Микроэмульсия для нефтевытеснения Советский патент 1987 года по МПК E21B43/22 

Изобретение касается мицеллярного раствора, нагнетаемого в скважину и используемого для добычи нефти из подземных нефтеносных пластов, а также процессов добычи или извлечени остатков нефти из подземных нефтеносных пластов.

Целью изобретения является повышение эффективности извлечения нефти за счет снижения поверхностного натяжения между,нефтью и микроэмульсией

Предлагаемый мицеллярный раствор (МР) для добычи нефти состоит в основном, из углеводородов, водной ере ды, поверхностно-активного вещества (ПАВ) и поверхностно-соактивного вещества (СПАВ). Основными компонентами ПАВ являются по крайней мере один сульфонат олефина с внутренней не- предельной связью с 12-24 атомами углерода и по крайней мере один сульфонат (А-олефина.

Процесс извлечения нефти состоит из следующих этапов: нагнетания в скважины МР, нагнетания вместе с МР по крайней мере одного жидкого носи- ,теля и извлечения нефти из нефтеносных пластов через ствол скважины.

Мицеллярные нагнетаемые растворы, используемые для извлечения нефти из нефтеносных пластов, представляют собой прозрачную или полупрозрачную жидкую микроэмульсию, содержащую, масД: углеводороды 3-60. водная ере да 25-94, ПАВ, основными компонентами которого являются сульфонат олефина с 1z-24 атомами углерода и сульфонат об -олефина: с 12-24 атомами углерода, СПАВ 0,1-20.

Водная среда, используемая в качестве основы МР, может представлять собой мягкую воду, воду, содержащую минеральные соли или солевые растворы, например дождевую воду, воду из рек и озер, родниковую воду, воду, содержащуюся в нефтяном пласте, а также морскую.

Предлагаемые мицеллярные растворы обладают хорощей стойкостью к соле- вым растворам и солям щелочных металлов, поэтому при их приготовлени можно использовать воду или солевой раствор, с концентрацией минеральных солей до 25% (предпочтительно до. 15%). Характерными примерами минеральных солей в воде (или солевых р-рах) являются: NaCl, КС1, , KjSOjj. Например, в состав морской

воды входит около 3,5% минеральных солей, содержащих до 1600 ррга двухвалентных ионов металлов, например ионы Mg (такой диапазон концентрации солей является предпочтительным).

Сульфонат олефина, используемый в качестве одного из основных компонентов (компонент а) ПАВ, получается в результате сульфирования олефинов, содержащих в качестве обязательного компонента моноолефин с виниленовым радикалом. Количество углеродных атомов в олефинах - от 10 до 30 (предпочтительно 12-26), общая формула имеет следующий вид:

R-CH CH-R ,

где R и R - независимые друг от друга углеводородные радикалы с прямой или разветвленной цепочко содержащие 1 или боле углеродных атомов (желательно 2-12) при условии, что общее число углеродных атомов в R и R не превышает 8-28 (предпочу тительно 10-24). Олефины могут содержать до 33% (приблизительно одну треть) или менее моноолефинов с тройным замещением.

Вначале сульфированные продукты нейтрализуют с помощью подходящих оснований, а затем происходит гидролиз нейтрализованного продукта.

Таким образом, полученные сульфо- наты олефинов содержат 20-60% алке- новых сульфонатов с двойной связью и 80-40% оксиалкановых сульфонатов, а также до 20% дисульфонатов. Суль- фонаты олефина, отличающиеся от описанных по своему строению, могут быт получены выбором соответствующих условий сульфирования и гидролиза. Обычно возрастание количества атомов углерода во внутренней углеродной олефиновой цепочке приводит к увеличению количества-сульфоната алкенов. Увеличение мольного соотношения межд сульфирующими агентами и олефинами в процессе сульфирования в сторону первых приводит к увеличению и дисульфонатов .

Сульфонаты олефинов, используемые для получения предлагаемого МР, могут -быть солями щелочных и щелочноземельных металлов, солями аммония, а также органическими .солями аминокислот. Предпочтительными обратными катионами являются катионы Na, К, Mg, Са, NH, особенно Na и Mg.

Примером наиболее эффективных олефиновых сульфонатов, используемых для предлагаемого МР являются суль- фонаты олефинов с 12, 13, 14, 15, 16 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 12-16, 13-14, 14-16, 14-18, 15-18, 15-20, 16-18, 16-20, 18-20 и 20-24 атомами углерода, возможна и комбинация сразу нескольких перечисленных сульфонатов олефинов, так как это наиболее приемлемый вариант с точки зрения .доступности и простоты приготовления раствора.

ci-Олефины, используемые в качестве второго компонента (компоненты .в) ПАВ, содержат 10-30 атомов углерода (предпочтительно 12-26, наиболее предпочтительно 13-24 атомов углерода) .

Сульфонаты об -олефинов могут быть солями щелочных и щелочно-земельных ме таллов, солями аммония, а также органическими солями аминокислот. Предпочтительными обратными катионами являются катионы Na, К, Mg, Са, NH Примером Ы. -олефиновых сульфонато могут служить 1-додеценосульфонат, 1-тетрадеценосульфонат, 1-гексадеце- носульфонат, 1-октадеценосульфонат, 1-эйкозаносульфонат, 1-докоценосуль- фонат, 1-тетракоценосульфонат, d- -ол финовые Сульфонаты с 10-13 атомами углерода, сульфонаты об-олефина с 14-16, 14-18, 15-18, 16-18 и 20-24 атомами углерода. Эти сульфонаты можно использовать как отдельно, так и в любой смеси, при этом следует учи

тывать, что соли Na дешевы и легко доступны, а соли щелочно-земельных металлов, особенно Mg, устойчивы к жесткой воде с растворенными в ней солями.

Основой поверхностно-актив ных веществ, входящих в состав мицеллярных растворов, являются сульфонаты олефинов и oi, -олефинов, соотношение которых не является постоянной величиной, выбирается в зависимости от характера нефтяного месторождения и .нефтеносных пластов, используемой

водной среды (или солевого раствора) и СПАВ и составляет 19:1-1:9 (наиболее предпочтительным является соотношение 9:1-1:4).

При использовании в качестве ПАВ только сульфонатов сх, -олефинов -сложно подобрать нужный состав микроэмульсии для приготовления МР, так как диапазон изменения состава данных эмульсий мал.

При использовании в качестве компонента ПАВ только сульфонатов оле- . финов, характеризующихся высокой вязкостью, трудно использовать загустители, изменяющие вязкость в нужном направлении, а это, в свою очередь.

приводит к увеличению производственных затрат, кроме того, загустители косвенно влияют на состав микроэмульсий. Все эти недостатки можно устранить, используя сульфоны олефинов вместе с oi -олефинами.

Предлагаемые МР содержат 2-30% ПАВ, предпочтительная же концентрация выбрана с учетом как низких поверхностях натяжений, так и приемлемой стоимости и составляет 4-25%. Общее количество сульфонатов олефинов и oi -олефинов, в состав каждого из которых входят 10-30 атомов углерода, должно составлять не менее 80% ПАВ (желательно 90% или более по отношению к общему количеству ПАВ,, содержащихся в мицеллярных растворах).

Из углеводородов, используемых в качестве нефтяного компонента, можно выделить, например, нефть, сжиженный нефтяной газ (пропан-бутановая фракция) , неочищенный бензин (нафта), керосин, дизельное топливо и мазут. Предпочтение отдается добываемой нефти ввиду низкой себестоимости и состава, соответствующего составу нефти, оставшейся в пласте. Кроме того, сульфонаты олефинов и ы, -олефинов, в состав которых входят, в ос- новном, непрореагировавшие олефины или продукты полимеризации, можно считать составляющими нефти.

Предлагаемые МР могут содержать 3-90% углеводородов. Предпочтительная концентрация углеводородов составляет 5-40% и является оптимальной для создания водонефтяной эмульсии.

поскольку большие концентрации углеводородов неэкономичны. I

СПАВ вместе с ПАВ являются необходимыми компонентами микроэмульсий.

В состав СПАВ входит гидроксильная группа спиртов. Формула СПАВ имеет следующий вид:

,,,

где п - число, принимающее значение

от О до 4,

R - алкиловая или алкиленовая группа, содержащая 3-8 атомо углерода при п О и 1-18 атомов углерода, а также 7- 8 атомов углерода фениловой или аралкиловой группы при п 1 0. .

Алифатические углеводороды радикала R могут иметь как прямую цепочку, так и це,пые группы разветвленных цепочек., Примером могут слу- жить пропанолы, бутанолы, пентанолы, гексанолы, 2-этилгексанол или окта- нолы, полиоксизтиленовьй гексиловый эфир (п 1), полиоксизтиленовый де- циловый эфир (п 2)j полиоксиэти- леновый тридециловый эфир (п 4), полиоксиэтиленовый бутилфеноловый эфир (п 2), полиоксиэтиленовый ноннлфениловый эфир (п 3), полиоксиэтиленовый додецилфениловый эфир (п 4), бутоксиэтанолы и диэтилен- гликолевые монобутиловые зфиры.

Предлагаемые МР могут содержать 0,1-20% СПАВ, однако предпочтитель- ной является концентрация 1-15%, которая выбирается из расчета устойчивости микроэмульсии и уменьшения межфазнвго натяжения.

Сульфонаты олефинов и ci -олефинов входящие в состав МР, придают раство ру универсальность, т.е. позволяют применять его для пластов и скважин различного характера. Такая универсальность обусловливается устойчивостью к жесткой воде и солям, большим диапазоном изменения состава, а также теплоустойчивостью. Изменяя соотношение сульфонатов олефинов и oi-олефинов, легко получить МР с хорошей способностью сохранения микро

эмульсий и регулируемой вязкостью.

Кроме перечисленных компонентов, в состав мицеллярных растворов могут также входить дополнительные ПАВ, загустители или вещества для регули- рования вязкости, если они не будут отрицательно сказываться на качестве ПАВ. например такие анионоактивные и неиногенные ПАВ, как сульфонаты

5

0 5 о

д

5

5

0

5

нефти, алкилбензольные сульфонаты, сульфаты полиоксизтиленовых акрил- эфиров, диалкилсульфосукцинаты, сгС - олефиновые сульфонаты, парафиновые сульфонаты, мыла, высшие спирты зток- силатов, алкилфеноловые этоксилаты, полиоловые сложные эфиры жирных кислот и полиоксизтиленовые амиды жирных кислот.

В качестве загустителей могут быть использованы растворимые в воде минеральные соли, гетерополисахари- ды, вырабатываемые микроорганизмами, нафталеносульфатные ацетформальде- гидные конденсаты,полиакриламиды, полиакрилаты, оксиэтилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы.

Предлагаемый МР можно получить любым существующим способом. Например, углеводороды, ПАВ, водную основу и СПАВ можно смешивать в любой последовательности с помощью обычных смесителей, поддерживая при этом соответствующие температуру и давление .

Нагнетание МР для добычи нефти может производиться любым из известных способов. Например, МР нагнетается при 5-90 С и давлении 1 - 350 кг/см по меньшей мере в одну из эксплуатационных скважин, а затем при тех же условиях туда нагнетается жидкий носитель, в качестве которого может выступать вода и/или водный раствор одного из перечисленных загустителей, для передачи или выноса нефти из скважины. Оптимальное количество МР составляет не менее 3%, желательно 5%, но не более .20% от объема пористости подземного пласта.

Пример 1. Рассматриваемьм пример показывает, что микроэмульсии, т.е, МР, могут быть образованы комбинацией сульфонатов олефинов (IOS) и oi -олефинов (AOS) и не могут быть использованы при наличии только ci - олефинов.

Для .доказательства этого положения были приготовлены образцы путем смешения ПАВ с водой. Затем в процессе перемешивания туда добавляли СПАВ и углеводороды.

Состав и свойства полученных образцов приведены в табл. 1-5.

Межфазное натяжение измерялись тензиметром при 25 С в соответствующей системе растворов.

Вязкость измеряли при 25°С с помощью вискозиметра Брукфилда.

Пример 2, Данный пример свидетельствует о возможности регулирования вязкости при совместном пользовании IOS и AOS в качестве ПАВ.

Способ приготовления образцовых смесей такой же, как и в примере 1.

Состав и свойства образцов приве- дены в табл. 2-5.

Образец 11, полученный при использовании только IOS, дан для сравнения Образец 15 обладает очень большой вязкостью. Остальные образцы табл. 2 иллюстрируют изобретение.

Пример 3. Этот пример ил-т люстрирует свойства ПАВ с различным числом углеродных атомов и катионов металлов.

Образцы были приготовлены тем же способом, что и в примере 1. Их свой- ства и . свойства приведены в табл.3 и 4.

Как видно из данных табл. 1-5, МР характеризуется достаточно: . малым межфазным натяжением, хорошей устойчивостью к солям и жесткой воде, способностью сохранения микроэмульсйй при любых изменениях в их составе и -ВОЗМОЖНОСТЬЮ регулирования величины вязкости.

Формула изобретения

Микроэмульсия для нефтевытеснения, содержащая углеводород, водный раствор электролита, поверхностно-активное вещество и соповерхностно-актив- ноё вещество, отличающая- с я тем, что, с целью повьшения эффективности извлечения нефти за счет снижения поверхностного натяжения между нефтью и микроэмульсией, в качестве поверхностно-активного вещества микроэмульсия включает смесь по крайней мере одного сульфоната олефина с внутренней непредельной связью с 12-24 атомами углерода и по крайней мере одного сульфоната сл -олефи- . на с 12-24 атомами углерода, при этом соотношение сульфонатов олефина и oi-олефина с внутренней непредельной связью в смеси составляет 19:1-1:9, в качестве соповерхностно-активного вещества микроэмульсия содержит изо- пропиловый или п -амиловый спирты, а компоненты микроэмульсии взяты при следующем соотношении, мас.%:

Углеводород

Указанное поверхностно-активное вещество Изопропиловый или п -амиловый спирты

Водный раствор электролита

щ ЧГ

00Pv)

lO in

А «ь

(Л и-1

1Л еч

in in

мм

см сч

-СЛ

чО «

АА

ем г fo

fl4к

о го

- о

чм

г

Ti МА

--01

я) Sz ся о

nj

г ся

о

о I

3.5

37

,,д 10SNH (CtH+OH) - Cje-Cj IOSNa C«-C,gAOSNaС„-С,в AOSK C,4-CigAOSNH,Cjo-C AOSNa

4,5

СПАВ

Изопропиловый спирт

Амиловый спирт

Углеводород

Керосин

Мазут Рассол

0,5%-ный NaCl 22-ный NaCl

NaCl 8г-ный NaCl Свойства

Внелший вид

- Натяжение на. поверхности раздел

15

70

15

70

40

40 60

о о о

5 6

25 5

3

30

75 60

о о о

4,5

10

75

70

1Q 20

65

2,6 38,4 5,8 21,7 57, 3,9 18,4 47,7 3,1

Таблица $

11

5 3,5 - 7 - 7

5 5

7

3

5 6

4,5

40

30

1Q 20

25 5

10

75 60

75

70

65

о о о

17

19

78 21

48 17

Т8 91 93 92 79 83 85

Условное обозначение; о - прозрачная или полупрозрачная гомогенизированная эмульсия.

Таблица 4

Состав

С,1-е,, lOSNa

С, -С„ lOSMg С,1 -С,4 lOSCa Czo-Ci Na Cjo-Ci Mg С ,j -С„ AOSMg C,j-C,,. AOSCa Cjo-C -tAOSNa C o-Cj AOSMg

СПАВ

Амиловый спир

Углеводород Керосин Мазут

Рассол

0,5%-ный NaCl

1349703

18

Продолжение табл.3

48 17 . 40

13

81 80

5,2

6,5

5,3

4,5 6

4,5

17

5 30

40

20

50

65

- - 50

- 80

75

- - - 68

о о о о

на пораздела

сП

55,3 23,4 43,7 0,8 8 12 43 13

Эффективность извлечения нефти, %91 89 85 88

ПАВ.

С,-С,8-олефиновый сульфонат внутренней углеводородной цепочкой (Na)

С ,4 С 1в сульфонат об -олефина СПАВ (соагент)

п-Амиловый спирт Углеводород

Жидкое топливо Вода

1.7 21

89

Таблица 5

0,1

15

30

Эффективность вытеснения нефти, %

Редактор Л.Beселовекая

Составитель И.Лопакова

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик

Заказ 5202/58Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Дроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

91

88

Изобретение относится к нефтяной пром-сти и позволяет повысить эффективность извлечения нефти за счет снижения прсверхностного натяжения между нефтью и микроэмульсией (МЭ). Для этого МЭ в качестве поверхностно-активного вещества включает смесь по крайней мере одного сульфоната олефина (СО) с внутренней непредельной связью с 12-24 атомами углерода и по крайней мере одного сульфоната ot-олефина с 12-24 атомами углерода. В качестве соповерхност- но-активного вещества МЭ содержит изопропиловый или п-амш1овый спирты, Компоненты МЭ взяты в следующем соотношении, мас.%: углеводород 3-60, поверхностно-активное вещество 2-30, пропиловый или п-амиловь1й спирты 0,1-20, водный раствор электролита 25-94. Получают МЭ смешением компонентов в любой последовательности с помощью обычных смесителей, поддерживая при этом соответствующие температуры и давление. Основными компонентами МЭ являются СО и сульфонат об-олефина. Их соотношение в смеси составляет 19/1-1/9. Причем СО получают сульфированием олефинов, содержащих в качестве обязательного компонента моноолефины с виниленов ым радикалом, а сульфонаты об -олефина могут быть солями щелочных и щелоч- но-земельных металлов, солями аммония, органическими солями аминокислот. 5 табл. О) о vj о со см