DE68905925T2 - Xanthankonzentrate, verfahren zur herstellung und verwendung zur steigerung der gewinnung von oel aus unterirdischen formationen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Xanthankonzentrat, ein Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung oder die Verwendung eines Vorkonzentrats - eventuell mit einem Biozid ergänzt - bei der verbesserten Ölgewinnung aus unterirdischen Offshore-Formationen.
• Um die Wirksamkeit der Wassereinspritzung durch verbesserte Polymere zur Ölgewinnung (EOR) zu verbessern, kann zum Beispiel das Polysaccharid Xanthan der Einspritzflüssigkeit zugesetzt werden, die in die unterirdischen Formationen gepumpt wird. Gegenwärtig wird Xanthan als Gärflüssigkeit bzw. Fermentationsbrühe, typischerweise mit einer Xanthankonzentration von 3%, als konzentrierte Fermentationsbrühe aus der Ultrafiltration, typischerweise mit einem Xanthangehalt von 9%, und als Xanthan-Pulver gehandelt, das 80-90% Xanthan enthält. Das Xanthan-Pulver wird durch Fällung von Xanthan aus der Fermentationsbrühe mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel, z.B. Isopropanol, hergestellt, und dieses gefällte Xanthan wird dann getrocknet und zu Pulver gemahlen.
• Dieses getrocknete Xanthan-Pulver hat den Nachteil eines hohen Gehalts an Mikro-Gelen oder sogenannten Aggregaten. Dies sind Körper aus einigen Polymerketten. Es wird angenommen, daß die Bildung der Aggregate durch eine starke Dehydratation während des Trocknungsverfahrens hervorgerufen wird und daß dadurch zwischen den einzelnen Polymerketten Arten von Vernetzungen gebildet werden. Beim Einpressen bzw. Fluten eines Polymers ist es kritisch, daß das verwendete Xanthan keine wesentlichen Aggregatmengen umfaßt, da diese nach einer gewissen Verwendungszeit das Verstopfen des porösen Reservoirs und folglich einen unerwünschten Druckanstieg hervorrufen. Dieses Xanthan-Pulver ist folglich nicht für eine verbesserte Ölgewinnung geeignet, da es Aggregate enthält. Die Xanthan- Fermentationsbrühe und die Fermentationsbrühe, die durch Ultrafiltration konzentriert wurde, haben normalerweise einen geringen Gehalt an Aggregaten und sind folglich für eine verbesserte Ölgewinnung geeigneter. Das mit diesen Produktformen verbundene Problem besteht in der relativ niedrigen Xanthankonzentration (3-9%), wodurch große Probleme bei Transport und Lagerung auftreten, wenn das Xanthan vor der Küste verwendet werden soll.
• Folglich wurde die Forderung nach Xanthanprodukten noch immer nicht erfüllt, die zur Verwendung bei einer verbesserten Offshore-Ölgewinnung geeignet sind.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich in der Schaffung eines Produktes mit einer höheren Xanthankonzentration (etwa 50%) als das Xanthan, das durch Ultrafiltration erhalten werden kann, und das außerdem keine wesentlichen Mengen an Aggregaten enthält.
• Ein weiterer Vorteil wäre, wenn in diesem Konzentrat bereits ein Biozid vorhanden wäre; diese Biozide wurden zusammen mit Xanthan immer in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:2 verwendet, um einen mikrobiellen Abbau zu verhindern. Wenn das Biozid bereits vorher in das Xanthankonzentration eingemischt ist, ehe dieses zur Plattform transportiert wird, und die Xanthankonzentration gleichzeitig 10% oder vorzugsweise mehr beträgt, würde dies das Transportproblem des Biozid sehr erfolgreich lösen.
• Dieses Problem wird durch Schaffung eines Xanthankonzentrats gelöst, das durch Verdünnung mit Wasser oder Salzlake als Verdünnungsuiittel bis zur Anwendungskonzentration die Ölgewinnung von Ölreservoirs verbessert, ohne die Poren verstopfende Aggregate zu bilden.
• Vorzugsweise umfaßt dieses Xanthankonzentrat außerdem ein Biozid. Dieses Biozid ist vorzugsweise Formaldehyd.
• Außerdem wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren geschaffen, um ein Xanthankonzentrat mit den oben genannten Eigenschaften aus einem Vorkonzentrat herzustellen, indem ein wässriges Xanthanfermentat mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel gefällt wird, wobei das mit Wasser mischbare Lösungsmittel in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre vom Vorkonzentrat abgetrennt wird.
• Vorzugsweise wird das mit Wasser mischbare Lösungsmittel abgetrennt, indem Wasserdampf mit einer Temperatur im Bereich von 80-150ºC hindurchgeblasen wird.
• Wasserdampf mit einer Temperatur von 100-110ºC wird vorzugsweise verwendet. Das bevorzugte mit Wasser mischbare Lösungsmittel ist normalerweise Isopropanol.
• Das Vorkonzentrat wird hergestellt, indem eine Xanthan-Fermentationsbrühe oder eine bereits konzentrierte Xanthan-Fermentationsbrühe gefällt wird, indem diesen Flüssigkeiten in Abhängigkeit von den Arten, die 1-15% Xanthan enthalten, ein Alkohol, z.B. Isopropanol, in an sich bekannter Weise zugesetzt wird, wie es oben aufgeführt wurde. Das gefällte Xanthan wird anschließend getrocknet, indem die Flüssigkeit mechanisch entfernt wird (die Wasser als auch das mit Wasser mischbare Lösungsmittel, vorzugsweise Isopropanol enthält).
• Die mechanische Entfernung der wasserhaltigen Flüssigkeit kann im Labor durch einfaches manuelles Ausquetschen durchgeführt werden, industriell kann es jedoch durch sorgfältige Filtration, z.B. mit einem Drehtrommelfilter, und kontinuierliches Abkratzen des Filterkuchens, oder durch eine Schnekkenpresse durchgeführt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird die weitere Konzentration durch Verdampfung des Isopropanol unter einer Atmosphäre aus gesättigtem Wasserdampf durchgeführt. Damit soll verhindert werden, daß zu viel Wasser aus dem Xanthanpolymer entfernt wird, wodurch sich Aggregate bilden. Bei der vorliegenden Erfindung wird dem Vorkonzentrat oder dem Endkonzentrat nach der Verdampfung des Isopropanol eine Lösung einer Biozidverbindung zugegeben, z.B. Formalin, so daß eine Stabilisierung der Zusammensetzung gegenüber mikrobiellem Abbau beim Transport zur Verwendungsstelle, z.B. Plattformen, und bei der Lagerung bis zur angewendeten Verdünnung möglich wird.
• An der Verwendungsstelle kann das Endkonzentrat unter Ausnutzung der Scherkräfte mit Meerwasser auf die gewünschte Xanthan- und Biozidkonzentration verdünnt werden.
• Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ergibt das erfindungsgemäße Xanthankonzentrat nach der Verdünnung mit Meerwasser auf die zu verwendende Konzentration, nachdem eine bestimmte Menge des Filtrats durch einen Filter mit 5 um hindurchgegangen ist, einen konstanten relativen Druckanstieg, wohingegen wiederaufgelöstes Xanthan-Pulver zu einem Druckanstieg führt, der mit der Menge des Filtrats kontinuierlich zunimmt und dadurch zum Verstopfen des im Versuch verwendeten Filters und folglich auch zur Verstopfung der Poren der Formation führt. Die folgenden Beispiele erläutern diese Erfindung.
Beispiel 1
• Einer Xanthan-Fermentationsbrühe, die 2,6% Xanthan enthielt, wurde unter Rühren das 2- bis 10-fache des Volumens an Isopropanol zugesetzt. Dieses gefällte Wasser/Isopropanol enthaltende Xanthan wurde dann getrocknet, indem die Flüssigkeit mechanisch entfernt wurde (z.B. durch Ausquetschen), es ergab sich ein Vorkonzentrat mit einer Xanthankonzentration mit 26%.
• Dieses Vorkonzentrat wurde anschließend bei 100ºC mit einem gesättigten Wasserdampfstrom weiter konzentriert, bis sich nach 30 Minuten ein konstantes Gewicht ergab. Das erhaltene Produkt hatte eine Xanthankonzentration von 39%.
Beispiel 2
• Eine konzentrierte Xanthan-Fermentationsbrühe (8%) wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gefällt und getrocknet. Nach der mechanischen Entfernung der Flüssigkeit hatte dieses Vorkonzentrat eine Xanthankonzentration von 36%.
• Die weitere Konzentration wurde nach dem abschließenden Teil des Beispiels 1 durchgeführt und ergab ein Produkt mit 48% Xanthan.
• Dieses Produkt wurde mit Wasser und Formalin auf eine Xanthankonzentration von 10% und eine Formaldehydkonzentration von 20% verdünnt.
Anwendungsbeispiel
• Die Xanthankonzentrate der Beispiele 1 und 2 als auch das Vorkonzentrat von Beispiel 2 wurden mit Meerwasser auf eine Xanthankonzentration von 0,04% verdünnt. Dann wurden diese Proben bei einem hohen Druckdifferential (0,3-1,0 Atmosphären) durch Ultrafilter 3 + 1,2 + 0,65um filtriert, um Zellteilchen zu entfernen. Anschließend wurde die Filtrierbarkeit dieser Lösungen geprüft, indem sie bei einem geringen Druckdifferential und geringer Schergeschwindigkeit (4-8 s&supmin;¹) durch Ultrafilter mit 3 x 5um filtriert wurden, es wurde der Druckanstieg gegenüber dem Filter als Funktion des filtrierten Flüssigkeitsvolumens gemessen (Fig. 1) . Zum Vergleich wurde die Xanthan-Fermentationsbrühe bei 105ºC bis zum konstanten Gewicht getrocknet. Das Produkt wurde anschließend in Meerwasser auf 0,04% verdünnt und die Filtrierbarkeit wurde wie bereits beschrieben geprüft. Es wurde die gezeigte steile Kurve des erneut gelösten Xanthan-Pulvers erhalten.
• Wie es bereits erwähnt wurde, zeigt dieser Versuch, daß die Xanthanlösung, die durch erneutes Auflösen des Xanthan-Pulvers hergestellt worden war, zu einem kontinuierlichen Druckanstieg bei zunehmendem Filtratvolumen führt; die Xanthanlösungen, die durch Verdünnung von Xanthankonzentrat/Vorkonzentrat entsprechend dieser Erfindung hergestellt worden waren, einen anfänglichen, jedoch langsameren Druckanstieg ergaben, wohingegen nach einem bestimmten Filtratvolumen, etwa 250 Porenvolumina, ein konstanter und viel geringerer Druck als beim Vergleichsprodukt erhalten wurde.
• Dieser Versuch simuliert die Bedingungen unterirdischer poröser Formationen und zeigt, daß die Produkte, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt wurden, bei der Verdrängung des Öls große Filtratvolumina hindurchlassen, ohne daß ein Verstopfen der Formationen und der damit verbundene hohe Druckanstieg entsteht, was zur Unterbrechung der Gewinnung führen würde.

Claims (10)

1) Xanthankonzentrat, das durch Verdünnung mit Wasser oder Meerwasser, um die Konzentrationen als Viskositätsmittel für eine verbesserte Ölgewinnung in Ölbohrlöchern auszunutzen, keine die Poren verstopfenden Aggregate bildet, das aus einem Vorkonzentrat hergestellt wird, das durch Fällung eines wässrigen Xanthanfermentates mit einem mit Wasser Mischbaren Lösungsmittel als Fällungsmittel erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsmittel vom Vorkonzentrat im wesentlichen entfernt wird, indem es durch einen gesättigten Wasserdampfstrom geleitet wird.

2) Xanthankonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsmittel gestrippt wird, indem Wasserdampf bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 150ºC hindurchgeblasen wird.

3) Xanthankonzentrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsmittel gestrippt wird, indem Wasserdampf bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 110ºC hindurchgeblasen wird.

4) Xanthankonzentrat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Biozid zugesetzt wird.

5) Xanthankonzentrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Biozid Formaldehyd ist.

6) Xanthankonzentrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 10 bis 30% Xanthan und 10 bis 30% Biozid umfaßt.

7) Verfahren zur Herstellung des Xanthankonzentrates nach Anspruch 1, das von einem Vorkonzentrat ausgeht, das durch Fällung eines wässrigen Xanthanfermentates mit einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Wasser mischbare Lösungsmittel aus dem Vorkonzentrat im wesentlichen entfernt wird, indem es durch einen gesättigten Wasserdampfstrom geleitet wird.

8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Wasser mischbare Lösungsmittel gestrippt wird, indem Wasserdampf bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 150ºC hindurchgeblasen wird.

9) Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasserdampf mit einer Temperatur von 100 bis 110ºC.

10) Verwendung des Produktes nach Anspruch 1 bis 6 oder eines Vorkonzentrates, das durch Fällung des Fermentates und durch mechanisches Ausquetschen des Wassers und des Fällungsmittels erhalten wurde, bei der verbesserten Gewinnung von Öl aus unterirdischen Formationen.