CN111394081A - 一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，按质量百分比计，包括：37‑55wt％活性组分，15‑20wt％添加剂，5‑8wt％渗透剂，余量为去离子水；所述活性组分包括：质量比为(12～15):(0.5～1):(7～10)的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、枯草菌脂肽钠和脂肪酸烷醇酰胺。本申请提供的自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，其各组分之间具有很好的复配性，在应用于高温、高矿化度的稠油时，能够表现出显著的降粘性能，并且在降粘后还能表现出较好的自破乳效果。实验表明，本申请提供的降粘剂组合物作为驱替液使用时，降粘率和脱水率均好于各种表面活性组分单独使用时的效果，具有很好的协同作用。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学品技术领域，尤其涉及一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
稠油，一般是指粘度高、密度大、胶质和沥青质含量较高的重质原油。在世界范围内，稠油储量与普通原油相当，我国稠油占原油储量的30％左右，是一种重要的战略资源。由于稠油中胶质和沥青质含量高，粘度大，流动性差，造成开采难度大，采收率低。
高效耐温降粘用表面活性剂是化学驱提高采收率的重要支撑。表面活性剂是化学驱的重要助剂，通过提高降粘效率大幅度提高原油采收率。在已经实施的优质资源化学驱中，针对油藏性质开发了重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐，引入了一批日化用表面活性剂进行增效，取得了显著的增油效果。但是，随着实施规模的不断扩大，化学驱进入了新的阶段，优质资源基本动用完毕，东部部分油藏和西部多数均属条件苛刻的高温高盐油藏，现有降粘材料的性能受到极大限制，无法进行推广。因此，针对高盐高矿化度的油藏开发高效降粘用表面活性剂是推广化学驱技术、保障国家能源安全的重要措施。
此外，稠油乳化降粘剂的研发现状之一是侧重于追求乳化降粘效果，而对后期破乳处理欠缺考虑，造成现有的稠油乳化降粘剂虽然大都能达到较高的稠油降粘率，却又面临后处理过程中破乳困难的问题。后处理破乳与稠油乳化降粘都是稠油资源利用中的重要环节，且后处理破乳紧随乳化降粘之后，两者是不可分割的有机整体，在稠油乳化降粘剂的研发制备过程中均应充分考虑，否则将不可避免地增加破乳剂研发成本，并带来大量不必要的能量消耗，使稠油资源的利用成本进一步提高。
现有技术中设计合成了一些新的聚合物，并探究了其耐温耐温性以及破乳脱水效果，如CN106632839B提供的有机硅改性两亲聚合物型稠油降粘剂，CN107955592B提供的由丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和丙烯酸十八酯共聚得到的聚合物降粘剂。但新合成的聚合物尚处于实验室阶段，能否进行工业应用还需长时间的实验验证。
现有技术还通过对现有的表面活性剂复配，获得了一系列具有自破乳效果的降粘剂，如CN109294548A、CN108559470等，但由于各种表面活性剂之间复配性的差异，反而会降低自身的降粘效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，该降粘剂在较高的地层温度下的稠油中能够表现出显著的降粘效果，并且在降粘后具有较好的自破乳效果。
一方面，本发明提供了一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，按质量百分比计，包括：
37-55wt％活性组分，15-20wt％添加剂，5-8wt％渗透剂，余量为去离子水；所述活性组分包括：质量比为(12～15):(0.5～1):(7～10)的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、枯草菌脂肽钠和脂肪酸烷醇酰胺。
进一步地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、枯草菌脂肽钠和脂肪酸烷醇酰胺的质量比为13:0.7:9。
进一步地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐的结构式为：
RO(CH2CH2O)11SO3M，其中M为选自钠、钾、锂的金属离子，R为碳原子数为20-24的烷基。更优选的，R为C22的烷基，即采用具有如下结构式的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐：C22H45O(CH2CH2O)11SO3Na。
在一种实施方式中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐可以通过以下方法制备获得：
在500ml的四口烧瓶中，于常压下加入烷基醇醚中间体，在滴液漏斗中加入氯磺酸，其中，烷基醇醚中间体与氯磺酸的摩尔配比为1:1.04，在电子恒速搅拌器不断搅拌情况下，于反应温度28℃下反应3h，反应结束后，用氢氧化钠中和，调pH值为中性或弱碱性。
进一步地，所述脂肪酸烷醇酰胺是由脂肪酸和烷基醇胺在碱催化剂作用下缩合反应制得。
在一种实施方式中，脂肪酸烷醇酰胺的制备方法如下：
氮气保护下向装有冷凝管、分水器、搅拌器、温度计的250ml四口烧瓶中加入一定量的脂肪酸，开启搅拌器，待脂肪酸加热融化后加入一定量的烷基醇胺，投料比为1:0.8-1:1.2，升至120-180℃，反应3-6h，使脂肪酸与部分烷基醇胺进行反应。然后降温至60-80℃，氮气保护下加入0.5％-1％的NaOH作催化剂后迅速加入剩余烷基醇胺，投料比1:0.2-1:0.8，反应一定时间，至胺值不变时停止反应。
进一步地，所述脂肪酸选自辛酸、十二酸、植物油酸中的一种，优选十二酸；所述烷基醇胺选自二乙醇胺或异丙醇胺，优选异丙醇胺。更优选地，所述脂肪酸烷醇酰胺为十二酸异丙醇酰胺，或者称之为十二酸酰异丙醇胺。
进一步地，所述添加剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种，优选异丙醇；所述渗透剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯。优选的，辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯中氧乙烯的聚合度为5，即辛烷基酚聚氧乙烯(5)醚磷酸酯。
进一步地，按质量百分比计，所述冷采降粘剂包括：
26wt％C22H45O(CH2CH2O)11SO3Na，1.4wt％枯草菌脂肽钠，18wt％十二酸异丙醇酰胺，17wt％异丙醇，6wt％辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，余量为去离子水。
另一方面，本发明还提供了一种制备上述自破乳型耐温稠油冷采降粘剂的方法，包括：将各原料按照所述比例加入到反应釜中，在50-70℃条件下搅拌1小时，冷却至常温即得。
另一方面，本发明还提供了上述自破乳型耐温稠油冷采降粘剂在稠油开采中的应用，应用于地层温度超过90℃、地层水矿化度超过25000mg/L的稠度超过10000mPa·s稠油。
进一步地，所述稠油开采中的应用包括井筒降粘、油藏条件下或管道运输过程中的应用。
进一步地，上述降粘剂在应用时添加的质量分数为0.3％。
其中，作为活性组分之一的枯草菌脂肽钠(Surfactin)来源于枯草芽孢杆菌发酵产物，结构为一种环状脂肽钠盐化合物，其分子式为：C52H90N7O13Na，分子量为：1044，具有可生物降解性、良好的生物亲和性、超低的刺激性，物理、化学性质稳定，已通过毒理学、卫生学鉴定，是一种性能优良的表面活性剂和生物乳化剂，被广泛应用在农业、化妆品、食品、医药工业。
本发明能够带来如下有益效果：
本申请提供的自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，其各组分之间具有很好的复配性，在应用于高温、高矿化度的高粘度稠油时，能够表现出显著的降粘性能，并且在降粘后还能表现出较好的自破乳效果。实验表明，本申请提供的降粘剂组合物作为驱替液使用时，降粘率和脱水率均好于各种表面活性组分单独使用时的效果，具有很好的协同作用。特别是当活性组分中A22EO11S-Na、枯草菌环脂肽钠和十二酸异丙醇酰胺的质量比为13:0.7:9时，其降粘率高达99.93％，1小时破乳率高达98.45％，脱出水质清亮，油水界面齐，可作为高温度、高地层水矿化度稠油的最佳驱替液。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
如未特殊说明，以下实施例中的各原料或试剂均为普通市售产品，纯度均为分析纯，其中枯草菌脂肽钠购自北京沃凯生物科技有限公司，CAS：24730-31-2。
其中，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐优选通过以下方法自制合成获得：
S1，将二十一烷基醇和氢氧化钾于80℃左右投料，反复抽真空并充氮气三次，于温度120℃-130℃、压力0-0.1MPa下反应2-3h，期间分8次向反应器内投入环氧乙烷，反应结束后冷却降温，即得二十一烷基醇醚中间体；
S2，在500ml的四口烧瓶中，于常压下加入上述二十一烷基醇醚中间体，在滴液漏斗中加入氯磺酸，其中，与氯磺酸的摩尔配比为1:1.04，在电子恒速搅拌器不断搅拌情况下，于反应温度28℃下反应3h，反应结束后，用氢氧化钠中和并调pH值为中性或弱碱性，即得C22H43O(CH2CH2O)11SO3Na，简写为A22EO11S-Na。
实施例1
将39g A22EO11S-Na，1.5g蔗糖酯，17g异丙醇，6g辛基酚聚氧乙烯(5)醚磷酸酯，依次添加至搅拌反应釜中，再分次缓慢加入36.5g去离子水，在60℃条件下搅拌1小时，冷却至常温，制得100g降粘剂，外观为均匀的黄色液体，水溶性良好，固含量53％，pH为7.5。
实施例2-4
实施例2-4与实施例1的组成成分及制备方法大致相同，区别仅在于，分别用槐糖脂、枯草菌脂肽钠和鼠李糖脂代替蔗糖酯，除此之外的其余组分及用量均相同。所得的降粘剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为50％-55％，pH为7-8.5。
实施例5-8
实施例5-8与实施例3的组分以及制备方法基本相同，均使用了17g异丙醇和6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，区别仅在于，活性组分的添加总质量以及活性组分中A22EO11S-Na和枯草菌脂肽钠的质量比例不同，其中，实施例5-8添加活性组分的总质量分别为40.2g、41.1g、41.7g和42.8g，余量均用去离子水补足100g，最终所得的降粘剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为50％-55％，pH为7-8.5。
对比例1-3
对比例1-3与实施例1的组分以及制备方法基本相同，均使用了17g异丙醇、6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，区别仅在于，对比例1-3使用的活性组分及质量分别为40.5gA22EO11S-Na、1.5g枯草菌环脂肽钠和40.5g A12-15EO2-3S-Na，余量用去离子水补足，获得100g降粘剂。其中，A12-15EO2-3S-Na为普通市售的工业常用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐。
对实施例1-8以及对比例1-3获得的降粘剂进行性能测试。其中，用于性能测试的稠油为西部油田某区块原油，其原油密度大约1.0197g/cm3，90℃下的原油粘度大约13580mPa·s；地层水的总矿化度为253000mg/L，地层温度90℃。采用如下方法测定降粘率：用Physica MCR301流变仪测定稠油乳状液的粘度，剪切速率为60s-1，并按下式计算降粘率：降粘率＝(稠油油样粘度-加入降粘剂后稠油乳状液的粘度)/稠油油样粘度。然后，再取100克最终油样的O/W型乳化液成品，放置于地层温度下1h，记录析出水的体积，计算脱水率。其中，各示例的活性组分质量比及性能测试结果见表1。
表1各示例活性组分质量比及性能测试
由表1可知，在其余组分相同的情况下，采用不同的活性组分及质量比获得的降粘剂之间的降粘效果和脱水效果之间具有一定的差异。其中，各实施例提供的降粘剂作为驱替液时的降粘率和脱水率均好于对比例，特别是实施例6，其降粘率高达98.65％。但各实施例的脱水效果表现并不理想，因此向上述降粘剂中再加入一种组分，使其在降粘后能够显示出更好的自破乳效果。
将实施例6作为优选的活性组分配比，与不同的脂肪酸烷醇酰胺进行复配。其中，选用烷基碳原子数不同的脂肪酸和不同烷基种类的烷基醇胺为原料，合成不同的脂肪酸烷基醇酰胺，所述原料中，脂肪酸选自辛酸、十二酸、植物油酸，烷基醇胺选自二乙醇胺或异丙醇胺，最终用于复配的脂肪酸烷醇酰胺为辛酸二乙醇酰胺、十二酸二乙醇酰胺、植物油酸二乙醇酰胺、辛酸异丙醇酰胺、十二酸异丙醇酰胺和植物油酸异丙醇酰胺。
其中，脂肪酸烷醇酰胺的制备方法如下：在氮气保护下向装有冷凝管、分水器、搅拌器、温度计的250ml四口烧瓶中加入一定量的脂肪酸，开启搅拌器，待脂肪酸加热融化后加入一定量的烷基醇胺，投料比为1:0.8-1:1.2，升至120-180℃，反应3-6h，使脂肪酸与部分烷基醇胺进行反应。然后降温至60-80℃，氮气保护下加入0.5％-1％的NaOH作催化剂后迅速加入剩余烷基醇胺，投料比1:0.2-1:0.8，反应一定时间，至胺值不变时停止反应。
实施例9
将26g A22EO11S-Na，1.4g枯草菌脂肽钠，18g辛酸二乙醇酰胺，17g异丙醇，6g辛基酚聚氧乙烯(5)醚磷酸酯，依次添加至搅拌反应釜中，再分次缓慢加入31.6g去离子水，在60℃条件下搅拌1小时，冷却至常温，制得100g降粘剂，外观为均匀的黄色液体，复配性良好，固含量50％，pH为8。
实施例10-14
实施例10-14与实施例9的组成成分及制备方法大致相同，区别仅在于，采用的脂肪酸烷醇酰胺分别为：十二酸二乙醇酰胺、植物油酸二乙醇酰胺、辛酸异丙醇酰胺、十二酸异丙醇酰胺、植物油酸异丙醇酰胺，除此之外的其余组分及用量均相同。最终各实施例获得的降粘剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为50％-55％，pH为7-8。
实施例15-16
实施例15-16与实施例10的组分以及制备方法基本相同，均使用了17g异丙醇和6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，区别仅在于，活性组分的添加总质量以及活性组分中质量比不同，其中，实施例15-16添加活性组分的总质量分别为49.4g和39.4g，余量均用水补足100g。所得的降粘剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为53％，pH为7-8。
对实施例9-16获得的降粘剂参照上述方法进行降粘率和脱水率的测定，并设置对比例4(活性组分为45.4g的十二酸异丙醇酰胺，其余组分及用量与实施例13相同)，各示例活性组分配比及性能测试结果见表2。
表2各示例活性组分配比及性能测试
由表2可知，向前述降粘剂组合物的活性组分中添加适量脂肪酸烷基醇酰胺，能够有效提高所得降粘剂的自破乳脱水效果，然而，在活性组分的总质量相差较小的情况下，添加不同的脂肪酸烷基醇酰胺以及采用不同的质量配比，其获得的降粘剂之间的脱水效果之间差异较大。其中，各实施例提供的降粘剂作为驱替液时的降粘率和脱水率均好于三种活性组分单独使用时的效果，说明本申请提供的降粘剂组合物的各组分复配性好，并且具有很好的协同作用。特别是实施例13，在活性组分总质量相差不大的情况下，其降粘率高达99.93％，1小时破乳率高达98.45％，脱出水质清亮，油水界面齐，可作为上述降粘剂组合物中的最佳实施例，其中各组分及质量百分比为：26wt％A22EO11S-Na，1.4wt％枯草菌环脂肽钠，18wt％十二酸异丙醇酰胺，17wt％异丙醇，6wt％辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，余量为去离子水。
将上述最优选的实施例13获得的降粘剂搅拌均匀注入安瓿瓶中密封，放入高温老化罐中，分别置于90℃、110℃、130℃下恒温老化，并分别老化7天、14天、21天、28天、35天。老化结束后，分别在各自温度条件下测定油水界面张力，所得结果如表3所示。
表3实施例13置于不同温度下老化后的界面张力
由表3可以看出，实施例13获得的冷采降粘剂稳定性好，降低界面张力能力基本不受高温高盐高硬度条件的影响。
综合上述可知，本申请提供的自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，其各组分之间具有很好的复配性，在应用于高温、高地层水矿化度的高粘度稠油时，能够表现出显著的降粘性能，并且在降粘后还能表现出较好的自破乳效果，各组分之间还表现出了很好的协同作用。特别是当活性组分中A22EO11S-Na、枯草菌环脂肽钠和十二酸异丙醇酰胺的质量比为13:0.7:9时，其降粘效果和破乳性能达到最优。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种自破乳型耐温稠油冷采降粘剂，其特征在于，按质量百分比计，包括：
37-55wt％活性组分，15-20wt％添加剂，5-8wt％渗透剂，余量为去离子水；所述活性组分包括：质量比为(12～15):(0.5～1):(7～10)的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、枯草菌脂肽钠和脂肪酸烷醇酰胺。
2.根据权利要求1所述的冷采降粘剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、枯草菌脂肽钠和脂肪酸烷醇酰胺的质量比为13:0.7:9。
3.根据权利要求1所述的冷采降粘剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐的结构式为：RO(CH2CH2O)11SO3M，其中M为选自钠、钾、锂的金属离子，R为碳原子数为20-24的烷基。
4.根据权利要求1所述的冷采降粘剂，其特征在于，所述脂肪酸烷醇酰胺是由脂肪酸和烷基醇胺在碱催化剂作用下缩合反应制得。
5.根据权利要求1所述的冷采降粘剂，其特征在于，所述脂肪酸选自辛酸、十二酸、植物油酸中的一种，优选十二酸；所述烷基醇胺选自二乙醇胺或异丙醇胺，优选异丙醇胺。
6.根据权利要求1所述的冷采降粘剂，其特征在于，所述添加剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种，优选异丙醇；所述渗透剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯。
7.根据权利要求1所述的冷采降粘剂，其特征在于，按质量百分比计，所述冷采降粘剂包括：26wt％C22H45O(CH2CH2O)11SO3Na，1.4wt％枯草菌脂肽钠，18wt％十二酸异丙醇酰胺，17wt％异丙醇，6wt％辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，余量为去离子水。
8.一种制备如权利要求1-7任一所述的自破乳型耐温稠油冷采降粘剂的方法，其特征在于，包括：将各原料按照所述比例加入到反应釜中，在50-70℃条件下搅拌1小时，冷却至常温即得。
9.如权利要求1-7任一所述的自破乳型耐温稠油冷采降粘剂在稠油开采中的应用，其特征在于，应用于地层温度超过90℃、地层水矿化度超过25000mg/L的稠油。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述稠油开采中的应用包括井筒降粘、油藏条件下或管道运输过程中的应用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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