Патент на изобретение №2382065
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) МИКРОЭМУЛЬСИЯ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к микроэмульсиям, являющимся коллоидными системами типа масло в воде, либо вода в масле, и применяемым в нефтяной промышленности для повышения нефтеотдачи пластов. Технический результат изобретения – понижение вязкости микроэмульсий и повышение их проницаемости в породах нефтяных пластов. Микроэмульсии для добычи нефти содержат, мас.%: полиэтиленполиамин – ПЭПА с мол. мас. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас.% 3,41-9,00, олеиновая кислота – ОК 7,84-20,91, изопропиловый спирт – ИПС 3,75-10, керосин 15-40, вода остальное. Соотношение ОК:ПЭПА, с мол. мас. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас.% равно 1,6: 3,0 мас., соотношение ИПС:ПЭПА, с мол. мас. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас.%, 0,6:1,1 мас. 5 табл.
Изобретение относится к микроэмульсиям, являющимся коллоидными системами типа масло в воде, либо вода в масле, и применяемым в нефтяной промышленности для повышения нефтеотдачи пластов. Микроэмульсии (мицеллярные растворы) состоят из трех-четырех и более компонентов. Основные компоненты – углеводородная жидкость, вода, поверхностно-активное вещество и стабилизатор [М.Л.Сургучев, В.А.Шевцов, В.В.Сурина. Применение мицеллярных растворов для увеличения нефтеотдачи пластов. М.: Недра. – 1977. – 175 с., см. с.11-12]. В качестве углеводородной фазы могут применятся различные жидкости – от сжиженного нефтяного газа до сырой легкой нефти. Вода может использоваться в виде обычной пресной воды, слабо минерализованной пластовой или подвергнутой очистке от солей и механических примесей. В качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) применяются нефтерастворимые соединения – алкиларилсульфонаты, нефтяные сульфонаты, алкилфенолы и др. В качестве стабилизаторов (содетергентов) используют спирты, обычно изопропиловый, бутиловый и др. Изменением содержания ПАВ, стабилизатора, углеводородов и воды можно приготовить микроэмульсию либо с внешней углеводородной, либо с внешней водной фазой. Количественное содержание и типы компонентов в микроэмульсиях определяют их свойства: фазовое состояние (однофазные или двухфазные), вязкость, плотность, прозрачность и др. В [М.Л.Сургучев, В.А.Шевцов, В.В.Сурина. Применение мицеллярных растворов для увеличения нефтеотдачи пластов. М.: Недра. – 1977. – 175 с, см. с.11-12] представлены некоторые составы микроэмульсий с внешней углеводородной фазой. Содержание компонентов находится в пределах (об.%): нефтяной сульфонат – от 8,6 до 14,3; изопропанол – от 0,6 до 4,3; углеводородная фаза (пентан, нефть) – от 45,6 до 73,4; остальное – вода. Микроэмульсии с внешней водной фазой содержат (об.%): ПАВ – более 4; углеводороды – от 2 до 50; воду от 40 до 95; спирт от – 0,01 до 20, электролит – от 0,001 до 4. Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является улучшение вязкостных свойств микроэмульсий и соответственно их проницаемости в породах нефтяных пластов. Поставленную задачу можно решить за счет достижения технического результата, который заключается в понижении вязкости микроэмульсий при введении в их состав воды и в повышении их проницаемости в породах нефтяных пластов. Указанный технический результат достигается тем, что в известном составе микроэмульсии для добычи нефти, содержащем поверхностно-активное вещество – ПАВ – продукт нейтрализации олеиновой кислоты – ОК полиэтиленполиамином – ПЭПА, спирт, керосин и воду, особенностью является то, что соотношение ОК:ПЭПА, с мол. масс. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6, мас.% равно 1,6:3,0 мас., а в качестве спирта он содержит изопропиловый спирт – ИПС, при соотношении ИПСЛЭПА, с мол. мас. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас.%, 0,6:1,1 мас., при следующем соотношении компонентов (мас.%): ПЭПА с мол. масс. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас. %, – 3,41-9,09; олеиновая кислота – 7,84-20,91, изопропиловый спирт – 3,75-10,00, керосин – 15-40,00, вода – остальное. Микроэмульсию получают путем смешения керосина, олеиновой кислоты, полиэтиленполиаминов и спирта с последующим разбавлением полученного концентрата водой, в качестве спирта используется изопропиловый спирт (ИПС). Замена циклогексанола на изопропиловый спирт позволяет снизить вязкость микроэмульсий при разбавлении их водой и повысить эмульгируемость микроэмульсий в керосине. Для получения микроэмульсий использовали полиэтиленполиамины (ПЭПА), которые (ПЭПА) имели следующие свойства: молекулярная масса 144; массовая доля общего азота 31%; массовая доля третичных аминогрупп 6,6%; массовая доля кубового остатка, кипящего выше 200°С, 69,6%; массовая доля фракции, отгоняемой при остаточном давлении 1,3 кПа, в температурных пределах: а) до 75°С – следы; б) от 75 до 200°С – 28,9%. Полиэтиленполиамины соответствуют требованиям ТУ 2413-357-00203447-99. Использовалась олеиновая кислота (ОК) со свойствами, близкими к литературным: молекулярная масса 282,5; температура плавления от 13,4 до 16,3°С; температура кипения 225-226°С при 10 мм рт.ст.; плотность при 20°С 891 кг/м3; кислотное число 199 мг КОН/г; йодное число 89,9. Изопропиловый спирт (ИПС-содетергент) также имел свойства, близкие к литературным данным: ИПС бесцветная жидкость с характерным запахом; молекулярная масса 60,1; температура кипения 82,4°С; ИПС смешивается с водой и органическими жидкостями во всех отношениях; температура плавления минус 89,5°С. Керосин (реактивное топливо «РТ») имел температуру помутнения минус 62°С, температуру застывания минус 72°С; реактивное топливо соответствовало ГОСТ 10227-86. В качестве воды использовалась дистиллированная вода. Микроэмульсии получали смешением компонентов в следующей последовательности. Навески олеиновой кислоты растворялись в керосине, туда же загружалось расчетное количество полиэтиленполиаминов, которые нейтрализовали олеиновую кислоту. Олеиновая кислота и полиэтиленполиамины при перемешивании образовывали аминные соли олеиновой кислоты, неограниченно смешивающиеся с керосином. Полученный раствор титровался водой с получением микроэмульсий с содержанием воды 10, 20, 30 и т.д. % воды и далее через каждые 10 мас.% вплоть до содержания воды 90 мас.%. При фиксированном (упомянутом выше) содержании воды в МЭ для них определялась растворимость в керосине и воде. Растворимость определялась прикапыванием двух-четырех капель МЭ к 5 мл воды или керосина с последующим встряхиванием. Растворимые МЭ равномерно распределялись в объеме керосина и воды. Вода и керосин при этом сохраняли прозрачность. Нерастворимые МЭ давали либо равномерную устойчивую муть (эмульгируемые МЭ), либо образовывали верхний (мениск) или нижний слой относительно соответственно воды и керосина. Тип микроэмульсии определялся комплексным методом – по растворимости в воде и керосине, по перегибам на зависимостях показателя преломления от содержания воды и по тесту на окрашивание сухой фильтровальной бумаги, пропитанной хлористым кобальтом. В последнем случае розовое окрашивание свидетельствовало об эмульсии типа м/в. Для микроэмульсий при температуре 50°С определяли вязкость с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ – 2. Устойчивость и стабильность эмульсий определяли через сутки. Если микроэмульсия сохраняла прозрачность и не расслаивалась, то она считалась стабильной. Использовался также экспресс-метод – центрифугирование пробы МЭ при скорости вращения центрифуги 4200 об/мин в течение 10 мин. При сохранении прозрачности МЭ и отсутствии признаков расслоения микроэмульсии считались также стабильными. Оба метода давали одинаковые (сходимые) результаты. Оптимизацию состава микроэмульсий на основе аминного мыла олеиновой кислоты, стабилизированной изопропанолом, проводили в две стадии методом планирования эксперимента. Составляли матрицу полного факторного эксперимента по методу Бокса с набором комбинаций варьируемых факторов. Оптимизация проводилась по максимальному количеству воды, входящей в состав МЭ (Y), при котором эмульсия сохраняет стабильность и прозрачность. Варьируемыми факторами являлись: X1 – суммарное содержание концентрата микроэмульсии (МЭ) в керосине [концентрат МЭ представлял собой смесь олеиновой кислоты (ОК), полиэтиленполиаминов (ПЭПА) и изопропилового спирта]; Х2 – соотношение ОК:ПЭПА в концентрате МЭ; Х3 – соотношение спирт:ПЭПА в концентрате МЭ. Были выбраны базовый, верхний и нижний уровни варьирования, интервал варьирования. На первом этапе базовый уровень и интервал варьирования по факторам составлял соответственно ( мас.%): по X1=40 и 10; по Х2=3 и 1; по Х3=1,5 и 0,7 (табл.1).
Для первого этапа планирования уравнение регрессии имеет вид: у=25,1+1,13X1-4,06Х2-6Х3 Анализ данных табл.1 показывает, что наилучшие результаты были получены для растворов под На втором этапе был изменен базовый уровень по Х2 и Х3 и интервалы варьирования, которые составляли соответственно (мас.%): Х2=2,3 и 0,7; по Х3=1,1 и 0,5 (табл.2). По X1 базовый уровень и интервал варьирования оставался прежним (см. табл.1). Матрица для оптимизации состава MP при новом базовом уровне и интервалах варьирования приводится в табл.2.
Для второго этапа планирования уравнение регрессии имеет вид: у=5,75+1,13X1-12,5Х2-32,5Х3 Анализ данных табл.2 показывает, что выбор базового уровня и интервалов варьирования оказался оправданным. Большинство из новых концентратов МЭ значительно лучше поглощают воду (см. табл.1.). Максимальное количество поглощаемой воды МЭ с сохранением стабильности и прозрачности превышает 80 мас.%. Наилучшие результаты были получены для растворов под номерами 2, 4 и 9. Сравнение данных табл.1 и 2 показывает, что сужение массового соотношения ОК:ПЭПА и спирт:ПЭПА способствует получению МЭ, которые в большей степени поглощают воду без нарушения их стабильности и прозрачности. По данным табл. оптимальным составом с учетом максимального поглощения воды можно считать концентраты MP с содержанием концентрата 40 – 50%, предпочтительнее 50 мас.%, при массовом соотношении ОК:ПЭПА=1,6-3,0 и при массовом соотношении спирт:ПЭПА=0,6-1,1, предпочтительнее 0,6. Для сравнения физико-химических свойств разработанных МЭ на основе ОК, ПЭПА и изопропанола с микроэмульсиями по прототипу – ОК, ПЭПА и циклогексанол использовался концентрат по заявляемому составу при его содержании в керосине 50 мас.%, соотношении ОК:ПЭПА=2,3 и соотношении изопропанол:ПЭПА=1,1. Состав концентрата в пересчете на мас.% следующий: керосин – 50, ОК – 26,14; ПЭПА – 11,36% и спирт – 12,50. На основе оптимального состава концентрата МЭ были приготовлены микроэмульсии с содержанием воды соответственно 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90 мас.%. Состав предлагаемых микроэмульсий (мас.%) с различным содержанием воды приведен в табл.3.
Для разработанных микроэмульсий определены физико-химические свойства, характеристика которых приводится в табл.4. Для сравнения в табл.5 приведены физико-химические свойства микроэмульсий при оптимальном соотношении компонентов в концентрате и при таком же содержании воды, как и для заявляемого состава. Оптимальный состав концентрата микроэмульсий представляет собой 50%-ный раствор в керосине мыла, полученного смешением полиэтиленполиаминов (ПЭПА) и олеиновой кислоты при их массовом соотношении ОК:ПЭПА=2,3 и массовом соотношении циклогексанол:ПЭПА=1,5.
Сопоставление данных по физико-химическим свойствам микроэмульсий (МЭ) по заявляемому составу и по прототипу показывает, что МЭ в обоих случаях сохраняют стабильность и прозрачность до содержания в их составе воды 90%. Микроэмульсии до содержания в них воды 20 мас.% относятся к эмульсиям типа в/м («вода в масле»). При содержании в МЭ воды более 50-60% эмульсии переходят в эмульсии типа м/в («масло в воде»). В области эмульсий переходного типа эмульсии имеют высокую температуру застывания. Сопоставление данных по вязкости эмульсий при 50°С согласно прототипу и согласно заявляемого состава позволяет выявить положительный эффект для МЭ по заявляемому составу. Последние эмульсии имеют значительно более низкие вязкости практически при любом содержании в них воды. Для эмульсий по заявляемому составу вообще отсутствует желеобразное состояние, в котором МЭ не могут использоваться для закачки в пласт из-за их низкой проницаемости. Причем, во всем интервале содержания воды в МЭ их вязкость не превышает 71,3-83,3 мм2/с. Изменение вязкости МЭ при изменении в них содержания воды происходит более или менее плавно, что удобно при их использования для обработки скважин. По совокупности физико-химических свойств (табл.4) нами могут быть рекомендованы микроэмульсии МЭ, содержащие от 20 до 70 мас.% воды. При содержании воды в МЭ 20% они относятся к эмульсиям типа в/м (внешняя фаза углеводородная), при более высоком содержании в них воды – это эмульсии типа м/в (внешняя фаза водная). При этом содержание компонентов в МЭ изменяются в следующих пределах (мас.%):
Формула изобретения
Состав микроэмульсии для добычи нефти, содержащий поверхностно-активное вещество – ПАВ – продукт нейтрализации олеиновой кислоты – ОК полиэтиленполиамином – ПЭПА, спирт, керосин и воду, отличающийся тем, что соотношении ОК:ПЭПА с мол. мас. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас.% равно 1,6:3,0 мас., а в качестве спирта он содержит изопропиловый спирт – ИПС, при соотношении ИПС:ПЭПА с мол. мас. 144 и долей третичных аминогрупп 6,6 мас.% – 0,6:1,1 мас., при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
опыта
