CN101768462B - 一种稠油乳化降粘的方法 - Google Patents

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Abstract

一种稠油乳化降粘的方法，包括：将油溶性组分与烃类溶剂混合，配制成A剂；将非离子-阴离子表面活性剂、含有亲水性基团的直链或支链高分子化合物与水混合，配制成B剂；先将A剂与稠油混合后，再将B剂加入稠油与A剂的混合物中，混合后形成水包油乳状液。该方法可用于稠油的乳化降粘，特别适用于超高矿盐地层条件下的超稠油的乳化降粘。

Description

一种稠油乳化降粘的方法
技术领域
本发明涉及一种稠油乳化降粘的方法。
背景技术
乳化降粘法是目前开采稠油常用的方法，通过乳化降粘剂在油水界面的吸附，降低油水界面张力，使稠油从油包水的乳化状态转变为水包油乳状液，大幅度降低粘度，实现正常开采，乳化降粘剂配方中一般都加入碱，以减少外加表面活性剂的用量，但这一方法并不适用于碱敏地层。
随着稠油开采深度的增加，地质条件日益复杂化。乳化降粘剂的使用效果通常还会受到地层水质矿化度的影响，尤其是水中钙镁离子浓度过高时，易于与阴离子型表面活性剂发生反应，形成沉淀，电解质浓度的增加甚至会使水包油乳状液转型为高粘度的油包水乳状液。另一方面，我国的新疆、胜利等油田已发现的油藏，有相当一部分稠油的胶质、沥青质含量很高，稠油的50℃粘度大于100000mPa.s，沥青质在油水界面形成很强的吸附膜，界面膜的强度很高，乳化降粘剂分子很难在油水界面取而代之使稠油乳状液发生转相从而降低粘度。
目前，市售的乳化降粘剂，当遇到钙镁离子浓度高于7000mg/L的地层水时，大都失去降粘作用。而国内新疆、中原等油田的地层水中钙镁离子浓度高达2000mg/L～30000mg/L，总矿化度达到220000mg/L，在此高矿化度条件下，沥青质含量超过30％、50℃粘度大于100000mPa.s的超稠油的乳化降粘更是没有先例。
目前，油田常用的乳化降粘剂中，文献报道和实际应用较多的乳化剂是非离子表面活性剂、阴离子型表面活性剂，它们均存在着明显的不足之处。
CN 88105018A报道了以聚氧乙烯烷基酚醚和碱复配作为稠油乳化剂的方法。此外，其它专利还报道了以聚氧乙烯醇醚、聚氧乙烯失水山梨糖醇酯、聚氧乙烯氧丙烯多乙烯多胺、聚氧乙烯氧丙烯丙二醇醚等非离子表面活性剂作为稠油乳化剂的方法。上述非离子型表面活性剂的生产成本较高，耐矿盐的能力一般小于1000mg/L，在更高的矿化度下，乳化降粘效果明显变差甚至失效。
US 5934303报道了一种用萘磺酸甲醛缩合物的钠盐、镁盐或铵盐作为稠油乳化降粘剂的方法，在总离子浓度为38000mg/L(钙镁为6200mg/L)的地层水中适用。US 4016932报道了以未缩合的石油磺酸盐、壬基酚聚氧乙烯醚和碱复配作为驱油剂的方法，可用于总离子浓度为125000mg/L(Ca2+、Mg2+为5800mg/L)的地层水。但不适用于开采稠油和超稠油。因为稠油中含有大量的沥青质和胶质，开采条件比较特殊。而且对于地层水中的钙镁浓度大于10000mg/L时，也失去作用。
CN 1340589A报道了一种芳基封头的聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂与取代的芳酸和芳磺酸阴离子表面活性剂的缩合物，在碱存在下适用于沥青质和胶质含量高的稠油的乳化降粘，但当地层水中的钙镁浓度大于2000mg/L时，则失去作用。
US 2007/0042911报道了一种稠油乳化降粘剂，以聚乙烯醇为骨架得到的交连聚合物，在加剂量为0.5％的条件下可使普通稠油的粘度下降到200mPa.s左右，也不适合超稠油的降粘、在高矿化度条件下更是失去降粘作用。
在我国中原油田和新疆的塔河油田、吐哈油田等，地层水的钙镁离子浓度有时会大于10000mg/L。CN100363456C报道了用于此类高矿化度条件下的稠油乳化降粘剂，是阴离子表面活性剂和非离子-阴离子表面活性剂、破乳剂的复配物。虽然具有很高的抗盐性能，但是对于50℃粘度大于100000mPa.s的超稠油，该复配物仍然不适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种稠油乳化降粘方法，该方法可用于稠油的乳化降粘，特别适用于超高矿盐地层条件下50℃粘度大于100000mPa.s的超稠油的乳化降粘。本发明还提供了一种用于实现该方法的乳化降粘剂。
本发明所提供的方法包括：
(1)将油溶性组分与烃类溶剂混合，配制成A剂；
(2)将非离子-阴离子表面活性剂、含有亲水性基团的直链或支链高分子化合物与水混合，配制成B剂；
(3)先将A剂与稠油混合后，再将B剂加入稠油与A剂的混合物中，混合后形成均匀的水包油乳状液；
所述油溶性组分是指含有极性基团和/或芳环并且含有C1～C28烷基链的有机化合物和/或含有C1～C28烷基侧链的聚α-烯烃。
所述油溶性组分优选为2-烷基萘磺酸、烷基萘、聚甲基丙烯酸烷基酯、醋酸乙烯酯/反丁烯二酸酯共聚物、烷基化聚苯乙烯中的一种或多种。
所述聚α-烯烃中，烷基侧链的碳数优选为7～18。
所述2-烷基萘磺酸中，烷基碳数优选为8～24。
所述聚甲基丙烯酸烷基酯中，烷基碳数优选为6～18。
所述烃类溶剂优选为C5～C20的烷烃和C6～C15的芳香烃中的一种或多种，更优选为C8～C15的烷烃和C7～C10的芳香烃中的一种或多种。
A剂中，油溶性组分与烃类溶剂的质量比优选为0.01～1，更优选0.01～0.1。
所述非离子-阴离子型表面活性剂可以为聚醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种，其中聚醚可以是聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚和聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。聚醚的聚合度优选为3～200。聚合度为分子内重复单元的平均数目。
聚醚的起始剂可以是烷基酚、多乙烯多胺或脂肪醇。
以烷基酚或脂肪醇为起始剂时，非离子-阴离子型表面活性剂的通式分别写为：
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mPO3M2
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mSO3M
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mCH2COOM
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mR’SO3M
R是烷基或烷苯基，总碳数为6～20，优选8～16；n为分子内结构单元-CH2CH2O-的平均数目，其值优选为3～90；m为分子内结构单元-CH2CH(CH3)O-的平均数目，其值优选为0～90；M为一价金属阳离子或NH4 +，R’的碳数为1～6。
所述高分子化合物具有柔性链结构，其分子量为200000～10000000，优选为200000～2000000；所述亲水性基团指的是能在水中电离或是能与水形成氢键的极性基团，优选为-OH，-CONH2，-O-，-COO-，-NR2 +-和-NR2中的一种或多种。
所述高分子化合物优选为黄胞胶、硬葡聚糖、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、胺甲基化聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚环氧琥珀酸、马来酸酐-苯乙烯磺酸共聚物、丙烯酰胺与丙烯酸共聚物、丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲胺酯的共聚物和聚丙烯酸钠中的一种或几种，更优选为分子量200000～2000000的聚氧乙烯。
所述的水可以是普通水质，如自来水、井水、蒸馏水，也可以是总矿化度不大于200000mg/L的地层水。
以B剂总质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂在B剂中的含量为1～50000μg/g，优选100～20000μg/g；高分子化合物在B剂中的含量为500～80000μg/g，优选2000～40000μg/g。
一种乳化降粘剂，包括非离子-阴离子表面活性剂、含有亲水性基团的直链或支链高分子化合物和水，以乳化降粘剂总质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量为1～50000μg/g，高分子化合物的含量为500～80000μg/g。
以乳化降粘剂总质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量优选为100～20000μg/g；高分子化合物的含量优选为2000～40000μg/g。
所述非离子-阴离子型表面活性剂可以为聚醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种，其中聚醚可以是聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚和聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。聚醚的聚合度优选为3～200。
聚醚的起始剂优选为烷基酚、多乙烯多胺或脂肪醇。
以烷基酚或脂肪醇为起始剂时，非离子-阴离子型表面活性剂的通式分别写为：
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mPO3M2
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mSO3M
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mCH2COOM
R-O-(CH2CH2O)n-[CH2CH(CH3)O]mR’SO3M
R是烷基或烷苯基，总碳数为6～20，优选8～16；n为分子内结构单元-CH2CH2O-的平均数目，其值为3～90；m为分子内结构单元-CH2CH(CH3)0-的平均数目，其值为0～90；M为一价金属阳离子或NH4 +，R’的碳数为1～6。
所述高分子化合物具有柔性链结构，其分子量为200000～10000000，优选为200000～2000000；所述亲水性基团优选为-OH，-CONH2，-O-，-COO-，-NR2 +-和-NR2中的一种或多种。
所述高分子化合物优选为黄胞胶、硬葡聚糖、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、胺甲基化聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚环氧琥珀酸、马来酸酐-苯乙烯磺酸共聚物、丙烯酰胺与丙烯酸共聚物、丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲胺酯的共聚物和聚丙烯酸钠中的一种或几种。
所述的水可以是普通水质，如自来水、井水、蒸馏水，也可以是总矿化度不大于200000mg/L的地层水。
与现有技术相比，本发明所提供的方法同时使用油溶性组分和乳化降粘剂对稠油进行处理，可大幅降低超稠油的粘度。超稠油通常具有很高的沥青质含量，沥青质通过氢键作用形成十分稳定的片层结构，使原油具有较大粘度。油溶性化合物通过破坏沥青质的缔合结构，使沥青质解缔、分散，形成均匀的、粘度降低的胶体溶液，在这种胶体溶液中沥青质颗粒更小，与水溶性乳化降粘剂作用时，更容易形成稳定的水包油型油水乳状液。本发明所提供的乳化降粘剂具有不含碱、抗矿盐能力强，能乳化50℃粘度大于100000mPa.s超高稠油，且乳化后的稠油粘度低，乳化成本适中等优点。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
称取0.05g2-壬基萘磺酸，溶于0.8g正戊烷，配成A剂。称取0.08g辛基酚聚氧乙烯醚磺酸盐(RP(5)-1D、北京兴普新产品开发中心)、0.013g聚二甲基二烯丙基氯化铵(分子量250000，北京林华水稳剂厂)溶于4.24g总矿化度为45000mg/L的地层水，配成B剂水溶液。称取10g 60℃粘度为180000mPa.s的新疆塔河超稠原油，与A剂混合均匀后，再加入B剂水溶液，60℃下搅拌2分钟后形成稳定水包油型乳状液，测定乳状液粘度，结果见表1。
实施例2
称取0.05g分子量5000的二十烷基萘，溶于1.5g环己烷，配成A剂。称取0.12g壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐(RP(5)-1A、北京兴普新产品开发中心)，0.05g聚丙烯酸钠(分子量350000，北京林华水稳剂厂)，溶于4.2g总矿化度为100000mg/L的地层水，配成B剂水溶液。称取10g 70℃粘度为150000mPa.s的新疆塔河超稠原油，与A剂混合均匀后，再加入B剂水溶液，70℃下搅拌2分钟后形成稳定水包油型油水乳状液，测定乳状液粘度，结果见表1。
实施例3
称取0.06g分子量2000的聚甲基丙烯酸酯，溶于1.0g二甲苯，配成A剂。称取0.08g脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐(RP(5)-2B、北京兴普新产品开发中心)，0.003g黄胞胶(分子量250000，胜利油田助剂厂)，溶于4.23g总矿化度为60000mg/L的地层水，配成B剂水溶液。称取10g 50℃粘度为93000mPa.s的胜利超稠原油，与A剂混合均匀后，再加入B剂水溶液，50℃下搅拌2分钟后形成稳定水包油型油水乳状液，测定乳状液粘度，结果见表1。
实施例4
称取0.02g醋酸乙烯酯/反丁烯二酸酯共聚物(分子量150000)，溶于1.8g直馏煤油，配成A剂。称取0.1g壬基酚聚氧乙烯醚硫酸酯盐(RP(5)-1D、北京兴普新产品开发中心)，0.001g硬葡聚糖(SX-1，胜利油田助剂厂)，溶于4.3g自来水，配成B剂水溶液。称取10g 50℃粘度为176000mPa.s的新疆塔河超稠原油，与A剂混合均匀后，再加入B剂水溶液，50℃下搅拌5分钟后形成稳定水包油型油水乳状液，测定乳状液粘度，结果见表1。
实施例5
称取0.01g分子量5000的二十四烷基聚苯乙烯，溶于0.8g直馏柴油，配成A剂。称取0.05g聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物(BR-2、旅顺化工厂)，0.02g马来酸酐-苯乙烯磺酸共聚物(XD-1、北京林华水稳剂厂)，溶于4.3g蒸馏水，配成B剂水溶液。称取10g 60℃粘度为95000mPa.s的辽河超稠原油，与A剂混合均匀后，再加入B剂水溶液，60℃下搅拌5分钟后形成稳定水包油型油水乳状液，测定乳状液粘度，结果见表1。
实施例6
称取0.05g聚α-烯烃(T803、兰州化学助剂厂)，溶于1.2g直馏柴油，配成A剂。称取0.12g异辛基酚聚氧乙烯醚羧酸盐(RP(5)-1A、北京兴普新产品开发中心)，0.005g聚环氧琥珀酸(XD-3、北京林华水稳剂厂)，溶于4.3g总矿化度为120000mg/L的地层水，配成B剂水溶液。称取10g  70℃粘度为150000mPa.s的新疆塔河超稠原油，与A剂混合均匀后，再加入B剂水溶液，70℃下搅拌2分钟后形成稳定水包油型油水乳状液，测定乳状液粘度，结果见表1。
对比例1
按实施例1所述方法配制B剂，其中辛基酚聚氧乙烯醚磺酸酯增加为0.1g。不加入A剂，仅将B剂按实施例1所述方法与70℃粘度为150000mPa.s的新疆塔河超稠原油混合5分钟，未形成稳定油水乳状液。
对比例2
按实施例5所述方法配制B剂，其中聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物增加为0.08g。不加入A剂，仅将B剂按实施例5所述方法与60℃粘度为95000mPa.s的辽河超稠原油混合5分钟，未形成稳定油水乳状液。
表1
  实施例   稠油初始粘度，mPa.s   乳化稠油粘度，mPa.s，50℃
  实施例1   180000(60℃)   480
  实施例2   150000(70℃)   205
  实施例3   93000(50℃)   322
  实施例4   176000(50℃)   548
  实施例5   95000(60℃)   167
  实施例6   150000(70℃)   80
  对比例1   150000(70℃)   不乳化
  对比例2   95000(60℃)   不乳化

Claims (23)

1.一种稠油乳化降粘的方法，包括： 
(1)将油溶性组分与烃类溶剂混合，配制成A剂； 
(2)将非离子-阴离子表面活性剂、含有亲水性基团的直链或支链高分子化合物与水混合，配制成B剂； 
(3)先将A剂与稠油混合后，再将B剂加入稠油与A剂的混合物中，混合后形成水包油乳状液； 
所述油溶性组分为含有极性基团和/或芳环并且含有C1～C28烷基链的有机化合物和/或含有C1～C28烷基侧链的聚α-烯烃；所述高分子化合物的分子量为200000～10000000，所述高分子化合物为黄胞胶、硬葡聚糖、聚氧乙烯、瓜儿胶、胺甲基化聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺与丙烯酸共聚物、聚环氧琥珀酸、马来酸酐-苯乙烯磺酸共聚物、丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲胺酯的共聚物和聚丙烯酸钠中的一种或几种。 
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油溶性组分为2-烷基萘磺酸、烷基萘、聚甲基丙烯酸烷基酯、醋酸乙烯酯/反丁烯二酸酯共聚物、烷基化聚苯乙烯中的一种或多种。 
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述2-烷基萘磺酸中，烷基碳数为8～24。 
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸烷基酯中，烷基碳数为6～18。 
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚α-烯烃中，烷基侧链的碳数为7～18。 
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烃类溶剂为C5～C20的烷烃和C6～C15的芳香烃中的一种或多种。 
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述烃类溶剂为C8～C15的烷烃和C7～C10的芳香烃中的一种或多种。 
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，A剂中，油溶性组分与烃类溶剂的质量比为0.01～1。 
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，A剂中，油溶性组分与烃类溶剂的质量比为0.01～0.1。 
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非离子-阴离子型表面活性剂选自聚醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种。 
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，所述聚醚为聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚和聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。 
12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，聚醚的起始剂为烷基酚、多乙烯多胺或脂肪醇。 
13.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，聚醚的聚合度为3～200。 
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子化合物的分子量为200000～2000000。 
15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，以B剂总质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂在B剂中的含量为1～50000μg/g，高分子化合物在B剂中的含量为500～80000μg/g。 
16.一种乳化降粘剂，包括非离子-阴离子表面活性剂、含有亲水性基团的直链或支链高分子化合物和水，以乳化降粘剂总质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量为1～50000μg/g，高分子化合物的含量为500～80000μg/g；所述高分子化合物的分子量为200000～10000000，所述高分子化合物为黄胞胶、硬葡聚糖、聚氧乙烯、瓜儿胶、胺甲基化聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺与丙烯酸共聚物、聚环氧琥珀酸、马来酸酐-苯乙烯磺酸共聚物、丙烯酰胺与甲基丙烯酸二甲胺酯的共聚物和聚丙烯酸钠中的一种或几种。 
17.按照权利要求16所述的降粘剂，其特征在于，以乳化降粘剂总质量为基准，非离子-阴离子型表面活性剂的含量为100～20000μg/g；高分子化合物的含量为2000～40000μg/g。 
18.按照权利要求16所述的降粘剂，其特征在于，所述非离子-阴离子型表面活性剂选自聚醚的磷酸酯盐、硫酸酯盐、羧酸盐和磺酸盐中的一种或几种。 
19.按照权利要求18所述的降粘剂，其特征在于，所述聚醚为聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚和聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。 
20.按照权利要求18或19所述的降粘剂，其特征在于，聚醚的起始剂为烷基酚、多乙烯多胺或脂肪醇。 
21.按照权利要求18所述的降粘剂，其特征在于，聚醚的聚合度为3～200。 
22.按照权利要求16所述的降粘剂，其特征在于，所述高分子化合物的分子量为200000～2000000。 
23.根据权利要求1～15任一方法所制备的水包油乳状液。 
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