DE2450290C3 - Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Sekundär- bzw. Tertiärförderverfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation.

Die Primärförderung von öl aus unterirdischen ölführenden Formationen geschieht normalerweise durch Ausnutzen der natürlichen Energie des Reservoirs (Lagerstätte), die in Form eines Wassertriebs, eines Gaskappentriebs, eines Lösungsgastriebs oder eine Kombination derselben erfolgt. Es ist bekannt, daß diese »primären« Förderverfahren beträchtliche ölanteile im Reservoir belassen. Das Öl, das nach der Erschöpfung der primären Energiequellen im Reservoir verbleibt, kann mittels sekundärer Gewinnungsverfahren teilweise gefördert werden. Hierbei wird Flutungswasser durch eine oder mehrere Injektionsbohrungen, die die ölhaltige Formation durchteufen, in das Reservoir injiziert. Das Wasser verdrängt das öl in der Formation und treibt es durch die Formation zu einer oder mehreren Produktionsbohrungen, aus denen es dann gewonnen wird.

Ein solches Sekundärverfahren kann jedoch nur 30 bis 35°/o des verbliebenen Öls fördern, so daß noch beträchtliche ölmengen zurückbleiben. Es kann angenommen werden, daß dieser Gewinnfaktor unter anderem von der Grenzflächenspannung zwischen dem Wasser und dem Öl abhängig ist. Diese Grenzflächenspannung schränkt die Wirksamkeit des Verdrängungsverfahrens sehr ein. Bei der Beendigung eines Wasserflutens verbleiben erhebliche ölmengen im Reservoir. Falls das Rohöl natürliche Emulgatoren enthält, kann weiteres Rohöl durch Injektion alkalischen Wassers gefördert werden. Nach anderen bekannten Verfahren werden eine Ölmenge, die einen Emulgator enthält, und nachfolgend alkalisches Wasser injiziert. Die Bildung einer Emulsion wird jedoch durch die Gegenwart von Salzen, z. B. NaCl, verzögert, wodurch die Anwendung eines Emulgierungsverfahrens auf Lagerstätten mit Frischwasser oder Wasser mit niedrigen Solekonzentrationen eingeschränkt wird.

Es ist bekannt, die Wirksamkeit des Wasserflutens durch Verwendung von Surfactants im Flutungswasser zu verbessern. Diese wäßrigen Surfactantsysteme erhöhen die Produktion durch Herabsetzen der Grenzflächenspannung zwischen Wasser- und Ölphase. Allgemein gilt, daß je niedriger die Grenzflächenspannung ist, um so höher die ölgewinnung ist.

Die niedrigste Grenzflächenspannung zwischen Öl- und Wasserphase kann bekanntermaßen durch Aufzeichnen der Salzkonzentration und der Surfactantzusammensetzung und -konzentration für das jeweilige Reservoir ermittelt werden. Obgleich die bekannten Surfactantsysteme geeignet sind, kann ihre Wirksamkeit herabgesetzt werden, wenn polyvalente Metallionen im Reservoir zugegen sind. Außerdem neigen die Surfactants in einem Ausmaß zur Adsorption auf der Matrix, daß es sich nachteilig auswirkt. Beim Einsatz von Surfactants wird im allgemeinen

eine Lösung des Surfactant, die auch eine bekannte Menge eines raonovalenten Salzes enthalten kann, injiziert und anschließend ein Verdrängungsmittel eingepreßt, um die Surfactantmenge durch die Formation zu verdrängen. Das Verdrängungsmittel kann ein Verdickungsmittel, beispielsweise ein Polyacrylamid, enthalten.

Bekanntlich werden einige Rohöle, die natürliche Emulgatoren enthalten, bei Kontakt mit alkalischem Wasser spontan emulgiert. Rohöle ohne diese Emulgatoren werden durch alkalisches Wasser nicht emulgiert, werden jedoch Fettsäuren zugegeben, tritt spontane Emulgierung ein, wobei der Emulgator die an der Grenzfläche gebildete Seife ist. Die Emulgierung wird jedoch bekanntlich verhindert, wenn Sole in der Formation vorhanden ist.

In »The Oil and Gas Journal« vom 26. 9.1960 wird auf S. 104 darüber berichtet, daß man auch schon mit einem Alkohol, wie Isopropanol, geflutet hat. Durch den Alkohol wird die Formationsflüssigkeit ao vollständig ersetzt, bis der Alkoholgehalt in der Mischzone unter die für die Mischbarkeit erforderliche Konzentration gesunken ist. Dann wird mit Wasser nachgespült. Aus der US-PS 3616 853 ist bekannt, als erstes Injektionsmedium ein polares organisches Lösungsmittel, z. B. einen tertiären Butylalkohol, zu verwenden, dem Tallöl zugesetzt ist, welches das polare organische Lösungsmittel mii dem Kohlenwasserstoff mischbar macht. Dann folgt als zweites Medium Wasser mit einem Zusatz eines Alkalimetallsalzes. Durch den Salzgehalt wird das Tallöl gefällt, so daß die hintere Kante des ersten Mediums mit dem wäßrigen zweiten Medium mischbar wird. In der US-PS 33 30 345 wird ein Sekundärgewinnungsverfahren vorgeschlagen, bei welchem nacheinander ein flüssiger Kohlenwasserstoff, dem ein Verdickungsmittel zugesetzt ist, ein Lösungsmittel, das sowohl mit dem Kohlenwasserstoff als auch der Formationsflüssigkeit mischbar ist, z. B. ein gesättigter Alkohol, und zum Schluß Wasser eingepreßt werden. Bei diesen Verfahren wird durchweg die Mischbarkeit von Formationsflüssigkeit und Flutungsmcdium erhöht, um die Ölgewinnung zu verbessern. Beim Verfahren nach der US-PS 33 58 757 wird zunächst ein flüssiger Kohlenwasserstoff, weleher einen Ester einer Fettsäure enthält, eingepreßt. Dann wird eine wäßrige Lösung injiziert, der Alkalihydroxid oder -carbonat zugesetzt ist, um den Ester im Kohlenwasserstoff zu verseifen. Dabei entsteht ein Surfactant (Seife), das die Grenzflächenspannung zwischen wäßriger Phase und Kohlenwasserstoffphase erniedrigt; und es entsteht Alkohol, der die Mischbarkeit von wäßriger und Kohlenwasserstoffphase erhöht. Dann wird Wasser nachgepreßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation zu schaffen. Dabei soll das zu gewinnende Öl möglichst vollständig aus den Kapillaren der Formation herausgedrängt werden.

Die Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation, welche durch mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine Produktionsbohrung aufgeschlossen ist, wobei durch die Injek- tionsbohrung zunächst eine erste Menge eines Kohlenwasserstoffs und danach eine zweite Menge eines Mediums mit einem wasserlöslichen Alkalimetallsalz in die Formation eingedrückt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Injektionsmenge zusätzlich einen einfach gesättigten, sekundären Alkohol und die zweite Injektionsmenge zusätzlich ein Sulfat eines Fettalkohols mit 8 bis 20 C-Atomen enthalten.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Emulgierung von Rohölen in Gegenwart von salzhaltigem WasseT durch Injektion einer Menge, die einen ungesättigten sekundären Alkohol, wie z. B. Cholesterin, enthält, und nachfolgendem Injizieren einer Sole, die ein Sulfat eines Fettalkohols, wie z. B. Na-Dodecylsulfat, enthält, durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Einfluß von Cholesterin auf die ölverdrängung,

Fig. 2 den Einfluß von Na-Dodecylsulfat auf die ölverdrängung,

F i g. 3 den Einfluß von NaCl auf die Ölverdrängung,

F i g. 4 a, 4 b die Förderung unter Verwendung von Cholesterin und dem Sulfat eines Fetta'kohols.

Erfindungsgemäß wird eine Menge Kohlenwasserstoff, die eine vorgegebene Konzentration eines ungesättigten sekundären Alkohols, beispielsweise Cholesterin, enthält, in das Reservoir injiziert und nachfolgend ein alkalimetallsalzhaltiges wäßriges Medium, das ein Sulfat eines Fettalkohols enthält, eingepreßt. Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden eine Reihe von Kapillarverdrängungstests unter Verwendung von Cholesterin als ungesättigtem sekundärem Alkohol, der in der Kohlenwasserstoffölphase gelöst, und des Sulfates eines Fettalkohols, der in der wäßrigen Phase gelöst ist, durchgeführt. Glaskapillaren wurden mit öl, welches ein 36° API-Rohöl war und etwa 2°/o Cholesterin enthielt, gefüllt und sodann in die wäßrige Phase, die das Sulfat und ein Alkalisalz enthielt, eingetaucht. Der Dichteunterschied vom öl in der Kapillare und der umgebenden wäßrigen Lösung wirkte als Verdrängungsmittel, das durch die Grenzflächenspannung zwischen Öl und wäßriger Lösung kompensiert wurde. Die Verdrängung der Ölphase aus der Kapillare wurde durch ein Mikroskop beobachtet, wobei die Bewegung des Öl-Wasser-Meniskus verfolg wurde. Die in 5 Minuten zurückgelegte Entfernung (in mm) wurde registriert und als Maß der Verdrängungswirksamkeit der Mischung angesehen. Die Entfernung ist in den F i g. 1 bis 3 gegen die Materialkonzentration aufgetragen. Es tritt im wesentlichen keine Bewegung des Meniskus ein, wenn das Wasser keine Additive enthielt.

Die F i g. 1 zeigt die Rohölverdrängung, wobei die Konzentration des ungesättigten Alkohols, Cholesterin, unter Verwendung optimaler Surfactantkonzentrationen, d. h. 1 °/o Na-Dodecylsulfat, variiert wurde. Bei einer Konzentration von 0,5 °/o wurde der weiteste Weg zurückgelegt.

Die F i g. 2 zeigt die Verdrängung in einer wäßrigen Lösung, die variierte Na-Dodecylsulfat-Konzentrationen enthielt. Bei einer Konzentration von 1 ⁿ/o Sulfat trat maximale Verdrängung ein.

Die F i g. 3 zeigt den Einfluß variierender Konzentrationen des löslichen Alkalisalzes in der wäßrigen Lösung, die l°/o Na-Dodecylsulfat enthielt, auf die Verdrängung. Die größte Verdrängung trat bei Anwesenheit von etwa 0,5 °/o NaCl auf.

Unter Verwendung der optimalen Zusammen- Stoffen oder, unter bestimmten Bedingungen, geför-

setzung wurden zwei lineare Verdrängungsflutungen dertem Rohöl, besteht. Es wird eine erste Menge

mit einem 36° API-Rohöl durchgeführt: dieser Mischung in die Formation injiziert. Wahl-

Fig. 4a zeigt die Injektion einer Menge von 2% weise folgt dieser Menge eine Menge Wasser oder

Cholesterin gelöst in Rohöl, gefolgt von einer Menge 5 Salzlösung nach. Sodann folgt eine zweite Menge

eines Wasserpuffers und gefolgt von Wasser mit 1 %> einer wäßrigen Lösung, die aus einem Sulfat eines

Na-Dodecylsulfat. Die Puffermenge diente zum wci- Fettalkohols, z. B. Na-Dodecylsulfat, und einem

teren Verdrängen der ölmenge in den Kern und er- wasserlöslichen Alkalimetallsalz, z. B. NaCI, besteht,

möglichte auch ein Dispergieren des Cholesterin im Die zweite Menge verdrängt die vorherige(n) Men-

vorhandenen öl, bevor dieses mit der Surfactant- ίο ge(n) durch die Formation zusammen mit dem in

lösung in Berührung kam. derselben vorhandenen Kohlenwasserstoff zu einer

F i g. 4 b zeigt die Verwendung eines anderen Förderbohrung, aus der die Formationskohlenwasser-

Surfactant, und zwar Na-Tridecylsulfat ohne Wasser- stoffe gefördert werden. Der Wassermenge kann ein

puffer. Es zeigte sich, daß eine weitere ölgewinnung Wasserfluten folgen.

jeweils durch die Verwendung einer Cholesterin/Öl- 15 Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Vermenge eintrat. fahrens ist es vorteilhaft, die den ungesättigten Al-

Eine Vielzahl ungesättigter sekundärer Alkohole kohol enthaltende Menge mit etwa 5 bis etwa 50% kann verwendet werden. Beispielsweise kann ein Reservoirporenvolumen zu injizieren. Vorzugsweise substituierter, cyklischer, sekundärer Alkohol, z.B. sind etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent sekundärer Cyclohexenol und seine Alkylderivate, wie Methyl-, ao Alkohol in der Menge vorhanden. Die der ersten Propyl- oder Pentylcyclohexenol, sowie die Dialkyl- Menge wahlweise folgende Menge einer wäßrigen und Trialkylderivate, beispielsweise Dimethylcyclo- Lösung oder Sole enthält etwa 0,1 bis etwa 5,0 Gehexenol, eingesetzt werden. Weiterhin sind die Terpen- wichtsprozent des Salzes, und diese Menge kann etwa alkohole, wie Pulegol, Isoborneol, Menthol oder 5 bis etwa 50% Reservoirporenvolumen betragen. Piperitol, geeignet. Schließlich können Alkohole mit 25 Die sodann injizierte Menge, die das Sulfat eines Fettankondensierten Ringen, zu denen das Cholesterin alkohols und ein lösliches Alkalimetallsalz enthält, zu zählen ist, verwendet werden. beträgt etwa 5 bis etwa 50% Reservoirporenvolumen.

Als Lösungsmittel, das den sekundären Alkohol Vorzugsweise liegt das Sulfat des Fettalkohols mit enthält, kann jeder Kohlenwasserstoff verwendet etwa 0,1 bis etwa 2,0 Gewichtsprozent und das Alkaliwerden, der sekundäre Alkohole löst, wie z. B. Bu- 30 metallsalz mit etwa 0,1 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent tan, Propan oder andere Kohlenwasserstoffe. Auch vor.
Rohöl selbst kann als Lösungsmittel dienen. In einer weiteren Ausführungsform kann die wäß-

Viele Sulfate von Fettalkoholen sind verwendbar, rige Menge als das wirksame Treibmittel verwendet

wie beispielsweise die wasserlöslichen Salze alipha- werden. Jedoch wird es bevorzugt, dieser Menge ein

tischer, substituierter, anionischer Surfactants mit 8 35 Wasserfluten folgen zu lassen. Das Flutwasser kann

bis 20 C-Atomen, wobei das Kation Na⁺, K⁺ oder Sole, eingedicktes Wasser oder eingedickte Sole sein,

NH₄ ⁺ ist. Als Beispiele seien Na-Tridecylsulfat und wobei der Eindicker mit etwa 0,01 bis etwa 0,5 Ge-

Na-Dodecylsulfat genannt. wichtsprozent eingesetzt wird.

Das lösliche Alkalimetallsalz kann jedes lösliche Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ein

anorganische Salz des Na, K oder NH₃ sein. Vor- 40 übliches 5-Punkte-Muster, in dem die zentrale Boh-

zugsweise wird NaCl verwendet. rung der Injektor und die vier Außenbohrungen die

In einer bevorzugten Ausführungsfonn wird eine Förderer sind, angewendet werden, oder es kann ein

Mischung hergestellt, die aus einem einfach ungesät- üblicher Linientrieb zur Anwendung kommen, wobei

tigten sekundären Alkohol in einem Lösungsmittel, eine Linie als Injektionsbohrung und die beiden

beispielsweise Butan, Propan, anderen Kohlenwasser- 45 benachbarten Linien als Förderbohrungen arbeiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation, welche durch mindestens eine Injektionsbohrung und mindestens eine Produktionsbohrung aufgeschlossen ist, wobei durch die Injektionsbohrung zunächst eine erste Menge eines Kohlenwasserstoffs und danach eine zweite Menge eines wäßrigen Mediums mit einem wasserlöslichen Alkali- "> metallsalz in die Formation eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Injektionsmenge zusätzlich einen einfach ungesättigten, sekundären Alkohol und die zweite Injektionsmenge zusätzlich ein Sulfat eines Fettalkohols mit 8 bis 20 C-Atomen enthalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Injektionsmenge Wasser oder Sole als Treibmittel eingepreßt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Injektionsmenge ein Volumen von etwa 5 bis 50 ⁰Zo des Porenvolumens der Formation aufweist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einfach ungesättigte, sekundäre Alkohol ein cyclischer Alkohol oder Alkylderivate desselben, ein Terpenalkohol oder Derivate desselben oder ein polyacyclischer Alkohol oder Derivate desselben ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der einfach ungesättigte, sekundäre Alkohol Cholesterin, ein Derivat desselben oder eine Mischung davon ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Injektionsmenge etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent Alkohol enthält.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff 2 bis 6 C-Atome, wie Propan, Butan oder Mischungen derselben, aufweist, oder Rohöl ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Menge ein Volumen von etwa 5 bis 50 "/0 des Porenvolumens der Formation aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fettalkoholsulfat ein Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalz, wie Na-Dodecylsulfat oder Na-Tridecylsulfat, ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Injektionsmenge etwa 0,1 bis 2,0 Gewichtsprozent Sulfat aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallsalz in der zweiten Menge wasserlösliche anorganische Na-, K- oder Ammoniumsalze, vorzugsweise NaCl, verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Injektionsmenge etwa 0,1 bis etwa 5,0Gewichtsprozent Alkalimetallsalz aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch p,ekennzeichnet, daß das Treibmittel einen Eindicker enthält

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Injektion der zweiten Menge eine Menge an Wasser, Sole, eingedicktem Wasser oder eingedickter Sole injiziert wird.