DE2811666A1

DE2811666A1 - Verfahren zur gewinnung von erdoel aus untertaegigen lagerstaetten

Info

Publication number: DE2811666A1
Application number: DE19782811666
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Grodde; Hartwig Dr Volz
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea International AG
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1979-09-20
Also published as: ATA130179A; GB2017783B; DE2811666C3; GB2017783A; CA1123186A; FR2420020A1; FR2420020B1; DE2811666B2; US4282930A; AT360463B

Description

Dr. Gerhard Schupf ner Patentanwalt

211o Buchholz

in der No-rdheide, Kirchenstraße 8 ,

den 15.März 1978

D 78 oo1 (PS

DEUTSCHE TEXACO AKTIENGESELLSCHAFT tfberseering 4·ο 2ooo Hamburg 6o

Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten

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Es ist bekannt, Eröllagerstätten besser und schneller als durch Wasserfluten dadurch zu entölen, daß die Viskosität des Flutwassers durch Einlösen hochmolekularer Polymere auf ein Vielfaches erhöht wird« Es gibt nur wenige Polymere, die hierzu geeignet und wirtschaftlich einsetzbar sind. Diese Polymere erzeugen schon in geringer Konzentration eine starke Viskositätserhöhung und sind bei den Lagerstättenbedingungen beständig«

Folgende Hochpolymere sind bisher als geeignet befunden worden: Polyacrylamide, die insbesondere partiell hydrolysiert sind, Polysaccharide und auch Celluloseäther, insbesondere Hydroxyäthylcellulose«

Polyacrylamide sind langkettige Polymere des Acrylamids mit der allgemeinen Formel

L-

- CH

bei η = etwa 5oooo oder mehr. Das Molekulargewicht beträgt drei bis sechs Millionen. Bei partiell hydrolysierten Polyacrylamiden ist ein Teil der Amidgruppen - COEH₂ ■= durch eine Verseifungsreaktion in Carboxylatgruppen - COO - überge'führt. Besonders günstig für das Polymerfluten sind Polyacrylamide, die zu 1o - 60 %, vorzugsweise 2o - 35 %» hydrolysiert sind*

Partiell hydrolysierte Polyacrylamide von hohem Moleku= largewlcht (1 - 10.1 ο ) sind zwar relativ billig» Die ge= wünschte Viskositätserhöhung bei kleinen Konzentrationen, etwa o,3 - 1 g/l ist aber nur bei Lösungen in praktisch salzfreiem Wasser erzielbar. Lösungen von ο,5 g/l partiell nydrolysierter Polyacrylamide in weichem Süßwasser bei

■ ' Λ

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Schergefallen zwischen 1 und Ίο s , die repräsentativ für das Fließen in Lagerstätten sind, haben eine Ιο- bis 2o-mal höhere Viskosität als Wasser. Um diese Viskositätserhöhung in Salzwässern zu erzielen, benötigt man dagegen Konzentrationen von 5 bis 5 g/l der gleichen Polymere.

Polysaccharide sind linear kondensierte Saccharide mit bis zu mehreren tausend Monosaccharideinheiten, die insbesondere für .die vorliegende Verwendung mittels Xanthomonas campestris oder Fungus Sclerocium erzeugt werden. Das für die vorliegende Anwendung geeignete Molekulargewicht beträgt über 5ooooo bis zu mehreren Millionen, vorzugsweise 1 Million und mehr.

Polysaccharide von hohem Molekulargewicht sind weniger salzempfindlich, aber teurer als Polyacrylamide und weniger viskositätsergiebig. Man benötigt Konzentrationen von etwa o,75 g/l> um eine 1o- bis 2o-fache Erhöhung der Viskosität zu erzielen. Je m Polymerlosung sind etwa die dreifachen Kosten aufzubringen als für partiell hydrolysierte Polyacrylamide in Süßwasser.

Schließlich sind auch wasserlösliche Celluloseether, insbesondere Hydroxyalkylcellulose mit niederen Alkylgruppen, wie C ,. __ ^ insbesondere Hydroxyathylcellulose für das Polymerfluten gemäß dem vorliegenden Verfahren geeignet. Das für die vorliegende Anwendung geeignete Molekulargewicht beträgt 5oo 000 - 600 000 und mehr.

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Hydroxyäthylcellulose ist ebenfalls wenig salzempfindlich, läßt sich aber, wie auch andere Cellulosederivate, nur mit begrenztem Molekulargewicht, <500000, herstellen. Zur gewünschten Viskositätserhöhung sind daher Konzentrationen von etwa 3g/l nötig.

Die meisten Erdöllagerstätten führen hochsaline Salzwässer, die außer Alkalichloriden auch erhebliche Konzentrationen an Erdalkalisalzen und wenn auch geringe Konzentrationen an für alle Polymere besonders schädlichen Borate, Sulfide

nicht

und Eisenionen enthalten. Es ist möglich, eines der genannten Polymere in solchen Wässern zu lösen ohne - in manchen Pällen erst nach einiger Zeit und/oder erhöhter Temperatur Zersetzung oder Ausflocken des Polymers zu erhalten.

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Es ist auch, "bekannt, und zwar speziell "bei der Anwendung von Tensiden zur Erhöhung der ülausbeute, die Bedingungen in der Lagerstätte durch ein Vorfluten mit Wasser geeigneter Salinität für die anzuwendende Chemikalienlösung optimal zu gestalten. Es liegt also nahe, Süßwasser vorzufluten, um relativ billige Lösungen von partiell hydrolysiertem Polyacrylamid verwenden zu können. In Versuchen an Sandpackungen hat sich gezeigt, daß bei homogener Packung und linearem Fließen etwa 25 % des durchströmten Porenvolumens nötig sind, um die Salinität des Wassers auf 1 % des ursprünglichen Wertes zu reduzieren, wodurch die Schädigung des Polyacrylamids auf ein erträgliches Maß verringert wäre. An Lagerstättenmodellen bei radialem Fluß und inhomogener Fließkapazität sind noch wesentlich größere Volumina zum Vorfluten nötig. Für die Feldanwendung bedeutet dies, daß einige Jahre lang mit Süßwasser vorgeflutet werden müßte und somit der Beginn des Polymerflutens und damit der zusätzliche ölgewinn hinausgezögert würde.

Man kann auch,ohne mit Süßwasser vorzufluten, Polysaccharide in Süßwasser gelöst in eine hochsaline Lagerstätte injizieren. Die Viskosität nimmt bei Vermischung mit Salzwasser anders als bei partiell hydrolysierten Polyacrylamiden lediglich der Verdünnung entsprechend ab. Das PoIysaccharid erfährt, wenn überhaupt, nur eine geringe Schädigung. Wegen der hohen Kosten ist die Verwendung von PoIysaccharidlösungen für das gesamte Flutprojekt, meist Volumina von 2o bis 4o % des zu erfassenden Porenvolumens, nicht sehr wirtschaftlich.

Es wurde nun gefunden, daß man das Vorfluten mit Süßwasser durch ein recht geringes Volumen von Polysaccharidlösung in Süßwasser ersetzen kann, um eine nachgeflutete Lösung

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von partiell hydrolysiertem Polyacrylamid in Süßwasser vor der Schädigung durch das Lagerstättenwasser zu schützen.

Überraschend wird der Salzgehalt an der Front der Polysaccharidlösung so schnell auf minimale Werte reduziert, daß nur wenige Prozent des Porenvolumens an Polysaccharidlösung nötig sind, um die gleiche Verringerung des Salzgehaltes zu erhalten wie mit großen Volumina von Süßwasser. Bei Versuchen an Lagerstättenmodellen konnte dieser Effekt voll "bestätigt werden. Statt mit Polysaccharidlösungen kann der gleiche Effekt mit Lösungen anderer salzunempfdndlicher Polymere in Süßwasser erzielt werden wie, mit .Hydroxyalkyläthern der

Hydroxyaimylpellulose Cellulose, insbesondere mrEyoder nicht hydrolysiertem Polyacrylamid. Die notwendigen Konzentrationen an diesen Polymeren sind jedoch größer und die Kosten höher»

Das Volumen der injizierten Lösung des salzunempfindlichen Polymers soll vorzugsweise 5 - 1o % des Porenvolumens der zu erfassenden Lagerstätte ausmachen, während vorteilhafterweise mit einem Volumen entsprechend Ίο - 4-0 % des Porenvolumens der Lösung des partiell hydrolysierten Polyacrylamids nachgeflutet wird»

Lösungen so hochmolekularer Stoffe sind keine echten Flüssigkeiten im rheologischen Sinne« Die Viskosität hängt vom Geschwindigkeitsgefälle ab» Die Fließeigenschaften dieser strukturviskosen Lösungen befolgen das Potenzgesetz:

TL "7"^ /\

1) If =Lr_ Jf= Geschwindigkeitsgefälle (s*"') L.1 X. = Schubspannung (dyn/cm )

η und ^ sind Konstanten,?^ ist die scheinbare Viskositat bei dem Geschwindigkeitsgefälle 1s ' „ Der Exponent

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ist kleiner als 1, während er für echte Flüssigkeiten gleich 1 ist.

Die Konzentration der Polymerlösung ist so einzustellen, daß ihre scheinbare Viskosität bei Lagerstättenbedingungen ein hohes Vielfaches der Viskosität des Wassers, vorzugsweise das 5- t>is 3o-fache erreicht.

Der Vorteil der beschriebenen Methode wurde auf Grund von Versuchen an einem geometrisch einer Lagerstätte ähnlichen Modell aus Plexiglas, das mit Sand gefüllt und mit öl und Salzwasser in einer den Lagerstättenverhältnissen entsprechenden Weise getränkt war, deutlich. Im ersten Versuch wurde in an sich bekannter Weise Süßwasser in einer Menge von 37% des Porenvolumens vorgeflutet und Lösungen von partiell hydrolysiertem Polyacrylamid mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 4- Millionen Süßwasser nachgeflutet: 2o% des Porenvolumens mit einer Konzentration von o,5 kg/m und 2o% mit linear abnehmender Konzentration von o,5 kg/nr auf ο kg/m. Im zweiten Versuch wurde ohne Vorfluten von Süßwasser zunächst 7 % des Porenvolumens einer Lösung von o,75 kg Polysaccharid eines mittleren Molekulargewichts von etwa 1,2 Millionen je nr Süßwasser injiziert, danach 15% des Porenvolumens von jeweils o,5 kg/m des hydrolysierten Polyacrylamids und 2o% des hydrolysierten Polyacrylamids in abgestufter Konzentration wie oben eingepreßt.

Obwohl die Menge des verwendeten Polymers und die Kosten im zweiten Fall höher waren als im ersten, errechnete sich ein auf Feldverhältnisse hochgerechneter wirtschaftlicher Vorteil, der um 5o% höher lag als beim Vergleichsverfahren des Standes der Technik. Dieser erfindungsgemäß

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erzielte beachtliche und überraschende Fortschritt ist bedingt durch Einsparungen der Wasserflutkosten und auch wesentlich durch die um 2 i/2 Jahre frühere ölausbeute.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus untertägigen Lagerstätten, die Salzwasser als Haftwasser enthalten oder mit Salzwasser geflutet worden sind,durch Polymerfluten, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleines Volumen einer Lösung eines salzunempfindlichen Polymers in Süßwasser in die Lagerstätte injiziert und mit der Hauptmenge einer Lösung eines partiell hydrolysierten Polyacrylamids in Süßwasser nachgeflutet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als salzunempfindliches Polymer ein Polysaccharid eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Volumen der Lösung des salzunempfindlichen Polymers von 5 - '^!o % des Porenvolumens der zu erfassenden Lagerstätte injiziert und ein Volumen des partiell hydrolysierten Polyacrylamids von 1o bis 4o % des Porenvolumens nachgeflutet wird.

4·. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Polymerlösungen so eingestellt wird, daß ihre scheinbare Viskosität bei Lagerstättenbedingungen ein hohes Vielfaches der Viskosität des Wassers erreicht, vorzugsweise das 5- "bis 30-fache.

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