилокси).

6. Смесь ПАВ для нефтедобычи по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ согласно формуле (II):

R³-O-CO-CHX-CHY-CO-O-R⁴, (II)

где:

R³ и R⁴ представляют собой линейные или разветвленные алкильные группы, каждая из которых независимо содержит от четырех до семи атомов углерода,

X такой, как определен для формулы (I), и

Y такой, как определен для формулы (I).

7. Смесь ПАВ для нефтедобычи по п.6, где содержание первого соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных весовых долях составляет от 50% до 65% от суммарного веса смеси ПАВ, содержание второго соединения диэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных весовых долях составляет от 20% до 30% от суммарного веса смеси ПАВ, и содержание первого соединения моноэфир-сульфосукцинатного ПАВ в смеси ПАВ в процентных весовых долях составляет от 10% до 20% от суммарного веса смеси ПАВ.

8. Смесь ПАВ для нефтедобычи по п.6 или 7, где второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (II), представляет собой соль ди(н-бутил)-сульфосукцината, ди(трет-бутил)-сульфосукцината, ди(1-метилпропил)-сульфосукцината, ди(н-пентил)-сульфосукцината, ди(1-метилбутил)-сульфосукцината, ди(2-метилбутил)-сульфосукцината, ди(изоамил)-сульфосукцината, ди(2,2-диметилпропил))-сульфосукцината, ди(н-гексил)-сульфосукцината, ди(2-этилбутил)-сульфосукцината, ди(циклогексил)-сульфосукцината, ди(3-метилпентил)-сульфосукцината, ди(1-метилпентил)-сульфосукцината, ди(н-гептил)-сульфосукцината, ди(5-метилгексил)-сульфосукцината, ди(1-метилгексил)-сульфосукцината, ди(2-этилпентил)-сульфосукцината, ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцината, диамил-сульфосукцината, диизобутил-сульфосукцината или их комбинацию.

9. Смесь ПАВ для нефтедобычи по любому из пп.6-8, где второе соединение диэфир-сульфосукцинатного ПАВ, соответствующее формуле (II), представляет собой ди(1,3-диметилбутил)-сульфосукцинат натрия, диамил-сульфосукцинат натрия, ди-изобутил-сульфосукцинат натрия или их комбинацию.

10. Способ применения смеси ПАВ для нефтедобычи по любому из предыдущих пунктов при добыче нефти из подземного пласта, причем способ включает:

объединение эффективного количества смеси ПАВ для нефтедобычи по любому из предыдущих пунктов с рассолом с образованием раствора;

закачку эффективного количества раствора в подземный пласт и повышение давления в подземном пласте, обеспечивая тем самым извлечение нефти из подземного пласта.