多功能發(fā)泡組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】多功能發(fā)泡組合物 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及具有濕潤(rùn)性改性、腐蝕抑制和礦物垢抑制/分散特性的多功能發(fā)泡組 合物的獲得和使用，所述組合物在涉及超高鹽度鹽水、高溫和高壓的條件下顯示高穩(wěn)定性 和高性能，并且在異構(gòu)巖石的天然裂縫性油藏中流體渠化(canalization)的控制中具有用 途，因在強(qiáng)化采油過程中在高溫和超高鹽度條件下有利地改變了巖石濕潤(rùn)性而提高了原油 產(chǎn)量，以及在高溫和超高鹽度條件下控制了發(fā)生于原油采油裝置(production rigs)中的 均勻局部腐蝕的問題，抑制和分散了當(dāng)注水與油田中存在的地層水接觸時(shí)形成的作為碳酸 鈣以及硫酸鈣、鋇和鍶的礦物垢，并且對(duì)于其用途可使用海水和/或油藏的特征原生水溶解 所述多功能發(fā)泡組合物。
[0002] 本發(fā)明的多功能發(fā)泡組合物由得自烷基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿和/或烷基酰 胺基丙基甜菜堿和/或烷基羥基磺基甜菜堿和/或烷基甜菜堿和作為烷基羥基磺酸鈉和烯 基磺酸鈉的陰離子表面活性劑的相互作用的超分子復(fù)合物與作為四烷基鹵化銨的陽(yáng)離子 表面活性劑和源于衣康酸/乙烯磺酸鈉的共聚物和/或源于衣康酸/乙烯磺酸鈉/烏頭酸的 三聚物的組合獲得。
[0003] 發(fā)明背景
[0004]目前在世界范圍內(nèi)存在于天然壓裂油藏(NFCR)中的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是其呈現(xiàn)高溫 和超高鹽度條件;通過化學(xué)品的使用提高了原油采收率。NFCR的特征在于具有低孔隙率，存 在優(yōu)先流區(qū)域，這可歸因于裂縫和溶腔的存在，并且顯示對(duì)石油或中間體的濕潤(rùn)性；因此， 在此使用以提高采收率的化學(xué)品必須具備控制竄流和將巖石濕潤(rùn)性由油濕性改為水濕性 的能力。除此之外，由于高溫和高鹽度的NFCR條件以及注水和巖層水之間不相容的問題，必 要的是用于強(qiáng)化采油過程中的化學(xué)品耐受高鹽度和高二價(jià)離子濃度，控制因礦物鹽垢所 致的巖層損壞問題和均勻腐蝕以及采油裝置中的垢的問題。
[0005]傳統(tǒng)上，控制NFCR中竄流的途徑為使用發(fā)泡劑和/或凝膠[STO 145718,2011， Development of a new foam E0R model from laboratory and field data of the naturally fractured Cantarel1 Field；SPE 130655,2010,High-temperature conformance field application through coiled tubing a successful case history；SPE 129840，2010，Application of gas for mobility control in chemical E0R in problematic carbonate reservoirs and the performance thereof]，其是油藏 溫度、鹽度以及注水和/或巖層水中存在的二價(jià)離子濃度和油藏中存在的原油類型的函數(shù)。 還有，近年來(lái)在墨西哥已證實(shí)了使用具有濕潤(rùn)性改性特性的發(fā)泡劑的利益，所述利益為控 制氣竄（gas channeling)問題，并且在不顯示水不相容問題的NFCR中提高采收率[AIPM, 13-33，2012，Control de movilidad del gas en el casquete en pozos del campo Akal perteneciente al Complejo Cantarell；SPE 145718,2011,Development of a new foam E0R model from laboratory and field data of the naturally fractured Cantarell Field]。另外，發(fā)泡劑通常用于油田開采的多個(gè)階段，如:鉆井和壓裂;以及在帶 有水源的氣藏和凝析油氣藏（condensate reservoirs)中。在這種類型的氣藏和凝析油氣 藏中，泡沫的功能是通過減少流體(水、氣和冷凝物)所產(chǎn)生的靜液柱的重量而使氣體產(chǎn)量 最大化。在已被用于產(chǎn)生泡沫的主要的表面活性劑化學(xué)家族中，在強(qiáng)化采油過程中具有應(yīng) 用的是；1)烷基芳基磺酸鹽(美國(guó)專利US 5,273,682〃Viscosity control additives for foaming mixture") ;2)烷氧基烷基苯橫酸鹽(美國(guó)專利US 5,049,311〃Alkoxylated alkyl substituted phenol sulphonates compounds and composition, the preparation thereof and their use in various applications") ;3)a-稀經(jīng)橫酸鹽（美國(guó)專利US 4， 607,695〃High sweep efficiency steam drive oil recovery method"）；4)烷基酉先胺基 甜菜喊（美國(guó)專利US 7，104,327〃Methods of fracturing high subterranean zones and foamed fracturing fluids therefor") ;5)烷基酰胺基羥基磺基甜菜堿(美國(guó)專利US 7， 407，916"Foamed treatment fluids and associated methods");和6)烷基釀硫酸鹽 (Report DE-FC26-〇3NT15406of the United States Department of Energy in America Surfactant-Based Enhanced Oil Recovery Processes and Foam Mobility Control)。 然而，當(dāng)油藏中的溫度條件高（高于70°C)，鹽度大于總固體的30,000ppm，且二價(jià)離子(諸如 鈣和鎂)的濃度高于2, OOOppm時(shí)，則從這種表面活性劑化學(xué)家族產(chǎn)生的泡沫的穩(wěn)定性急劇 降低。為提高泡沫的穩(wěn)定性并由此提高其對(duì)高二價(jià)離子濃度和/或高溫的耐受性，人們已開 發(fā)了具有改進(jìn)特性的發(fā)泡劑制劑，如下面列出的那些：美國(guó)專利US 3，939，911 (Surfacant oil recovery process usable in high temperature formations containing water having high concentrations of polyvalent ions)描述了一種應(yīng)用于高溫油藏的強(qiáng)化 采油過程中的三表面活性劑體系，所述高溫油藏中的水層包含200至14，OOOppm的溶解多價(jià) 離子，諸如鈣或鎂。三表面活性劑體系由以下組成：1)水溶性的烷基或烷基芳基磺酸鹽，其 中所述烷基鏈可具有5至25個(gè)碳原子，2)平均分子量不超過1000UMA的磷酸酯表面活性劑， 和3)結(jié)構(gòu)式（1)的磺基甜菜堿表面活性劑，其中R是12至24個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)。該組合在 直到至少107°C的溫度是穩(wěn)定的，并且耐受細(xì)菌攻擊和抑制垢形成。
[0006]
[0007]美國(guó)專利US 4,703,797(Sweep improvement in enhanced oil recovery)提到 了一種在強(qiáng)化采油過程中改善排氣（swept)的方法。該方法包括置換流體在包含表面活性 劑制劑的水溶液中的分散產(chǎn)生泡沫。所述表面活性劑制劑由發(fā)泡類木素磺酸鹽和發(fā)泡表面 活性劑組成。在所述發(fā)泡表面活性劑中，提到了由陰離子、非離子和兩性表面活性劑組成。 美國(guó)專利US 5295540(Foam mixture for steam and carbon dioxide drive oil recovery method)提到了一種用于提高地層中經(jīng)產(chǎn)量的基于泡沫的方法，其包括1)將產(chǎn)生 的蒸汽和流體注入巖層中，和2)注入蒸汽混合物、不冷凝氣體和表面活性劑與多糖的水性 混合物。在所提及的可使用表面活性劑中，發(fā)現(xiàn)它們是直鏈甲苯磺酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、 二甲基芳基磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽和二聚α-烯烴磺酸鹽。美國(guó)專利US 5542474(F〇am mixture for carbon dioxide drive oil recovery method)提到了一種在將蒸汽或二 氧化碳供給進(jìn)入地下巖層過程中增強(qiáng)性能的基于泡沫的方法，所述地下巖層包括至少一個(gè) 生產(chǎn)井和一個(gè)注入井。在采油過程中通過蒸汽供給排氣的效率通過以下增強(qiáng)：1)注入蒸汽， 直到其開始出現(xiàn)在生產(chǎn)井中，和2)隨后加入由蒸汽、不冷凝氣體和多肽表面活性劑水溶液 形成的混合物。表面活性劑-多肽的水溶液與巖層的石油在油藏條件下形成穩(wěn)定泡沫。其中 用作發(fā)泡劑基礎(chǔ)的表面活性劑是硫酸化乙氧基化醇、乙氧基化直鏈醇和直鏈甲苯磺酸的鈉 鹽和銨鹽。美國(guó)專利US 7, 104,327(Methods of fracturing high temperature subterranean zones and foamed fracturing fluids therefor)提供了用于壓裂高溫地 下區(qū)域的方法和用于此目的發(fā)泡粘性水性壓裂液。該發(fā)明的壓裂液含有水，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸或其鹽三聚物，氣體，發(fā)泡劑，以及用于控制和降低壓裂 液粘度的降粘劑。該發(fā)明中的發(fā)泡劑選自(： 8_(：22烷基酰胺基-甜菜堿、α-烯烴磺酸鹽、三甲 基-taloil-Cs-C22alquiletoxilado硫酸銨的氯化物和三甲基-椰油基-氯化銨;尤其是提到 了制備為發(fā)泡劑的椰油酰胺基丙基甜菜堿。墨西哥專利MX 297,297(C〇mp〇Sici0n espumante para alta temperatura y salinidad)涉及一種改進(jìn)的發(fā)泡組合物，其通過得 自α-烯烴磺酸鈉與烷基酰胺基丙基甜菜堿[結(jié)構(gòu)(2)]的超分子相互作用的協(xié)同效應(yīng)而在具 有高鹽度和溫度條件的碳酸鹽天然壓裂油藏中控制氣竄，
[0008]
[0009]其中R和R1是直鏈或支鏈且長(zhǎng)度為1-30個(gè)碳原子的獨(dú)立烷基。
[0010] 墨西哥專利MX 297,297和美國(guó)專利US 8,722,588提到了得自α-稀烴磺酸鈉與烷 基酰胺基丙基甜菜堿的相互作用的超分子復(fù)合物，其可與陰離子表面活性劑(優(yōu)選3-羥烷 基磺酸鈉類)和陽(yáng)離子表面活性劑(優(yōu)選烷基銨季銨鹽類型的，優(yōu)選烷基三甲基氯化銨或溴 化銨類)結(jié)合，同時(shí)封存二價(jià)離子，優(yōu)選源于衣康酸且平均分子量在200-20，000道爾頓范圍 內(nèi)的低聚物或共聚物，與源自選自以下的聚合物或共聚物:聚丙烯酰胺基團(tuán)，部分水解的聚 丙烯酰胺、黃原膠、聚(衣康酸）、聚（丙烯酸）、聚（衣康酸-共-丙烯酸）、聚(衣康酸鹽)和聚 (丙烯酸鹽）。同樣，在所述專利中說(shuō)明了具有增強(qiáng)穩(wěn)定性的發(fā)泡組合物在強(qiáng)化采油過程中 和/或生產(chǎn)保證中具有用途。該專利沒有提到作為濕潤(rùn)性改性劑、腐蝕抑制劑或防垢劑的應(yīng) 用;或者其存在于相同的衍生自衣康酸/乙烯磺酸鈉的共聚物和/或衍生自衣康酸/乙烯磺 酸鈉/烏頭酸的三聚物中。
[0011]墨西哥專利公開MX/a/2012/014187(Composici0n espumante con propiedades modificadoras de la mojabilidad e inhibitorias de la corrosion para alta temperatura y ultra alta salinidad)涉及具有濕潤(rùn)性改性和腐蝕抑制特性的發(fā)泡組合 物的收集和使用，該組合物通過得自烷基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿或烷基羥基磺基甜菜 堿與烷基羥基磺酸鈉和烯基磺酸鈉[結(jié)構(gòu)(3)]的超分子相互作用的協(xié)同效果來(lái)控制流體在 天然壓裂碳酸鹽油藏中的成渠，在強(qiáng)化采油過程中有利地改變巖石濕潤(rùn)性和控制在高溫和 超高鹽度條件下發(fā)生于采油裝置中的均勻腐蝕問題。具有濕潤(rùn)性改性和腐蝕抑制特性的發(fā) 泡組合物的特征在于耐受高二價(jià)離子濃度(諸如鈣、鎂、鍶和鋇）以及其應(yīng)用于油藏時(shí)刻用 作油藏的海水和/或適宜水特性的遞送介質(zhì)。該專利公開沒有提到該組合物具有防垢特性， 或者在其中還存烷基銨類型的季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑和/或源于衣康酸/乙烯磺酸鈉的 共聚物和/或衣康酸/乙烯磺酸鈉/烏頭酸的三聚物衍生物。
[0012]
[0013]在美國(guó)專利申請(qǐng)US 2007/0142235 Al(Process for oil recovery using surfactant gels)中保護(hù)了一種用于采收經(jīng)類的組合物和方法，其包括將水溶液通過一個(gè) 或多個(gè)注入井注入包含烴的巖層中，將溶液置換入巖層中并通過一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井采收烴 類。所述水溶液包含一種或多種兩性烷基酰胺基甜菜堿類型[結(jié)構(gòu)(4)]的表面活性劑以形 成粘彈性表面活性劑凝膠，其可在一些石油和鹽水中同時(shí)降低界面張力并提高諸如流體的 粘性。所述粘彈性凝膠對(duì)電解質(zhì)和多價(jià)陽(yáng)離子具有耐受性，并且特別可用于具有中高溫度、 高鹽度、高二價(jià)離子濃度和低孔隙率的油藏中。在該申請(qǐng)中提到了用于采收烴類的組合物 包含一種或多種選擇為在水性介質(zhì)中同時(shí)具有降低界面張力和提高粘度的能力的兩性表 面活性劑、次要表面活性劑和任選地一種或多種聚合物以提供殘余粘度。該專利申請(qǐng)說(shuō)明 了所述次要表面活性劑可選自陰離子、陽(yáng)離子或非離子基團(tuán)，且所述提供殘余粘度的聚合 物選自聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、黃原膠、羥乙基纖維素或瓜爾膠。同時(shí)，該專利 申請(qǐng)?zhí)岬酵榛０坊鸩藟A與次要表面活性劑直鏈型十二烷基苯磺酸鈉和芳基烷基二甲 苯磺酸鈉的組合降低了界面張力并提高體系的粘度。該專利申請(qǐng)沒有提到使用基于烷基酰 胺基甜菜堿的兩性表面活性劑及其混合物用于發(fā)泡，其也沒有提到使用烷基酰胺基甜菜堿 與烷基銨季銨鹽類型的陽(yáng)離子表面活性劑和/或源于衣康酸/乙烯磺酸鈉的共聚物和/或源 于衣康酸/乙烯磺酸鈉/烏頭酸的三聚物的混合物。
[0014]
[0015] 上述文獻(xiàn)中沒有一篇要求了如下多功能發(fā)泡組合物的開發(fā)和使用:所述組合物得 自源于烷基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿和/或烷基酰胺基丙基甜菜堿和/或烷基羥基磺基 甜菜堿和/或烷基甜菜堿和烷基羥基磺酸鈉和/或烯基磺酸鈉類型的陰離子表面活性劑的 相互作用的超分子復(fù)合物與四烷基鹵化銨類型的陽(yáng)離子表面活性劑和源于衣康酸/乙烯磺 酸鈉的共聚物和/或源于衣康酸/乙烯磺酸鈉/烏頭酸的三聚物的組合。這樣的多功能組合 物特征在于在高溫、高壓環(huán)境中具有高穩(wěn)定性，并且對(duì)高二價(jià)離子濃度如鈣、鎂、鍶和鋇具 有耐受性。因此本發(fā)明的目的在于提供具有改變的濕潤(rùn)性、均勻和局部化腐蝕抑制以及礦 物垢(諸如碳酸鈣以及鈣、鋇和鍶的硫酸鹽)的抑制/分散的多功能發(fā)泡組合物;其包括源于 烷基酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿和/或烷基酰胺基丙基甜菜堿和/或烷基羥基磺基甜菜堿 和/或烷基甜菜堿以及烷基羥基磺酸鈉和烯基磺酸鈉類型的陰離子表面活性劑的相互作用 的超分子復(fù)合物與作為四烷基鹵化銨的陽(yáng)離子表面活性劑和源于衣康酸/乙烯磺酸鈉的共 聚物和/或源于衣康酸/乙烯磺酸鈉/烏頭酸的三聚物。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):所產(chǎn)生的組合 物是多功能的，在超高鹽度環(huán)境、高溫和高二價(jià)離子濃度下在天然壓裂的碳酸鹽油藏中控 制氣竄;控制在注水和巖層水結(jié)合且不相容時(shí)發(fā)生的礦物鹽垢問題;在強(qiáng)化原油采收過程 中有利地改變巖石濕潤(rùn)性和控制采油裝置中的均勻腐蝕問題。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 為更好理解本發(fā)明中用于高溫和超高鹽度的具有濕潤(rùn)性改性、腐蝕抑制和礦物垢 抑制/分散特性的多功能發(fā)泡組合物，隨后簡(jiǎn)要描述了附圖所含內(nèi)容：
[0017]圖1顯示了用于泡沫產(chǎn)生的測(cè)試系統(tǒng)，其由以下部件組成：氣缸(TG-1)、泡沫發(fā)生 器管(EPM-1)、與0.5μ擴(kuò)散器偶聯(lián)的噴槍（lance)(DF-l)、容量為0-150cm3/min的流量計(jì)(R-1)、帶有再循環(huán)的熱浴(BTR-1)、控制氣流的閥裝置(VR-1、VP-1、VP-2、VR-2、VP-3、VP-4)、 溫度和壓力指示器(T-l、P-1和P2)。
[0018]圖2說(shuō)明了泡沫于lkg/cm2和70 °C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用實(shí)施例12中所述的 鹽水1制備為〇. 2wt%的以下物質(zhì):a)椰油酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿，b)3_羥基十一烷-1-磺酸鈉和十二-2-烯-1-磺酸鈉的混合物，c)十二烷基三甲基氯化銨，d)椰油酰胺基丙基甜 菜堿，e)十二烷基羥基磺基甜菜堿，f)十二烷基甜菜堿，g)十六烷基三甲基氯化銨，和f)發(fā) 泡組合物1。
[0019 ]圖3顯示了泡沫于1 kg/cm2和70 °C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用實(shí)施例12中所述的 鹽水1制備為〇. 2wt%的以下物質(zhì):a)椰油酰胺基丙基羥基磺基甜菜堿，b)3-羥基十一烷-1-磺酸鈉和十一-2-烯-1-磺酸鈉的混合物，c)十二烷基三甲基氯化銨，d)墨西哥專利MX 297297中所述的發(fā)泡組合物，e)專利申請(qǐng)Mx/a/2012/014187中所述的發(fā)泡組合物，f)發(fā)泡 組合物1，g)發(fā)泡組合物2，和h)發(fā)泡組合物3。
[0020]圖4顯示了泡沫于lkg/cm2和70 °C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用實(shí)施例12中所述的 鹽水1制備為ο. 2wt %的本發(fā)明發(fā)泡組合物1至6。
[0021 ]圖5顯示了泡沫于1 kg/cm2和70 °C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用實(shí)施例12中所述的 鹽水1制備為〇. 2wt %的本發(fā)明發(fā)泡組合物7至10。
[0022]圖6顯示了泡沫于lkg/cm2和70°C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用實(shí)施例14中所述的 鹽水2、3和4和發(fā)泡組合物1制備。
[0023]圖7顯示了泡沫于lkg/cm2和70°C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用實(shí)施例14中所述的 鹽水2、3和4和發(fā)泡組合物2制備。
[0024]圖8顯示了泡沫于lkg/cm2和70°C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用發(fā)泡組合物1和實(shí) 施例14中所述的鹽水4制備，并且使用氮作為氣體、二氧化碳和甲烷以及發(fā)泡組合物1。 [0025]圖9顯示了泡沫于lkg/cm 2和70 °C下對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性行為，使用發(fā)泡組合物2和實(shí) 施例14中所述的鹽水4制備，并且使用氮作為氣體、二氧化碳和甲烷。
[0026]圖10顯示了高溫高壓下泡沫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)裝置:其中：1)溫度控制器，2)BPR(背壓 調(diào)節(jié)器），3)觀測(cè)孔，4)過濾器，5)傳壓筒6)注入栗，和7)閥。
[0027]圖11顯示了使用其組成如實(shí)施例14中所述的鹽水3的本發(fā)