從含油巖石中分離烴類的方法
2023-09-27 07:17:40
從含油巖石中分離烴類的方法
【專利摘要】本發明公開了從含油巖石中提取烴類的方法。根據一種實施方案，方法包括將油砂與水基電傳導表面活性劑摻合物混合併使所得到的混合物經受熱輻射或2.54千兆赫頻率的微波輻射。1分鐘內，被困的烴類提取入所述水基電傳導表面活性劑摻合物，所述水基電傳導表面活性劑摻合物可隨後通過密度液相分離處理從所述水基電傳導表面活性劑摻合物中分離出烴類。
【專利說明】從含油巖石中分離烴類的方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了用於從巖石資源中提取石油烴的水基電傳導表面活性劑摻合物(water based electrically conductive surfactant blends)。特別地，本申請涉及加熱混有油砂的水基電傳導表面活性劑摻合物，然後使用加壓流、機械攪拌以及隨後的液體密度相分離法將烴類從油砂或油巖中分離。
【背景技術】
[0002]油巖和油砂含有大量的世界已知的石油儲量，可能是一半或更多的探明儲量。石油通常通過幾種手段例如原位生產從這些資源中提取，原位生產是施加熱水和壓力使得巖石開裂從而釋出石油。對於油砂，油砂是露天礦，於是用大量水將其回收。燃燒天然氣來加熱沙和水處理。在上述的兩個例子中，提取技術對環境有破壞，並且，在油砂的例子中，其導致二氧化碳的大量產生。此外，用於提取烴類的水最終成為石油提取物、腐蝕性化學物以及對野生動植物毒性極大的分子的混合物。除了上述處理，還使用有機溶劑來降低回收的石油烴類的粘度，以便於經由管道運輸得到的產物。有機溶劑通常昂貴、易燃，經常對生物體有毒，並且具有潛在的工業危險性。
[0003]大型油砂和油巖礦藏存在於加拿大、美國和委內瑞拉。大約20%的加拿大礦藏為可回收的，其使用露天礦技術，而剩下的80%太深，因而無法成為露天礦。委內瑞拉的礦藏太深無法成為露天礦，猶他州的礦藏位於得不到使提取經濟可行的大量淡水的地區。因此，本發明的目的是使用環境安全的水基電傳導表面活性劑摻合物結合加壓流或機械攪拌及隨後的相分離法來解決環境破壞和深礦原位烴類提取缺水的問題。
[0004]本發明的另一目的是提供使用環境安全的水基電傳導表面活性劑摻合物由各種巖石資源提取石油的方法，所述水基電傳導表面活性劑摻合物省去了使用水和熱氫氧化鈉並且多種組份為生物可降解的。
[0005]本發明的另一目的是提供由巖石資源原位生產石油烴類的方法，所述方法使用水基電傳導表面活性劑摻合物和電磁輻射來加速提取過程。
[0006]通過本文以下公開的示例性實施方案的詳細描述，本發明的上述和其他目的、特徵和優勢對本領域技術人員將更加明顯。
【發明內容】
[0007]上述目的的至少一項由使用電磁能和使用由油巖提取烴類的加熱水基電傳導表面活性劑摻合物的方法來實現。根據一種實施方案，將油巖和水基電傳導表面活性劑摻合物結合併使其經歷足夠長時間的微波能從而加熱水基電傳導表面活性劑摻合物。加熱水基電傳導表面活性劑摻合物使其易於從油巖中分離烴類。然後，烴類可選地提煉成石油產品。用過的水基電傳導表面活性劑摻合物可選地通過將其回收至從更多的巖石提取烴類的過程起始處來重新利用。
[0008]水基電傳導表面活性劑摻合物和微波能的結合產生有效地從油巖中分離出烴類的熱液體。相對於蒸汽注入，烴類的良好回收率在50° C時得到。將水基電傳導表面活性劑摻合物加熱至50° C比起將水加熱至100° C與相變成蒸汽的能量之和小得多。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1所示為根據本發明的一個實施方案從油巖回收烴類的示例性系統；
[0010]圖2所示為使用水基電傳導表面活性劑摻合物和微波輻射源由圖1的示例性系統中的油砂巖提取烴類；以及
[0011]圖3所示為在電磁輻射照射後，圖1的示例性系統中油巖提取工序的結果。
【具體實施方式】
[0012]圖1所示為根據一種實施方式由油巖10提取烴類的示例性系統。油巖10包括但不限於含油頁巖、油砂、石灰巖、白雲巖、碳酸鹽以及由上述巖石侵蝕得到的砂。油巖10在容器30中與水基電傳導表面活性劑摻合物20混合。圖2顯不如圖1的混合物，暴露於電磁輻射源40預定時間促進由油巖提取烴類的過程。如圖3所示，暴露後，攪動所述混合物，得到水基電傳導表面活性劑摻合物和所提取的烴類50的棕色液體以及沉澱在容器底部的未溶解的巖石60。然後該水基電傳導表面活性劑摻合物/烴類溶液可進一步分離並使用本領域熟知的提鍊石油產品技術如液相分離和/或分散氣體過濾(diffused gas filtrat1n)進行提煉。可選地，回收利用該水基電傳導表面活性劑摻合物。
[0013]本發明使用的水基電傳導表面活性劑摻合物通常為極性的，但可含有非極性添加劑，優選為室溫下或接近室溫(約20° C)下的液體。該水基電傳導表面活性劑摻合物室溫下為液體狀態。一些水基電傳導表面活性劑摻合物為含有液態鹽類和中性分子如水的離子溶液。就本發明的目的而言，術語「水基電傳導表面活性劑摻合物」擬與水一同使用。他們具有理想的溶解特性並易於與水混合併且通常與有機溶液不相混。由於其離子性質，水基電傳導表面活性劑摻合物為電導體。水基電傳導表面活性劑摻合物的電阻為約10 Ω至約5兆Ω的範圍，優選的實施方案中為1000 Ω至100000 Ω之間的電阻。
[0014]本發明尤其有用的水基電傳導表面活性劑摻合物含有一種或多種如下成分:二甲苯磺酸鹽、二乙二醇丁醚、三甘醇、十二烷基硫酸鈉、四丁基氫氧化銨、氫氧化鈉和矽酸鈉。根據所選的水基電傳導表面活性劑摻合物通式，烴類有不同程度的可混合性。如下所述，在優選的實施方式中水基電傳導表面活性劑摻合物回收利用的地方，對該水基電傳導表面活性劑摻合物選擇以便於工序的液相分離步驟中烴類的分離。水基電傳導表面活性劑摻合物成分的比例可以為重量比為1-10% 二甲苯磺酸鹽，1-25% 二乙二醇丁醚，0.1-10%氫氧化鈉，1-10%磷酸鈉和餘量的水。
[0015]含油巖與水基電傳導表面活性劑摻合物結合時，可使用任意的水基電傳導表面活性劑摻合物和含油巖比例。一些實施方案中使用重量比為約100:1至約1:1水基電傳導表面活性劑摻合物與油巖比例。其它實施方案採用重量比為3:2至約2:3的比例。其它優選的實施方案採用重量比為10:1的比例。油巖與水基電傳導表面活性劑摻合物的確切比例取決於幾個因素。開採高質量油巖時，即具有高比例的烴類的油巖，需要大量水基電傳導表面活性劑摻合物來溶解烴類。影響水基電傳導表面活性劑摻合物與油巖比例的另一因素是該液體的泵送能力。隨著更少水基電傳導表面活性劑摻合物的採用，其變得更加粘稠，因為其積聚烴類並變得難以泵送。當泵送限制變成問題，增加水基電傳導表面活性劑摻合物的相對量有助於保持良好的流體粘度。該含油巖的多孔性也可影響水基電傳導表面活性劑摻合物使用於巖石的比率。隨著多孔性或者巖石的增加，含油巖所需的水基電傳導表面活性劑摻合物更少，反之亦然。
[0016]可選地，當兩種成分結合後，油巖可以浸泡於水基電傳導表面活性劑摻合物。浸泡步驟使得水基電傳導表面活性劑摻合物某種程度上滲透巖石。施加電磁輻射時，水基電傳導表面活性劑摻合物能夠釋放巖石內更深的烴類，這也可通過使熱液在壓力下通過該巖石來加快使其更有效率。根據達到的溫度，使水基電傳導表面活性劑摻合物在油巖的裂縫或裂紋中也具有使該液體讓該巖石膨脹和破裂的潛在可能。油巖中大裂縫的存在使水基電傳導表面活性劑摻合物進入巖石的更深處，釋放更多的烴類。
[0017]電磁福射可用於加熱水基電傳導表面活性劑摻合物，並且該電磁福射可由微波、感應線圈或者黑體輻射器如熱學或紅外加熱器來提供。如果烴類的提取是原位執行的而巖石在適當的地方，該水基電傳導表面活性劑摻合物由黑體熱輻射或局部自發熱直接加熱。加熱水基電傳導表面活性劑摻合物後，其直接往地下泵送至含油巖的地層。優選地，該水基電傳導表面活性劑摻合物隨著其往油巖的地層移動而在管道中暴露於電磁福射。泵中的壓力推動液體通過巖層，而烴類由水基電傳導表面活性劑摻合物收集。該水基電傳導表面活性劑摻合物/烴類混合物隨之從地下收集點泵送至表面。
[0018]如果油巖從其天然形成處中移出，可選地破碎或研磨該巖石至便於管理的尺寸，並置於用於提取的容器中。這些實施方案中，可選地，巖石和水基電傳導表面活性劑摻合物熱學或電磁學加熱至約50至100攝氏度，優選為70至90攝氏度。
[0019]本發明使用的電磁輻射為微波或紅外的形式。本發明中，由於其常見性和低成本，使用2.54GHz微波輻射。考慮125MHz至5.6GHz範圍的微波用於加熱水基電傳導表面活性劑摻合物。一些實施方式中，微波頻率選自約900MHz至約2.45GHz的範圍。當水基電傳導表面活性劑摻合物在原位提取的管中暴露於微波時，在微波的整個波長包含於該管的直徑時加熱是最有效的。例如，如果使用12英寸管，微波頻率應該不低於915MHz。也可使用紅外源如輻射加熱器或黑體發射器來升高水基電傳導表面活性劑摻合物油巖混合物的溫度來提高被困的、吸附的或吸收的烴類的溶解度。由於大氣條件下水基電傳導表面活性劑摻合物是深度共熔性質為低蒸汽壓且非可燃的，這些加熱技術對於用於露天礦和陷於油巖的烴類提取是工業安全且環境溫和的。
[0020]對水基電傳導表面活性劑摻合物和油巖的混合物施加輻射直到達到至少50° C的溫度。一些實施方式中，加熱持續到溫度達到約70° C至100° C之間。其他的實施方案目標是約50° C至約90° C的液體溫度。水基電傳導表面活性劑摻合物的溫度應該足以有效提取烴類。將石油從巖石釋放所需的確切溫度將取決於油巖中烴類的質量和數量的該巖石的多孔性。隨著烴類的平均分子量的提高，需要更高的溫度來液化它們。即使該水基電傳導表面活性劑摻合物已經到達50° C以上的溫度，其仍可暴露於電磁能。除了熱能，電磁能如微波將不同種類的能量傳遞給水基電傳導表面活性劑摻合物。已推斷但未經證明，可能激發(excitat1n)或旋轉(rotat1n)可能傳遞給離子或分子加速石油釋放。水基電傳導表面活性劑摻合物與微波能的結合產生比傳統蒸汽注入更好的結果。
[0021]能源加熱水基電傳導表面活性劑摻合物所需的時間首先取決於想要達到的溫度。對於給定的微波或IR源，暴露時間與待加熱質量和可用功率剛好成正比。當然，暴露時間可通過將微波或IR源替換為更高的能量單元來降低。本領域技術人員應當明白能源、微波或IR的功率和待加熱質量為變量以平衡單位生產力和成本的因素。烴類由油巖提取後，烴類從用過的水基電傳導表面活性劑摻合物中分離。任何已知的分離兩種液體的方法均可採用，但優選的實施方式中，烴類通過液體密度差與用過的水基電傳導表面活性劑摻合物分離。如上所述，可選地，選擇該水基電傳導表面活性劑摻合物以便分離兩種液體。例如，烴類如油巖回收的那些具有約0.95的比重，而一些水基電傳導表面活性劑摻合物具有約1.5的比重。只要烴類在水基電傳導表面活性劑摻合物中具有低粘度，從提取物中回收的液體將分成兩層，烴類層在上。如有必要，離心機對加速分離或提高烴類回收將為有用的。可選地，用過的水基電傳導表面活性劑摻合物隨之回收利用，與另外的油巖使用用於烴類的進一步提取。考慮到，用過的水基電傳導表面活性劑摻合物可單獨或者結合新鮮水基電傳導表面活性劑摻合物重新使用。
[0022]實施例
[0023]以下實施例用於說明從油礦如砂中提取烴類的示例性方法。油砂購自亞伯達研究委員會(Alberta Research Council),表面具有13%重量比的重困油，並且用於以下實施例中的一些。另一些實施例中使用滲透有重油的砂巖巖心以模仿全球各地都遇到的大於50米地深度處的烴類提取。
[0024]實施例1
[0025]將購自亞伯達研究委員會的25克油砂置於350毫升(ml)裝有75毫升水基電傳導表面活性劑摻合物的燒杯中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物由約1-10%重量比的二甲苯磺酸鹽、約1-25%重量比的二乙二醇丁醚、約0.1-10%重量比的氫氧化鈉組成和約1-10%重量比的磷酸鈉及平衡水組成。該水基電傳導表面活性劑摻合物混合物加熱至50° C並攪拌60秒。10分鐘內石油與砂分離並上浮至水基電傳導表面活性劑摻合物頂部。
[0026]實施例2
[0027]將購自亞伯達研究委員會的25克油砂置於350毫升(ml)裝有75毫升水基電傳導表面活性劑摻合物的燒杯中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物由約3-10%重量比的二甲苯磺酸鹽、約5-10%重量比的二乙二醇丁醚、約0.1-10%重量比的氫氧化鈉組成和約1-5%重量比的磷酸鈉及平衡水組成。該水基電傳導表面活性劑摻合物混合物加熱至50° C並攪拌60秒。10分鐘內石油與砂分離並上浮至水基電傳導表面活性劑摻合物頂部。
[0028]實施例3
[0029]將如實施例1或2的樣本置於2.54GHz運行的家用微波爐中，加熱30秒。該水基電傳導表面活性劑摻合物達到85° C的溫度。攪拌溶液60秒，靜置I小時並觀察。如實施例I或2，石油與沙分離並上浮至環境溫度下的水基電傳導表面活性劑摻合物頂部。
[0030]實施例4
[0031]由德州農工大學石油工程系(TexasA&M Petroleum Engineering Department)進行巖心驅替測試來確定實施例1或2中水基電傳導表面活性劑摻合物從砂巖地層中分離出重油的效率。用於進行該測試的是高滲透(60毫達西)的貝雷(Berea)砂巖巖心。該砂巖長6英寸,直徑1.5英寸。以250F在爐中乾燥3小時後,該巖心的乾重為357.16克。將該巖心插入巖心固定器(core holder),以0.lmL/min注入重原油過夜從而充分滲透該巖心。背壓力為 5OOpsi,覆壓力(overburden pressure)為 lOOOpsi。
[0032]充分滲透的巖心重量為387.76克。然後將實施例1或2的水基電傳導表面活性劑摻合物以5mL/min通過該巖心衝洗。將該巖心固定器以90° C和相同的背壓力和覆壓力置於爐內。總共I升的實施例1或2水基電傳導表面活性劑摻合物通過該巖心，大部分原油在第一個300毫升內被衝洗出來。衝洗後，該巖心重量為387.88克。衝洗出來的原油重量約為27.89克，因此，91%的原油在不使用蒸汽的條件下以90° C提取出來。
[0033]實施例5
[0034]由德州農工大學石油工程系在175° C高溫下進行巖心驅替測試來確定水基電傳導表面活性劑摻合物在高溫下從砂巖地層中分離出重油的效率以模擬蒸汽輔助石油提取技術。用於進行該測試的是高滲透(60毫達西)的貝雷(Berea)砂巖巖心。該砂巖長6英寸，直徑1.5英寸。以250F在爐中乾燥3小時後,該巖心的乾重為359.73克。將該巖心插入巖心固定器，以0.lmL/mi n注入重原油過夜從而充分滲透該巖心。背壓力為500psi,覆壓力為 100psi0
[0035]充分滲透的巖心重量為390.59克。然後將實施例1或2的水基電傳導表面活性劑摻合物以5mL/min通過該巖心。將該巖心固定器以175° C和相同的背壓力和覆壓力置於爐內。總共200毫升的實施例1或2水基電傳導表面活性劑摻合物通過該巖心。衝洗後，該巖心重量為367.61克。衝洗出來的原油重量約為29.03克，因此，94.1%的原油以175° C提取出來。
[0036]本文通過實施例來說明本發明，並公開了實施本發明的具體期望的方式。但是，本發明的保護範圍並不以任何方式局限於所述具體描述。隨同具體實施方案而描述的元件和特徵並不局限於僅用於其中，其可單獨使用或與其他本文公開的實施方案一起使用。本發明保護的權利要求等效物也被視為在本發明的保護範圍內。由於顯示並描述了用於提取烴類的方法的【具體實施方式】，本領域技術人員將理解可對其作出改變或改良而不背離本發明和下列權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.由油巖提取烴類的方法，所述方法包括: 製備水基電傳導表面活性劑摻合物與油巖的混合物； 使所述混合物經受加熱或電磁輻射；以及 從含油巖石中提取烴類。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述製備步驟的混合物經受足夠的電磁輻射，所述經受步驟過程中所述混合物溫度提升至超過20° C。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述經受步驟還包括從微波產生器、輻射加熱器、感應線圈或者黑體發射器中得到電磁輻射。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物包括二甲苯磺酸鹽，二乙二醇丁醚，磷酸鈉，氫氧化鈉和水。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物包括重量比約為1-10% 二甲苯磺酸鹽，重量比約為1-25% 二乙二醇丁醚，重量比約為0.1-10%氫氧化鈉，重量比約為1-10%磷酸鈉和水。
6.如權利要求4所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物包括重量比約為3-10%二甲苯磺酸鹽，重量比約為5-10%二乙二醇丁醚，重量比約為0.1-3%氫氧化鈉，重量比約為1-5%磷酸鈉和水。
7.如權利要求1所述 的方法，其中，所述油巖包括頁巖、砂巖、石灰巖、白雲巖、它們的組合以及上述巖石的沙。
8.如權利要求1所述的方法，還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物從提取的烴類分離並回收利用用過的水基電傳導表面活性劑摻合物。
9.如權利要求1所述的方法，還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物從提取的烴類分離並回收利用用過的水基電傳導表面活性劑摻合物使得溶液混合物濃度恢復至其初始值。
10.如權利要求8所述的方法，其中，所述循環利用步驟還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物與新鮮的水基電傳導表面活性劑摻合物混合。
11.如權利要求8所述的方法，其中，所述循環利用步驟還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物與新鮮的水基電傳導表面活性劑摻合物混合使得溶液混合物濃度恢復至其初始值。
12.如權利要求1所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物和所述油巖以約10:1至約1:1的重量比存在，優選10:1的重量比。
13.如權利要求2所述的方法，其中，所述電磁輻射為約900MHz至約2.54GHz範圍內的微波能。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物選擇具有約10 Ω至約5兆Ω的電阻。
15.如權利要求1所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物選擇具有約1000 Ω至約100000 Ω的電阻。
16.由油巖提取烴類的方法，包括: 使水基電傳導表面活性劑摻合物經受電磁輻射以將其加熱至超過20° C ; 使油巖與加熱的水基電傳導表面活性劑摻合物接觸，以及從所述油巖提取烴類。
17.權利要求1所述的方法，其中，所述製備步驟的混合物經受足夠的微波電磁輻射，所述經受步驟過程中所述混合物的溫度提升至超過20° C。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述經受步驟還包括從微波產生器、輻射加熱器、感應線圈或者黑體發射器中得到電磁輻射。
19.如權利要求16所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物包括二甲苯磺酸鹽，二乙二醇丁醚，磷酸鈉，氫氧化鈉和水。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物包括重量比約為1-10% 二甲苯磺酸鹽，重量比約為1-25% 二乙二醇丁醚，重量比約為0.1-10%氫氧化鈉,重量比約為1-10%磷酸鈉和水。
21.如權利要求19所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物包括重量比約為3-10% 二甲苯磺酸鹽，重量比約為5-10% 二乙二醇丁醚，重量比約為0.1-3%氫氧化鈉，重量比約為1-5%磷酸鈉和水。
22.如權利要求16所述的方法,其中，所述油巖包括頁巖、砂巖、石灰巖、白雲巖、碳酸鹽、它們的組合以及上述巖石的沙。
23.如權利要 求16所述的方法，還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物從提取的烴類分離並回收利用用過的水基電傳導表面活性劑摻合物。
24.如權利要求16所述的方法，還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物從提取的烴類分離並回收利用用過的水基電傳導表面活性劑摻合物使得溶液混合物濃度恢復至其初始值。
25.如權利要求23所述的方法，其中，所述循環利用步驟還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物與新鮮的水基電傳導表面活性劑摻合物混合。
26.如權利要求23所述的方法，其中，所述循環利用步驟還包括將用過的水基電傳導表面活性劑摻合物與新鮮的水基電傳導表面活性劑摻合物混合使得溶液混合物濃度恢復至其初始值。
27.如權利要求16所述的方法,其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物和所述油巖以約100:1至約1:1的重量比存在，優選10:1的重量比。
28.如權利要求16所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物選擇具有約.10 Ω至約5兆Ω的電阻。
29.如權利要求16所述的方法，其中，所述水基電傳導表面活性劑摻合物選擇具有約.1000 Ω至約100000 Ω的電阻。
【文檔編號】C10G1/00GK104130793SQ201310158898
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月2日 優先權日:2013年5月2日
【發明者】羅伯特·彼得科維奇 申請人:羅伯特·彼得科維奇