用于地下巖層的聚合物基溶液的取樣方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在主周路中流動的水溶性聚合物水溶液的取樣方法，該方法使樣品能夠被收集以在環(huán)境空氣中經(jīng)歷至少一種分析，給出該水溶性聚合物的至少一種特性，其特征在于，在從主周路取樣之前或之后，根據(jù)間歇式添加法向水溶性聚合物水溶液中加入穩(wěn)定溶液，以獲得包括水溶性聚合物水溶液和穩(wěn)定溶液的混合物的樣品，其中水溶性聚合物在含有至少10vol%氧的氣氛中受到保護(hù)使其免受可能經(jīng)受的攻擊。
【專利說明】用于地下巖層的聚合物基溶液的取樣方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于地下巖層中的聚合物基溶液(polymer-based solutions)的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提高采收率采油法(enhanced oil recovery)的【技術(shù)領(lǐng)域】。更確切地說,本發(fā)明的主題是使含有水溶性聚合物的水溶液的樣品能夠從所述水溶液的循環(huán)線中直接被收集，并允許溶液保持其完整性的方法。本發(fā)明還涉及適合于實施本發(fā)明的取樣方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)目前開發(fā)的油層都是成熟的。因此，觀察到它們的石油生產(chǎn)的衰退，或者正處于衰退期。這些油田的采油率目前是有限的，平均在15-35%的量級。因此，它們?nèi)匀惶峁┝讼喈?dāng)大的生產(chǎn)潛能。
[0003]油田中含有的油的開采通常以若干步驟進(jìn)行。生產(chǎn)首先始自流體和巖石降壓時的天然能量。在此消耗階段之后，回收至表面的烴的量平均為原始儲量(initial reserve)的大約5-15%。因此，作為第二個步驟，有必要使用旨在通過保持油田中壓力來增加采收率的技術(shù)。
[0004]經(jīng)常使用的方法由通過出于該目的而鉆探的注射井向油層中注射水組成。該技術(shù)稱作二次開采。當(dāng)通過生產(chǎn)井而產(chǎn)生的混合物中具有太高的水含量時，該第二階段停止。該方法的增益(就額外的采收率而言)為大約10-20%。
[0005]其他使用的技術(shù)統(tǒng)稱為提高采收率采油法(E0R)。它們的目的在于采收10-45%額外的烴。術(shù)語提高采收率采油法下已知有各種技術(shù)，例如，基于混溶流體的熱技術(shù)，和用于提高地下剩余油采收的化學(xué)技術(shù)(cf.0il&gas science and technology-1FPreview, vol63 (2008) n0.1, pp9_19)。石油必須理解為任何類型的烴(其在以下內(nèi)容中也可稱作石油)，即輕質(zhì)烴、以及重質(zhì)和甚至浙青質(zhì)烴。
[0006]在化學(xué)技術(shù)中，注入水的波及效率(efficiency of sweeping)通常通過加入水溶性聚合物來提高。使用水溶性聚合物而通過注入水的“稠化(viscosification)”的預(yù)期和證實的益處在于提高波及效率和對油田中流動性的控制，以迅速和有效地采收石油。技術(shù)人員知曉，合成的水溶性聚合物，特別是那些基于丙烯酰胺的水溶性聚合物是對于增加水溶液粘度來說非常有益的聚合物，因此最經(jīng)常用于提高采收率采油法中。
[0007]除使用的旨在增加溶液粘度的水溶性聚合物以外,注入的水溶液還可以含有其他的化學(xué)化合物，以輔助提高采收率采油法。在這些其他的化學(xué)化合物當(dāng)中，有弱堿、強(qiáng)堿或非常強(qiáng)的堿，礦物堿或有機(jī)堿。這些堿使原油皂化，并原處產(chǎn)生使石油溶解的表面活性物質(zhì)。這些堿的例子有碳酸鈉和苛性鈉、硼酸鹽和偏硼酸鹽化合物、胺、堿性聚合物質(zhì)等等。另一類廣泛地與聚合物一起注入的化合物是稱作表面活性劑的表面活性化合物，通常是陰離子型、兩性離子型、陽離子型的，有時也是非離子型的。這些化合物極少以純的形式注入，而是與輔助表面活性劑和共溶劑一起注入，以提高采油儲量(reserve)中的相容性和有效性。
[0008]使用這些基于水溶性聚合物的水溶液時遇到的一個問題在于，聚合物可能經(jīng)受化學(xué)降解。這種化學(xué)降解首先歸因于與聚合物主鏈反應(yīng)的自由基的形成，并導(dǎo)致摩爾質(zhì)量降低。結(jié)果是導(dǎo)致溶液粘度降低，其與流體力學(xué)體積降低關(guān)聯(lián)。自由基可以產(chǎn)生自不同的來源:它們可以通過聚合物鏈中的弱鍵在熱/摩擦的作用下斷裂而產(chǎn)生，或者通過引發(fā)劑殘余物或副產(chǎn)物雜質(zhì)產(chǎn)生。氧化還原體系也會產(chǎn)生自由基。氧的存在是影響聚合物降解的最為有害的因子。此外，涉及氧的聚合物降解反應(yīng)通過金屬例如鐵的存在或者通過硫化氫的存在而加劇。因此，這種降解可以在其中水溶性聚合物溶液流動的管道中、在油井中發(fā)生，但也會在取樣時，特別是如果樣品暴露于開放空氣時發(fā)生，因為聚合物將會暴露于高于在管道中或者在油井中的氧水平。
[0009]而且，除化學(xué)降解以外，聚合物還可以在儲層中經(jīng)受生物降解(細(xì)菌等)和機(jī)械降解(當(dāng)注入到油井中時)。其在溶液中的濃度可以由于吸附到儲層巖石上以及由于來自含水層的稀釋作用而降低。能夠?qū)γ糠N類型的降解對聚合物的影響進(jìn)行量化是非常重要的，以便優(yōu)化聚合物水溶液的注入條件。但是，當(dāng)對聚合物水溶液進(jìn)行取樣時，無論是否需要，與來自空氣的氧有著非常頻繁的接觸，導(dǎo)致聚合物迅速降解，使其不適合用于分析，或者提供產(chǎn)生誤導(dǎo)的信息。
[0010]基于該背景，重要的是，能夠在聚合物提高采收率采油法的不同階段，例如在引入到儲層石油中之前或之后，精確地檢查所注入的水溶性聚合物水溶液的質(zhì)量，以便預(yù)測或評價油井內(nèi)的注入性能。為了適當(dāng)?shù)厝绱诉M(jìn)行，有必要具備使得很容易變得不完整的聚合物保持完整性的取樣技術(shù)。
[0011] 申請人:已經(jīng)研發(fā)了一種包括穩(wěn)定添加劑和粉末形式的聚合物的組合的化學(xué)制劑，其特別適用于提高采收率采油法。這樣的制劑描述于專利申請W02010/133258中。使用該制劑抑制了油井中發(fā)生的不同類型的化學(xué)聚合物降解。然而，使用這種其中連續(xù)引入穩(wěn)定劑的制劑具有一定的費用，并要求處理大量的有時有危險的化學(xué)品。因此要使用的穩(wěn)定制劑的量要盡量小，以避免通常以大約0.1ppm存在有低水平氧的油井中降解的可能風(fēng)險。因此，基于該背景，在以通常觀察的最經(jīng)常地由H2S的鐵衍生物組成的污染水平取樣至開放空氣(含有大約6ppm氧)時,穩(wěn)定制劑不能使聚合物穩(wěn)定。
[0012]理想地，樣品應(yīng)當(dāng)在惰性氣氛中，例如通過使用手套箱分析，其本身帶來邏輯上的問題，特別是在考慮海上平臺操作時。
[0013]許多公司也開發(fā)出用于測定聚合物水溶液的粘度的在線粘度計(in lineviscosimeter)。但似乎,使用的聚合物水溶液是具有假塑性特性的非牛頓流體。因此，它們的粘度取決于測量過程中應(yīng)用于溶液的剪切速率。目前可用的在線測量技術(shù)不允許對應(yīng)用于流體的剪切速率進(jìn)行校正，使得產(chǎn)生的粘度測量結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0014]歸因于在水溶液進(jìn)入油井之前對其進(jìn)行分析有關(guān)的困難，技術(shù)人員已經(jīng)開發(fā)出收集油井自身內(nèi)部的水溶液樣品的技術(shù)。在Schlumberger持有的專利US2005/0279499中，鉆探輔助井，向其中引入探頭。但是，此技術(shù)非常復(fù)雜，使用成本很高。
[0015]因此，如在提高采收率烴采收法或水力壓裂法中那樣，目前的在流體周路上收集聚合物水溶液的方法不能從循環(huán)溶液中特別是在困難的油田條件下收集到穩(wěn)定的、有代表性的樣品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明旨在克服上述問題。[0017]在該背景下，本發(fā)明提供一種用于在主周路中流動的水溶性聚合物水溶液的取樣方法，該法方使樣品能夠被收集以在環(huán)境空氣中經(jīng)歷至少一種分析，其特征在于，在從主周路取樣之前或之后，根據(jù)間歇式添加法向水溶性聚合物水溶液中加入穩(wěn)定溶液，以獲得包括水溶性聚合物水溶液和穩(wěn)定溶液的混合物的樣品，其中水溶性聚合物在含有至少10vol%氧的氣氛中受到保護(hù)使免受可能經(jīng)受的攻擊。
[0018]“受到保護(hù)使免受可能經(jīng)受的攻擊”是指，由于對所引入的穩(wěn)定溶液的組成和體積進(jìn)行選擇，聚合物的完整性得以保持，即，由于同時存在氧和例如H2s、鐵衍生物或其他氧化還原體系的污染物而造成的主要類型的降解在至少I小時、優(yōu)選至少I天、優(yōu)選至少7天并且優(yōu)選至少30天的時間段內(nèi)得以避免。這可以視為在這時間段內(nèi)，避免了至少90%的在相同溶液中、相同條件下但在不引入穩(wěn)定溶液的情況下聚合物會經(jīng)歷的降解。根據(jù)一【具體實施方式】，引入的穩(wěn)定溶液的性質(zhì)和體積被選擇，以獲得水溶性聚合物水溶液和穩(wěn)定溶液的混合物形式的樣品，其中水溶性聚合物在含有至少17-22vol%氧的氣氛中，即尤其在環(huán)境空氣中受到保護(hù)，使免受可能經(jīng)受的攻擊。
[0019]具體地，加入的穩(wěn)定溶液使得樣品在環(huán)境空氣中測量時，該樣品測得的粘度能夠在至少I小時、優(yōu)選至少I天、優(yōu)選至少7天并且優(yōu)選至少30天的時間段內(nèi)保持恒定?？梢哉J(rèn)為環(huán)境空氣是含有17-22vol%氧的氣氛。
[0020]“主周路”是指聚合溶液在其中流動的裝配體，其包括管道，但也可以包括存儲或熟化容器。樣品可以從管道或者從其中聚合物的流動自然慢得多的存儲或熟化容器中收集。
[0021]根據(jù)【具體實施方式】，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下特征中的一個或者這些特征的任
意組合:
[0022]-根據(jù)本發(fā)明的方法包括測定要加入到水溶性聚合物水溶液中的穩(wěn)定溶液的體積，其中改變加入的穩(wěn)定溶液的體積，并考察得到的混合物在暴露于空氣之后測得的粘度隨時間的變化，
[0023]-根據(jù)本發(fā)明的方法包括在環(huán)境空氣下對包括水溶性聚合物水溶液和穩(wěn)定溶液的混合物的樣品進(jìn)行的表征步驟；這一步驟可具體對應(yīng)為測量樣品中水溶性聚合物的粘度，
[0024]-混合物中穩(wěn)定溶液的體積小于樣品總體積的25%，優(yōu)選為1-10%;更具體而言，這種選擇意味著粘度測量不受水相的稀釋作用和/或增溶特性的影響，不被更改，
[0025]-水溶性聚合物水溶液在提高采收率采油法中使用的主周路中循環(huán)，且其位于注入側(cè)或者生產(chǎn)側(cè)，并且所述樣品在儲油池(oil reservoir)的下游和/或上游被收集，
[0026]-根據(jù)本發(fā)明的方法包括使用裝有非剪切取樣堵頭(non-shearingsamplingclosure)的取樣管在取樣罐(sampling tank)中取一定體積的水溶性聚合物水溶液的取樣步驟，以及向取樣罐中加入一定體積的穩(wěn)定溶液的步驟，取樣和加入步驟在氣密封閉的條件下進(jìn)行，
[0027]-根據(jù)本發(fā)明的方法使用取樣裝置，其與要取樣的水溶性聚合物水溶液在其中循環(huán)的主周路連接，該取樣裝置包括:
[0028]-用于容納樣品流體且稱作取樣罐的第一容器，其包括:
[0029].用于要取樣的聚合物水溶液的入口，以及將該入口與主周路連接的取樣管，所述取樣管裝有非剪切取樣堵頭且用于與主周路連接，和[0030]?出口，以及裝有出口堵頭且與該出口連接的出口管，
[0031]-用于容納穩(wěn)定溶液且稱作處理罐的第二容器，其包括用于穩(wěn)定溶液的出口，以及與用于穩(wěn)定溶液的出口連接，并裝有處理堵頭且至少部分地提供處理罐和取樣罐之間的連接的連接管，
[0032]其中取樣罐與主管道氣密連接，且當(dāng)取樣堵頭、出口堵頭和處理堵頭以及任何可能存在的用于提供取樣罐與外部連通的其他堵頭關(guān)閉時，所述取樣罐是氣密隔離的。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠在保持樣品完整性的同時進(jìn)行聚合物水溶液的在線取樣(in-line sampling)，特別是，限制在取樣時和/或在稍后對樣品進(jìn)行分析時，由于溶液與氧在鐵和/或硫化氫的存在下接觸而造成的聚合物降解中的主要類型。
[0034]根據(jù)獨立于之前所述的另一方面，本發(fā)明的目的還有一種用于在主周路中流動的水溶性聚合物水溶液的取樣方法，該方法使得樣品能夠被收集以在環(huán)境空氣中經(jīng)歷至少一種分析，該方法包括使用裝有非剪切取樣堵頭的取樣管在取樣罐中取一定體積的水溶性聚合物水溶液的取樣步驟，以及向取樣罐中加入一定體積的穩(wěn)定溶液的步驟，取樣和加入步驟在氣密封閉的條件下進(jìn)行。
[0035]根據(jù)其另一方面，本`發(fā)明的目的還有一種用于來自聚合物水溶液的樣品的取樣裝置，其用于與聚合物水溶液在其中循環(huán)的主周路連接，其特征在于，該裝置包括:
[0036]-用于容納樣品流體且稱作取樣罐的第一容器，其包括:
[0037]?用于要取樣的聚合物水溶液的入口，以及與該入口連接的取樣管，所述取樣管裝有非剪切取樣堵頭且用于與主周路連接，和
[0038]?出口，以及裝有出口堵頭并與該出口連接的出口管，
[0039]-用于容納穩(wěn)定溶液且稱作處理罐的第二容器，其包括用于穩(wěn)定溶液的出口，以及與用于穩(wěn)定溶液的出口連接并裝有處理堵頭且至少部分地提供處理罐和取樣罐之間的連接的連接管，
[0040]其中在取樣堵頭、出口堵頭和處理堵頭以及任何可能存在的用于提供取樣罐與外部連通的其他堵頭關(guān)閉時，取樣罐是氣密隔離的。
[0041]根據(jù)具體的實施方式，該裝置通過取樣管與主周路連接，取樣罐和主周路之間是氣密連接的。
[0042]根據(jù)可與之前所述結(jié)合的【具體實施方式】，非剪切取樣堵頭是球閥。
[0043]作為本發(fā)明的一部分，穩(wěn)定溶液含有至少一種選自脫氧劑、沉淀劑、自由基清除劑、絡(luò)合劑、H2S-吸收劑和犧牲劑的穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，穩(wěn)定溶液含有至少三種選自脫氧劑、沉淀劑、自由基清除劑、絡(luò)合劑、H2S-吸收劑和犧牲劑的穩(wěn)定劑。
[0044]從這些公知的穩(wěn)定劑中，技術(shù)人員將會很方便地根據(jù)使用聚合物時遇到的條件進(jìn)行選擇，如下表1中所列。
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種用于在主周路中流動的水溶性聚合物水溶液的取樣方法，所述方法使樣品能夠被收集以在環(huán)境空氣中經(jīng)歷至少一種表征，其特征在于，在從所述主周路取樣之前或之后，根據(jù)間歇式添加法向所述水溶性聚合物水溶液中加入穩(wěn)定溶液，以獲得包括水溶性聚合物水溶液和穩(wěn)定溶液的混合物的樣品，其中所述水溶性聚合物在含有至少10vol%氧的氣氛中受到保護(hù)使免受在不存在穩(wěn)定溶液的情況下可能經(jīng)受的攻擊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取樣方法，其特征在于，所述加入的穩(wěn)定溶液使得所述樣品在環(huán)境空氣中測量時，所述樣品測得的粘度能夠在至少I小時、優(yōu)選至少I天、優(yōu)選至少7天并且優(yōu)選至少30天的時間段內(nèi)保持大致恒定。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述方法在測定要加入到所述水溶性聚合物水溶液中的穩(wěn)定溶液的體積之前包括以下步驟:其中改變加入的穩(wěn)定溶液的體積，并考察所獲得的混合物測得的粘度隨時間的變化。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述方法包括在環(huán)境空氣下對包括所述水溶性聚合物水溶液和所述穩(wěn)定溶液的混合物的樣品的分析步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述樣品中所述穩(wěn)定溶液的體積小于樣品總體積的25%。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述穩(wěn)定溶液含有至少一種選自脫氧劑、沉淀劑、自由基清除劑、絡(luò)合劑、H2S-吸收劑和犧牲劑的穩(wěn)定劑。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述穩(wěn)定溶液含有至少三種選自脫氧劑、沉淀劑、自由基清除劑、絡(luò)合劑、H2S-吸收劑和犧牲劑的穩(wěn)定劑。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述水溶性聚合物水溶液在提高采收率采油法中使用的主周路(II)中循環(huán)，所述水溶性聚合物水溶液位于注入側(cè)或者生產(chǎn)側(cè)，且所述樣品在儲油池的下游和/或上游被收集。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述方法包括使用裝有非剪切取樣堵頭(6)的取樣管(3)在取樣罐(I)中取一定體積的水溶性聚合物水溶液的取樣步驟，以及向所述取樣罐(I)中加入一定體積的穩(wěn)定溶液(300)的步驟，所述取樣步驟在氣密封閉的條件下進(jìn)行。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的取樣方法，其特征在于，所述方法使用與要取樣的所述水溶性聚合物水溶液(200)在其中循環(huán)的所述主周路(II)連接的取樣裝置，其包括: -用于容納采集的所述樣品(100)且稱作取樣罐的第一容器(I )，其包括: ?用于要取樣的聚合物水溶液的入口(5)，以及將該入口(5)與所述主周路(II)連接的取樣管(3)，所述取樣管(3)裝有非剪切取樣堵頭(6)且用于與所述主周路(II)連接，和 ?出口(8)以及裝有出口堵頭(9)并與所述出口(8)連接的出口管(7)， -用于容納穩(wěn)定溶液(300)且稱作處理罐的第二容器(2)，其包括用于所述穩(wěn)定溶液(300)的出口(10)，以及與所述用于所述穩(wěn)定溶液的出口(10)連接并裝有處理堵頭(11)且至少部分地提供所述處理罐(2)和所述取樣罐(I)之間的連接的連接管(4)， 其中所述取樣罐(I)與主管道氣密連接，且當(dāng)所述取樣堵頭(6)、出口堵頭(9)和處理堵頭(11)以及任何可能存在的用于提供所述取樣罐(I)與外部連通的其他堵頭關(guān)閉時，所述取樣罐(I)是氣密隔離的。
11.一種用于來自聚合物水溶液(200)的樣品(100)的取樣裝置(I)，其用于與所述聚合物水溶液(200)在其中循環(huán)的主周路(II)連接，其特征在于，所述裝置包括: -用于容納采集的所述樣品(100)且稱作取樣罐的第一容器(I )，其包括: ?用于要取樣的聚合物水溶液的入口(5)，以及與該入口(5)連接的取樣管(3)，所述取樣管(3)裝有非剪切取樣堵頭(6)且用于與所述主周路(II)連接，和 ?出口(8)以及裝有出口堵頭(9)并與所述出口(8)連接的出口管(7)， -用于容納穩(wěn)定溶液(300)且稱作處理罐的第二容器(2)，其包括用于所述穩(wěn)定溶液(300)的出口(10)，以及與所述用于所述穩(wěn)定溶液的出口(10)連接并裝有處理堵頭(11)且至少部分地提供所述處理罐(2)和所述取樣罐(I)之間的連接的連接管(4)， 其中在所述取樣堵頭(6)、出口堵頭(9)和處理堵頭(11)以及任何可能存在的提供所述取樣罐(I)與外部連通的其他堵頭關(guān)閉時，所述取樣罐(I)是氣密密封的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的取樣裝置(I)，其特征在于，所述取樣裝置通過所述取樣管(3)與所述主周路(II)連接，所述取樣罐(I)和所述主周路(II)之間的連接是氣密密封的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的取樣裝置(I)，其特征在于，所述非剪切取樣堵頭(6)是球閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中一項所述的取樣裝置(I)，其特征在于，所述處理罐(2)含有用于要注入到所述取樣罐中的所述聚合物水溶液的穩(wěn)定溶液(300)，在與所述穩(wěn)定溶液混合之后所述聚合物水溶液在與氧接觸時，所述穩(wěn)定溶液尤其能夠避免所述聚合物降解。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的取樣裝置(I)，其特征在于，所述穩(wěn)定溶液(300)含有至少一種選自脫氧劑、沉淀劑、自由基清除劑、絡(luò)合劑、H2S-吸收劑和犧牲劑的穩(wěn)定劑。`
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的取樣裝置(I)，其特征在于，所述穩(wěn)定溶液(300)含有至少三種選自脫氧劑、沉淀劑、自由基清除劑、絡(luò)合劑、H2S-吸收劑和犧牲劑的穩(wěn)定劑。
17.一種用于在主周路中流動的水溶性聚合物水溶液的取樣方法，所述方法使樣品能夠被收集以在環(huán)境空氣中經(jīng)歷至少一種分析，其包括使用裝有非剪切取樣堵頭的取樣管在取樣罐中取一定體積的水溶性聚合物水溶液的取樣步驟，以及向所述取樣罐中加入一定體積的穩(wěn)定溶液的步驟，所述取樣和加入步驟在氣密封閉的條件下進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的取樣方法，其特征在于，使用根據(jù)權(quán)利要求11-16中任一項所述的取樣裝置。
【文檔編號】G01N33/28GK103649462SQ201280033377
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月4日
【發(fā)明者】C·法維羅 申請人:S.P.C.M.股份公司