СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГАЗА ИЗ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА Российский патент 2023 года по МПК E21B43/22 C09K8/584 

Более половины мировых запасов газа содержатся в месторождениях, относящихся к карбонатному типу. Характеристики пластов данных месторождений включают трещиноватость, низкую проницаемость, гидрофобность и обуславливают трудность извлечения газа. Это связано с тем, что в процесс вытеснения вовлекается газ, находящаяся в высокопроницаемых зонах пласта, тогда как газ, содержащийся внутри низко проницаемой матрице породы, удерживается в связи с отрицательным капиллярным давлением вследствие того, что пористая матрица характеризуется гидрофобностью.

Настоящее изобретение является - композиции и способы для обработки газовых пластов, способствующие повышению степени извлечения газа из газовых пластов, предпочтительно карбонатных газовых пластов с низкой проницаемостью. Точнее изобретение относиться к использованию веществ, способствующих улучшению смачиваемости горной породы по воде (повышению гидрофильности). При использовании веществ подобного рода возникают условия для повышения степени вытеснения газа из зон газового пласта характеризующихся низкой проницаемостью по воде и газу.

В связи с увеличением числа карбонатных месторождений, вовлекаемых в разработку, многие лаборатории направили исследования на поиск композиций веществ, которые при добавлении к закачиваемой воде способны повысить степень извлечения газа из карбонатных пластов. В настоящее время разработано большое число поверхностно-активных веществ, обладающих свойствами по повышению смачиваемости горной породы (в сторону смачиваемой водой). Однако в ряде случаев геолого-физические характеристики газовых пластов включают факторы, влияющие на эффективность применения подобных поверхностно-активных веществ. К таким факторам можно отнести повышенную пластовую температуру и повышенное содержание солей растворенных в пластовой воде. При данных условиях растворимость ряда поверхностно-активных веществ снижается, что влечет за собой ухудшение функциональных свойств композиций веществ. Задача по подбору высокоэффективных композиций поверхностно-активных веществ, устойчивых к воздействию повышенных температур и повышенного содержания растворенных солей, является актуальной и требует решения в рамках работ по повышению эффективности технологий добычи газа.

Различные способы применения неионогенных поверхностно-активных веществ при извлечении газа из подземных пластов раскрыты, например в WO/2013/110774, RU 2709261, US 9296942, US 3799264 и US 4276933. В ссылках предлагается применение этоксилированных спиртов, число групп этиленоксида в которых не превышает 70. При этом необходимо отметить, что в зависимости от условий получения этоксилированных спиртов, число групп этиленоксида может меняться и определять физико-химические свойства данных веществ.

В настоящее время выявлена группа веществ, повышающих стабильность функциональных свойств композиций поверхностно-активных веществ при температуре более 70°C и содержании растворенных солей до 250000 мг/л. В связи с этим, в рамках применения данных композиций, возникают условия для сохранения низких значений межфазного натяжения (вода – углеводородная жидкость), обеспечения спонтанного впитывания воды с содержанием композиций поверхностно-активных веществ (в матрицу горной породы низкой проницаемости), что ведет к более высоким степеням вытеснения и снижению рисков защемления газа и конденсата в низкопроницаемых зонах пласта. Применение данных веществ в указанных условиях является значимым для газовой отрасли и позволяет добиваться более высоких показателей извлечения газа и конденсата.

В связи с вышесказанным, задача настоящего изобретения решается способом извлечения газа из подземного газового пласта, включающем вытеснение газа из зон подземного газового пласта, характеризующихся низкой проницаемостью по воде и газу, и извлечение газа из подземного газового пласта, в которорм для повышения степени вытеснения газа в подземный газовый пласт закачивают водный раствор неионогенного поверхностно-активного вещества ПАВ - этоксилированного спирта общей формулы (I)

где n представляет собой число от 82 до 87;

R₁ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода;

гидрофильно-липофильный баланс ГЛБ указанного этоксилированного спирта имеет значение более 18,8;

при этом вода в водном растворе имеет общее количество растворенных солей до 250000 мг/л;

и содержание этоксилированного спирта формулы (I) в водном растворе составляет от 0,01 до 40,00%.

Водный раствор дополнительно может содержать амфотерное поверхностно-активное вещество общей формулы

где R₂ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода;

при этом соотношение этоксилированного спирта формулы (I) и ПАВ формулы (II) равно от 1:12 до 1:1,5.

Водный раствор дополнительно может содержать анионное поверхностно-активное вещество сульфанатного типа общей формулы

где R₃ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода;

при этом соотношение этоксилированного спирта формулы (I) и ПАВ формулы (III) равно от 1:10 до 1:1,5.

Водный раствор дополнительно может содержать анионное поверхностно-активное вещество сульфанатного типа общей формулы

где R₄ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 10 до 12 атомов углерода;

при этом соотношение этоксилированного спирта формулы (I) и ПАВ формулы (IV) равно от 1:10 до 1:1,5.

Водный раствор дополнительно может содержать смесь анионных поверхностно-активных веществ формул (III) и (IV), при этом соотношение содержания при этом соотношение этоксилированного спирта формулы (I) и суммарного содержания анионных поверхностно-активных веществ формулы (III) и (IV) равно от 1:10 до 1:1,5.

Предлагаемые неионогенные поверхностно-активные вещества по п. 1 являются этоксилированными спиртами, растворимы в воде и солевых растворах.

Структура (I) представляет собой этоксилированный спирт, полученный этоксилированнием спиртов при различных условиях.

Предлагаемые этоксилированные спирты имеют улучшенные свойства в отношении показателей гирофильности и температуры помутнения. Увеличение числа групп этиленоксида способствует повышению растворимости этоксилированных спиртов, тем самым расширяя область применения данных веществ в сторону повышенных температур.

Другим объектом настоящего изобретения также является способ повышения степени извлечения газа из пластов, который включает приготовление водного или солевого раствора с содержанием неионогенного поверхностно-активное вещества формулы (I) в концентрациях от 0,01 до 40,00 % масс.

Представленные этоксилированные спирты способствуют образованию устойчивых микроэмульсий, способных к поглощению больших объемов углеводородной жидкости и солюбилизации дополнительных поверхностно-активных веществ в микрокаплях.

В частности, самые лучшие результаты были получены при использовании этоксилированных спиртов, имеющих ГЛБ болеe 18,8. Эти вещества использовались в приведенных ниже примерах.

Предлагаемые в изобретении спирты имеют поверхностно-активные свойства и изменяют межфазное натяжение на границе раздела вода-углеводородная жидкость. Отмечается, что при применении данного ряда, спиртов значение поверхностного натяжения снижается по мере использования спиртов с большей степенью этоксилирования. В частности, ряд спиртов способствуют снижению межфазного натяжения до значений 1,0 - 3,5 мН/м. Данное свойство также может улучшать фильтрацию эмульсии на основе вода – углеводородная жидкость (в частности газовый конденсат) и вытеснение газа в зонах пласта защемленных водой. Также долговременное накопление воды и в отдельности отсутствие её фильтрации застойных зонах пласта, может способствовать набуханию глин (влечет за собой дополнительное ухудшение фильтрационно-ёмкостных свойств пласта).

Другим объектом настоящего изобретения также является способ повышения степени извлечения газа из пластов, включающий приготовление водного или солевого раствора, содержащего неионогенное поверхностно-активного вещество указанное в формуле (I) и последующую закачку в пласт, при условии, что вода в растворе имеет общее количество растворенных солей до 250000 мг/л. При этом, в рамках применения неионогенного поверхностно-активного вещества в качестве сорастворителя в указанных растворах, может выступать жидкий углеводород, включающий от 6 до 30 атомов углерода.

Использование микроэмульсий, основанных на применении предлагаемых неионогенных поверхностно-активных веществ, указанных в формуле (I) в качестве добавок в процессе извлечения газа, захваченной скелетом породы составляющей пласты предпочтительно карбонатные, приводит к повышению скорости смачивания и последующему транспорту анионных поверхностно-активных веществ или амфотерных поверхностно-активных веществ в матрицу породы.

Предлагаемые в изобретении добавки были выбраны при помощи двух тестов.

Первый тест основан на способности добавок повышать растворимость дополнительных поверхностно-активных веществ в воде с повышенным содержанием растворенных солей, а второй тест включает оценку межфазного натяжения на границе раздела вода-углеводородная жидкость при повышенной температуре.

Данные способы просты и эффективны для выполнения оценки эффективности применяемых неионогенных поверхностно-активных веществ (этоксилированных спиртов).

Первый способ основан на свойствах этоксилированных спиртов создавать мироэмульсию, солюбилизировать анионные поверхностно-активные вещества сульфанатного типа или амфотерные поверхностно-активные вещества, и сохранять свойства указанных веществ при различных условиях (повышенное содержание растворенных солей и повышенная температура). Данный способ позволяет провести предварительную оценку и сделать выбор эффективных этоксилированных спиртов. В частности, данный способ включает приготовление водных растворов с содержанием растворенных солей, композиций поверхностно-активных веществ и последующее термостатирование данных растворов при повышенной температуре. При этом содержание композиций поверхностно-активных веществ (включающих этоксилированные спирты и дополнительные поверхностно-активные вещества) в растворе составляет 0,1% масс. После проведения термостатирования выполняется оценка стабильности растворов (оценка наличия осадка или расслоения). Условия проведения теста подразумевают использование водных растворов с содержанием растворенных солей от 100000 до 250000 мг/л при температуре 74°C, при этом длительность термостатирования составляет от 10 до 30 суток. Необходимо отметить, что предпочтительно проводить оценку с использованием водного раствора с содержанием растворенных солей 250000 мг/л.

Второй тест позволяет измерить межфазное натяжение. Измерения проводятся для оценки поверхностных свойств растворов, с использованием растворов показавших положительный результат в тесте № 1. В ходе теста используется ряд растворов, подвергнутых термостатированию (в тесте № 1), и углеводородная жидкость с плотностью 0,820 кг/л (содержание парафина 14%). Измерения проводятся с применением тензиометра “Kruss” способом висящей капли.

ПРИМЕРЫ

Результаты тестов представлены в таблицах 1, 2, 3 и 4. Тесты проведены в соответствии с процедурами, описанными в тесте № 1 и тесте № 2 и подробно представленными ниже. В частности, целью теста № 1 было проведение предварительной оценки по влиянию различных этоксилированных спиртов на стабильность растворов поверхностно-активных веществ в воде с повышенным содержанием растворенных солей. Последующая оценка наиболее эффективных растворов проводилась путем замеров межфазного натяжения, проводимых в рамках теста № 2. Так как растворы, не прошедшие тест № 1, не пригодны для использования в рассматриваемых условиях; в тесте № 2 испытывались только растворы, показавшие стабильность при термостатировании.

Тест. 1 Оценка стабильности составов при повышенном содержании растворенных солей и повышенной температуре. Тест проводился в два этапа.

а. Термостатирование при содержании растворенных солей - 100000 мг/л в течение 30 суток.

Тест включал предварительное приготовление 16 растворов с содержанием эмульгаторов различного типа (включая ряд этоксилированных спиртов) и дополнительных поверхностно-активных веществ. При приготовлении указанных растворов использовалась вода с содержанием растворенных солей – 100000 мг/л. Термостатирование указанных растворов проводилось при температуре – 74°C.

б. Термостатирование при содержании растворенных солей – 250000 мг/л в течение 10 суток.

Тест включал предварительное приготовление 6 растворов, прошедших этап а. При приготовлении указанных растворов использовалась вода с содержанием растворенных солей – 250000 мг/л. Термостатирование указанных растворов проводилось при температуре – 74°C.

Тест. 2 Измерение межфазного натяжения растворов на границе раздела вода - углеводородная жидкость.

Измерения проводились для композиций, показавших хорошие результаты, в рамках этапов а и б теста № 1. При измерениях использовался тензиометр “Kruss”. Замеры проводились по способу висящей капли.

Примеры 1-16

В соответствии с процедурой, описанной для теста № 1 этап а, оценивали стабильность различных соединений при повышенном содержании растворенных солей (100000 мг/л) и повышенной температуре (74°C) в течение 30 суток. В таблице 1 представлены результаты, связанные с исследованиями композиций этоксилированных спиртов в рамках этапа а теста № 1.

Таблица 1
Результаты оценки стабильности растворов с содержанием этоксилированных спиртов различного типа и прочих соединений Примеры Водный раствор с содержанием NaCl – 100000 ppm, альфаолефин сульфоната натрия следующего вещества Диапазон ГЛБ вещества
по Гриффину Диапазон степени этоксилирования вещества Результаты теста Пример 1 Этоксилированный лауриловый спирт 15,0 - 17,0 20 - 25 нестабилен Пример 2 Этоксилированный олеиловый спирт 15,0 - 17,0 33 - 38 стабилен Пример 3 Этоксилированный лауриловый спирт 8,0 - 10,0 3 - 8 стабилен Пример 4 Этоксилированный лауриловый спирт 16,5 - 18,5 47 - 52 стабилен Пример 5 Этоксилированный олеиловый спирт 12,0 - 14,0 12 - 17 нестабилен Пример 6 Этоксилированный спирт (С12-С14) Более 18,8 82 - 87 стабилен Пример 7 Этоксилированный олеиловый спирт 10,0 - 12,0 5 - 10 нестабилен Пример 8 Этоксилированный олеиловый спирт 8,0 - 10,0 1 - 5 нестабилен Пример 9 C9-11 Парет-5 10,0 - 12,0 1 - 5 нестабилен Пример 10 ППГ-5 Лаурет-4 2,0 - 6,0 1 - 5 нестабилен Пример 11 Лаурет-2 6,0 - 8,0 1 - 5 нестабилен Пример 12 Лаурет-3 7,0 - 9,0 1 - 5 нестабилен Пример 13 ППГ-5 Лаурет-5 4,0 - 6,0 1 - 5 нестабилен Пример 14 Этоксилированный стеариловый спирт (Brij S20) 15,0 - 17,0 20 - 25 стабилен Пример 15 ПЭГ-8 Сорбитан монолаурат 14,0 - 16,0 17 - 22 нестабилен Пример 16 ПЭГ-16 Сорбитан монолаурат 15,0 - 17,0 20 - 25 нестабилен

Примеры 17-22

В соответствии с процедурой, описанной для теста № 1 этап б, оценивали стабильность различных соединений при повышенном содержании растворенных солей (250000 мг/л) и повышенной температуре в течение 10 суток. В таблице 2 представлены результаты, связанные с исследованиями композиций этоксилированных спиртов, в рамках этапа б теста № 1.

Таблица 2
Результаты оценки стабильности растворов с содержанием этоксилированных спиртов различного типа и прочих соединений Примеры Водный раствор с содержанием NaCl – 250000 ppm, альфаолефин сульфоната натрия и следующего вещества Диапазон ГЛБ вещества
по Гриффину Диапазон степени этоксилирования вещества Результаты теста Пример 17 Этоксилированный лауриловый спирт 15,0 - 17,0 20 - 25 нестабилен Пример 18 Этоксилированный олеиловый спирт 15,0 - 17,0 33 - 38 стабилен Пример 19 Этоксилированный лауриловый спирт 8,0 - 10,0 3 - 8 нестабилен Пример 20 Этоксилированный лауриловый спирт 16,5 - 18,5 47 - 52 стабилен Пример 21 Этоксилированный стеариловый спирт (Brij S20) 15,0 - 17,0 20 - 25 стабилен Пример 22 Этоксилированный спирт (С12-С14) Более 18,8 82 - 87 стабилен

Примеры 23 – 31

В соответствии с процедурой, описанной для теста № 2, выполняли замеры межфазного натяжения.

Результаты тестов представлены в таблицах 3 и 4

Таблица 3
Результаты замеров межфазного натяжения в композициях с содержанием этоксилированных спиртов различного типа и прочих соединений Примеры Водный раствор с содержанием NaCl – 100000 ppm, альфаолефин сульфоната натрия и следующего вещества Диапазон ГЛБ вещества
по Гриффину Диапазон степени этоксилирования вещества Значение межфазного натяжения композиции, мН/м Примечание Пример 23 Этоксилированный лауриловый спирт 16,5 - 18,5 47 - 52 1,4 Температура при замере +48°C Пример 24 Этоксилированный олеиловый спирт 15,0 - 17,0 32 - 37 1,56 Температура при замере +55°C Пример 25 Этоксилированный лауриловый спирт 8,0 - 10,0 3 - 8 1,3 Пример 26 Этоксилированный стеариловый спирт (Brij S20) 15,3 20 2,52 Пример 27 Этоксилированный спирт (С12-С14) Более 18.8 более 82 1,05

Таблица 4
Результаты замеров межфазного натяжения в композициях с содержанием этоксилированных спиртов различного типа и прочих соединений Примеры Водный раствор с содержанием NaCl – 250000 ppm, альфаолефин сульфоната натрия и следующего вещества Диапазон ГЛБ вещества
по Гриффину Диапазон степени этоксилирования вещества Значение межфазного натяжения композиции, мН/м Примечание Пример 28 Этоксилированный лауриловый спирт 16,5 - 18,5 47 - 52 1,42 Температура при замере +55°C Пример 29 Этоксилированный олеиловый спирт 15,0 - 17,0 33 - 38 1,74 Пример 30 Этоксилированный стеариловый спирт (Brij S20) 15,3 20 3,21 Пример 31 Этоксилированный спирт (С12-С14) Более 18.8 более 82 1,15

Изобретение относится к обработке газовых пластов. Технический результат - повышение степени извлечения газа из газовых пластов, предпочтительно карбонатных газовых пластов с низкой проницаемостью, за счет улучшения смачиваемости горной породы по воде. В способе извлечения газа из подземного газового пласта, включающем вытеснение газа из зон подземного газового пласта, характеризующихся низкой проницаемостью по воде и газу, и извлечение газа из подземного газового пласта, для повышения степени вытеснения газа в подземный газовый пласт закачивают водный раствор неионогенного поверхностно-активного вещества ПАВ - этоксилированного спирта общей формулы , где n представляет собой число от 82 до 87; R1 представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода. Гидрофильно-липофильный баланс указанного этоксилированного спирта имеет значение более 18,8. При этом вода в водном растворе имеет общее количество растворенных солей до 250000 мг/л. Содержание указанного этоксилированного спирта в водном растворе составляет от 0,01 до 40,00%. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 31 пр.

1. Способ извлечения газа из подземного газового пласта, включающий вытеснение газа из зон подземного газового пласта, характеризующихся низкой проницаемостью по воде и газу, и извлечение газа из подземного газового пласта, отличающийся тем, что для повышения степени вытеснения газа в подземный газовый пласт закачивают водный раствор неионогенного поверхностно-активного вещества ПАВ - этоксилированного спирта общей формулы (I)

(I),

где n представляет собой число от 82 до 87;

R₁ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода;

гидрофильно-липофильный баланс ГЛБ указанного этоксилированного спирта имеет значение более 18,8;

при этом вода в водном растворе имеет общее количество растворенных солей до 250000 мг/л; и содержание этоксилированного спирта формулы (I) в водном растворе составляет от 0,01 до 40,00%.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор дополнительно содержит амфотерное поверхностно-активное вещество общей формулы

(II),

где R₂ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода;

при этом соотношение содержания этоксилированного спирта формулы (I) и ПАВ формулы (II) равно от 1:12 до 1:1,5.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор дополнительно содержит анионное поверхностно-активное вещество сульфанатного типа общей формулы

(III),

где R₃ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 12 до 14 атомов углерода;

при этом соотношение содержания этоксилированного спирта формулы (I) и ПАВ формулы (III) равно от 1:10 до 1:1,5.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор дополнительно содержит анионное поверхностно-активное вещество сульфанатного типа общей формулы

(IV),

где R₄ представляет собой углеводородную группу, содержащую от 10 до 12 атомов углерода;

при этом соотношение содержания этоксилированного спирта формулы (I) и ПАВ формулы (IV) равно от 1:10 до 1:1,5.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водный раствор дополнительно содержит смесь анионных поверхностно-активных веществ формул (III) и (IV), при этом соотношение содержания этоксилированного спирта формулы (I) и суммарного содержания анионных поверхностно-активных веществ формулы (III) и (IV) равно от 1:10 до 1:1,5.