专利名称：用于油采收的组合物及其使用方法
技术领域：
本公开内容的实施方案涉及采收油；更具体地，实施方案涉及用于油采收的组合物和在采收油工艺中使用该组合物的方法。
背景技术：
使用各种技术来提高从地下储油层中采收烃，其中烃在自然力作用下不再流动。 这些技术可包括注水和/或随后的气驱(gasflooding)，等等。注水可用于采收一些烃，然而，使用这一技术，仅仅约1/3的烃被采收。正因为如此，典型地注水工序之后紧跟着气驱工序。可采用混溶的气体进行气驱，以降低在储油层内存在的油的粘度，以便增加烃流动到生产井中。二氧化碳充当降低油粘度的溶剂，是最有效和最不昂贵的混溶气体之一。然而，气驱可伴随着许多缺点。所遇到的一个主要的问题是储油层的冲刷(swe印) 差。当在气驱工艺过程中，注入到储油层内的气体流经阻力最小的路径时，由于气体的粘度低，发生冲刷差的问题，从而旁流显著大部分的地层。当气体旁流显著大部分的地层时，较少的油与气体接触，从而降低气体降低油粘度的可能性。因此，在气驱工艺过程中注入的气体意味着通过降低油的粘度，将油向生产井“冲刷”。然而，当气体没有接触在储油层内包含的大部分油时，在储油层内的大部分油被残留，从而产生差的冲刷。另外，由于气体的密度低，因此所注入的气体可上升到地层的顶部，并且“越过(override)”部分地层，从而导致在生产井处气体早期穿透，留下较少的气体在储油层内与油接触，从而再次降低气体降低油粘度的可能性。为了提高气驱工艺的有效性，建议可通过包括发泡剂或表面活性剂以在地层内生成泡沫，从而改进气驱工艺的总体效率。泡沫可产生约100-约1000倍注入气体的表观粘度的表观粘度，因此，泡沫可抑制气体流动到事先已经冲刷过的那部分储油层内。换句话说， 泡沫可起到阻挡气体可走捷径(short-cut)通过其中的储油层体积的作用，从而降低其开辟路径穿过高度可渗透的裂缝、裂纹或岩层的倾向，并将其导引到事先未冲刷过的储油层部分。正因为如此，泡沫可迫使气体驱动可采收的烃从储油层的不那么枯竭的部分到生产井中。然而，在气驱工艺中所使用的表面活性剂具有许多缺点。例如，常规的表面活性剂，例如乙氧基硫酸盐在储油层内倾向于产生不稳定的泡沫。不稳定的泡沫可在储油层内破碎和/或溶解，从而允许气体从气驱工艺流动到最小阻力的路径内，从而导致本文所讨论的早期贯穿和差的冲刷。现有技术的表面活性剂遇到的另一问题是选择对储油层内的地层岩石例如碳酸盐具有高亲合力的阴离子表面活性剂。对地层岩石具有高亲合力的表面活性剂可吸收到地层岩石内，从而导致表面活性剂损失。在不存在表面活性剂的情况下，在储油层内不那么可能形成泡沫，也导致本文所讨论的早期贯穿和差的冲刷。尽管在现有技术中使用非离子表面活性剂解决吸收问题，但所选的非离子表面活性剂是水和油的良好乳化剂。正如本领域的技术人员所理解的，在气驱工艺之前进行注水。 正因为如此，当气驱工艺开始时，储油层常常填满了水。另外，由于水和油存在于储油层内， 因此得出结论水和油的混合物经生产井离开储油层。由于水和油存在于储油层内，因此， 产生油与水的乳液的表面活性剂是非所需的，其中所述乳液将离开储油层，因为油和水必须分离，以采收油，从而导致增加的生产成本。发明概述本公开内容的实施方案包括在提高的油采收中使用的组合物，和使用该组合物采收油的方法。本公开内容的组合物可包括非离子、非乳化性表面活性剂，其中该表面活性剂促进由二氧化碳和水形成的稳定的泡沫的形成。对于各种实施方案来说，非离子的非乳化性表面活性剂的通式为 RO- (CR1R2CR3R4O) x (C2H4O) y_H，以用于与二氧化碳和水形成稳定的泡沫，其中R选自具有3_11 个碳原子的支链烷基、环烷基、和烷芳基；R1、! 2、! 3和R4各自独立地选自H、具有1-6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件=RkI^R3和R4 不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和小于或等于约8 ；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1时，χ为1. 5-11，包括端值；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2_8时，χ为整数1_2， 包括端值；和1是整数6-25，包括端值。对于各种实施方案来说，非离子的非乳化表面活性剂可具有范围为约1.5-约5.0的CO2-亲和度(CO2-Philicity)。在具体的实施方案中，非离子的非乳化表面活性齐U可选自(C8H17O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) 9-H, (C8H17O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) η-Η, (C8H17O) - (C3H6O) 9- (C2H4O) 9-Η, (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) η-Η, (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) 13_Η， (C9H19O) - (C3H6O) 4- (C2H4O) 8-Η,以及它们的、混合物。对于各种实施方案来说，本发明的公开内容还包括从储油层中采收油的方法， 所述储油层被至少一个注入井和一个生产井穿透，其中该方法包括选择CO2-亲和度在约 1. 5-约5. 0范围内的非离子的非乳化表面活性剂；在储油层内用非离子的非乳化表面活性剂形成二氧化碳和水的稳定的泡沫；使在稳定的泡沫内的二氧化碳溶解在储油层内的油中以提供降低粘度的油；和从储油层中泵抽出具有降低粘度的油。对于各种实施方案来说，表面活性剂可包括以上所述的实施方案。对于各种实施方案来说，表面活性剂也可具有通式 RO-(CR1R2CR3R4O)x (C2H4O)y-H,其中R是具有3_6个碳原子的直链烷基；R1、! 2、! 3和R4各自独立地选自H、具有1-6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件A1、R2> R3和R4不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和小于或等于约8 ； 当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1时(例如，环氧烷基是环氧丙烷)，χ为4-11，包括端值，当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2-8时(例如，环氧烷基是环氧丁烷或环氧异丁烷)， χ为整数1-2，包括端值；和y是整数6-25，包括端值。本公开内容的上述概述不打算描述本公开内容的每一个公开的实施方案或每一个实施方式。随后的说明书更特别地例举了示意性的实施方案。在本申请的数个地方，通过实施例的列举，提供指导，所述实施例可以各种结合形式使用。在每一情况下，所提到的列举仅仅作为代表性组且不应当解释为穷举性列举。定义
本文所使用的“一个(种)(a,an) ”，“该(the) ”，“至少一个(种)“和”一个(种) 或多个(种)“可互换使用。术语”包括”，“包含”和这些措辞的变化不具有限制的含义，其中这些术语在说明书和权利要求中出现。因此，例如含“一种(a)”非离子的非乳化性表面活性剂的组合物可解释为包括“一种或多种”非离子的非乳化性表面活性剂的组合物。另外，术语“包括”与“含”或“含有”同义，是包括开放式的，且不排除额外未提到的要素或方法步骤。本文所使用的术语“和/或”是指一种，大于一种，或所有列举的要素。同样，此处通过端点提到的数值范围包括在该范围内提出的所有数值(例如，1-5 包括 1,1. 5,2,2. 75,3,3. 80，4，5 等)。本文所使用的术语“水”可包括例如盐水、原生水，地表水，蒸馏水，碳酸水，海水以及它们的组合。为了简便起见，本文将要使用措词“水”，在这里它”要被理解为可互换使用的“盐水”、“原生水”、“地表水”、“蒸馏水”、“碳酸水”和/或“海水”中的一种或多种。本文所使用的“表面活性剂”是指降低两种液体之间界面张力的化合物。本文所使用的“乳液”是指两种互不混溶的物质的混合物，其中一种物质(分散相)分散在另一种物质(连续相)内。本文所使用的“非离子表面活性剂’，是指其中形成该表面活性剂的分子不带电荷的表面活性剂。本文所使用的“非乳化”是指基本上不鼓励形成乳液的表面活性剂，所述乳液可在储油层内在油与水之间形成。本文所使用的“破”乳是指在规定量的时间内，视觉可测量的基本上分离成两相的两种液体(例如油和水)的乳液。对于本公开内容的目的来说，本文所使用的术语“有机基团”是指烃基，其分类为脂族基团、环状基团，或者脂族和环状基团的组合(例如，烷芳基和芳烷基)。在本公开内容的上下文中，术语“脂族基团”是指饱和或不饱和的直链或支链烃基。使用这一术语包括饱和直链或支链的单价烃基，其中包括例如通式为CnH2n或(；!1211+1的烷基，这取决于其在化合物内的位置，具有一个或多个烯键式不饱和基团(即碳-碳双键) 的不饱和的直链或支链的单价烃基；和具有一个或多个碳_碳三键的不饱和的直链或支链的单价烃基。术语“环状基团”是指闭环烃基，其被分类为脂环族基团、芳族基团或杂环基团。术语“脂环族基团”是指具有类似于脂族基团的性质的环状烃基。术语“芳族基团”或“芳基”是指单核或多核芳族烃基。术语“杂环基”是指闭环烃，其中在环内的一个或多个原子是除了碳以外的元素 (例如，氮、氧、硫等)。本文所使用的术语“支链烷基”是指组成碳原子具有支链布局的单价烃基，其中这一结构可以是饱和或不饱和的。本文所使用的术语“超临界相”是指在其临界温度(高于它就不可能通过加压液化的温度)以上维持的致密气体。附图简述
图1阐述了如实施例1所述，根据本发明的公开内容，测量泡沫粘度所使用的装置
6的实施方案。详细说明本公开内容的实施方案包括在提高油的采收中使用的组合物，和使用该组合物采收油的方法。本公开内容的组合物可包括非离子的非乳化性表面活性剂，其中该表面活性剂促进二氧化碳和水形成的稳定泡沫的形成。表面活性剂通常是两亲的有机化合物，这意味着它们含有疏水基团和亲水基团二者，因此它们在有机溶剂和水二者内可溶。在本文的实施方案中，表面活性剂可降低二氧化碳与水之间的界面张力。正如本领域的技术人员所理解的，当置于约1000磅/英寸2 (psi)的压力和低于约 31°C的温度下时，二氧化碳处于液相内。另外，当在约IOOOpsi的压力下，温度升高到高于 31°C时，二氧化碳可转变为超临界相。在本公开内容的实施方案中，注入到储油层内的二氧化碳可通过管线转移，其中压力为约2000psi和温度范围为约25-约70°C。正因为如此，二氧化碳可在超临界相和液相之间波动，然而，对于本公开内容的实施方案来说，二氧化碳被描述为行为类似于液体。当本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂与二氧化碳和水一起注入到含有烃(例如油)的储油层内时，非离子的非乳化性表面活性剂可促进由二氧化碳和水形成的乳液或泡沫的形成。本文所使用且本领域技术人员已知的是，尽管在储油层内二氧化碳和水处于液相和/或超临界相并形成大致称为“乳液”的物质，为了防止与本文讨论的可形成的其他乳液混淆，使用非离子的非乳化性表面活性剂由二氧化碳和水形成的乳液在本文中称为“泡沫”。
正如所述的，本发明的公开内容中的表面活性剂可以是非离子的。正因为如此，包括在该表面活性剂内的亲水基团由水溶性成分(例如，短链水溶性成分)而不是荷电物种制成。例如，这种亲水基团可包括但不限于聚(环氧乙烷)成分，因为聚(环氧乙烷)是一种水溶性的聚合物，且是非离子的，正如本文讨论的。在一些情况下，储油层岩石可具有电荷。例如，由碳酸盐岩石形成的储油层可具有正电荷。在这些地层中，使用阴离子表面活性剂可证明是有害的，因为阴离子表面活性剂可被吸引到岩石的正电荷上，和因此易于高度吸收损失到地层岩石中(即大于约0. 5mg/g岩石)。从经济和实践的角度考虑，由于吸收导致的表面活性剂损失将是非所需的。例如，与在气驱工艺中所使用的二氧化碳相比，表面活性剂通常相对昂贵。因此，表面活性剂的损失可导致较高的生产成本，从而使得油的采收更加昂贵和利润较少。在本公开内容的实施方案中，表面活性剂是非离子的，因此表面活性剂不可能被吸引到与储油层岩石有关的正电荷或负电荷上。正因为如此，使用非离子表面活性剂可显著防止表面活性剂吸附到储油层岩石上。正如本领域的技术人员所理解的，从生产的角度考虑，在采收油的工艺中由油和水形成的乳液是非所需的，因为由水和油形成的任何乳液必须破乳，以便采收油。另外，在采收油的工艺中形成的由油和水形成的乳液难以破乳，这将是非所需的，因为当在采收油的工艺中，试图从水中提取油时，油和水的乳液可导致地层堵塞和/或加工难度。正因为如此，尽管最期望防止水和油的所有乳液出现，但高度不可能的是避免这种乳液，因为水和油一起离开储油层，并且当油和水流动到地表上时，在生产井管道中混合，从而形成水和油的乳液。在本公开内容的实施方案中，包括在本公开内容的组合物内的表面活性剂也是非乳化性表面活性剂。本文所讨论的表面活性剂是指降低两种液体之间界面张力的化合物。 然而，本公开内容中的表面活性剂降低二氧化碳和水之间的界面张力，产生由二氧化碳和水形成的泡沫。正因为如此，尽管不可能完全防止油和水的乳液形成，但本公开内容中的非乳化性表面活性剂不鼓励形成这种乳液，也基本上没有稳定化这种乳液。因此，本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂通常存在于“可破乳”的油和水的乳液内。在一个实施方案中，当非离子的非乳化性表面活性剂存在于油和水的混合物内时，可形成的水和油的乳液可在小于或等于约2小时内破乳。在另外的实施方案中，可形成的水和油的乳液可在小于或等于约1. 5小时内破乳。在另一实施方案中，可形成的水和油的乳液可在小于或等于约1小时内破乳。在一些实施方案中，可通过混合本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂， 油(例如癸烷)和水以形成乳液并测量破乳所要求的时间，从而确定该表面活性剂为非乳化性的。在本公开内容的实施方案中，非离子的非乳化性表面活性剂的用量保持在低水平下，以重现在储油层内在水中存在的表面活性剂量。例如，与油和水混合的非离子的非乳化性表面活性剂的用量范围可以是约0. 005-约0. 01wt%，基于组合物的总重量。正如本领域的技术人员所理解的，使用较大量的表面活性剂可影响所形成的乳液量和乳液多长时间才能分离成两相。在本文的实施例中，正如以下实施例部分进一步讨论的，非离子的非乳化性表面活性剂的用量保持在低水平下，以便观察在合理的时间内检验的表面活性剂之间的差别。另外，在本公开内容中的组合物内包括非离子的非乳化性表面活性剂，以便产生由二氧化碳和水形成的稳定的泡沫。本文所使用的由二氧化碳和水形成的“稳定的泡沫”是指在提高的油采收中，在对打算目的来说足够的持续时间内，保持泡沫形式的泡沫体(例如，没有破裂或溶解)。对于各种实施方案来说，形成稳定的泡沫可使用的本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂可通过其CO2-亲和度来测定。发现"CO2-亲和度”以在二氧化碳内表面活性剂尾部的疏水_疏水相互作用以及表面活性剂尾部的疏水_ 二氧化碳相互作用的主导因素为基础。因此，CO2-亲和度是指可测定且归类到化合物，例如表面活性剂上的数值，它代表化合物在二氧化碳相内溶剂化地如何好。本文所使用的表面活性剂的CO2-亲和度定义为在二氧化碳内表面活性剂的疏水端的第一化学势(μ CT)和其液体形式的表面活性剂的疏水端的第二化学势(μ ττ)的差值的负数，如下所示。CO2-亲和度=_ ( μ CT- μ TT)在溶剂或溶剂混合物内物质的化学势确定了它在该溶剂或溶剂混合物内的稳定性，且是当添加或除去一个物种的分子数量同时其他分子的数量以及温度和压力保持恒定时，体系的自由焓(或能量)变化多少的量度。因此，第一化学势(μ CT)描述了表面活性剂的疏水尾部与二氧化碳的相互作用，和第二化学势(μTT)描述了在表面活性剂的液体形式中，表面活性剂的疏水尾部与另一表面活性剂的疏水尾部的相互作用。对于各种实施方案来说，作为本公开内容的一部分而开发的模型用于计算化学势μ CT和μΤΤ。在本公开内容的实施方案中，软件包，例如C0SM0therm(C0SM01ogic， GmbH&CoKG)可用于实施本公开内容的模型，其中可平行地使用该结果，测定化学势。例如，为了测定表面活性剂的疏水尾部与自身的第二化学势，产生第一模型，代表表面活性剂的疏水尾部的结构。接下来，产生第二模型，利用第一模型中表面活性剂的疏水尾部的结构并且多次反复来自第一模型的结构，直到产生该结构的连续体(continuum)。据此在第二模型中产生具有该表面活性剂结构的“液体”。然后产生第三模型，利用第一模型中的表面活性剂疏水尾部的结构，并将其插入到来自第二模型的“液体”或连续体内，然后从液体(第二模型)中除去表面活性剂的疏水尾部(第一模型)的结构所花费的能量多少代表了表面活性剂的疏水尾部与自身的第二化学势(μ TT)。然后可根据要测定的何种化学势，改变这三种模型。例如，为了计算表面活性剂的疏水尾部与二氧化碳的第一化学势，产生第一模型，代表表面活性剂的疏水尾部的结构。接下来，产生第二模型，代表二氧化碳结构的连续体。然后产生第三模型，利用第一模型中的表面活性剂的疏水尾部的结构，并将其插入到来自第二模型的“液体”或连续体内，从液体 (第二模型)中除去表面活性剂的疏水尾部(第一模型)的结构所花费的能量多少代表了表面活性剂的疏水尾部与二氧化碳的第一化学势(μ CT)。尽管可针对各表面活性剂测定CO2-亲和度作为鉴定感兴趣的表面活性剂的第一步，但为了验证该表面活性剂将形成由二氧化碳和水形成的稳定的泡沫，在筛选方法中筛选用于在油的采收中使用的表面活性剂。筛选方法包括在非离子的非乳化性表面活性剂将要在其中使用的储油层的具有代表性的温度和压力下，使非离子的非乳化性表面活性剂、 二氧化碳和水的组合物在约4毫升/分钟(ml/min)下流经砂砾层，以便产生二氧化碳和水的泡沫。在一个实施方案中，这种代表性温度可以是40°C，和代表性压力可以是约2000磅 /英寸2(psi)。在本文的实施例部分中描述了筛选方法的更加详细的说明。在一些实施方案中，流经该砂砾层的组合物中二氧化碳、水和非离子的非乳化性表面活性剂的量可以是约90%体积的二氧化碳，约10%体积的水，和约0. 重量的非离子的非乳化表面活性剂，基于组合物的总重量。另外，可选择测试条件(例如，在40°C和 2000psi下，4ml/min)，因为它们是在储油层中条件的代表。然而，本公开内容的实施方案还包括使用其他测试条件的筛选方法，所述其他测试条件将是其他储油层条件和/或浊点低于40°C的非离子的非乳化表面活性剂的代表，正如本文讨论的。如本文所述，通过对各种表面活性剂进行开发并实施筛选方法，可确定能形成稳定的泡沫的非离子的非乳化表面活性剂。另外，如本文所述，由于CO2-亲和度可归因于每一表面活性剂，因此，也可测定描述形成稳定的泡沫的那些表面活性剂的CO2-亲和度范围。基于此处提供的讨论，本公开内容的实施方案可包括CO2-亲和度下限为至少约 1.5的非离子的非乳化性表面活性剂。在另外的实施方案中，本发明的公开内容可包括 CO2-亲和度下限为至少约1.6的非离子的非乳化性表面活性剂。在另一实施方案中，本发明的公开内容可包括CO2-亲和度下限为至少约1. 7的非离子的非乳化性表面活性剂。在一些实施方案中，非离子的非乳化性表面活性剂的CO2-亲和度的上限可以不大于约5. 0。在另外的实施方案中，本发明的公开内容可包括CO2-亲和度的上限不大于约4. 5的非离子的非乳化性表面活性剂。在另一实施方案中，本发明的公开内容可包括上限不大于约4.0的非离子的非乳化性表面活性剂。本公开内容的实施方案还包括CO2-亲和度范围包括本文就CO2-亲和度值提供的至少一个上限值和至少一个下限值的范围的非离子的非乳化性表面活性剂。因此，例如本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂的CO2-亲和度范围可以是约1.5-约5.0。关于所提到的上限和下限，发现，CO2-亲和度大于约5.0的表面活性剂可能过于亲 CO2,这意味着该表面活性剂将对二氧化碳具有强烈的吸引。因此，对于本公开内容的实施方案来说，该表面活性剂不那么可能与水相互作用，从而使得其对于油的采收应用来说是非所需的。类似地，CO2-亲和度小于1. 5的表面活性剂可能CO2-亲和度不足，这意味着该表面活性剂不那么可能溶解在二氧化碳内，因此水和二氧化碳将不那么可能一起混合以形成稳定的泡沫。也可使用本文所述的筛选方法来鉴定能对形成稳定的泡沫作出贡献的在非离子的非乳化性表面活性剂内的结构成分。例如，形成由二氧化碳和水形成的稳定的泡沫的非离子的非乳化性表面活性剂中的结构成分可包括疏水成分、亲水成分以及连接该疏水成分与亲水成分的连接基团。对于各种实施方案来说，非离子的非乳化性表面活性剂中的亲水成分可以是通式为-(C2H4O)y-的环氧乙烷成分。对于该实施方案来说，环氧乙烷成分可以称为‘ 0”。对于各种实施方案来说，非离子的非乳化性表面活性剂中的疏水成分的通式可以是R0-，其中R可选自本文讨论的直链烷基、支链烷基、环烷基和烷芳基。对于各种实施方案来说，对于疏水成分中的R来说，支链烷基、环烷基和烷芳基含有3-11个碳原子，而直链烷基含有3-6个碳原子。当疏水成分中的R基含有大于11个碳原子时，可得到大的尾-尾相互作用，这将降低表面活性剂的CO2-亲和度。然而，当疏水成分中的R基含有小于3个碳原子时，尾-尾相互作用降低，和该表面活性剂的CO2-亲和度增加。对于各种实施方案来说，连接疏水成分和亲水成分的连接基团的通式可以是-(CR1R2CR3R4O)x-，其中Ri、R2、R3和R4各自独立地选自H、具有1_6个碳原子的支链烷基、 直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件#、1 2、1 3和R4不能全部为H， 在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和小于或等于约8。这种连接基团的实例可包括但不限于环氧烧， 例如环氧丙烷(本文中称为“P0” )，环氧丁烷，氧化苯乙烯，环氧异丁烷，环氧己烷，环氧辛烧，和氧化环己烯，它们可增加二氧化硅的溶解度，并进而增加表面活性剂的CO2-亲和度。在一些实施方案中，本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂可具有如下所述的通式RO- (CR1R2CR3R4O) x (C2H4O) y_H，其中R选自具有3-11个碳原子的支链烷基、环烷基和烷芳基；R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、具有1_6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件R\ R2> R3和R4不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4 中碳原子之和小于或等于约8 ；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1时(例如，环氧烷基是环氧丙烷)，χ为 1.5-11，包括端值；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2_8时(例如，环氧烷基是环氧丁烷或环氧异丁烷)，X为整数1-2，包括端值；和y是整数6-25，包括端值。
在另外的实施方案中，本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂可具有如下所述的通式RO- (CR1R2CR3R4O) x (C2H4O) y_H，其中R是具有3-6个碳原子的直链烷基；R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、具有1_6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件R\ R2> R3和R4不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4 中碳原子之和小于或等于约8 ；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1时(例如，环氧烷基是环氧丙烷)，χ为4_11， 包括端值；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2_8时(例如，环氧烷基是环氧丁烷或环氧异丁烷)，X为整数1-2，包括端值；和y是整数6-25，包括端值。对于各种实施方案来说，本公开内容中的非离子、非乳化性表面活性剂的具体实例可选自包括但不限于下述的组(C8H17O)-(C3H6O)5-(C2H4O)9-H, (C8H17O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) n-H, (C8H17O) - (C3H6O) 9- (C2H4O) 9_H，(C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) n-H, (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) 13-H, (C9H19O) - (C3H6O) 4- (C2H4O) 8_H，以及它们的、混合物。对于这些具体的实例来说，此处提供的R基可以是对于所给出的通式来说可能的直链烷基或支链烷基之一。对于各种实施方案来说，非离子的非乳化性表面活性剂的这些具体实例中的每一个包括本文讨论的EO和PO基，其中CO2-亲和度范围为约1. 5-约5. 0，约1. 6-约4. 5，或约 1. 7-约4. 0，其中在这些范围内的CO2-亲和度对于促进形成二氧化碳和水的稳定的泡沫来说是有用的。对于各种实施方案来说，形成表面活性剂中的亲水成分和连接基团所使用的化合物可以在表面活性剂的合成过程中分批(block)喂入。在另外的实施方案中，亲水成分和连接基团中的每一个可由一种或多种化合物形成。当使用多于一种化合物形成亲水成分和/或连接基团时，这些化合物可以在不同比例下共喂料到反应中。例如，形成亲水成分和/或连接基团的共喂料的反应物之比可以是大于80wt %的第一化合物，其余是至少第二化合物。在另一实施方案中，形成亲水成分和/或连接基团的共喂料的反应物之比可以是大于90wt%的第一化合物，其余是至少第二化合物。在又一实施方案中，形成亲水成分和 /或连接基团的共喂料的反应物之比可以是大于95wt%的第一化合物，其余是至少第二化合物。在再一实施方案中，形成亲水成分和/或连接基团的共喂料的反应物之比可以是大于98wt%的第一化合物，其余是至少第二化合物。因此，例如90wt%环氧丙烷和10衬％环氧乙烷的原料可以无规地烷氧基化且仍然被视为用于表面活性剂的环氧丙烷(PO)连接基团。进一步要理解，在表面活性剂内各个R、R1、R2、R3和R4基不需要相同，和本公开内容中的表面活性剂可包括在表面活性剂内KR1H和R4基的不同组合，只要它们满足本文讨论的结构要求即可。因此，例如连接基团-(CR1R2CR3R4O)x-可在表面活性剂内具有不同结构的R、R1、R2、R3和R4有机基团。对于各种实施方案来说，当直接在二氧化碳相内溶解时，基于组合物的总重量，可包括用量为至少0.01衬％的本文所述的非离子的非乳化性表面活性剂。在另外的实施方案中，当直接在二氧化碳相内溶解时，基于组合物的总重量，本公开内容中的非离子的非乳化性表面活性剂的存在量可以是至少0. 05wt%。在另一实施方案中，当溶解在水相内时，非离子的非乳化性表面活性剂的存在量可以是至少约0. 5wt%。在另外的实施方案中，当溶解在水相内时，非离子的非乳化性表面活性剂的存在量可以是至少约1. 0wt%。另外，可在本公开内容的组合物中包括所述非离子的非乳化性表面活性剂，其用量范围为约0. 03-约5. Owt%，基于组合物的总重量。在另一实施方案中，可在本公开内容的组合物中包括非离子的非乳化性表面活性剂，其用量范围为约0. 05-约2. 0wt%，基于组合物的总重量。其他范围是可能的。正如本文所述，可使用该筛选方法，测定由非离子的非乳化性表面活性剂、二氧化碳和水形成的泡沫是否是稳定的泡沫。另外，可使用该筛选方法，测定在提高的油采收工艺中由非离子的非乳化性表面活性剂、二氧化碳和水形成的泡沫是否有益。如本文所述，由于形成非离子的非乳化性表面活性剂、二氧化碳和水的泡沫的目的是导引二氧化碳到事先未冲刷的储油层部分内，为此，由二氧化碳和水形成的泡沫在它将使用的油田的代表性温度下具有至少50厘泊(cps)和最多300cps的表观粘度。使用粘度描述流体的流动阻力更具体地，粘度是在流体内剪切应力与速度梯度之比。在本文的实施方案中，对于由非离子的非乳化性表面活性剂、二氧化碳和水形成的稳定的泡沫来说，使用表观粘度，更好地描述了泡沫的流动阻力。通过在它将使用的油田的代表性温度下具有至少50cps的表观粘度，由非离子的非乳化性表面活性剂、二氧化碳和水形成的泡沫可减慢二氧化碳流动到储油层内，同时还阻挡使用其他采收技术已经事先耗尽的储油层部分。可使用下述方程式，测定本公开内容中的由非离子的非乳化性表面活性剂、二氧化碳和水形成的泡沫的表观粘度
权利要求
1.下式的非离子的非乳化性表面活性剂 RO- (CR1R2CR3R4O) x (C2H4O) y-H,其用于与二氧化碳和水形成稳定的泡沫， 其中，R选自具有3-11个碳原子的支链烷基、环烷基和烷芳基； R1 > R2> R3和R4各自独立地选自H、具有1-6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件炉、! 2、! 3和R4不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和小于或等于约8 ；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1时，χ为1. 5-11，包括端值； 当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2-8时，χ为整数1-2，包括端值；和 y是整数6-25，包括端值。
2.权利要求1的非离子的非乳化性表面活性剂，其中非离子的非乳化性表面活性剂的 CO2-亲和度为约1.5-约5.0。
3.前述任何一项权利要求的非离子的非乳化性表面活性剂，其中非离子的非乳化性表面活性剂选自(C8H17O)-(C3H6O)5-(C2H4O)9-H, (C8H17O)-(C3H6O)5-(C2H4O)11-H, (C8H17O) - (C3H6O) 9- (C2H4O) 9-H, (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) n-H, (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) 13_H， (C9H19O) - (C3H6O) 4- (C2H4O) 8-H,以及它们的、混合物。
4.前述任何一项权利要求的非离子的非乳化性表面活性剂，其中非离子的非乳化性表面活性剂的亲水-亲油平衡值(HLB)小于约14。
5.权利要求1的非离子的非乳化性表面活性剂，其中非离子的非乳化性表面活性剂的浊点为从待在其中使用该表面活性剂的储油层的温度到比该储油层温度高约30°C。
6.前述任何一项权利要求的非离子的非乳化性表面活性剂，其中非离子的非乳化性表面活性剂用作在提高的油采收中使用的组合物的一部分。
7.权利要求6的非离子的非乳化性表面活性剂，其中所述组合物包括非离子的非乳化性表面活性剂，处于液相或超临界相的二氧化碳，和水，其中非离子的非乳化性表面活性剂促进由二氧化碳和水形成的稳定泡沫的形成。
8.前述任何一项权利要求的非离子的非乳化性表面活性剂，其中非离子的非乳化性表面活性剂的HLB为至少约14且具有浊点，和在其中储油层的温度在大约非离子的非乳化性表面活性剂的浊点到比该浊点低约30°C的范围内的储油层中使用该组合物。
9.权利要求8的非离子的非乳化性表面活性剂，其中储油层的温度在比浊点低约 10-约20°C的范围内。
10.从被至少一个注入井和一个生产井穿入的储油层中采收油的方法，该方法包括 选择CO2-亲和度范围为约1. 5-约5. 0的非离子的非乳化性表面活性剂；采用该非离子的非乳化性表面活性剂，在储油层内形成二氧化碳和水的稳定的泡沫； 使稳定的泡沫内的二氧化碳溶解在储油层内的油中，以提供降低粘度的油；和从储油层中泵抽出粘度降低的油。
11.权利要求10的方法，其中形成稳定的泡沫包括借助注入井将表面活性剂与二氧化碳和水中的至少一种一起注入到储油层内。
12.权利要求11的方法，其中注入表面活性剂包括将表面活性剂与二氧化碳一起注入到储油层内，其中储油层含有水。
13.权利要求11的方法，其中将表面活性剂与二氧化碳和水中的至少一种一起注入到储油层内包括将表面活性剂与水一起注入到储油层内；和在将表面活性剂与水一起注入到储油层内之后，将二氧化碳注入到储油层内。
14.权利要求11的方法，其中将表面活性剂与二氧化碳和水中的至少一种一起注入到储油层内包括将表面活性剂与水和二氧化碳一起注入到储油层内，其中表面活性剂包括在二氧化碳和水中的至少一种内。
15.前述任何一项权利要求的方法，其中非离子的非乳化性表面活性剂具有下式 RO- (CR1R2CR3R4O) x (C2H4O) y-H,其中，R选自具有3-11个碳原子的支链烷基、环烷基、和烷芳基； R1 > R2> R3和R4各自独立地选自H、具有1-6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件炉、! 2、! 3和R4不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和小于或等于约8 ；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1时，χ为1. 5-11，包括端值； 当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2-8时，χ为整数1-2，包括端值；和 y是整数6-25，包括端值。
16.权利要求10-15任何一项的方法，其中非离子的非乳化性表面活性剂具有下式 RO- (CR1R2CR3R4O) x (C2H4O) y-H,其中，R是具有3-6个碳原子的直链烷基；R1 > R2> R3和R4各自独立地选自H、具有1-6个碳原子的支链烷基、直链烷基、环烷基或烷芳基；条件是满足一个或多个下述条件炉、! 2、! 3和R4不能全部为H，在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和小于或等于约8 ；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于1(例如，环氧烷基是环氧丙烷基)时，χ为4-11， 包括端值；当在R1+! 2+! 3+! 4中碳原子之和等于2-8 (例如环氧烷基是环氧丁烷或环氧异丁烷基) 时，χ为整数1-2，包括端值；和 y是整数6-25，包括端值。
17.权利要求10的方法，其中非离子的非乳化性表面活性剂选自 (C8H17O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) 9-H, (C8H17O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) n-H, (C8H17O) - (C3H6O) 9- (C2H4O) 9_H， (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) n-H, (C6H13O) - (C3H6O) 5- (C2H4O) 13_H，(C9H19O) - (C3H6O) 4- (C2H4O) 8_H， 以及它们的混合物。
18.前述任何一项权利要求的方法，其中由二氧化碳和水形成的稳定的泡沫中的水相进一步包括选自腐蚀抑制剂、助表面活性剂、水垢抑制剂、以及它们的混合物中的至少一种添加剂。
19.前述任何一项权利要求的方法，其中所述表面活性剂的HLB为至少约14。
20.权利要求19的方法，其中选择非乳化性非离子表面活性剂包括选择浊点范围为大约储油层的温度到比储油层的温度高约30°C的表面活性剂。
全文摘要
本公开内容的实施方案包括在提高的油采收中使用的组合物，和使用该组合物采收油的方法。本公开内容的组合物包括CO2-亲和度范围为约1.5-约5.0的非离子的非乳化性表面活性剂，处于液相或超临界相的二氧化碳，和水，其中非离子的非乳化性表面活性剂促进由二氧化碳和水形成的稳定的泡沫的形成。
文档编号C08G65/00GK102224186SQ200980146658
公开日2011年10月19日 申请日期2009年8月19日 优先权日2008年10月15日
发明者A·W·桑德斯, E·G·赖特, K·P·约翰斯顿, Q·阮, S·阿德金斯, 陈曦 申请人:得克萨斯大学体系董事会, 陶氏环球技术有限责任公司