CN102939354A - 用于采收反应性原油的无表面活性剂的碱-聚合物配制剂 - Google Patents

用于采收反应性原油的无表面活性剂的碱-聚合物配制剂 Download PDF

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CN102939354A CN201180025519XA CN201180025519A CN102939354A CN 102939354 A CN102939354 A CN 102939354A CN 201180025519X A CN201180025519X A CN 201180025519XA CN 201180025519 A CN201180025519 A CN 201180025519A CN 102939354 A CN102939354 A CN 102939354A
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Abstract

在本发明中描述了使用在硬水或硬盐水中的无表面活性剂的碱-聚合物体系来采油的组合物和方法。该配制剂还包括螯合剂、碱剂（其可以与所述螯合剂相同）和共溶剂。本文公开的配制剂能够原位形成表面活性剂从而产生低界面张力的Winsor类型III微乳液。

Description

用于采收反应性原油的无表面活性剂的碱-聚合物配制剂
发明的技术领域
本发明总体上涉及采油领域，更具体地涉及用于采油的新型无表面活性剂体系。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2010年5月25日提交的题为“Novel AlkalineFormulations In Hard Brine For Recovering Reactive Crude Oil”的美国临时专利申请序列No.61/347,850的优先权权益，该临时专利申请共同转让于本发明的受让人，认为其公开内容是本申请的一部分并且通过引用将其以其全文并入本申请的公开内容中。
发明背景
在不限制本发明范围的情况下，描述了其与从地下含油地层采收油有关的背景技术。本发明涉及从地下含油地层的一次后(post-primary)采油并且包括用于提高一次后采油工艺的油驱替效率的改进技术。
通常，水驱油和表面活性剂驱油是本领域公知的在一次采油操作后采收保留在地层中的大量油的方法，并且一般使用表面活性剂和表面活性剂体系用以采油。表面活性剂在长分子的两端含有疏水性部分和亲水性部分，其倾向于在以其疏水性部分在油中和其亲水性部分在水相中的界面处进行取向。为了将油从石油储层释出，一般而言，表面活性剂必须保持在界面处以降低界面张力。其必须足够重使得正常热扰动不会使其转移到一个相中或另一个相中并且能够将油和水性储层流体之间的界面张力从约30达因/厘米降低至几毫达因/厘米或更小。此外表面活性剂还必须能够以不受阻的方式移入和移出地表(surface)并且在一般意义上不起乳化剂作用，如果其起乳化剂作用，则会产生不稳定的乳状液。
开发了碱-表面活性剂-聚合物(ASP)驱油来降低油和水之间的界面张力以驱替在水驱后剩下的不连续的被圈闭的油。碱-表面活性剂-聚合物驱描述于2010年9月10日提交的共同拥有和共同未决的美国专利申请No.12/879,231中。
美国专利申请No.20080312108（Berger和Berger，2008）公开了用于从地下含油储层采收油的组合物和方法，所述组合物由绿色无毒可生物降解的聚合弱酸的强碱金属盐、一种或多种表面活性剂、水性流体、以及任选一种或多种流度控制剂和任选一种或多种共溶剂(co-solvent)组成。通过一个或多个注射井将这样的组合物注入储层中并且通过一个或多个生产井辅助采收圈闭的油。该发明中所述的组合物和方法提供了与未软化的水、表面活性剂和各种流度控制剂的改善相容性的优点。所述碱的绿色无毒、可生物降解的性能使其特别适合于环境敏感性应用例如海上和内陆湖。
Burdyn等出版的美国专利No.4,004,638(1977)教导了使用碱剂和磺酸盐表面活性剂通过水驱从地下油藏采收油。通过合适的注入***将含有选自碱金属氢氧化物和铵氢氧化物(ammonium hydroxides)的碱剂的水性初始段塞注入储层中。然后在初始段塞之后将水性表面活性剂段塞注入储层中。所述表面活性剂段塞含有磺酸盐表面活性剂和碱剂。在所述表面活性剂段塞注入后，接着注入水性驱替介质以将储层内的油置换到生产***，将所述油从该生产***采出。驱替介质的一部分可以含有流度控制目的的增稠剂。
颁发给Prukop和Chea(1990)的美国专利No.4,976,315公开了使用阴离子表面活性剂，通过将牛磺酸与所述阴离子表面活性剂共混来提高在提高采收率操作中的油采收率的方法。所述牛磺酸还可以提高阴离子表面活性剂的盐和二价离子耐受性。
对于高温应用，由于醚硫酸盐(ES)表面活性剂被认为不稳定，磺酸盐表面活性剂是唯一选择。因为磺酸盐一般比硫酸盐更昂贵，甚至认为在提高采收率(EOR)的一些情形中其成本过分地高。
颁发给Wilson和Pao(1982)的美国专利No.4,331,543描述了使用醚连接的磺酸盐表面活性剂通过水驱从地下油藏采收油的方法，其中所述表面活性剂的氧化降解通过表面活性剂溶液中厌氧条件的建立或通过氧化抑制剂的使用得以迟缓。根据‘543专利，厌氧条件可以通过机械手段例如用惰性气体洗涤注入水以除去氧或者通过使用在阻止氧进入的封闭***下进行操作的产出井水来提供。优选类别的氧化抑制剂是用作自由基链抑制剂的空间位阻酚类化合物。
颁发给Farmer等(1976)的美国专利No.3,943,160描述了水驱采油方法，其中将石油磺酸盐和烷氧基化的醇硫酸盐表面活性剂的混合物注入储层中以置换油，这通过使用在硫酸根基团的α或β碳原子上含有至少一个支链取代基的硫酸盐表面活性剂得到改进。在相对热的储层中，该改进的方法除提供硫酸盐表面活性剂的水解分解的改善稳定性外，还提供良好的驱油效率和多价金属离子相容性。
很多石油储层在水中具有若干硬度（二价阳离子），因此给所注入的化学品的水性稳定性造成大的威胁。二价阳离子与碱、表面活性剂和聚合物发生沉淀并在注入期间导致堵塞。此外，硬度尤其在低浓度的表面活性剂下对相行为具有占主要的影响(Nelson，1984)并且这可由于表面活性剂、盐水和粘土之间的离子交换而导致高的表面活性剂滞留(Hill等，1977；Hirasaki，1981)。因此，采取额外措施来测试注入的化学品与盐水的相容性。一种措施是将注入的水软化，其是在一些情形中不可行的高成本方法。
发明概述
本发明涉及使用新的无表面活性剂体系用于采油并且将其应用于高活性原油。
一般而言，在一方面，本发明的特征在于用于处理含烃地层的无表面活性剂的碱-聚合物组合物。所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物包括水，该水是硬水或硬盐水。所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物还包括螯合剂。该螯合剂在经受含烃地层的储层条件时可操作地与硬性离子形成可溶性盐。所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物还包括碱剂。该碱剂是所述螯合剂、不同的碱剂或它们的组合。该碱剂还在含烃地层的储层条件下可操作地与含烃地层中的羧酸相互作用产生原位的皂。所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物还包括共溶剂。该共溶剂呈亲水性。该共溶剂还在含烃地层的储层条件下可操作地与原位产生的皂相互作用产生最适宜的表面活性剂。所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物还包括聚合物。将所述水、螯合剂、碱剂、共溶剂和聚合物一起混合在该组合物中。
本发明的实施方式可包括一个或多个以下特征：
所述水可包括二价阳离子。所述螯合剂还可操作地用以防止二价阳离子在经受含烃地层的储层条件时发生沉淀。
所述螯合剂可以是乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA Na4)、EDTA盐、丙烯酸类聚合物、抗坏血酸、亚氨基二琥珀酸四钠、柠檬酸、二羧甲基谷氨酸、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、马来酸、次氮基三乙酸(NTA)、非极性氨基酸、甲硫氨酸、草酸、磷酸、极性氨基酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、鸟氨酸、铁载体、去铁胺B、水解羊毛、丁二酸、碱土金属氢氧化物、NaOH、KOH、LiOH、氨、Na2CO3、NaHCO3、偏硼酸钠、硅酸钠、原硅酸钠、其它聚羧酸盐、或它们的任意组合。
所述螯合剂可以是碱剂。
所述螯合剂可包括Na2CO3。
所述螯合剂可包括EDTA Na4。
所述螯合剂可包括EDTA Na4和Na2CO3。
所述螯合剂在所述组合物中的浓度可以为0.1wt%-10wt%。
所述螯合剂可以是EDTA Na4。
所述共溶剂可以是非离子共溶剂。
所述共溶剂可包括乙氧基化物。
所述共溶剂可以是短链醇、二醇醚、短链醇的衍生物以及它们的组合物和修饰物。
所述共溶剂在该组合物中的浓度可以为约0.1wt%-1wt%。
所述螯合剂在该组合物中的浓度可以为0.1wt%-10wt%。
所述共溶剂可包括C12-15-12EO。
所述C12-15-12EO在该组合物中的浓度可以为0.2wt%-0.4wt%。
所述C12-15-12EO在该组合物中的浓度可以为约0.4wt%。
所述聚合物可包括高分子量水溶性聚合物。
所述聚合物可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)聚合物和它们的组合。
所述螯合剂可包括提供碱度的非螯合性胺剂或无机碱剂。
所述碱剂可包括作为二甲基氨基丙胺、二亚乙基三胺(DETA)或另一种多亚烷基多胺的非螯合性胺。
所述水可包括选自Ca+2、Ba+2、Mg+2、Sr+2和它们的组合的离子。
所述水可包括二价阳离子。
所述螯合剂可包括EDTA Na4，并且EDTA与二价阳离子的重量比可以为至少约9:1。
所述组合物的pH可以为约10.0-约11.0。
所述组合物的pH可以为10.2-10.8。
所述储层条件可包括25℃-120℃的温度。
所述组合物能够可操作地用于在注入含烃地层时形成Winsor类型III微乳液。
所述Winsor类型III微乳液可具有小于约5毫达因/cm的界面张力。
一般而言，在另一方面，本发明的特征在于处理含烃地层以采收油的方法。该方法包括将无表面活性剂的碱-聚合物组合物注入含烃地层中。所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物包括水、螯合剂、碱剂、共溶剂和聚合物，将所述水、螯合剂、碱剂、共溶剂和聚合物一起混合在该无表面活性剂的碱-聚合物组合物中。所述水是硬水或硬盐水并且包括二价阳离子。碱剂是所述螯合剂、不同的碱剂或它们的组合。所述共溶剂呈亲水性。该方法还包括在含烃地层中原位生成表面活性剂。在该步骤期间，在将所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物注入烃地层后所述碱剂形成皂，并且所述共溶剂与原位生成的皂相互作用并产生最适宜的表面活性剂。该方法还包括从所述含烃地层采收油。
本发明的实施方式可包括一个或多个以下特征：
所述螯合剂可防止在原位产生表面活性剂期间水中的二价离子发生沉淀。
所述螯合剂可以是乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA Na4)、EDTA盐、丙烯酸类聚合物、抗坏血酸、亚氨基二琥珀酸四钠、柠檬酸、二羧甲基谷氨酸、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、马来酸、次氮基三乙酸(NTA)、非极性氨基酸、甲硫氨酸、草酸、磷酸、极性氨基酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、鸟氨酸、铁载体、去铁胺B、水解羊毛、丁二酸、碱土金属氢氧化物、NaOH、KOH、LiOH、氨、Na2CO3、NaHCO3、偏硼酸钠、硅酸钠、原硅酸钠、其它聚羧酸盐、或它们的任意组合。
所述螯合剂可以是碱剂。
所述螯合剂可包括Na2CO3。
所述螯合剂可包括EDTA Na4。
所述螯合剂可包括EDTA Na4和Na2CO3。
所述螯合剂在该组合物中的浓度可以为0.1wt%-10wt%。
所述螯合剂可以是EDTA Na4。
所述共溶剂可以是非离子的。
所述共溶剂可包括乙氧基化物。
所述共溶剂可以是短链醇、二醇醚、短链醇的衍生物以及它们的组合物和修饰物。
所述共溶剂在该组合物中的浓度可以为约0.1wt%-1wt%。
所述螯合剂在该组合物中的浓度可以为约0.1wt%-10wt%。
所述共溶剂可包括C12-15-12EO。
所述C12-15-12EO在该组合物中的浓度可以为0.2wt%-0.4wt%。
所述C12-15-12EO在该组合物中的浓度可以为约0.4wt%。
所述聚合物可包括高分子量水溶性聚合物。
所述聚合物可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)聚合物和它们的组合。
所述螯合剂可以包括提供碱度的非螯合性胺剂或无机碱剂。
所述碱剂可包括作为二甲基氨基丙胺、二亚乙基三胺(DETA)或另一种多亚烷基多胺的非螯合性胺。
所述水可包括选自Ca+2、Ba+2、Mg+2、Sr+2和它们的组合的离子。
所述螯合剂可包括EDTA Na4，并且EDTA与二价阳离子的重量比可以为至少约9:1。
所述组合物的pH可以为约10.0-约11.0。
所述组合物的pH可以为10.2-10.8。
所述储层条件可包括25℃-120℃的温度。
原位表面活性剂的生成可产生Winsor类型III微乳液。
所述Winsor类型III微乳液可具有小于约5毫达因/cm的界面张力。
附图简要描述
为了更完整地理解本发明的特征和优点，现在参照本发明的详细描述以及附图，其中：
图1是根据本发明的一些实施方案，具有用于将化学溶液注入储层中意图驱替储层以提升采油率的设备的海上石油平台的示意性描述。
图2描述了其中使用组合物来处理含烃地层的本发明的方法。
发明详述
尽管下文对本发明的各种实施方案的制备和应用进行了详细地讨论，应当认为本发明提供了许多可应用的发明构思，所述发明构思体现在很宽范围内的特定背景中。本发明所讨论的特定实施方案仅仅是对本发明的制备和应用的特定方式的示例性描述，不是对本发明的范围的限制。
配制剂和处理
本发明涉及使用新的无表面活性剂的体系用于采油并且将其应用于高活性的原油，即高酸值或更准确地高皂化值的原油，所述无表面活性剂的体系在碱性情况下原位产生高的表面活性剂（丙烯酸系（arylic）皂或其它皂）水平。当注入水是硬盐水时，使用防止Ca+2和Mg+2离子沉淀的合适螯合物剂（也称作螯合剂）引入碱度。如此生成的表面活性剂通常呈疏水性。通过使用合适的共溶剂***，开发了在硬盐水中的不含表面活性剂的配制剂，其与原油接触时，产生低界面张力(IFT)的Winsor类型III微乳液。
在处理活性油和硬盐水（即含有Ca+2、Ba+2、Mg+2或Sr+2或它们的组合且通常含有约1%-约30%总溶解固体的高盐度）时，通过仅使用共溶剂而不加入任何表面活性剂来产生低界面张力(IFT)的中间相微乳液。本发明涉及可原位产生足够量的表面活性剂（尤其是环烷系（naphthenic））的活性油，所述量可消除在提高油采收(EOR)配制剂中对任何所添加的表面活性剂的需要。
本发明将一种或多种螯合剂（例如EDTA-4Na）与硬盐水一起使用。在正确的用量水平下，该螯合剂（例如1%EDTA-4Na）提供了对Ca/Mg（例如900ppm）沉淀的足够防止。然而，作为提供泵送到井下的组合物中的表面活性剂的替代，可使用无表面活性剂的组合物并且原位生成表面活性剂。对于这样的原位表面活性剂的生成则需要碱度。因此在组合物中使用亲水性共溶剂（例如非常亲水性的乙氧基化物）。
参照图1，其示意性地描述了一个示例性海上石油平台，且通常标记为10。半潜式平台12设置在位于海床16下面的水下含烃地层14之上的正中(center)。海下管道18从平台12的甲板20延伸至包括防喷装置24的井口装置22。平台12显示具有起重装置26和钻塔28(derrick)，用于升高和降低管柱，如工作管柱30。当然，在陆地上发现有类似地层并且本发明同等地适用于于这样的地层。
井眼32延伸穿过包括含烃地层14的各种地层。套管34用水泥36胶结在井眼32中。工作管柱30可以包括各种工具，例如包括设置在井眼32中邻近含烃地层14的防砂筛组件38。也从平台12延伸通过井眼32的是流体输送管40，其具有位置邻近含烃地层14的流体或气体排放部件42，显示具有介于封隔器44、46之间的生产区48。当希望处理邻近生产区48的含烃地层14的近井眼区域时，工作管柱30和流体输送管40通过套管34下降直到防砂筛组件38和流体排放部件42的位置邻近包括穿孔50的含烃地层14的近井眼区域。然后，将本文所述的组合物从输送管40向下泵送以逐步地处理含烃地层14的近井眼区域。
图2显示了本发明组合物用于处理含烃地层以采收油的方法。在步骤201中，将无表面活性剂的碱-共溶剂-聚合物组合物泵送到井下进入含烃地层中。该组合物包括水、螯合剂、碱剂（其可与螯合剂相同）、共溶剂和聚合物。
所述水是硬水或硬盐水。如上文指出，硬水和硬盐水通常包括二价阳离子（例如Ca+2和Mg+2）。
所述螯合剂在经受储层条件时用于与硬度离子形成可溶盐。例如，所述螯合剂可包括EDTA Na4或EDTA/Na2CO3。该组合物中螯合剂的浓度通常为0.1wt%-10wt%。在本发明的一些实施方案中，所述螯合剂可以是EDTA Na4和Na2CO3的组合，并且各自的浓度为组合物的1wt%。在本发明的一些实施方案中，所述螯合剂可以是EDTA Na4并且EDTA与二价阳离子（在硬水或硬盐水中）的重量比可以为至少约9:1。其它类型的螯合剂包括乙二胺四乙酸(EDTA)、其它EDTA盐、丙烯酸类聚合物、抗坏血酸、亚氨基二琥珀酸四钠、柠檬酸、二羧甲基谷氨酸、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、马来酸、次氮基三乙酸(NTA)、非极性氨基酸、甲硫氨酸、草酸、磷酸、极性氨基酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、鸟氨酸、铁载体、去铁胺B、水解羊毛、丁二酸、碱土金属氢氧化物、NaOH、KOH、LiOH、氨、NaHCO3、偏硼酸钠、硅酸钠、原硅酸钠、其它聚羧酸盐和它们的组合。
所述共溶剂是亲水性共溶剂。例如，所述共溶剂可以是非离子共溶剂，例如乙氧基化物(如C12-15-12EO)。组合物中共溶剂的浓度通常为0.1wt%-1wt%，更典型地0.2wt%-0.4wt%。其它类型的共溶剂包括短链醇、二醇醚、短链醇的其它衍生物以及它们的组合物和修饰物。
所述碱剂可以是上文所述的螯合剂。在这种情况下，组合物中螯合剂的浓度是过量的（即螯合剂的浓度超过与硬度离子络合所需的量）。或者，所述碱剂可以与所述螯合剂（或所述螯合剂与不同的碱剂的组合）不同。例如，所述碱剂可以是非螯合性胺（例如二甲基氨基丙胺、二亚乙基三胺(DETA)和其它多亚烷基多胺）或提供该组合物中的碱度的无机碱剂。
所述聚合物可以是高分子量水溶性聚合物，例如聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)聚合物或它们的组合。
所述组合物通常呈碱性，具有约10.0-约11.0的pH。在本发明的一些实施方案中，pH为约10.2-10.8。
在步骤202中，在含烃地层中原位生成表面活性剂。所述生成是由于在含烃地层的储层条件下发生的油中的羧酸、螯合剂或其它碱和共溶剂之间的相互作用(interplay)而引起的。所述螯合剂形成盐，并且在防止硬水或硬盐水中二价离子沉淀时通常如此。所述碱产生皂类并且所述共溶剂（其呈亲水性）与原位生成的皂相互作用产生最适宜的表面活性剂。
表面活性剂的生成产生微乳液。对于油采收，最适宜的微乳液类型是Winsor类型III。这样的微乳液提供低的界面张力(IFT)，其可小于约5毫达因/厘米。
在步骤203中，从处理过的含烃地层采收油。
测试和相行为程序
相行为筛选：使用相行为研究来表征用于EOR的化学品。使用相行为作为筛选方法具有许多益处。使用相行为来确定：(1)电解液的作用；(2)油增溶(solubilization)，IFT减少，(3)微乳液密度；(4)表面活性剂和微乳液粘度；(5)聚结时间；(6)确定最佳的共溶剂配方；和/或(7)确定用于岩心驱替研究的最佳配方。
热力学稳定的相可用油、水和表面活性剂混合物形成。表面活性剂在高于临界胶束浓度(CMC)的浓度下形成胶束结构。乳状液在油-水界面处凝结成单独的相并且称作微乳液。微乳液是由表面活性剂、油和水以及可能的共溶剂和其它组分组成的富含表面活性剂的不同相。该相在其在给定温度下可返回到相同相体积的意义上是热力学稳定的。在过去一些工作者增加另外的要求，但是出于该工程研究的目的，唯一的要求将是微乳液是热力学稳定相。
可以通过保持除检查变量(scanning variable)外的所有变量不变来检查相变。检查变量随一系列移液管进行改变并且可以包括但不限于盐度、温度、化学品（表面活性剂、醇、电解质）、油（有时通过其等效烷烃碳数(EACN)进行表征）和表面活性剂结构（有时通过其亲水性-亲脂性平衡(HLB)进行表征）。
对于本发明的实施方案，检查变量是非离子共溶剂的浓度。首先由Winsor(1954)将相变表征为三个区：类型I-过油相(excess oleicphase)，类型III-水、微乳液和油相，和类型II-过水相(excess aqueousphase)。相变边界和一些普通术语为如下描述：类型I至III-下临界盐度，类型III至II-上临界盐度，油增溶比(oil solubilizationratio)(Vo/Vs)，水增溶比(water solubilization ratio)(Vw/Vs)，油和水增溶比相等时的增溶值称作最佳增溶比(σ*)，产生最佳增溶比时的电解质浓度称作最佳盐度(S*)。
储层盐水是硬的，因此使用1%EDTA-4Na来掩蔽二价离子（640ppm Ca++，260ppm Mg++），并且使用碳酸钠作为碱来原位产生表面活性剂。加入非离子共溶剂（C12-15-12EO）以提高最佳盐度。所述检查通过提高共溶剂浓聚物(concentration)的浓度来进行且因此从Winsor类型II转变到Winsor类型III再到Winsor类型I。对于这些物质和条件，通过目视观测油滴大小来寻找最佳共溶剂浓度。当与最佳之下和最佳之上的样品相比时，最佳共溶剂浓度对应于细微的油滴大小。在下表1中提供了所得到的观测结果。
表1：在35℃下使用C12-15-12EO、1%EDTA-4Na、1%Na2CO3、30%油（用11.5%十氢化萘稀释的油）的相行为汇总。
共溶剂水平(%) 微乳液类型
0.0% 类型II
0.1% 类型II
0.2% 类型III
0.3% 类型III
0.4% 类型III(最适宜)
0.5% 类型I
0.8% 类型I
1.0% 类型I
设备：使用以下材料和设备进行相行为实验。
物料平衡：使用物料平衡来测量混合物的化学属性(chemical)和确定初始岩心饱和值。
水去离子器：对于所有实验溶液使用Nanopure TM过滤器***制备去离子(DI)水。该过滤器使用再循环泵并且监测水电阻率以指示何时离子被去除。在使用前使水通过0.45微米过滤器以除去不期望的颗粒和微生物。
硼硅酸盐移液管：使用具有0.1mL刻度线的标准5mL硼硅酸盐移液管实施相行为检查以及用水溶液进行稀释实验。使用丙烷和氧气焰密封其末端。
移液管连发器(repeater)：对于大多数移液使用EppendorfRepeater
Figure GDA00002452108800121
仪器。其是经校正以释放25微升-1ml增量的手持式分配器。使用一次性吸头以避免原料之间的污染并且使操作容易和一致。
丙烷-氧气焰炬：将丙烷和氢气的混合物导引通过Bernz-O-Matic火焰喷嘴以产生约1/2英寸长的热火焰。使用该焰炬来火焰密封用于相行为实验的玻璃移液管。
对流烘箱：使用若干对流烘箱以建立(incubate)在储层温度下的相行为和岩心驱替实验。将相行为移液管主要保存在用水银温度计和烘箱温度表监测的Blue M and Memmert烘箱中以确保使温度波动保持处于记录值(recording)之间的最小程度。
pH计：使用具有pH电极的ORION研究型701/数字离子分析器来测量大多数水性样品的pH以获得较为准确的读数。其用4.0、7.0和10.0pH溶液进行校正。对于pH的粗略测量，以几滴采样流体来使用试纸。
相行为计算：可以由从相行为移液管获得的界面测量值计算油和水增溶比。在该特殊情形中不涉及计算，通过目视观测确定最适宜的条件。
相行为方法学：此处描述了用于实施、测量和记录观测结果的方法。使用上文论述的方法进行检查。将油加入到大多数溶液中以察看是否形成微乳液，其形成和如果其形成时进行平衡所花费多长时间，所形成的微乳液为何种类型，和其若干性质例如粘度。然而，没有加入油的水性混合物的行为也是重要的并且还在一些情形中对于确定水溶液是否透明和随时间是否稳定、变浑浊或分离成多于一个相是重要的。
样品的制备：相行为样品通过如下制得：首先制备共溶剂原液，将它们与盐水原液合并以在检查范围内观测该混合物的行为。
共溶剂溶液制备：共溶剂料基于活性物质重量%计。共溶剂和去离子水(DI)的质量按平衡测量出并且在玻璃瓶中使用磁性搅拌棒进行混合。在混合表单(sheet)上记录加入顺序以及所加入的实际质量和最终溶液的pH。为了进行检查，在必要的重量百分数浓度下制得盐水溶液。
聚合物料：通常这些物料相当粘并使得移液变得困难，因此用去离子水将它们进行稀释以相应地提高处理的容易程度。具有聚合物的混合物仅针对表现出良好行为且有益于(merite)岩心驱替中可能测试的另外研究的那些配方来制备。结果，限制了包括聚合物的检查，因为它们仅作为相容性的最终评价来进行。
移液程序：使用Eppendorf Repeater Plus或类似的移液仪器将相行为组分按体积(volumetrically)加入到5ml移液管中。将共溶剂和盐水料与DI水混合到标定的移液管中并且达到搅拌之前的温度。几乎所有相行为实验在初始以1:1的水油比(WOR)（其涉及将2ml水相与2ml所评价的原油或烃混合）来进行，并且相应地混合不同的WOR实验。表1中所示的就所述实验给出的数据是对于30%油（11.5%十氢化萘）的情况。典型的相行为检查由10-20个移液管组成，每个移液管认为是成系列的数据点。
加入顺序：必须考虑组分的加入，因为浓缩物通常是最终浓度的若干倍。因此，对顺序进行确定以防止由聚合物与浓缩的电解液直接接触造成的任何不利影响。所需样品组合物通过将原料以如下顺序合并来制备：(1)盐水原液；(2)去离子水；(3)共溶剂料；(4)聚合物料；和(5)原油或烃。轻敲出在移液管底部中截留的任何空气气泡（在加入表面活性剂之前以避免气泡形成）。
初始观测结果。一旦将所述组分加入到移液管中，分配足够的时间以使所有流体从侧部流淌下。然后在加入油之前记录水性流体的高度。将这些测量值标记在记录单上。在若干天内将高度和界面记录在这些具有注释的文件上，如必要可打印另外的纸页。
密封和混合：用氩气覆盖移液管以防止存在的任何挥发性气体被火焰密封工序引燃。然后用丙烷-氧气焰炬将这些管密封以防止当置于烘箱中时失去另外的挥发物。将移液管排列在架子上以与检查变量的变化一致。一旦给予相行为检查足够的时间（15-30分钟）以达到储层温度，则将移液管颠倒若干次以提供充分的混合。通过观察液滴大小(droplet size)和混合物表现得如何均匀，就混合时的低张力对所述管进行观测。
测量值和观测结果：在设定到进行测试的原油的储层温度的烘箱中使相行为实验达到平衡。对于所有移液管，随时间目视观测混合时的油滴大小，并确定最适宜的条件。
可预期到本说明书所讨论的任何实施方案可以就本发明的任何方法、套件、试剂或组合物来实施，反之亦然。此外，本发明的组合物可用于实现本发明的方法。
应当理解，本文所述的特定实施方案是示例性的，而不是对本发明的限制。本发明的主要特征可用于各种实施方案中，而不背离本发明的范围。本领域技术人员将认识到或者能够确定，仅仅采用常规的试验手段，可以获得本文所述的特定步骤的许多等同方式。应当认为，这些等同方式处于本发明的范围之内，并且被权利要求书所覆盖。
本说明书中提及的任何专利或出版物表示本发明所属领域技术人员的水平。所有出版物和专利申请通过引用并入本文的程度，如同专门和单独指出每一篇单独的出版物都通过引用并入。
根据本公开，不通过过度的实验方法，可以进行和完成此处所有公开和要求的组合物和/或方法。尽管本发明的组合物和方法已经以优选的实施方案描述，在不偏离本发明的概念、精神和范围的情况下，将变化而应用于此处所描述的组合物和/或方法以及方法步骤或方法步骤的次序中，对本领域技术人员来说是显而易见的。认为对本领域技术人员而言显而易见的所有这样相似的替代和改变都是在所附的权利要求限定的发明的精神、范围和概念之内。
定义
为了更容易理解本发明，下文将对许多术语进行定义。此处所定义的术语具有与本发明相关的领域中的普通技术人员所通常理解的含义。
对于处理含烃地层和/或井眼的方法，术语“处理”包括使用本领域中已知的任何合适方式（例如将化学品泵吸、注射、灌注、释放、置换、钻定心孔(spotting)或者循环到井、井眼或含烃地层中）将化学品（例如含氟化合物、阳离子聚合物或缓蚀抑制剂）置于含烃地层内。
术语“聚合物”是指具有基本上包括多个重复结构单元的分子，该重复单元实际上或概念上是由相对低分子量的分子衍生而来。术语“聚合物”包括“低聚物”。
术语“键合”是指具有共价键、氢键、离子键、范德华相互作用、π相互作用、伦敦力或静电相互作用中的至少一种。
应用于井的术语“产能”是指井生产烃的能力；即烃流速与压降的比值，其中所述压降是平均储层压力与井孔底流压之差（即每单位驱动力下的流量）。
除非另有规定，“烷基基团”和前缀“烷基-”包括具有至多30个碳原子（在一些实施方案中至多20、15、12、10、8、7、6或5个碳原子）的直链基团、支链基团以及环状基团在内。环状基团可以是单环或多环，并且在一些实施方案中具有3-10环碳原子。
“亚烷基”是指上述定义的“烷基”基团的二价形式。
“芳基亚烷基”是指连接到芳基的“亚烷基”部分。
如本文所使用的术语“芳基”包括碳环芳族环或环体系，例如具有1、2或3个环并且在环中任选含有至少一个杂原子（例如O、S或N）。芳基的实例包括苯基、萘基、联苯基、芴基以及呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基、吲哚基、异吲哚基、***基、吡咯基、四唑基、咪唑基、吡唑基、噁唑基和噻唑基。
“亚芳基”是指上述定义的“芳基”基团的二价形式。
术语“一”、“一个”和“所述”，不是仅仅指代单个的实体，而是包括总类，采用所述总类中的一个具体例子进行示意。本发明的术语是用于描述本发明的特定的实施方案，但是除了如权利要求书所述的之外，采用它们的目的不是为了限定本发明。
所用的措辞“一”，当在权利要求书和/或说明书中与术语“包括”一起使用时，可以表示“一个”，但是也和“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义相同。权利要求书中所用的术语“或者”用来指代“和/或”，除非明确指出其指代的仅仅是可选择的方式或者互相排斥的可选择的方式，尽管公开的内容支持仅仅为可选择的方式和“和/或”这两种定义。在整个本申请中，术语“约”用于表示数值包括装置、用于确定该数值的方法或研究项目之间存在的变动的固有误差变动。
本说明书和权利要求书中使用的措辞“包含”(以及任何形式的包含)、“具有”(以及任何形式的具有)、“包括”(以及任何形式的包括)或“含有”(以及任何形式的含有)是包含性质的或者开放式的，不排除其它未陈述的要素或方法步骤。
本文所用的术语“或其组合”是指该术语之前所列的各项目的所有的排列和组合。例如，“A、B、C、或其组合”是指包括下述中的至少一种：A、B、C、AB、AC、BC、或ABC；如果在特定的上下文中，次序很重要的话，还指代BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC、或CAB。继续该实例，明显包括含有如下组合，所述组合包括含有一种或多种项目或项的重复，如BB、AAA、MB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。本领域技术人员将会认识到，典型地，任意组合种的项目或项的数量没有限制，除非上下文另有明示。

Claims (57)

1.用于处理含烃地层的无表面活性剂的碱-聚合物组合物，所述组合物包含
(a)选自硬水和硬盐水的水；
(b)螯合剂，其中该螯合剂在经受含烃地层的储层条件时可操作地与硬性离子形成可溶性盐；
(c)碱剂，其中
(i)该碱剂是所述螯合剂、不同的碱剂或它们的组合，以及
(ii)该碱剂在含烃地层的储层条件下可操作地与含烃地层中的羧酸相互作用产生原位的皂；
(d)共溶剂，其中
(i)该共溶剂呈亲水性，
(ii)该共溶剂在含烃地层的储层条件下可操作地与所述原位产生的皂相互作用产生最适宜的表面活性剂；以及
(e)聚合物，其中将所述水、螯合剂、碱剂、共溶剂和聚合物一起混合在该组合物中。
2.权利要求1的组合物，其中所述水包含二价阳离子，并且所述螯合剂还可操作地用以防止二价阳离子在经受含烃地层的储层条件时发生沉淀。
3.权利要求1的组合物，其中所述螯合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA Na4)、EDTA盐、丙烯酸类聚合物、抗坏血酸、亚氨基二琥珀酸四钠、柠檬酸、二羧甲基谷氨酸、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、马来酸、次氮基三乙酸(NTA)、非极性氨基酸、甲硫氨酸、草酸、磷酸、极性氨基酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、鸟氨酸、铁载体、去铁胺B、水解羊毛、丁二酸、碱土金属氢氧化物、NaOH、KOH、LiOH、氨、Na2CO3、NaHCO3、偏硼酸钠、硅酸钠、原硅酸钠、其它聚羧酸盐和它们的任意组合。
4.权利要求1的组合物，其中所述螯合剂是碱剂。
5.权利要求1的组合物，其中所述螯合剂包含Na2CO3。
6.权利要求1的组合物，其中所述螯合剂包含EDTA Na4。
7.权利要求1的组合物，其中所述螯合剂包含EDTA Na4和Na2CO3。
8.权利要求1的组合物，其中所述螯合剂在该组合物中的浓度为0.1wt%-10wt%。
9.权利要求8的组合物，其中所述螯合剂包含EDTA Na4。
10.权利要求1的组合物，其中所述共溶剂是非离子共溶剂。
11.权利要求1的组合物，其中所述共溶剂包含乙氧基化物。
12.权利要求1的组合物，其中所述共溶剂选自短链醇、二醇醚、短链醇的衍生物以及它们的组合物和修饰物。
13.权利要求1的组合物，其中所述共溶剂在该组合物中的浓度为约0.1wt%-1wt%。
14.权利要求13的组合物，其中所述螯合剂在该组合物中的浓度为0.1wt%-10wt%。
15.权利要求1的组合物，其中所述共溶剂包含C12-15-12EO。
16.权利要求15的组合物，其中所述C12-15-12EO在该组合物中的浓度为0.2wt%-0.4wt%。
17.权利要求15的组合物，其中所述C12-15-12EO在该组合物中的浓度为约0.4wt%。
18.权利要求1的组合物，其中所述聚合物包含高分子量水溶性聚合物。
19.权利要求1的组合物，其中所述聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)聚合物和它们的组合。
20.权利要求1的组合物，该所述碱剂包含提供碱度的非螯合性胺或无机碱剂。
21.权利要求1的组合物，其中所述碱剂包含选自二甲基氨基丙胺、二亚乙基三胺(DETA)和其它多亚烷基多胺的非螯合性胺。
22.权利要求1的组合物，其中所述水包含选自Ca+2、Ba+2、Mg+2、Sr+2和它们的组合的离子。
23.权利要求1的组合物，其中所述水包含二价阳离子。
24.权利要求23的组合物，其中所述螯合剂包含EDTA Na4并且EDTA与二价阳离子的重量比为至少约9:1。
25.权利要求1的组合物，其中该组合物的pH为约10.0-约11.0。
26.权利要求1的组合物，其中该组合物的pH为10.2-10.8。
27.权利要求1的组合物，其中所述储层条件包括25℃-120℃的温度。
28.权利要求1的组合物，其中该组合物可操作地用于在注入含烃地层时形成Winsor类型III微乳液。
29.权利要求28的组合物，其中所述Winsor类型III微乳液具有小于约5毫达因/cm的界面张力。
30.处理含烃地层以采收油的方法，该方法包括：
(a)将无表面活性剂的碱-聚合物组合物注入含烃地层中，其中所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物包含
(i)水，其中
(A)所述水选自硬水和硬盐水，和
(B)所述水包含二价阳离子，
(ii)螯合剂，
(iii)碱剂，其中该碱剂是所述螯合剂、不同的碱剂或它们的组合，
(iv)共溶剂，其中该共溶剂呈亲水性，和
(v)聚合物，其中将所述水、螯合剂、共溶剂、碱剂和聚合物一起混合在该无表面活性剂的碱-聚合物组合物中；
(b)在含烃地层中原位生成表面活性剂，其中
(i)在将所述无表面活性剂的碱-聚合物组合物注入烃地层后所述碱剂形成皂，和
(ii)所述共溶剂与所述原位生成的皂相互作用并产生最适宜的表面活性剂；以及
(c)从所述含烃地层采收油。
31.权利要求30的方法，其中所述螯合剂防止在原位产生表面活性剂期间水中的二价离子发生沉淀。
32.权利要求30的方法，其中所述螯合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA Na4)、EDTA盐、丙烯酸类聚合物、抗坏血酸、亚氨基二琥珀酸四钠、柠檬酸、二羧甲基谷氨酸、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、马来酸、次氮基三乙酸(NTA)、非极性氨基酸、甲硫氨酸、草酸、磷酸、极性氨基酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、鸟氨酸、铁载体、去铁胺B、水解羊毛、丁二酸、碱土金属氢氧化物、NaOH、KOH、LiOH、氨、Na2CO3、NaHCO3、偏硼酸钠、硅酸钠、原硅酸钠、其它聚羧酸盐、和它们的任意组合。
33.权利要求30的方法，其中所述螯合剂是碱剂。
34.权利要求30的方法，其中所述螯合剂包含Na2CO3。
35.权利要求30的方法，其中所述螯合剂包含EDTA Na4。
36.权利要求30的方法，其中所述螯合剂包含EDTA Na4和Na2CO3。
37.权利要求30的方法，其中所述螯合剂在该组合物中的浓度为0.1wt%-10wt%。
38.权利要求37的方法，其中所述螯合剂包含EDTA Na4。
39.权利要求30的方法，其中所述共溶剂是非离子的。
40.权利要求30的方法，其中所述共溶剂包含乙氧基化物。
41.权利要求30的方法，其中所述共溶剂选自短链醇、二醇醚、短链醇的其它烷氧基化物以及它们的组合物和修饰物。
42.权利要求30的方法，其中所述共溶剂在该无表面活性剂的碱-聚合物组合物中的浓度为约0.1wt%-1wt%。
43.权利要求42的方法，其中所述螯合剂在该无表面活性剂的碱-聚合物组合物中的浓度为0.1wt%-10wt%。
44.权利要求30的方法，其中所述共溶剂是C12-15-12EO。
45.权利要求44的方法，其中所述C12-15-12EO在该无表面活性剂的碱-聚合物组合物中的浓度为0.2wt%-0.4wt%。
46.权利要求44的方法，其中所述C12-15-12EO在该无表面活性剂的碱-聚合物组合物中的浓度为约0.4wt%。
47.权利要求30的方法，其中所述聚合物是高分子量水溶性聚合物。
48.权利要求47的方法，其中所述聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺的共聚物、部分水解的聚丙烯酰胺(HPAM)聚合物和它们的组合。
49.权利要求30的方法，其中所述碱剂包含提供碱度的非螯合性胺或无机碱剂。
50.权利要求30的方法，其中所述碱剂包含选自二甲基氨基丙胺、二亚乙基三胺(DETA)和其它多亚烷基多胺的非螯合性胺。
51.权利要求30的方法，其中所述二价离子选自Ca+2、Ba+2、Mg+2、Sr+2和它们的组合。
52.权利要求30的方法，其中所述螯合剂包含EDTA Na4并且EDTA与二价阳离子的重量比为至少约9:1。
53.权利要求30的方法，其中该无表面活性剂的碱-聚合物组合物的pH为约10.0-约11.0。
54.权利要求30的方法，其中该无表面活性剂的碱-聚合物组合物的pH为10.2-10.8。
55.权利要求30的方法，其中所述井下条件包括25℃-120℃的含烃地层温度。
56.权利要求30的方法，其中原位表面活性剂的生成产生Winsor类型III微乳液。
57.权利要求56的组合物，其中所述Winsor类型III微乳液具有小于约5毫达因/cm的界面张力。
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