泡沫稳定性得到提高的应用及方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高用于油田处理应用的发泡组合物的泡沫稳定性的方法，所述应用包括但不限于用于气驱中的流度控制。所述方法包括将式(I)的泡沫稳定剂加入发泡组合物中的步骤：其中，R1为烃基酰胺基、或者直链或支链烃基；R2和R3独立地为氢或甲基；R4、R5和R6独立地为氢或羟基，条件是R4、R5或R6中至少一个为羟基；其中所述烃基具有大于约10个碳原子。本发明还公开了提高含水发泡组合物的泡沫稳定性的方法，包括加入泡沫稳定剂的步骤，所述泡沫稳定剂选自烃基二甲基甜菜碱、烃基酰胺基丙基羟基磺基甜菜碱或烃基羟基磺基甜菜碱，其中所述烃基具有大于10个碳原子或12个碳原子或16个碳原子。
【专利说明】泡沬稳定性得到提高的应用及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及泡沫稳定剂在含水体系中的应用，更具体而言，本发明涉及泡沫稳定剂在增强石油开采操作过程中的流度控制方面的应用。
【背景技术】
[0002]含石油的裂缝性储层通常由两种不同的要素构成:裂缝网络和基质(例如微孔基质)。裂缝网络是一系列互相连接的裂缝，其可以容易地传输流体(非常高的渗透性)，但是仅构成总的孔隙度的一小部分。基质部分由含油多孔岩石构成，其通常具有比裂缝网络低得多的渗透性，但是为储层总的孔隙度的主体。裂缝性储层的产烃效率通常较低。在一次开采期间，天然储层的原位产油压力快速下降，使得大约超过90%的原油仍然留在原位，大部分被圈闭(trap)在基质中(包括例如微孔网络)。类似地，常规的二次开采方法也不能置换出大量的“留在原位”的石油。
[0003]在高裂缝性储层中，常规水驱技术表现出相对较低的效率。在这些储层中进行水驱的特征是见水(water breakthrough)早,并且水-油比迅速升高到不经济的水平。注入的水往往仅在裂缝中穿行，而不与圈闭在岩石基质(例如微孔)中的石油相互作用。注入的水不能渗透到基质中而置换并开采出圈闭在多孔基质中的石油。注入的水往往只能将一次开采后留在裂缝系统中的石油采收回来。基质部分并非为水润湿性的，这一点也部分地导致注入的水与圈闭在基质中的石油之间的相互作用有限或者根本不存在相互作用。基质不会自发地吸收或摄入水。这主要是由于水具有向高渗透区流动的趋势，而非流向低渗透区(其将大部分石油圈闭于此)。
[0004]一种提高水相对圈闭石油的基质区的渗透性的方案是:向水中加入表面活性剂以对碳酸盐的润湿性进行改性，使其从油湿性变为水湿性。之前的研究和现场经验表明，在水中引入低浓度的适当选择的表面活性剂会降低界面张力，并且还会立刻在靠近裂缝面的区域中产生水润湿条件。在这种改变的条件下，水相能渗透到多孔基质中达到一定的距离，从而将处于孔隙内的一部分石油驱出。在该逆流渗吸(countercurrent ;[1]113；[13；[1:;[011)过程中，从基质中置换出的石油随后移动到裂缝系统中。一旦石油被驱入裂缝系统，就可以容易地将其移至产油井。在逆流渗吸过程中(加入或不加入水润湿性表面活性剂)，采油速率取决于多孔岩石基质的毛细管压力特性。即，该渗吸过程基本上不会受到控制现场操作(例如选择压力和流速)的常规技术的影响。
[0005]以下文献公开了在碳酸盐地层中采油时使用表面活性剂的技术: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 页(2003) ;W.W.Weiss, “Artificial IntelligenceUsed to Evaluate23Single-ffelI Surfactant Soak Treatments”，SPE ReservoirEvaluation&Engineering, 2006 年 6 月；美国专利 Nos.2，792，894,4, 364，431,4, 842，065、5，247，993 ；以及美国已公布的专利申请N0.2007/0215347A1。
[0006]另一种方案是使用气驱技术，如空气驱、CO2驱、天然气驱、或是它们的任意组合，该技术为一种提高石油采收率(EOR)的形式。通常，在CO2EOR中，通过注入井或产油井将CO2气体泵入/注入地下地层(例如压裂储层)，并且在一定的物理条件下，使其与圈闭或留在原位的石油可互溶混合。这使得留在原位的石油变得更容易被置换到高渗透区中并被采收回来。在高压和储层温度下，CO2与石油可互溶混合，形成能够更加容易地流动的低粘度流体。另外，CO2具有能侵入先前不能被水侵入的区域的能力，以及释放并减少圈闭石油的能力。还可以用驱替(chase)相来置换混合的残余石油和气体，例如在WAG (气水交替驱)工艺中用水进行所述置换。
[0007]可类似地利用氮气驱和烟道气驱(非烃气体)。然而，与CO2驱相比，氮气粘度低、与油混溶性差，并且需要高得多的压力来产生或显现出混溶性。因此，氮气驱和烟道气驱通常用作烃混溶性驱和CO2气驱中的“驱替气”(即，采用氮气或其他低成本气体来提供气体驱动作用，从而使储层容量的大部分被该气体填充)。虽然氮气可以用作驱替气，但是应当理解，氮气和/或烟道气可以用于本文所述的任意气驱技术中。
[0008]如上文所解释的那样，裂缝性储层非常不均匀，并且具有紧挨着低渗透区的高渗透区。因此，CO2驱技术和类似的气驱技术与某些水驱技术相似，会遇到这样的问题:注入的气体倾向于仅从储层的有限区域(例如从高渗透区)中驱出石油。发生这种情况的部分原因是:在储层条件下CO2的粘度远低于大多数石油的粘度，这将限制置换操作的波及系数(sweep efficiency),因而影响采油。
[0009]因此，一种提高气体在含有圈闭石油的基质岩块中的渗透性的方案为:在压力下将泡沫注入含油地层中。所述泡沫通常是通过将表面活性剂和水的混合物充气而形成的。所述泡沫具有高表观粘度和提高的粘度，这会降低水/表面活性剂溶液流到大裂缝或高渗透区中的流动性，从而有效地将所述大裂缝或高渗透区封闭，以及/或者形成阻止进入的屏障。在这种改变的条件下，随后导入的气体(例如CO2、天然气)转向并且/或者能够渗透到低渗透性多孔基质中。在某些特定的实施方案中，储层不是裂缝性储层，而是具有自然产生的高渗透区和自然产生的低渗透区的含油储层。
[0010]然而，在气体流动性控制中使用泡沫的问题在于泡沫本身的短寿命。例如，在油田应用中，泡沫消散相对迅速，这降低了阻塞高渗透性大裂缝的有效性并且降低了在采油中的任何增强效果。理想的是，有一种在诸如油田应用的含水应用中提高泡沫稳定性的方法。
【发明内容】
[0011]已经发现，本文所述的泡沫稳定剂和/或表面活性剂的使用显著地提高了油田处理流体或油田处理应用的性能，特别是气驱中的流度控制。
[0012]在某些情况中泡沫稳定性的问题已经通过使用合成的和天然的聚合物而得到解决；但是使用这样的聚合物存在着缺陷。例如，由于这些聚合物具有高分子量，所以它们难以被配制成表面活性剂配制物。这些聚合物的水合作用和分散性差，聚合物(即阳离子聚合物)与常用的阴离子表面活性剂不相容，其浓度与起泡性能之间具有高度的敏感性，这导致难以将这些聚合物用作含水发泡溶液中发挥增强起泡作用的添加剂。即使是理想地加以配制，这些聚合物仍然受到泡沫膨胀的限制，这主要是由于它们向产生泡沫的界面扩散的速率低而造成的。
[0013]在一个方面，本发明公开了一种用于增强从储层内的含油地层中采油的方法，包括:(a)在压力下将发泡组合物导入所述含油地层中；(b)在压力下将气体导入所述含油地层中，其中所述发泡组合物的存在影响气体在所述含油地层中的流动；以及(C)由通向所述储层的井眼采油。所述发泡组合物可包含泡沫稳定剂。所述泡沫稳定剂可以为烃基二甲基甜菜碱、烃基酰胺基丙基羟基磺基甜菜碱、或烃基羟基磺基甜菜碱、或它们的任意组合，其中所述烃基具有大于10个碳原子或12个碳原子或在另一个实施方案中16个碳原子。在其他实施方案中，所述发泡组合物可任选地包含发泡气体。在其他实施方案中，所述发泡组合物可包含水。在其他实施方案中，所述发泡组合物可包含选自发泡气体、水、或者一种或多种表面活性剂或附加表面活性剂中的任意一种或组合。在一些实施方案中，在将发泡组合物导入储层或含油地层之前，将所述发泡组合物的组分混合。在其他实施方案中，在不同的时间(例如依次)将所述发泡组合物的一种或多种组分注入含油地层中，从而在井下发生混合。
[0014]在另一个方面，本发明公开了用于增强从储层内的含油地层中采油的方法，包括:Ca)在压力下将发泡组合物导入所述含油地层中；(b)在压力下将气体导入所述含油地层中，其中所述发泡组合物的存在影响气体在所述含油地层中的流动；以及(C)由通向所述储层的井眼采油，其中所述发泡组合物包含具有式(I)的泡沫稳定剂:
[0015]
【权利要求】
1.一种用于增强从储层内的含油地层中采油的方法，包括: (a)在压力下将发泡组合物导入所述含油地层中； (b)在压力下将气体导入所述含油地层中，其中所述发泡组合物的存在影响气体在所述含油地层中的流动；以及 (C)通过所述储层中的井眼采油； 其中所述发泡组合物包含泡沫稳定剂，所述泡沫稳定剂选自烃基二甲基甜菜碱、烃基酰胺基丙基羟基磺基甜菜碱、或烃基羟基磺基甜菜碱，其中所述烃基的碳原子个数是介于约10至约24之间的整数。
2.权利要求1所述的方法，其中所述烃基的碳原子个数是介于约12至约24之间的整数。
3.权利要求1所述的方法，其中所述烃基的碳原子个数是介于约18至约24之间的整数。
4.权利要求1所述的方法，其中所述发泡组合物还包含水，并且任选地包含发泡气体。
5.权利要求1所述的方法，其中所述发泡组合物还包含一种或多种发泡剂。
6.权利要求5所述的方法，其中所述发泡剂选自由以下物质构成的组:非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、以及它们的任意组合。
7.权利要求1所述的方法，其中所述气体选自二氧化碳、空气、氮气、天然气、蒸汽、烟道气、或它们的任意组合。
8.权利要求1所述的方法，其中将所述发泡组合物导入所述含油地层的步骤包括将所述发泡组合物导入位于所述含油地层内的一个或多个高渗透区中。
9.权利要求1所述的方法，其中将所述气体导入所述含油地层的步骤包括将所述气体导入位于所述含油地层内的一个或多个低渗透区中。
10.一种用于增强从储层内的含油地层中采油的方法，包括: (a)在压力下将发泡组合物导入所述含油地层中； (b)在压力下将气体导入所述含油地层中，其中所述发泡组合物的存在影响气体在所述含油地层中的流动；以及 (C)通过所述储层中的井眼采油； 其中所述发泡组合物包含具有式(I)的泡沫稳定剂:
11.权利要求10所述的方法，其中所述烃基的碳原子个数是介于约12至约24之间的整数。
12.权利要求10所述的方法，其中所述烃基的碳原子个数是介于约18至约24之间的整数。
13.权利要求10所述的方法，其中R1为具有式(II)的烃基酰胺基:
14.权利要求13所述的方法，其中R7为具有大于约16个碳原子的直链或支链烃基。
15.权利要求10所述的方法，其中所述泡沫稳定剂具有式(III):
16.权利要求10所述的方法，其中所述发泡组合物含有相对于每加仑水最高达约20磅的有机和无机盐。
17.权利要求10所述的方法，其中将所述发泡组合物导入所述含油地层的步骤包括将所述发泡组合物导入位于所述含油地层内的一个或多个高渗透区中。
18.权利要求10所述的方法，其中将所述气体导入所述含油地层的步骤包括将所述气体导入位于所述含油地层内的一个或多个低渗透区中。
19.权利要求10所述的方法，还包含发泡剂，所述发泡剂选自由以下物质构成的组:非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、两性离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、以及它们的任意组合。
【文档编号】E21B43/28GK103649459SQ201280034176
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年5月13日
【发明者】米克尔·莫尔万, 马克斯·沙贝尔, 马努阿·S·达哈纳亚克 申请人:罗地亚管理公司