泡沫穩(wěn)定性得到提高的應(yīng)用及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高用于油田處理應(yīng)用的發(fā)泡組合物的泡沫穩(wěn)定性的方法，所述應(yīng)用包括但不限于用于氣驅(qū)中的流度控制。所述方法包括將式(I)的泡沫穩(wěn)定劑加入發(fā)泡組合物中的步驟：其中，R1為烴基酰胺基、或者直鏈或支鏈烴基；R2和R3獨(dú)立地為氫或甲基；R4、R5和R6獨(dú)立地為氫或羥基，條件是R4、R5或R6中至少一個為羥基；其中所述烴基具有大于約10個碳原子。本發(fā)明還公開了提高含水發(fā)泡組合物的泡沫穩(wěn)定性的方法，包括加入泡沫穩(wěn)定劑的步驟，所述泡沫穩(wěn)定劑選自烴基二甲基甜菜堿、烴基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿或烴基羥基磺基甜菜堿，其中所述烴基具有大于10個碳原子或12個碳原子或16個碳原子。
【專利說明】泡沬穩(wěn)定性得到提高的應(yīng)用及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及泡沫穩(wěn)定劑在含水體系中的應(yīng)用，更具體而言，本發(fā)明涉及泡沫穩(wěn)定劑在增強(qiáng)石油開采操作過程中的流度控制方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]含石油的裂縫性儲層通常由兩種不同的要素構(gòu)成:裂縫網(wǎng)絡(luò)和基質(zhì)(例如微孔基質(zhì))。裂縫網(wǎng)絡(luò)是一系列互相連接的裂縫，其可以容易地傳輸流體(非常高的滲透性)，但是僅構(gòu)成總的孔隙度的一小部分?；|(zhì)部分由含油多孔巖石構(gòu)成，其通常具有比裂縫網(wǎng)絡(luò)低得多的滲透性，但是為儲層總的孔隙度的主體。裂縫性儲層的產(chǎn)烴效率通常較低。在一次開采期間，天然儲層的原位產(chǎn)油壓力快速下降，使得大約超過90%的原油仍然留在原位，大部分被圈閉(trap)在基質(zhì)中(包括例如微孔網(wǎng)絡(luò))。類似地，常規(guī)的二次開采方法也不能置換出大量的“留在原位”的石油。
[0003]在高裂縫性儲層中，常規(guī)水驅(qū)技術(shù)表現(xiàn)出相對較低的效率。在這些儲層中進(jìn)行水驅(qū)的特征是見水(water breakthrough)早,并且水-油比迅速升高到不經(jīng)濟(jì)的水平。注入的水往往僅在裂縫中穿行，而不與圈閉在巖石基質(zhì)(例如微孔)中的石油相互作用。注入的水不能滲透到基質(zhì)中而置換并開采出圈閉在多孔基質(zhì)中的石油。注入的水往往只能將一次開采后留在裂縫系統(tǒng)中的石油采收回來。基質(zhì)部分并非為水潤濕性的，這一點(diǎn)也部分地導(dǎo)致注入的水與圈閉在基質(zhì)中的石油之間的相互作用有限或者根本不存在相互作用?；|(zhì)不會自發(fā)地吸收或攝入水。這主要是由于水具有向高滲透區(qū)流動的趨勢，而非流向低滲透區(qū)(其將大部分石油圈閉于此)。
[0004]一種提高水相對圈閉石油的基質(zhì)區(qū)的滲透性的方案是:向水中加入表面活性劑以對碳酸鹽的潤濕性進(jìn)行改性，使其從油濕性變?yōu)樗疂裥浴Ｖ暗难芯亢同F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，在水中引入低濃度的適當(dāng)選擇的表面活性劑會降低界面張力，并且還會立刻在靠近裂縫面的區(qū)域中產(chǎn)生水潤濕條件。在這種改變的條件下，水相能滲透到多孔基質(zhì)中達(dá)到一定的距離，從而將處于孔隙內(nèi)的一部分石油驅(qū)出。在該逆流滲吸(countercurrent ;[1]113；[13；[1:;[011)過程中，從基質(zhì)中置換出的石油隨后移動到裂縫系統(tǒng)中。一旦石油被驅(qū)入裂縫系統(tǒng)，就可以容易地將其移至產(chǎn)油井。在逆流滲吸過程中(加入或不加入水潤濕性表面活性劑)，采油速率取決于多孔巖石基質(zhì)的毛細(xì)管壓力特性。即，該滲吸過程基本上不會受到控制現(xiàn)場操作(例如選擇壓力和流速)的常規(guī)技術(shù)的影響。
[0005]以下文獻(xiàn)公開了在碳酸鹽地層中采油時使用表面活性劑的技術(shù):G.Hirasaki和 D.L.Zhang,“Surface Chemistry of Oil Recovery from Fractured,Oil-ffetCarbonate Formations，，(2000) ；Austad 和 Standes, “Spontaneous Imbibitionof Water into Oi 1-ffet Carbonates，，，Journal of Petroleum Science andEngineering,第 39 卷，第 363-376 頁(2003) ;W.W.Weiss, “Artificial IntelligenceUsed to Evaluate23Single-ffelI Surfactant Soak Treatments”，SPE ReservoirEvaluation&Engineering, 2006 年 6 月；美國專利 Nos.2，792，894,4, 364，431,4, 842，065、5，247，993 ；以及美國已公布的專利申請N0.2007/0215347A1。
[0006]另一種方案是使用氣驅(qū)技術(shù)，如空氣驅(qū)、CO2驅(qū)、天然氣驅(qū)、或是它們的任意組合，該技術(shù)為一種提高石油采收率(EOR)的形式。通常，在CO2EOR中，通過注入井或產(chǎn)油井將CO2氣體泵入/注入地下地層(例如壓裂儲層)，并且在一定的物理?xiàng)l件下，使其與圈閉或留在原位的石油可互溶混合。這使得留在原位的石油變得更容易被置換到高滲透區(qū)中并被采收回來。在高壓和儲層溫度下，CO2與石油可互溶混合，形成能夠更加容易地流動的低粘度流體。另外，CO2具有能侵入先前不能被水侵入的區(qū)域的能力，以及釋放并減少圈閉石油的能力。還可以用驅(qū)替(chase)相來置換混合的殘余石油和氣體，例如在WAG (氣水交替驅(qū))工藝中用水進(jìn)行所述置換。
[0007]可類似地利用氮?dú)怛?qū)和煙道氣驅(qū)(非烴氣體)。然而，與CO2驅(qū)相比，氮?dú)庹扯鹊?、與油混溶性差，并且需要高得多的壓力來產(chǎn)生或顯現(xiàn)出混溶性。因此，氮?dú)怛?qū)和煙道氣驅(qū)通常用作烴混溶性驅(qū)和CO2氣驅(qū)中的“驅(qū)替氣”(即，采用氮?dú)饣蚱渌统杀練怏w來提供氣體驅(qū)動作用，從而使儲層容量的大部分被該氣體填充)。雖然氮?dú)饪梢杂米黩?qū)替氣，但是應(yīng)當(dāng)理解，氮?dú)夂?或煙道氣可以用于本文所述的任意氣驅(qū)技術(shù)中。
[0008]如上文所解釋的那樣，裂縫性儲層非常不均勻，并且具有緊挨著低滲透區(qū)的高滲透區(qū)。因此，CO2驅(qū)技術(shù)和類似的氣驅(qū)技術(shù)與某些水驅(qū)技術(shù)相似，會遇到這樣的問題:注入的氣體傾向于僅從儲層的有限區(qū)域(例如從高滲透區(qū))中驅(qū)出石油。發(fā)生這種情況的部分原因是:在儲層條件下CO2的粘度遠(yuǎn)低于大多數(shù)石油的粘度，這將限制置換操作的波及系數(shù)(sweep efficiency),因而影響采油。
[0009]因此，一種提高氣體在含有圈閉石油的基質(zhì)巖塊中的滲透性的方案為:在壓力下將泡沫注入含油地層中。所述泡沫通常是通過將表面活性劑和水的混合物充氣而形成的。所述泡沫具有高表觀粘度和提高的粘度，這會降低水/表面活性劑溶液流到大裂縫或高滲透區(qū)中的流動性，從而有效地將所述大裂縫或高滲透區(qū)封閉，以及/或者形成阻止進(jìn)入的屏障。在這種改變的條件下，隨后導(dǎo)入的氣體(例如CO2、天然氣)轉(zhuǎn)向并且/或者能夠滲透到低滲透性多孔基質(zhì)中。在某些特定的實(shí)施方案中，儲層不是裂縫性儲層，而是具有自然產(chǎn)生的高滲透區(qū)和自然產(chǎn)生的低滲透區(qū)的含油儲層。
[0010]然而，在氣體流動性控制中使用泡沫的問題在于泡沫本身的短壽命。例如，在油田應(yīng)用中，泡沫消散相對迅速，這降低了阻塞高滲透性大裂縫的有效性并且降低了在采油中的任何增強(qiáng)效果。理想的是，有一種在諸如油田應(yīng)用的含水應(yīng)用中提高泡沫穩(wěn)定性的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本文所述的泡沫穩(wěn)定劑和/或表面活性劑的使用顯著地提高了油田處理流體或油田處理應(yīng)用的性能，特別是氣驅(qū)中的流度控制。
[0012]在某些情況中泡沫穩(wěn)定性的問題已經(jīng)通過使用合成的和天然的聚合物而得到解決；但是使用這樣的聚合物存在著缺陷。例如，由于這些聚合物具有高分子量，所以它們難以被配制成表面活性劑配制物。這些聚合物的水合作用和分散性差，聚合物(即陽離子聚合物)與常用的陰離子表面活性劑不相容，其濃度與起泡性能之間具有高度的敏感性，這導(dǎo)致難以將這些聚合物用作含水發(fā)泡溶液中發(fā)揮增強(qiáng)起泡作用的添加劑。即使是理想地加以配制，這些聚合物仍然受到泡沫膨脹的限制，這主要是由于它們向產(chǎn)生泡沫的界面擴(kuò)散的速率低而造成的。
[0013]在一個方面，本發(fā)明公開了一種用于增強(qiáng)從儲層內(nèi)的含油地層中采油的方法，包括:(a)在壓力下將發(fā)泡組合物導(dǎo)入所述含油地層中；(b)在壓力下將氣體導(dǎo)入所述含油地層中，其中所述發(fā)泡組合物的存在影響氣體在所述含油地層中的流動；以及(C)由通向所述儲層的井眼采油。所述發(fā)泡組合物可包含泡沫穩(wěn)定劑。所述泡沫穩(wěn)定劑可以為烴基二甲基甜菜堿、烴基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿、或烴基羥基磺基甜菜堿、或它們的任意組合，其中所述烴基具有大于10個碳原子或12個碳原子或在另一個實(shí)施方案中16個碳原子。在其他實(shí)施方案中，所述發(fā)泡組合物可任選地包含發(fā)泡氣體。在其他實(shí)施方案中，所述發(fā)泡組合物可包含水。在其他實(shí)施方案中，所述發(fā)泡組合物可包含選自發(fā)泡氣體、水、或者一種或多種表面活性劑或附加表面活性劑中的任意一種或組合。在一些實(shí)施方案中，在將發(fā)泡組合物導(dǎo)入儲層或含油地層之前，將所述發(fā)泡組合物的組分混合。在其他實(shí)施方案中，在不同的時間(例如依次)將所述發(fā)泡組合物的一種或多種組分注入含油地層中，從而在井下發(fā)生混合。
[0014]在另一個方面，本發(fā)明公開了用于增強(qiáng)從儲層內(nèi)的含油地層中采油的方法，包括:Ca)在壓力下將發(fā)泡組合物導(dǎo)入所述含油地層中；(b)在壓力下將氣體導(dǎo)入所述含油地層中，其中所述發(fā)泡組合物的存在影響氣體在所述含油地層中的流動；以及(C)由通向所述儲層的井眼采油，其中所述發(fā)泡組合物包含具有式(I)的泡沫穩(wěn)定劑:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種用于增強(qiáng)從儲層內(nèi)的含油地層中采油的方法，包括: (a)在壓力下將發(fā)泡組合物導(dǎo)入所述含油地層中； (b)在壓力下將氣體導(dǎo)入所述含油地層中，其中所述發(fā)泡組合物的存在影響氣體在所述含油地層中的流動；以及 (C)通過所述儲層中的井眼采油； 其中所述發(fā)泡組合物包含泡沫穩(wěn)定劑，所述泡沫穩(wěn)定劑選自烴基二甲基甜菜堿、烴基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿、或烴基羥基磺基甜菜堿，其中所述烴基的碳原子個數(shù)是介于約10至約24之間的整數(shù)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述烴基的碳原子個數(shù)是介于約12至約24之間的整數(shù)。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述烴基的碳原子個數(shù)是介于約18至約24之間的整數(shù)。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)泡組合物還包含水，并且任選地包含發(fā)泡氣體。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)泡組合物還包含一種或多種發(fā)泡劑。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中所述發(fā)泡劑選自由以下物質(zhì)構(gòu)成的組:非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑、兩性離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、以及它們的任意組合。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體選自二氧化碳、空氣、氮?dú)狻⑻烊粴?、蒸汽、煙道氣、或它們的任意組合。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述發(fā)泡組合物導(dǎo)入所述含油地層的步驟包括將所述發(fā)泡組合物導(dǎo)入位于所述含油地層內(nèi)的一個或多個高滲透區(qū)中。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述氣體導(dǎo)入所述含油地層的步驟包括將所述氣體導(dǎo)入位于所述含油地層內(nèi)的一個或多個低滲透區(qū)中。
10.一種用于增強(qiáng)從儲層內(nèi)的含油地層中采油的方法，包括: (a)在壓力下將發(fā)泡組合物導(dǎo)入所述含油地層中； (b)在壓力下將氣體導(dǎo)入所述含油地層中，其中所述發(fā)泡組合物的存在影響氣體在所述含油地層中的流動；以及 (C)通過所述儲層中的井眼采油； 其中所述發(fā)泡組合物包含具有式(I)的泡沫穩(wěn)定劑:
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述烴基的碳原子個數(shù)是介于約12至約24之間的整數(shù)。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述烴基的碳原子個數(shù)是介于約18至約24之間的整數(shù)。
13.權(quán)利要求10所述的方法，其中R1為具有式(II)的烴基酰胺基:
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中R7為具有大于約16個碳原子的直鏈或支鏈烴基。
15.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述泡沫穩(wěn)定劑具有式(III):
16.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述發(fā)泡組合物含有相對于每加侖水最高達(dá)約20磅的有機(jī)和無機(jī)鹽。
17.權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述發(fā)泡組合物導(dǎo)入所述含油地層的步驟包括將所述發(fā)泡組合物導(dǎo)入位于所述含油地層內(nèi)的一個或多個高滲透區(qū)中。
18.權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述氣體導(dǎo)入所述含油地層的步驟包括將所述氣體導(dǎo)入位于所述含油地層內(nèi)的一個或多個低滲透區(qū)中。
19.權(quán)利要求10所述的方法，還包含發(fā)泡劑，所述發(fā)泡劑選自由以下物質(zhì)構(gòu)成的組:非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑、兩性離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、以及它們的任意組合。
【文檔編號】E21B43/28GK103649459SQ201280034176
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月13日
【發(fā)明者】米克爾·莫爾萬, 馬克斯·沙貝爾, 馬努阿·S·達(dá)哈納亞克 申請人:羅地亞管理公司