生产重油和沥青中的组合物和使用该组合物的方法

专利名称：生产重油和沥青中的组合物和使用该组合物的方法
技术领域：
本发明通常涉及重油和沥青采出(recovery)的领域，更具体地涉及 用于从含有重油和沥青的油层(reservior)中生产重油和沥青的组合物 和4吏用该组合物的方法。
背景技术：
沥青质(asphaltene)是沥青最重的和最具极性的馏分，且被定义成 这样的馏分可溶于芳香溶剂如甲苯或苯，且在添加n-烷烃如n-庚烷 或n-戊烷时从油样品中沉淀。由于源青质的复杂结构，已经证明难以 确定原油中沥青质的性质。部分原因是沥青质是可溶性一类的且不是 纯的组分。它们由上万种化学物种组成且组合物没有被很好的定义。 此外，它们似乎彼此以及与其他油组合物以复杂的方式相互作用。有 人提出沥青质以胶体颗粒的形式(Pfieffer and Saal, 1940; Dickie and Yen, 1967)、以胶束或反胶束的形式(Storm and Sheu， 1994),或以非理 想溶液中的大分子(Hiershberg等，1984)的形式存在。基于原油中沥青 质的被识别的结构，这些提出的结构导致不同的建模方法。
在稳定的原油中，沥青质与油的其他组分处于热力学平衡。然而 沥青质可因为由于体系的压力、温度或组成的改变而引起热力学平衡 破坏，从而沉淀。换句话说，组成变化和操作变化可影响沥青质在油
中的溶解度并引起沥青质的沉淀。为了让液体(油)溶解溶质(沥青质)， 液体和固体分子之间的相互作用应该与液体分子之间的相互作用一样
强。溶解度参数，或宁可说是溶解度参数之间的区别是溶质在溶剂中 的溶解度的良好量度。溶解度参数是一种内聚(cohesion)参数，其描述 了浓缩材料中分子之间的相互作用。然而，具有相似溶解度参数的溶 剂由于其分子的性质可具有不同的溶剂化能力。这种区别通过Hansen 溶解度参数(Hansen等，1967)进行了最好地描述，该参数是解释分子 性质的扩散、极性和氢键溶解度参数的结合。注意到这一点也很重要 假设两种液体完全混溶，液体混合物的溶解度参数与每种液体的量成 比例。考虑到这种性质，可制备溶剂的"鸡尾酒"以具备特定的溶解度 参数，从而确保溶质的溶解能力，同时提供其他性质如用于降粘的相
对低的表面张力。
众所周知，轻质烃如丙烷、丁烷等混合时不仅引起沥青质的沉淀 而且引起树脂不稳定性。芳香化合物如甲苯、二曱苯等，以及一些其
他溶剂如cs2是真正的沥青质溶剂。换句话说，沥青质固体溶于这些溶剂。
重油和沥青非常粘且难于从油层中采出。降低重油粘度的一种方
法是在其露点压力通过水平井注射烃蒸气，例如注射n-丁烷。然后稀 释的油通过重力作用从注射器下方的另一个水平井生产出来。这种方 法被称作蒸气萃取或"vapex"。蒸气萃取在实验室规模已经被研究了十 多年，但该方法的商业应用受到局限。限制因素的一个是固体沥青质 在油层和/或流水线中的沉淀和沉积。前面提到的蒸气萃取方法的主要
性 文变，而且更严重的 一 个生产问题是油层^道(也叫油 罢孔隙)的封 堵。在本领域称此为地层(formation)破坏。如果封堵，油层不能在合适 的位置产出否则可采出的油。
热方法例如蒸汽注射和循环蒸汽刺激被用来重油采出已经五十多 年。然而，热方法(包括蒸汽)日益受到油层条件和环境问题的挑战。对 于薄油层(thin reservoir),损失到相邻地层的热量可能高的惊人。下面 有蓄水层、断层或水敏性粘土(sensitive clay)的油层也不适合蒸汽注 射。另一个限制性因素是油层深度。如果油层太深，蒸汽温度就必须 得高，这导致高的热损失并引起更多工具的机械问题。 一个更严重的 问题是水的使用和污染，否则这些水将用于农业或其他民用目的。因 此，更严格的法律的出台以使得能源工业控制/限制水的使用。
用于重油采出的蒸气注射可能由于缺乏合适的油层或者环境约束/ 规定最终变得不引人注意。因此热采出方法的替代是必要的。上面讨 论的蒸气萃取方法是蒸汽辅助重力泄油(SAGD)方法的一个变化，但其 有诸多实施问题，诸如上述讨论的，即油层和流道中的固体沥青质沉 淀和/或沉积。所以，需要一种实用的方法以在^^用vapex方法时，降 低/减轻沉淀/沉积的沥青质的负面效果。
美国专利6，357，526(Abdel-Halim等)讨论重油和沥青的现场提质。 其他相关专利包括以下授权于Ormat， Inc.的与原油脱沥青技术有关的 专利5，804，060、 5,814,286、 5，843，302、 5，914，010、 5,919,355、 5,944,984、
5,976,361、 6,183,627、 6，274，003、 6，274，032、 6,365,038。
美国专利5，100，531讨论沥青或沥青质精炼抗污剂技术，其包括烷 基取代的酴醛液体树脂联合亲水-亲脂乙烯基聚合物在原油或原油馏分 物流中的使用。当加入到含有沥青或沥青质的原油物流中以防止金属 或其他即陶资表面、特别是热传递表面结垢时，提到聚合抗污剂。

发明内容
根据本发明，描述了在从地下含烃的地质学地层或油层生产含沥 青质材料如重油和/或沥青时的组合物和使用该组合物的方法，其减少 或克服了使用之前已知的组合物和方法的问题。
本发明的一个方面是包含沥青质溶剂和降粘剂的组合物，沥青质 溶剂和降粘剂以 一定比例存在从而显著降低含沥青质材料(如重油、沥 青等)的粘度，同时当混合或者接触含沥青质材料时，基本上消除在油 层、生产管线(production tubing)或二者中沥青质的沉积。在某些实施 方案中，降粘剂可为烃蒸气或气体(在室温和常压)而沥青质溶剂可包含 曱苯或甲苯等价物，这些组合物可被称作用于蒸气萃取方法的超溶 剂。本发明组合物在油层条件下(约5MPa和293K)可具有大摩尔体积 以最大化稀释的重油的重力效果从而泄油。本发明的组合物在油层条 件下和/或在注射压力和温度下能够以单蒸气相或以超临界态存在，且 在环境温度可具有高蒸气压(至少和异辛烷一样高)，使得能够简单地通 过降压、任选加热，循环来自采出(recovered)油的组合物。
本发明的组合物包括其中在高于约273K温度下沥青质溶剂和降 粘剂至少部分混溶的那些。沥青质溶剂和降粘剂能够以约lOO:l-约 1:100或约10:1國约1:10的体积或摩尔比存在。
本发明的其他组合物是其中降粘剂选自下列的那些具有1-约20 个碳原子的直链、支链和环状烷烃、具有1-约20个碳原子的单烯烃、 二氧化碳、吡咯烷酮如n-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和其组合。某些有用 的降粘剂可为石蜡族的特征。某些实施方案可包括具有约3-约8个碳 原子的n-烷烃如丙烷。减阻剂如天然的和合成的表面活性剂可用于某 些实施方案，其中"天然的"在本文中指在粗重油或沥青中存在的化学 物质。表面活性剂可选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非 离子表面活性剂、两性表面活性剂和它们的两种或更多种的结合。本
文中给出了实例。
沥青质溶剂可选自包括苯和属于下列通式(I)的苯衍生化合物以及
它们的盐和混合物的组合物
其中R、R6， W和I^包括在内，为独立选自下列的基团氢、羟 基、卣素、硝酸盐、胺、硫酸盐、羧基、酰胺等；直链和支链烷基取 代基、芳香族取代基、环状取代基、烷芳基取代基、芳烷基取代基或 它们的混合物；且其中每个R基团可包含l-30个碳原子。实例包括甲 苯和甲苯等价物，例如苯、二曱苯(邻、间、对)、苯乙烯、甲基苯和它 们的混合物。本文所用的术语苯衍生物是指在中心苯核上连接1-6个取 代基的化合物。多环芳香烃如萘、蒽和菲也可存在。天然和/或合成树 脂、树脂芳香化合物等也可是有用的沥青质溶剂。
本发明的另一方面是方法， 一种方法，其包括在地下的地质学地 层中，强制本发明的组合物接触含沥青质的烃，并在足以基本上消除 沥青质在地层中沉积的条件下，从地层生产包含至少一些本发明的组 合物和含沥青质的烃的产物组合物。
总之，本发明的组合物和方法可展示很多相对现有SAGD方法的 优势，即(与SAGD方法比较)较低能量消耗、低热损失更好的保护环 境、不使用或很少使用水、较少C02生成、没有由粘土膨胀引起的地 层损坏、较少注射需求量和较低的投资与操作成本。另外，本发明的 组合物和方法可在地表使用较为简单的溶剂/蒸气循环，且与之前的蒸 气萃取方法相比，其展示很少或没有沥青质在油层和/或生产管线中的 沉淀。
通过研习本发明详述和其后的权利要求，本发明的組合物和方法 将变得更显而易见。
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文中给出了实例。200710126227.0
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文中给出了实例。
沥青质溶剂可选自包括苯和属于下列通式(I)的苯衍生化合物以及
它们的盐和混合物的组合物
其中R、R6， W和I^包括在内，为独立选自下列的基团氢、羟 基、卣素、硝酸盐、胺、硫酸盐、羧基、酰胺等；直链和支链烷基取 代基、芳香族取代基、环状取代基、烷芳基取代基、芳烷基取代基或 它们的混合物；且其中每个R基团可包含l-30个碳原子。实例包括甲 苯和甲苯等价物，例如苯、二曱苯(邻、间、对)、苯乙烯、甲基苯和它 们的混合物。本文所用的术语苯衍生物是指在中心苯核上连接1-6个取 代基的化合物。多环芳香烃如萘、蒽和菲也可存在。天然和/或合成树 脂、树脂芳香化合物等也可是有用的沥青质溶剂。
本发明的另一方面是方法， 一种方法，其包括在地下的地质学地 层中，强制本发明的组合物接触含沥青质的烃，并在足以基本上消除 沥青质在地层中沉积的条件下，从地层生产包含至少一些本发明的组 合物和含沥青质的烃的产物组合物。
总之，本发明的组合物和方法可展示很多相对现有SAGD方法的 优势，即(与SAGD方法比较)较低能量消耗、低热损失更好的保护环 境、不使用或很少使用水、较少C02生成、没有由粘土膨胀引起的地 层损坏、较


本发明的目的和其他期望的特征可获得的方式在下面的描述和附
图中被说明，其中
图1是本发明的一种方法的工艺流程示意图，包括使沥青质溶剂 和降粘剂循环到单独的罐，以及其他任选的部件。
然而必须指出，附图不是用来仅仅衡量和阐述本发明典型的实施 方案，因此不应被看成限制本发明的范围，因为本发明可认可其它等 效实施方案。
具体实施例方式
在下面的描述中，陈列出很多细节以提供对本发明的理解。然而，
述的实施方案二:多变化或修改;可能"。、、
随着传统原油供应的枯竭，从油砂提取沥青已经成为更具吸引力 的非传统原油资源。美国和加拿大具有世界上最大的油砂储量，估计 分别为581亿桶和1.6万亿桶。油砂所含的沥青是高粘性的，具1-10 API 度。除了污染物如固体、沥青质、羧基化合物和其他有机酸、盐、杂 原子如硫、氮和氧以及重金属，沥青主要由蒸馏物和减压瓦斯油馏分 组成。沥青必须首先从油砂中分离出来，然后提质后才能用作精炼原 料。
三种主要的沥青采出技术包括露天采矿、原位蒸汽辅助重力泄油 (SAGD)和热处理。SAGD被商业化证实并用来采出用露天采矿不可得 的沥青。然而，此方法要求大量蒸汽且为高耗能的。热处理如真空热 解正在研究和开发中。该方法比另两种方法产生较少的环境污染但消 耗大量能量。露天采矿被广泛的商业化应用，并在本文中讨论。
露天采矿目前用于从油砂采出沥青，包括方法步骤如油砂采矿、 沥青萃取和沥青分离。然后沥青产物被送去提质。萃取和分离的两个 主要程序包括l)水萃取，其用热水和苛性碱从沙中洗涤沥青并对其进 行浮选；2)有机溶剂萃取，其使用有机溶剂以从油砂表面溶解沥青。溶 剂萃取方法的劣势来自于露天采矿的油砂，包括由溶剂的损失引起环
境污染；溶剂库存的存储；萃取之后需要大量水以从砂里去除溶剂； 工艺的规模扩大有困难。热水萃取方法在加拿大被Syncrude Canada
Ud.采用。该方法的描述基于来自Syncrude网站的信息，油砂首先被 热水和苛性碱洗涤以形成由沥青、水和固体组成的三相悬浮液。已被 石脑油稀释的悬浮液(其还可包括或可不包括乳化层)进入包括重力分 离、浮选、离心和蒸馏的分离系统，其中沥青、固体、水和石脑油彼 此分离。如果热水萃取和分离运行成功，沥青产物将含很低浓度的固 体和水，且将易于下游通过焦化或加氢裂化来提质。通过提质工艺， 人造原油被生产出来。然而，在萃取和分离步骤存在各种问题，其可 导致沥青、固体和水的无效分离，其结果可能是大量水的使用和在 尾矿池中的处理；环境污染；高能量消耗；不可接受的沥青质量。
在加拿大使用原位技术的首个商业化原油-沥青生产项目始于 1978年。原位生产技术的传统应用包括在油砂中钻井和萃取沥青，几 乎把其当作传统的原油。水平井技术的成熟和蒸汽辅助重力泄油 (SAGD)萃取技术的发展使原位生产工业经受了一次革命。有了 SAGD 技术，在同一个油层中钻两个水平井， 一个正好在另一个的上方。注 射蒸汽到上面的井，其加热了周围类似焦油的沥青且使其在重力帮助 下泄油到下面的井的井筒(wellbore)。
虽然用SAGD技术钻井的成本比传统垂直井高很多，但是水平井 的生产能力却显著提高。
用于生产和提质重油和沥青的分离单元(separation train)被Kerr 等报道，见"The Long Lake Project 一 The First Field Integration of SAGD and Upgrading", Soc of Pet. Engrs" SPE/PS-CIM/CHOA，其发 表于 2002 SPE International Thermal Operations and Heavy Oil Symposium and International Horizontal Well Technology Conference, Calgary, Alberta， Canada, 2002/11/4-7(在本文中，在Kerr等之后)。该 出版物比较详细解释了用于提质重油和沥青的OrCrudeTM工艺，显然 是OPTI Canada Inc.和Nexen Inc.的联合成就。如其中所述，该方法从 SAGD生产出轻质、脱硫人造原油，使用的提质方法包括蒸馏和溶剂 脱沥青，结合部分提质沥青和生产沥青质副产物。部分提质的沥青随 后在加氢裂化器中处理以生产所谓高级人造原油。将沥青质进料到沥 青质气化系统以生产用于加氢裂化器的氢气和用于SAGD工艺的合成 气燃料。在如此的方法中，粗重油中更高浓度的沥青质将能够生产更 多的用于加氢裂化器的氢气和用于SAGD工艺的合成气燃料。因此， 本发明的组合物和方法可用于整合的SAGD、人造原油、蒸气萃取方 法，且对于很深和/或薄油层可完全替代SAGD。
现有的蒸气萃取组合物和方法的主要缺点是在生产过程中沥青质 在油层中的沉淀不仅引起油层岩石的润湿性改变，而且更严重的生产 问题是油层流道(也叫油层孔隙)的封堵。如果封堵，油层不能在适当的 位置生产否则可采出的油。因此需要一种实际的方法以降低/减轻当使 用蒸气萃取方法时沉淀/沉积的沥青质的不利影响。
本发明的一个特点是使一种或多种沥青质溶剂，如芳香/极性(甲苯 等价物)溶剂，与一种或多种降粘剂如轻质n-烷烃，以蒸气/溶剂混合物 的形式结合，这可被称为超溶剂混合物。n-烷烃和类似混合物如一些支 链烷烃和一些烯烃和其他化合物如二氧化碳、n-甲基-2-吡咯垸酮等通 常比芳香溶剂具有较低的表面张力。低表面张力使得它们成为重油降 粘很好的候选物质。同时n-烷烃等引起沥青质沉淀，其可导致沉积和 油层堵塞。另一方面，芳香溶剂维持沥青质在油中的溶解度但是不如 n-烷烃等在降粘方面那么有效。如果芳香/极性溶剂和降粘剂如n-烷烃 按受控比例混合，产生的混合物可利用芳香/极性溶剂的溶解能力和n-烷烃和类似组分的降粘作用。本发明的组合物，在蒸气萃取方法中运 用时，在油的粘度降低的同时使沥青质稳定，然后可被采出。
由于本发明的组合物用于油层注射，它们可具下列性质在油层 条件(约5MPa和293K)具有大摩尔体积以最大化稀释的重油的重力效 果从而泄油；在油层条件或注射压力和温度，组合物可为单蒸气相或 为超临界态；组合物可在环境温度具有高蒸气压以能够简单地通过减 小压力从采出的油中轻松的循环本发明的组合物。本发明的组合物足 以消除沥青质固体的沉淀，且减少重油和沥青的粘度。
而且，由于将本发明的组合物用于蒸气萃取方法和尤其是用于通 过管道运输采出/稀释的油的成本可能相对较高，本发明一个任选特征 是包括溶剂和降粘剂的回收和再循环过程，这样相应的成本将被考虑 作为资本支出。这可利用本发明组合物和重油(即最终目的地的蒸馏设 备)沸点的不同而轻易实现。实际上，类似方法目前在加拿大被重油工 业用来使用石脑油而运输重油。
本发明有用的组合物包括至少 一 种降粘剂，其功能为降低油层、 生产管线、地表设备等中的重油和沥青的粘度。在很多实施方案中，
它们在性质上可被认为是石蜡族(paraffinic)的。本发明中有用的降粘剂 可选自具有l-20个碳原子的直链、支链和环状烷烃，如丙烷、n-丁烷、 n-戊烷、n-己烷、n-庚烷、n-辛烷、异丁烷、异戊烷、异己烷、异庚烷、 异辛烷和环己烷；具有l-20个碳原子的单烯烃，如1，2-丁烯、2，3-丁烯、 1，2-戊烯(pentane)、 2，3-戊烯、1，2-辛烯等；二氧化碳；吡咯烷酮如n-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，以及其组合和混合物。降粘剂可选自具有约 3-约8个碳原子的n-烷烃，如丙烷、n-丁烷、n-戊烷、n-己烷、n-庚烷 和n-辛烷。
沥青质溶剂可选自包括苯和属于下列通式(I)的苯衍生化合物以及 它们的盐和混合物的组合物
其中Ri-R6， Ri和I^包括在内，为独立选自下列的基团氢、羟 基、卣素、硝酸盐、胺、硫酸盐、羧基、酰胺等；直链和支链烷基取 代基、芳香族取代基、环状取代基、烷芳基取代基、芳烷基取代基或 它们的混合物；且其中R基团可各自包含l-30个碳原子。属于通式(I) 的包括苯、甲苯、二曱苯(邻、间、对)和它们的混合物。本文所用的术 语苯衍生(化合)物是指在中心苯核上连接有l-6个取代基的化合物。仅 具一个取代基的苯化合物的实例是带羟基的苯酚和带甲基的甲苯。当
有多于 一 个取代基存在于环上时它们的空间关系变得重要，芳烃取代 形式分为邻、间、对。例如甲酚存在三种异构体，因为甲基和羟基可 相邻(邻)、间隔一个位置(间)或间隔两个位置(对)。二曱苯酚除了羟基 以外还有两个甲基，这个结构有6种异构体。具有烷基取代基的苯衍 生物(烷基苯)的实例为乙基苯C6H5-CH2-CH3、均三甲基苯<:6113(-CH3)3、甲苯C6Hs-CH3; 二甲苯C6H4(-CH3)2。适用于本发明的各种苯 的实例包括苯胺C6H5-NH2、乙缩醛水杨酸C6H4(-0-C(=0)-CH3)(-COOH)、苯甲酸C6H5-COOH、联苯(C6Hs)2、氯苯C6H5-C1、硝基苯 C6H5-N02、对乙酰氨基酚C6H4(-NH-C(-0)-CH3)(-OH)、乙酰对氨苯乙
醚C6H4(-NH-C(=0)-CH3)(-0-CH2-CH3)、苯酚C6H5-OH 、苦味酸 C6H2(-OH)(-N02)3、水杨酸C6H4(-OH)(-COOH)和三硝基甲苯C6H2(-CH3)(-N02)3，多环芳香烃如萘、蒽和菲也可存在。
本文中所用的术语"降粘剂"是指有机化合物或化合物的混合物， 其在与含沥青质的组合物结合时，其以较大的量降低后者的粘度，使 得含沥青质的组合物与本发明的组合物的结合可从地下的地层进行生 产。降粘的量取决于地层的特征(孔径、岩石类型等)、地层中存在的烃 的特征、操作者可利用的泵设备的类型和功率、井筒和任何套管的直 径、地层的温度和压力以及类似的因素。通常，降粘的量可为5%或更 多，在某些实施方案中为约5%-最多50%，基于已知或期望的含沥青 质材料的粘度。
术语"组合物"是指一种物质的组合，其作用为提供所述的降粘和 沥青质沉积消除功能。本发明的组合物可为气态、液态、超临界态和 任何它们的组合。"井筒"包括套管的、套管的和注入水泥的、或开口 的井筒，且可为任何形式的井，包括但不局限于生产井、非生产井、 实验井、探测井等。井筒可为垂直的、水平的、成垂直与水平的任何 夹角的、转向的或非转向的、和它们的结合，例如具有非垂直组件的 垂直井。术语"基本上消除沥青质沉积"是指抑制沥青质的沉积物的形 成；虽然有些沉积是可接受的，或可能已经存在于特定地层中，但本 发明的组合物和方法的一个目的就是阻止沥青质的进一步沉积，使得 相对于当不使用本发明的组合物时，期望的烃可以以可接受的速率生 产。
本发明的组合物包括其中沥青质溶剂和降粘剂在约273K以上温
度至少部分混溶的那些。沥青质溶剂和降粘剂可以以约100:l-约1:100
或约10:l-约1:10体积或摩尔比存在。更高的沥青质溶剂与降粘剂比率
可导致减少沥青质沉积和/或沉淀但牺牲了降粘作用，而更低的沥青质 溶剂与降粘剂比率可导致更低粘度的生产材料因而更容易从地层转
移，但是可能以更高的沥青质沉积为代价。
在所定义的沥青质溶剂和降粘剂中，可提到许多特定的组合物的 实例。本发明示范性的组合物的实例包括含50-80mor/。丙烷和20-50mol%甲苯的组合物；含50-70mol %丙烷和30-50mol %对二甲苯的组 合物；含50-70mor/。n-丁烷和l-20mol%邻二甲苯、l-20mol。/。间二甲
苯、1- mol%甲苯的组合物；含50-80mol%曱苯和20-50mol%戊烷的组 合物等。
本发明的组合物不必要完全去除其他有机或无机化合物，只要它 们的存在不趋于阻挠或消除源青质溶剂和降粘剂的功能。这些有机或 无机化合物可看作添加剂，可为固态、液态、气态或超临界态，依赖 于被处理的具体的地层。任何特定添加剂的最大量也依赖于被处理的 地层和已知的或期望的烃的成分以及此处的岩石。例如，本发明的组 合物可包括最多20mol。/。水和酸，如给定酸浓度和pH值的盐酸。减阻 剂如天然的和合成的表面活性剂可被用在一些实施方案中，其中本文 的"天然的"是指在粗重油或汤青中存在的化学物质。
表面活性剂可选自阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离 子表面活性剂、两性表面活性剂和它们的两种或更多种的结合。合适 的阴离子表面活性剂的例子包括十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸 钠、十二烷基苯磺酸钾、十二烷基苯磺酸三乙醇胺、十二烷基苯磺酸 吗啉鎿、十二烷基苯磺酸铵、十二烷基苯磺酸异丙胺、十三烷基苯磺 酸钠、二壬基苯磺酸钠、双十二烷基苯磺酸钾、十二烷基二苯醚二磺 酸、十二烷基二苯醚二磺酸钠、癸基二苯醚二磺酸异丙胺、十六烷氧 基聚(乙烯氧基)(IO)乙基磺酸钠、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)(9)乙基磺酸 钾、aC.sub.l2-14烯烃磺酸钠、十六烷-l磺酸钠、油酸乙酯磺酸钠、十 八烯基琥珀酸钾、油酸钠、月桂酸钾、豆蔻酸三乙醇胺、树脂酸吗啉 鎿、树脂酸钾、月桂基硫酸钠、月桂基硫酸二乙醇胺、月桂基(聚氧乙 烯)醚(3)硫酸钠(sodium laureth (3) sulfate)、月桂基(聚氧乙烯)醚(2)硫酸 铵(ammonium laureth (2) sulfate)、壬基苯氧基聚(乙烯氧基)(4)硫酸 钠、癸氧基聚(乙烯氧基(5)甲基)羧酸钠、辛基苯氧基聚(乙烯氧基(8)甲 基)羧酸钠、单癸氧基聚(乙烯氧基)(4)磷酸钠、双癸氧基聚(乙烯氧基)(6) 磷酸钠、和单/双辛基苯氧基聚(乙烯氧基)(9)磷酸钾。
合适的非离子表面活性剂的例子包括辛基苯氧基聚(乙烯氧基)(ll) 乙醇、壬基苯氧基聚(乙烯氧基)(13)乙醇、十二烷基苯氧基聚(乙烯氧 基)(10)乙醇、聚氧乙烯(12)月桂醇、聚氧乙烯(14)十三醇、月桂氧基聚(乙 烯氧基)(10)乙基甲基醚、十一烷基硫基聚(乙烯氧基)(12)乙醇、曱氧基 聚(氧化乙烯(10)/(氧化丙烯(20))-2-丙醇嵌段共聚物、壬氧基聚(丙烯氧 基)(4)/(乙烯氧基)(16)乙醇、十二烷基聚配糖物、聚氧乙烯(9)单月桂酸
酯、聚氧乙烯(8)单十一酸酯、聚氧乙烯(20)单硬脂酸山梨糖醇酐酯、聚 氧乙烯(18)山梨糖醇单树脂酸酯、蔗糖单月桂酸酯、月桂酰胺丙基-N，N-二甲基氧化胺、l:l月桂酸二乙醇酰胺、l:l椰油二乙醇酰胺、1:1混合 脂肪酸二乙醇酰胺、聚氧乙烯(6)月桂酰胺、1:1大豆油二乙醇酰氨基聚 (乙烯氧基)(8)乙醇、和椰油二乙醇酰胺。
合适的阳离子表面活性剂的例子包括n-烷基二甲基乙基卞基氯化 铵、十六烷基三甲基(硫酸二甲酯)铵、二癸基二甲基溴化铵和n-烷基二 甲基卞基氯化铵的混合物。
合适的两性表面活性剂的例子包括椰油酰胺丙基甜菜碱、棕榈 基两'性丙酸钠(sodiumpalmityloamphopropionate)、 N-椰油(3画氨基丙 酸、N-月桂基亚氨基二丙酸二钠、椰油咪唑两性甘氨酸钠、和椰油甜
任选地，沥青质溶剂、降粘剂和任何任选的添加剂的溶解度参数 应该在约3(cal/cm3)ft'5以内，且在示范性实施方案中可在1或甚至 0.5(cal/cm3)0 5以内。
在使用时，通过从地表、井筒或它们的结合泵送，可强制本发明 的组合物接触在地下地质地层中的含沥青质的烃。图1根据本发明举 例说明了 一种方法的工艺流程图。本发明的组合物可以备用形式输送 到使用地点(即全部或部分已结合的成分)，或用合适的混合设备可在露 天或在井下(downhole)现场制备。图1举例说明井或油层2通过导管4 接收本发明的组合物的进料。本发明的组合物可被加热或冷却，如热 交换器6所指示的，或在混合和/或应用中根据需要改变压力。例如， 组合物的温度可在热交换器6中在地表被调整以适应井筒温度的变 化，这可阻止沥青质在油层中和/或在井筒中或在井筒附近区域中的沉 积。本发明的组合物可通过与其它材料的热交换来加热或冷却，例如， 用流出的生产出的液体加热，或通过与冻土热交换被冷却。
在本发明的某些方法中，足以避免沥青质大量沉积的条件可包 括加热或冷却组合物、油层或二者至温度0。C-200。C;调整油层、组 合物或二者的压力到约l-约10MPa;和调整沥青质溶剂/降粘剂的比率 在约lO:l-约1:10。
如图l所示，沥青质溶剂可来自罐IO和导管8，而降粘剂可来自 罐14和导管12。在本发明的有些方法中，可强制本发明的组合物进入
到一个或多个注射井筒，生产出来的流体16，其包括至少部分本发明 的组合物和至少部分含沥青质的烃，可从一个或多个生产井筒被生产 出来。或者，流经导管4的本发明的组合物可被注射，且含沥青质的 流体16可从同一个井筒被生产。
本发明另外的方法包括降低生产出来的流体的压力，任选施加热 量，以从含沥青质材料中分离和回收至少部分本发明的组合物，并使 本发明的组合物循环。这由第一个和第二个闪蒸塔18和20分别举例 说明。来自第一个塔18的塔底物流22可包含大部分的沥青质溶剂或 降粘剂(其具有较低的蒸气压)，以及生产出来的重油或沥青。塔底物流 22的一部分可任选被第一个再沸器26加热以生成蒸气，其流经导管24 而回到塔18。塔顶蒸汽28，主要包括沥青质溶剂或降粘剂，其具有较 低的蒸气压，可被冷却器29冷却，部分冷却物流作为回流物在导管30 中回到塔18。没有回流的一部分循环到罐10。物流22的主要部分流 入笫二个闪蒸塔20，在那里其他的沥青质溶剂或降粘剂被闪蒸出来。 第二个塔顶物流在导管40中生成，其可被第二个冷却器39冷却以生 成在导管42中的第二个回流物流和在导管44中的、送回罐14用于再 利用的第二个循环物流。其他任选的步骤可包括在沥青质溶剂和降粘 剂被循环之前从其中吹扫、净化或萃取任何不想要的材料。主要包含 生产出来的重油和/或沥青的第二个塔底物流从塔20流出、流经导管 34， 一部分可在第二个再沸器38中再沸，通过导管36回到塔20，而 一部分在导管34中作为生产出的重油产物物流，被送往储罐或送往提 质装置。
如之前提过的，本发明的方法可与现有已知的方法结合。在某些 整合的SAGD和露天提质方法中， 一旦沥青和沥青质被分离， 一些沥 青质可被燃烧以生成氢气，其随后用于将沥青加氢裂化成瓦斯油，或 作为燃料气体用于制备整合工艺SAGD部分所用的蒸汽。本发明的组 合物和方法可被用来提高保留在生产出来的组合物中的沥青质的数 量，尤其是在油层的深和/或薄层部分，其中由于环境因素，SAGD可 能是不经济的或不能被接受的。
使用已知的测试可以确定在任何具体的井中使用何种沥青质溶 剂。树脂是极性的，且"类似于表面活性剂"，具有大极性头和长烃链 尾。它们可用作沥青质稳定器以排除沥青质沉淀。从原油稳定性方面
来看，树脂/沥青质比率比单独的沥青质浓度可能更重要。NATO ASI 测试用溶剂滴定法通过测定絮凝初始点来测试原油中沥青质稳定性。 它测定在油中沥青质的稳定性如何。对于0-1.5的测定值，原油被认为 是不稳定的。对于ASI值在1.5-2.5的原油，其被测定为适度稳定。高 于2.5的原油是稳定的。油样品被加热并使其平衡。加入非溶剂如降粘 剂n-丁烷，监测近激光透射率(near laser transmittance)。当源青质开 始结絮，激光透射率将减少。以透射率对所加非溶剂的体积作图，因 而它是沥青质沉淀点的相对测量。
虽然上面只详细描述了一些本发明的示范性实施方案，本领域技
术人员将易于理解在本质上不偏离本发明的新的教导和优点的情况 下，该示范性实施方案的诸多修改是可行的。因此，所有这些修改意 欲包括在如下列权利要求所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种包含沥青质溶剂和降粘剂的组合物，沥青质溶剂和降粘剂以一定比例存在从而显著降低含沥青质材料的粘度，同时在混合或者接触含沥青质材料时基本上消除沥青质在油层、生产管线或二者中的沉积。
2. 权利要求l的组合物，其中降粘剂是烃蒸气或气体，在20。C。
3. 权利要求1的组合物，其在约1 -约10MPa的压力和约273K -474K的温度具有大摩尔体积。
4. 权利要求1的组合物，其在约1 -约10MPa的压力和约273K -474K的温度以单蒸气相或超临界态存在。
5. 权利要求1的组合物，其在环境温度具有至少和异辛烷一样高 的蒸气压，使得能够通过降压、任选加热，循环来自采出油的组合物。
6. 权利要求l的组合物，其中在高于约273K温度下沥青质溶剂 和降粘剂至少部分混溶。
7. 权利要求l的组合物，其中沥青质溶剂和降粘剂以约100:1-约1:100体积或摩尔比存在。
8. 权利要求l的组合物，其中沥青质溶剂和降粘剂以约10:l-约 1:10体积或摩尔比存在。
9. 权利要求l的组合物，其中降粘剂选自具有l-约20个碳原子 的直链、支链和环状烷烃、具有1-约20个碳原子的单烯烃、二氧化碳、 吡咯烷酮和其组合。
10. 权利要求9的组合物，其中降粘剂选自具有约3-约8个碳原子 的n-烷烃。
11. 权利要求l的组合物，其中沥青质溶剂选自包括苯和属于下列 通式(i)的苯衍生化合物以及它们的盐和混合物的组合物<formula>formula see original document page 2</formula>(I)其中rLr6， W和i^包括在内，为独立选自下列的基团氢、羟 基、卣素、硝酸盐、胺、硫酸盐、羧基、酰胺等、直链和支链烷基和 链烯基取代基、芳香族取代基、环状取代基、烷芳基取代基、芳烷基取代基或它们的混合物；且其中R基团可各自包含l-30个碳原子。
12. 权利要求l的组合物，其中沥青质溶剂包括多环芳香烃。
13. 权利要求l的组合物，其中该组合物包括选自固体、液体、气 体和超临界态流体的添加剂。
14. 权利要求l的组合物，其中沥青质溶剂、降粘剂和任何任选的 添加剂具有约3(cal/cm3)05以内的溶解度参数。
15. 权利要求l的组合物，其中沥青质溶剂、降粘剂和任何任选的 添加剂具有约1(cal/cm3)05以内的溶解度参数。
16. 权利要求l的组合物，其包含一种或多种表面活性剂，该表面 活性剂选自阴离子、非离子、阳离子和两性表面活性剂。
17. 权利要求l的组合物，其包含一种或多种天然的或合成的树脂。
18. —种方法，其包括在地下的地质学地层中强制含沥青质溶剂和 降粘剂的处理组合物接触含沥青质的烃，并在足以基本上消除沥青质 在地层中沉积的条件下，从地层生产包含至少一些处理组合物和至少 一些含沥青质的烃的产物组合物。
19. 权利要求18的方法，其包括用合适的混合设备在露天或在井 下现场制备处理组合物。
20. 权利要求18的方法，其包括在混合和/或在应用过程中，对处 理组合物或地层加热或冷却，和/或改变压力。
21. 权利要求18的方法，其中足以避免沥青质大量沉积的条件可 包括调整处理组合物、地层或二者的温度到0°C-200°C;调整油层、 组合物或二者的压力到约1-约10MPa;和调整沥青质溶剂/降粘剂的摩 尔比到约10:1-约1:10。
22. 权利要求18的方法，其包括强制处理组合物进入到一个或多 个注射井筒，并从一个或多个生产井筒生产产物组合物。
23. 权利要求18的方法，其包括从同一井筒强制处理组合物进入 和生产产物组合物。
24. 权利要求18的方法，其包括降低产物组合物的压力，任选的 施加热量，以分离和回收至少部分处理组合物，并循环处理组合物。
25. 权利要求18的方法，其包括将强制和生产步骤与整合的SAGD 和露天提质工艺相结合，燃烧至少一些沥青质中的一些以生成氢气， 其随后用于将沥青加氢裂化成瓦斯油，或作为燃料气体用于制备整合 工艺的SAGD部分所用的蒸汽。
26. —种方法，其包括在地下的地质学地层中强制含沥青质溶剂和 降粘剂的处理组合物接触含沥青质的烃，在足以基本上消除沥青质在 地层中沉积的条件下，从地层生产包含至少一些处理组合物和至少一 些含沥青质的烃的产物组合物，和降低产物组合物的压力，任选施加 热量，以分离和回收至少部分的处理组合物，并循环处理组合物，使 得其可被再利用。
全文摘要
描述用于消除沥青质在地层、井筒、井筒附近区域和生产管线中沉积的组合物和使用该组合物的方法。本发明的组合物包含沥青质溶剂和降粘剂，沥青质溶剂和降粘剂以一定比例存在以显著降低含沥青质材料的粘度，同时在混合或者接触含沥青质材料时基本上消除沥青质在油层、生产管线或二者中的沉积。本发明的方法包括在地下的地质学地层中强制含沥青质溶剂和降粘剂的处理组合物接触含沥青质的烃，并在足以基本上消除沥青质在地层中沉积的条件下，从地层生产包含至少一些处理组合物和至少一些含沥青质的烃的产物组合物。
文档编号C09K8/524GK101096590SQ20071012622
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月26日 优先权日2006年6月26日
发明者A·M·哈拉特, A·哈马米, H·阿尔布沃尔, M·穆哈马德, 谭家森 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司