从含油岩石中分离烃类的方法
【专利摘要】本发明公开了从含油岩石中提取烃类的方法。根据一种实施方案，方法包括将油砂与水基电传导表面活性剂掺合物混合并使所得到的混合物经受热辐射或2.54千兆赫频率的微波辐射。1分钟内，被困的烃类提取入所述水基电传导表面活性剂掺合物，所述水基电传导表面活性剂掺合物可随后通过密度液相分离处理从所述水基电传导表面活性剂掺合物中分离出烃类。
【专利说明】从含油岩石中分离烃类的方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了用于从岩石资源中提取石油烃的水基电传导表面活性剂掺合物(water based electrically conductive surfactant blends)。特别地，本申请涉及加热混有油砂的水基电传导表面活性剂掺合物，然后使用加压流、机械搅拌以及随后的液体密度相分离法将烃类从油砂或油岩中分离。
【背景技术】
[0002]油岩和油砂含有大量的世界已知的石油储量，可能是一半或更多的探明储量。石油通常通过几种手段例如原位生产从这些资源中提取，原位生产是施加热水和压力使得岩石开裂从而释出石油。对于油砂，油砂是露天矿，于是用大量水将其回收。燃烧天然气来加热沙和水处理。在上述的两个例子中，提取技术对环境有破坏，并且，在油砂的例子中，其导致二氧化碳的大量产生。此外，用于提取烃类的水最终成为石油提取物、腐蚀性化学物以及对野生动植物毒性极大的分子的混合物。除了上述处理，还使用有机溶剂来降低回收的石油烃类的粘度，以便于经由管道运输得到的产物。有机溶剂通常昂贵、易燃，经常对生物体有毒，并且具有潜在的工业危险性。
[0003]大型油砂和油岩矿藏存在于加拿大、美国和委内瑞拉。大约20%的加拿大矿藏为可回收的，其使用露天矿技术，而剩下的80%太深，因而无法成为露天矿。委内瑞拉的矿藏太深无法成为露天矿，犹他州的矿藏位于得不到使提取经济可行的大量淡水的地区。因此，本发明的目的是使用环境安全的水基电传导表面活性剂掺合物结合加压流或机械搅拌及随后的相分离法来解决环境破坏和深矿原位烃类提取缺水的问题。
[0004]本发明的另一目的是提供使用环境安全的水基电传导表面活性剂掺合物由各种岩石资源提取石油的方法，所述水基电传导表面活性剂掺合物省去了使用水和热氢氧化钠并且多种组份为生物可降解的。
[0005]本发明的另一目的是提供由岩石资源原位生产石油烃类的方法，所述方法使用水基电传导表面活性剂掺合物和电磁辐射来加速提取过程。
[0006]通过本文以下公开的示例性实施方案的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优势对本领域技术人员将更加明显。
【发明内容】
[0007]上述目的的至少一项由使用电磁能和使用由油岩提取烃类的加热水基电传导表面活性剂掺合物的方法来实现。根据一种实施方案，将油岩和水基电传导表面活性剂掺合物结合并使其经历足够长时间的微波能从而加热水基电传导表面活性剂掺合物。加热水基电传导表面活性剂掺合物使其易于从油岩中分离烃类。然后，烃类可选地提炼成石油产品。用过的水基电传导表面活性剂掺合物可选地通过将其回收至从更多的岩石提取烃类的过程起始处来重新利用。
[0008]水基电传导表面活性剂掺合物和微波能的结合产生有效地从油岩中分离出烃类的热液体。相对于蒸汽注入，烃类的良好回收率在50° C时得到。将水基电传导表面活性剂掺合物加热至50° C比起将水加热至100° C与相变成蒸汽的能量之和小得多。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1所示为根据本发明的一个实施方案从油岩回收烃类的示例性系统；
[0010]图2所示为使用水基电传导表面活性剂掺合物和微波辐射源由图1的示例性系统中的油砂岩提取烃类；以及
[0011]图3所示为在电磁辐射照射后，图1的示例性系统中油岩提取工序的结果。
【具体实施方式】
[0012]图1所示为根据一种实施方式由油岩10提取烃类的示例性系统。油岩10包括但不限于含油页岩、油砂、石灰岩、白云岩、碳酸盐以及由上述岩石侵蚀得到的砂。油岩10在容器30中与水基电传导表面活性剂掺合物20混合。图2显不如图1的混合物，暴露于电磁辐射源40预定时间促进由油岩提取烃类的过程。如图3所示，暴露后，搅动所述混合物，得到水基电传导表面活性剂掺合物和所提取的烃类50的棕色液体以及沉淀在容器底部的未溶解的岩石60。然后该水基电传导表面活性剂掺合物/烃类溶液可进一步分离并使用本领域熟知的提炼石油产品技术如液相分离和/或分散气体过滤(diffused gas filtrat1n)进行提炼。可选地，回收利用该水基电传导表面活性剂掺合物。
[0013]本发明使用的水基电传导表面活性剂掺合物通常为极性的，但可含有非极性添加剂，优选为室温下或接近室温(约20° C)下的液体。该水基电传导表面活性剂掺合物室温下为液体状态。一些水基电传导表面活性剂掺合物为含有液态盐类和中性分子如水的离子溶液。就本发明的目的而言，术语“水基电传导表面活性剂掺合物”拟与水一同使用。他们具有理想的溶解特性并易于与水混合并且通常与有机溶液不相混。由于其离子性质，水基电传导表面活性剂掺合物为电导体。水基电传导表面活性剂掺合物的电阻为约10 Ω至约5兆Ω的范围，优选的实施方案中为1000 Ω至100000 Ω之间的电阻。
[0014]本发明尤其有用的水基电传导表面活性剂掺合物含有一种或多种如下成分:二甲苯磺酸盐、二乙二醇丁醚、三甘醇、十二烷基硫酸钠、四丁基氢氧化铵、氢氧化钠和硅酸钠。根据所选的水基电传导表面活性剂掺合物通式，烃类有不同程度的可混合性。如下所述，在优选的实施方式中水基电传导表面活性剂掺合物回收利用的地方，对该水基电传导表面活性剂掺合物选择以便于工序的液相分离步骤中烃类的分离。水基电传导表面活性剂掺合物成分的比例可以为重量比为1-10% 二甲苯磺酸盐，1-25% 二乙二醇丁醚，0.1-10%氢氧化钠，1-10%磷酸钠和余量的水。
[0015]含油岩与水基电传导表面活性剂掺合物结合时，可使用任意的水基电传导表面活性剂掺合物和含油岩比例。一些实施方案中使用重量比为约100:1至约1:1水基电传导表面活性剂掺合物与油岩比例。其它实施方案采用重量比为3:2至约2:3的比例。其它优选的实施方案采用重量比为10:1的比例。油岩与水基电传导表面活性剂掺合物的确切比例取决于几个因素。开采高质量油岩时，即具有高比例的烃类的油岩，需要大量水基电传导表面活性剂掺合物来溶解烃类。影响水基电传导表面活性剂掺合物与油岩比例的另一因素是该液体的泵送能力。随着更少水基电传导表面活性剂掺合物的采用，其变得更加粘稠，因为其积聚烃类并变得难以泵送。当泵送限制变成问题，增加水基电传导表面活性剂掺合物的相对量有助于保持良好的流体粘度。该含油岩的多孔性也可影响水基电传导表面活性剂掺合物使用于岩石的比率。随着多孔性或者岩石的增加，含油岩所需的水基电传导表面活性剂掺合物更少，反之亦然。
[0016]可选地，当两种成分结合后，油岩可以浸泡于水基电传导表面活性剂掺合物。浸泡步骤使得水基电传导表面活性剂掺合物某种程度上渗透岩石。施加电磁辐射时，水基电传导表面活性剂掺合物能够释放岩石内更深的烃类，这也可通过使热液在压力下通过该岩石来加快使其更有效率。根据达到的温度，使水基电传导表面活性剂掺合物在油岩的裂缝或裂纹中也具有使该液体让该岩石膨胀和破裂的潜在可能。油岩中大裂缝的存在使水基电传导表面活性剂掺合物进入岩石的更深处，释放更多的烃类。
[0017]电磁福射可用于加热水基电传导表面活性剂掺合物，并且该电磁福射可由微波、感应线圈或者黑体辐射器如热学或红外加热器来提供。如果烃类的提取是原位执行的而岩石在适当的地方，该水基电传导表面活性剂掺合物由黑体热辐射或局部自发热直接加热。加热水基电传导表面活性剂掺合物后，其直接往地下泵送至含油岩的地层。优选地，该水基电传导表面活性剂掺合物随着其往油岩的地层移动而在管道中暴露于电磁福射。泵中的压力推动液体通过岩层，而烃类由水基电传导表面活性剂掺合物收集。该水基电传导表面活性剂掺合物/烃类混合物随之从地下收集点泵送至表面。
[0018]如果油岩从其天然形成处中移出，可选地破碎或研磨该岩石至便于管理的尺寸，并置于用于提取的容器中。这些实施方案中，可选地，岩石和水基电传导表面活性剂掺合物热学或电磁学加热至约50至100摄氏度，优选为70至90摄氏度。
[0019]本发明使用的电磁辐射为微波或红外的形式。本发明中，由于其常见性和低成本，使用2.54GHz微波辐射。考虑125MHz至5.6GHz范围的微波用于加热水基电传导表面活性剂掺合物。一些实施方式中，微波频率选自约900MHz至约2.45GHz的范围。当水基电传导表面活性剂掺合物在原位提取的管中暴露于微波时，在微波的整个波长包含于该管的直径时加热是最有效的。例如，如果使用12英寸管，微波频率应该不低于915MHz。也可使用红外源如辐射加热器或黑体发射器来升高水基电传导表面活性剂掺合物油岩混合物的温度来提高被困的、吸附的或吸收的烃类的溶解度。由于大气条件下水基电传导表面活性剂掺合物是深度共熔性质为低蒸汽压且非可燃的，这些加热技术对于用于露天矿和陷于油岩的烃类提取是工业安全且环境温和的。
[0020]对水基电传导表面活性剂掺合物和油岩的混合物施加辐射直到达到至少50° C的温度。一些实施方式中，加热持续到温度达到约70° C至100° C之间。其他的实施方案目标是约50° C至约90° C的液体温度。水基电传导表面活性剂掺合物的温度应该足以有效提取烃类。将石油从岩石释放所需的确切温度将取决于油岩中烃类的质量和数量的该岩石的多孔性。随着烃类的平均分子量的提高，需要更高的温度来液化它们。即使该水基电传导表面活性剂掺合物已经到达50° C以上的温度，其仍可暴露于电磁能。除了热能，电磁能如微波将不同种类的能量传递给水基电传导表面活性剂掺合物。已推断但未经证明，可能激发(excitat1n)或旋转(rotat1n)可能传递给离子或分子加速石油释放。水基电传导表面活性剂掺合物与微波能的结合产生比传统蒸汽注入更好的结果。
[0021]能源加热水基电传导表面活性剂掺合物所需的时间首先取决于想要达到的温度。对于给定的微波或IR源，暴露时间与待加热质量和可用功率刚好成正比。当然，暴露时间可通过将微波或IR源替换为更高的能量单元来降低。本领域技术人员应当明白能源、微波或IR的功率和待加热质量为变量以平衡单位生产力和成本的因素。烃类由油岩提取后，烃类从用过的水基电传导表面活性剂掺合物中分离。任何已知的分离两种液体的方法均可采用，但优选的实施方式中，烃类通过液体密度差与用过的水基电传导表面活性剂掺合物分离。如上所述，可选地，选择该水基电传导表面活性剂掺合物以便分离两种液体。例如，烃类如油岩回收的那些具有约0.95的比重，而一些水基电传导表面活性剂掺合物具有约1.5的比重。只要烃类在水基电传导表面活性剂掺合物中具有低粘度，从提取物中回收的液体将分成两层，烃类层在上。如有必要，离心机对加速分离或提高烃类回收将为有用的。可选地，用过的水基电传导表面活性剂掺合物随之回收利用，与另外的油岩使用用于烃类的进一步提取。考虑到，用过的水基电传导表面活性剂掺合物可单独或者结合新鲜水基电传导表面活性剂掺合物重新使用。
[0022]实施例
[0023]以下实施例用于说明从油矿如砂中提取烃类的示例性方法。油砂购自亚伯达研究委员会(Alberta Research Council),表面具有13%重量比的重困油，并且用于以下实施例中的一些。另一些实施例中使用渗透有重油的砂岩岩心以模仿全球各地都遇到的大于50米地深度处的烃类提取。
[0024]实施例1
[0025]将购自亚伯达研究委员会的25克油砂置于350毫升(ml)装有75毫升水基电传导表面活性剂掺合物的烧杯中，所述水基电传导表面活性剂掺合物由约1-10%重量比的二甲苯磺酸盐、约1-25%重量比的二乙二醇丁醚、约0.1-10%重量比的氢氧化钠组成和约1-10%重量比的磷酸钠及平衡水组成。该水基电传导表面活性剂掺合物混合物加热至50° C并搅拌60秒。10分钟内石油与砂分离并上浮至水基电传导表面活性剂掺合物顶部。
[0026]实施例2
[0027]将购自亚伯达研究委员会的25克油砂置于350毫升(ml)装有75毫升水基电传导表面活性剂掺合物的烧杯中，所述水基电传导表面活性剂掺合物由约3-10%重量比的二甲苯磺酸盐、约5-10%重量比的二乙二醇丁醚、约0.1-10%重量比的氢氧化钠组成和约1-5%重量比的磷酸钠及平衡水组成。该水基电传导表面活性剂掺合物混合物加热至50° C并搅拌60秒。10分钟内石油与砂分离并上浮至水基电传导表面活性剂掺合物顶部。
[0028]实施例3
[0029]将如实施例1或2的样本置于2.54GHz运行的家用微波炉中，加热30秒。该水基电传导表面活性剂掺合物达到85° C的温度。搅拌溶液60秒，静置I小时并观察。如实施例I或2，石油与沙分离并上浮至环境温度下的水基电传导表面活性剂掺合物顶部。
[0030]实施例4
[0031]由德州农工大学石油工程系(TexasA&M Petroleum Engineering Department)进行岩心驱替测试来确定实施例1或2中水基电传导表面活性剂掺合物从砂岩地层中分离出重油的效率。用于进行该测试的是高渗透(60毫达西)的贝雷(Berea)砂岩岩心。该砂岩长6英寸,直径1.5英寸。以250F在炉中干燥3小时后,该岩心的干重为357.16克。将该岩心插入岩心固定器(core holder),以0.lmL/min注入重原油过夜从而充分渗透该岩心。背压力为 5OOpsi,覆压力(overburden pressure)为 lOOOpsi。
[0032]充分渗透的岩心重量为387.76克。然后将实施例1或2的水基电传导表面活性剂掺合物以5mL/min通过该岩心冲洗。将该岩心固定器以90° C和相同的背压力和覆压力置于炉内。总共I升的实施例1或2水基电传导表面活性剂掺合物通过该岩心，大部分原油在第一个300毫升内被冲洗出来。冲洗后，该岩心重量为387.88克。冲洗出来的原油重量约为27.89克，因此，91%的原油在不使用蒸汽的条件下以90° C提取出来。
[0033]实施例5
[0034]由德州农工大学石油工程系在175° C高温下进行岩心驱替测试来确定水基电传导表面活性剂掺合物在高温下从砂岩地层中分离出重油的效率以模拟蒸汽辅助石油提取技术。用于进行该测试的是高渗透(60毫达西)的贝雷(Berea)砂岩岩心。该砂岩长6英寸，直径1.5英寸。以250F在炉中干燥3小时后,该岩心的干重为359.73克。将该岩心插入岩心固定器，以0.lmL/mi n注入重原油过夜从而充分渗透该岩心。背压力为500psi,覆压力为 100psi0
[0035]充分渗透的岩心重量为390.59克。然后将实施例1或2的水基电传导表面活性剂掺合物以5mL/min通过该岩心。将该岩心固定器以175° C和相同的背压力和覆压力置于炉内。总共200毫升的实施例1或2水基电传导表面活性剂掺合物通过该岩心。冲洗后，该岩心重量为367.61克。冲洗出来的原油重量约为29.03克，因此，94.1%的原油以175° C提取出来。
[0036]本文通过实施例来说明本发明，并公开了实施本发明的具体期望的方式。但是，本发明的保护范围并不以任何方式局限于所述具体描述。随同具体实施方案而描述的元件和特征并不局限于仅用于其中，其可单独使用或与其他本文公开的实施方案一起使用。本发明保护的权利要求等效物也被视为在本发明的保护范围内。由于显示并描述了用于提取烃类的方法的【具体实施方式】，本领域技术人员将理解可对其作出改变或改良而不背离本发明和下列权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.由油岩提取烃类的方法，所述方法包括: 制备水基电传导表面活性剂掺合物与油岩的混合物； 使所述混合物经受加热或电磁辐射；以及 从含油岩石中提取烃类。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述制备步骤的混合物经受足够的电磁辐射，所述经受步骤过程中所述混合物温度提升至超过20° C。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述经受步骤还包括从微波产生器、辐射加热器、感应线圈或者黑体发射器中得到电磁辐射。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物包括二甲苯磺酸盐，二乙二醇丁醚，磷酸钠，氢氧化钠和水。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物包括重量比约为1-10% 二甲苯磺酸盐，重量比约为1-25% 二乙二醇丁醚，重量比约为0.1-10%氢氧化钠，重量比约为1-10%磷酸钠和水。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物包括重量比约为3-10%二甲苯磺酸盐，重量比约为5-10%二乙二醇丁醚，重量比约为0.1-3%氢氧化钠，重量比约为1-5%磷酸钠和水。
7.如权利要求1所述 的方法，其中，所述油岩包括页岩、砂岩、石灰岩、白云岩、它们的组合以及上述岩石的沙。
8.如权利要求1所述的方法，还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物从提取的烃类分离并回收利用用过的水基电传导表面活性剂掺合物。
9.如权利要求1所述的方法，还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物从提取的烃类分离并回收利用用过的水基电传导表面活性剂掺合物使得溶液混合物浓度恢复至其初始值。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述循环利用步骤还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物与新鲜的水基电传导表面活性剂掺合物混合。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述循环利用步骤还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物与新鲜的水基电传导表面活性剂掺合物混合使得溶液混合物浓度恢复至其初始值。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物和所述油岩以约10:1至约1:1的重量比存在，优选10:1的重量比。
13.如权利要求2所述的方法，其中，所述电磁辐射为约900MHz至约2.54GHz范围内的微波能。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物选择具有约10 Ω至约5兆Ω的电阻。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物选择具有约1000 Ω至约100000 Ω的电阻。
16.由油岩提取烃类的方法，包括: 使水基电传导表面活性剂掺合物经受电磁辐射以将其加热至超过20° C ; 使油岩与加热的水基电传导表面活性剂掺合物接触，以及从所述油岩提取烃类。
17.权利要求1所述的方法，其中，所述制备步骤的混合物经受足够的微波电磁辐射，所述经受步骤过程中所述混合物的温度提升至超过20° C。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述经受步骤还包括从微波产生器、辐射加热器、感应线圈或者黑体发射器中得到电磁辐射。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物包括二甲苯磺酸盐，二乙二醇丁醚，磷酸钠，氢氧化钠和水。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物包括重量比约为1-10% 二甲苯磺酸盐，重量比约为1-25% 二乙二醇丁醚，重量比约为0.1-10%氢氧化钠,重量比约为1-10%磷酸钠和水。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物包括重量比约为3-10% 二甲苯磺酸盐，重量比约为5-10% 二乙二醇丁醚，重量比约为0.1-3%氢氧化钠，重量比约为1-5%磷酸钠和水。
22.如权利要求16所述的方法,其中，所述油岩包括页岩、砂岩、石灰岩、白云岩、碳酸盐、它们的组合以及上述岩石的沙。
23.如权利要 求16所述的方法，还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物从提取的烃类分离并回收利用用过的水基电传导表面活性剂掺合物。
24.如权利要求16所述的方法，还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物从提取的烃类分离并回收利用用过的水基电传导表面活性剂掺合物使得溶液混合物浓度恢复至其初始值。
25.如权利要求23所述的方法，其中，所述循环利用步骤还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物与新鲜的水基电传导表面活性剂掺合物混合。
26.如权利要求23所述的方法，其中，所述循环利用步骤还包括将用过的水基电传导表面活性剂掺合物与新鲜的水基电传导表面活性剂掺合物混合使得溶液混合物浓度恢复至其初始值。
27.如权利要求16所述的方法,其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物和所述油岩以约100:1至约1:1的重量比存在，优选10:1的重量比。
28.如权利要求16所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物选择具有约.10 Ω至约5兆Ω的电阻。
29.如权利要求16所述的方法，其中，所述水基电传导表面活性剂掺合物选择具有约.1000 Ω至约100000 Ω的电阻。
【文档编号】C10G1/00GK104130793SQ201310158898
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2013年5月2日
【发明者】罗伯特·彼得科维奇 申请人:罗伯特·彼得科维奇