CN101613291B - 水溶性相渗透降粘剂及其制备方法 - Google Patents

水溶性相渗透降粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

公开了通式(I)化合物、其制备方法及其作为降粘剂的用途，其中R1、R2、m和n如本发明所定义。

Description

水溶性相渗透降粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油添加剂及其制备方法，尤其涉及降粘剂及其制备方法。
背景技术
油田的原油粘度很高时，流动性差，开采和集输都很因难。降粘剂是石油开采和集输中的重要添加剂，其可以使稠油降粘，维持油井正常开采，并改善原油输送中的流动性。目前，本领域仍然需要稳定、有效的降粘剂。
发明内容
本发明的一方面涉及通式(I)化合物或其混合物：
Figure G2009101574943D00011
其中：
R1和R2独立地选自氢、通式(II)的基团、通式(III)的基团：
Figure G2009101574943D00012
R3为C12-24烷基；
R4为芳基取代的C1-4烷基；
m为选自1、2和3的整数；以及
n为选自1至7的整数。
本发明的另一方面涉及上文所述的通式(I)化合物或其混合物的制备方法。
本发明的另一方面涉及包含如上文所述的通式(I)化合物或其混合物的组合物。
本发明的另一方面涉及如上文所述的通式(I)化合物或其混合物或者如上文所述的组合物作为原油降粘剂的用途。
本发明的再一方面涉及降低原油粘度的方法，所述方法包括将降粘有效量的如上文所述的通式(I)化合物或其混合物或者如上文所述的组合物加入到待降粘的原油中。
具体实施方式
本发明的一方面涉及通式(I)化合物或其混合物：
Figure G2009101574943D00021
其中：
R1和R2独立地选自氢、通式(II)的基团、通式(III)的基团：
R3为C12-24烷基；
R4为芳基取代的C1-4烷基；
m为选自1、2和3的整数；以及
n为选自1至7的整数。
在本发明的一实施方案中，R3为C12-24烷基。在另一实施方案中，R3为C16-18烷基。
在本发明的一实施方案中，R4为芳基取代的甲基或乙基。在另一实施方案中，R4为苄基。
在本发明的一实施方案中，m＝2。
在本发明的一实施方案中，通式(I)化合物以其混合物的形式存在。
本发明的另一方面涉及上文所述的通式(I)化合物或其混合物的制备方法，所述方法包括下列步骤：
(1)使通式(IV)和/或通式(V)化合物与环氧氯丙烷反应，生成通式(VI)化合物和/或通式(VII)化合物：
Figure G2009101574943D00031
(2)使通式(VIII)化合物与环氧氯丙烷反应，生成通式(IX)化合物：
Figure G2009101574943D00032
(3)使通式(IX)化合物与通式(VI)化合物和/或通式(VII)化合物反应，生成通式(I)化合物：
Figure G2009101574943D00041
其中R1、R2、m和n的定义如上文对通式(I)化合物或其混合物的定义中所述。
在上述步骤(1)中，可以使通式(IV)化合物和通式(V)化合物分别与环氧氯丙烷反应，或者使通式(IV)化合物和通式(V)化合物的混合物与环氧氯丙烷反应。在使通式(IV)化合物和通式(V)化合物的混合物与环氧氯丙烷反应的情况下，所述混合物中通式(IV)化合物和通式(V)化合物的比例可以是任意的。
在上述步骤(1)中的通式(IV)化合物中，R3基团为C12-24烷基，优选为C14-20烷基，更优选为C16-18烷基。本领域技术人员可以理解，合成的或者可商购的长链烷基二甲基胺通常为碳链长度在一定范围内的混合物。例如，十八烷基二甲基胺中通常含有一定量的碳链长度高于十八碳和低于十八碳的烷基二甲基胺。这样的混合物也可以用于本发明的目的，因此也在本发明的范围内。
在上述步骤(1)中的通式(V)化合物中，R4基团为芳基取代的C1-4烷基，优选为芳基取代的甲基或乙基，更优选为苄基。
在上述步骤(2)中，通式(VII)化合物可以是乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或者其混合物。在优选实施方案中，通式(VIII)化合物是二乙烯三胺。
在上述步骤(2)中，使通式(VIII)化合物与环氧氯丙烷反应。本领域技术人员应当了解如何通过控制反应温度、反应物比例、加料速度、反应时间等条件来控制所得产物的聚合度。此外，本领域技术人员可以理解，对于低聚反应，所得产物可以是聚合度在一定范围内的混合物。这样的混合物也在本发明的范围内。根据需要，本领域技术人员可以将混合物形式的聚合反应产物用于本发明，也可以通过HPLC、蒸馏等常规的分离技术对该混合物进行纯化后用于本发明。
在上述步骤(3)中，使通式(IX)化合物先后与通式(VI)化合物和/或通式(VII)化合物反应，或者与通式(VI)化合物和通式(VII)化合物的混合物反应。通式(VI)化合物和通式(VII)化合物的总摩尔数可以等于或小于通式(IX)化合物中氮原子的摩尔数。
如上文所述，上述步骤(2)中通式(VIII)化合物与环氧氯丙烷反应的产物通式(IX)化合物可以是聚合度在一定范围内的混合物，这样的混合物与通式(VI)化合物和/或通式(VII)化合物反应的产物也会是聚合度在一定范围内的混合物。这样的混合物也在本发明的范围内。
本领域技术人员可以理解，在上文对反应步骤的描述中，提供各步反应的反应式是为了有助于对本发明的理解，而不是将上述各步骤中所述的反应物、中间产物和最终产物限制为纯的单一化合物。本领域技术人员可以理解，通过上文所述的方法制备的本发明的产物一般为不同的通式(I)化合物的混合物。这样的混合物也涵盖在本发明的范围内。
本发明另一方面涉及组合物，其包含如上文所述的通式(I)化合物或其混合物。
在本发明的一实施方案中，上述组合物中含有0.02％至3.0％重量百分比的如上文所述的通式(I)化合物或其混合物。
在本发明的一实施方案中，上述组合物中还含有水。在本发明的另一实施方案中，上述组合物还含有有机溶剂。
本发明另一方面涉及上文所述的通式(I)化合物或其混合物或者上文所述的组合物作为原油降粘剂的用途。通式(I)化合物或其混合物以及其组合物可以在石油工业中用作原油的乳化降粘剂，降低原油的粘度，提高原油开采和集输的效率。
本发明另一方面涉及降低原油粘度的方法，所述方法包括将降粘有效量的如上文所述的通式(I)化合物或其混合物或者上文所述的组合物加入到待降粘的原油中。
在本发明的降低原油粘度的方法中，通常将如上文所述的通式(I)化合物或其混合物配制成0.02％至3.0％重量百分比的溶液，然后以一定比例与待降粘的原油混合，该比例可以为1∶9至9∶1(体积比)。
在本发明的降低原油粘度的方法中，用如上文所述的通式(I)化合物或其混合物或者如上文所述的组合物处理所述待降粘的原油的时间少于10天。在本发明的一实施方案中，所述时间少于5天。
本领域技术人员可以理解，本发明的降粘剂不仅适用于未经处理的原油的降粘，也适用于经过本领域已知方式进行过处理的原油的降粘。
下文将结合实施例对本发明进行详细的说明，但本领域技术人员应当理解，本领域技术人员根据本发明的公开和其本身所具有的知识，能够对本发明进行某些改变或修改。因此，本发明的范围不限于下述实施例，而只应由权利要求书来限定。
实施例
试剂
十八/十六烷基二甲基胺，分析纯，其中含有十八烷基二甲基胺与十六烷基二甲基胺的摩尔比为70∶30，且叔胺总含量大于97％，购自上海金山经纬化工有限公司；
其余试剂均为分析纯，并且在使用前未经进一步纯化。
制备实施例1-3
按照下述的一般制备步骤以及下表1中所列的原料用量及反应条件制备本发明的稠油降粘剂。
(1)将十八/十六烷基二甲基胺与三苄胺加入带有搅拌装置的反应容器中，并加入0.7mol乙醇，混合后，置于60℃恒温套中恒温0.5小时，形成均一溶液。用滴液漏斗向反应容器中缓慢滴加环氧氯丙烷，滴加完毕将反应液升温至75℃至85℃，反应2.0h。
(2)将二乙烯三胺加入带有搅拌装置的反应容器中，加入0.7mol乙醇，升温至75℃至85℃，用滴液漏斗缓慢滴加环氧氯丙烷，滴加完毕后保持该温度反应2.0h。
(3)将步骤(1)中得到的产物用滴液漏斗滴加至步骤(2)的反应混合物中，滴加完毕后升温至90℃至95℃，反应2.5h，得到产物。通过质谱法测定产物的平均分子量。
表1
Figure G2009101574943D00071
实施例4
降粘性能评价
原油样品：单56-7-9井脱水原油，用BROOKFILD DV-III+型流变仪测得其在35℃下的粘度为7.87×105mPa·s；
降粘剂：实施例1-3中所制备的产物，分别配制成2.0％重量百分比的水溶液；
油水质量比：1∶1；
处理温度：35℃；
处理时间：48h；
取一定质量的脱水原油，按1∶1的质量比加入2.0％的降粘剂水溶液，在35℃下静置48h，分出水层，测量原油层原油的粘度。处理后的原油粘度及降粘率如下表2所示：
表2
 降粘剂   处理后原油粘度(mPa·s)   降粘率(％)
 实施例1   1.81×104   97.70
 实施例2   497.4   99.94
 实施例3   1.184×104   98.47
由表2可见，实施例1-3中制备的产物可以有效地降低原油的粘度。
实施例5
对不同原油样品的降粘性能评价
使用实施例2中所制备的产物，配制成0.5％重量百分比的水溶液。采用与实施例4中所述条件类似的条件，在60℃下，用所配制的溶液处理不同原油样品。在60℃下测定处理前后原油的粘度，结果如下表3所示：
表3对不同原油样品的降粘效果
  井号   原油粘度(mPa·s)   处理后原油粘度(mPa·s)   降粘率(％)
  郑418   98.2×104   3403   99.65
  单56-9-21   27114   537   98.02
  单56-7-11   27040   317.4   98.83
  单56-7-9   73600   314.0   99.57
  陈373   22976   329   98.57
  营47×23   5280   408   92.27
  营8-43   3467   286   91.75
由表3可见，本发明的降粘剂能够有效地降低各种不同来源的原油的粘度。
实施例6
降粘剂浓度对降粘效果的影响
使用实施例2中所制备的产物，配制成如下表4中所列出的不同浓度的水溶液。采用与实施例4中所述条件类似的条件，在60℃下用所配制的溶液处理原油样品单56-7-11(60℃下的粘度为27040mPa·s)。测定处理后的原油在60℃下的粘度，结果如下表4所示：
表4降粘剂浓度对降粘效果的影响
  降粘剂浓度(％)   0.1   0.3   0.5   1.0   3.0
  处理后原油粘度(mPa·s)   15560   1460   317.4   126   78
  降粘率(％)   42.46   94.60   98.83   99.53   99.71
由表4可见，提高降粘剂浓度可以提高降粘剂的降粘效果，但由于本发明降粘剂的高度有效性，在实际应用中采用低于3.0％的降粘剂浓度即可。
实施例7
处理时间对降粘效果的影响
使用实施例2中所制备的产物，配制成0.5％重量百分比的水溶液。采用与实施例4中所述条件类似的条件，但采用不同的处理时间，在60℃下用所配制的溶液处理原油样品单56-7-11(60℃下的粘度为27040mPa·s)。测定处理后的原油在60℃下的粘度，结果如下表5所示：
表5处理时间对降粘效果的影响
处理时间(天)   1   2   3   4   5
处理后原油粘度(mPa·s)   1450   342   319   296   284
降粘率(％)   94.60   98.73   98.82   98.90   98.94
由表5可见，增加处理时间有助于提高本发明降粘剂的降粘效果。
实施例8
热稳定性评价
将实施例2中所得产物置于120℃的高温高压反应釜中恒温处理9天，通过溶液颜色、气味、固含量和降粘效果在热处理前后的变化来评价其热稳定性。
①溶液颜色
恒温处理后溶液为橙红色透明溶液。热处理后溶液颜色没有发生任何变化。
②溶液气味
样品热处理前后气味相同(均为椰子油味)，没有发生任何变化。
③固含量的测定
采用烘干恒重法测定固含量。
表6热处理前后固含量的变化
  样品   1   2   3   平均
  热处理前固含量(％)   70.11   69.87   70.22   70.07
  热处理后固含量(％)   68.69   68.21   68.40   68.43
由表6可见，热处理前后产品中的固含量变化不大。
④热处理前后降粘效果对比
取热处理前后的样品，采用与实施例6中相同的条件，在60℃下处理原油样品单56-7-11(60℃下的粘度为27040mPa·s)。测定处理后的原油在60℃下的粘度，结果如下表7所示：
表7热处理前后的样品降粘效果的对比
  降粘剂浓度(％)  0.1   0.3   0.5   1.0   3.0
  耐温前处理后粘度(mPa·S)  15560   1460   317.4   126   78
  耐温后处理后粘度(mPa·S)  15950   1564   350   144   100
由表7可见，热处理前后产品的降粘效果变化不大。

Claims (10)

1.通式(I)化合物或其混合物：
其中：
R1和R2独立地选自氢、通式(II)的基团、通式(III)的基团：
Figure FSB00000741568800012
R3为C12-24烷基；
R4为苄基；
m为选自1、2和3的整数；以及
n为选自1至7的整数。
2.权利要求1所述的通式(I)化合物或其混合物的制备方法，所述方法包括下列步骤：
(1)使通式(IV)化合物和/或通式(V)化合物与环氧氯丙烷反应，生成通式(VI)化合物和/或通式(VII)化合物：
Figure FSB00000741568800013
(2)使通式(VIII)化合物与环氧氯丙烷反应，生成通式(IX)化合物：
(3)使通式(IX)化合物与通式(VI)化合物和/或通式(VII)化合物反应，生成通式(I)化合物：
Figure FSB00000741568800023
其中：
R1和R2独立地选自氢、通式(II)的基团、通式(III)的基团：
Figure FSB00000741568800024
R3为C12-24烷基；
R4为苄基；
m为选自1、2和3的整数；以及
n为选自1至7的整数。
3.组合物，其包含权利要求1所述的通式(I)化合物或其混合物。
4.如权利要求3所述的组合物，其中通式(I)化合物或其混合物的含量为0.02％至3.0％重量百分比。
5.如权利要求3或4所述的组合物，其中还包含水。
6.权利要求1所述的通式(I)化合物或其混合物或者权利要求3至5中任一权利要求所述的组合物在降低原油粘度中的用途。
7.降低原油粘度的方法，所述方法包括将降粘有效量的权利要求1所述的通式(I)化合物或其混合物或者权利要求3至5中任一权利要求所述的组合物加入到待降粘的原油中。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述组合物与所述待降粘的原油的体积比为1∶9至9∶1。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中用权利要求1所述的通式(I)化合物或其混合物或者权利要求3至6所述的组合物处理所述待降粘的原油的时间少于10天。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述时间少于5天。
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