CN104628934A - 一种阴离子型油溶性稠油降黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于稠油开采及管输降黏的阴离子型油溶性稠油降黏剂及其制备方法。它克服现有降黏剂降黏效果不太好、普遍性差的缺点。其技术方案：该降黏剂所用原料及质量：甲基丙烯酸十八酯6.77g；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.27g～0.52g；苯乙烯0.83g～1.56g；丙烯酸0.43g～0.90g；引发剂为过硫酸钠与亚硫酸氢钠；乳化剂曲拉通X-100。其制备方法：在烧瓶中先加入甲基丙烯酸十八酯及苯乙烯，再加入乳化剂，通氮气保护乳化30min；用水溶解2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，NaOH调节pH≈7，丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液混合物滴定加入上述乳化溶液，沉淀萃取得本降黏剂。该降黏剂制法简单；降黏有一定普遍性、效果好，对环境污染小。
Description
技术领域
本发明涉及稠油的开采领域，具体涉及一种用于稠油开采过程中井筒降黏及管输降黏的阴离子型油溶性稠油降黏剂及其制备方法。
背景技术
稠油作为一种非常规原油，占世界已探明原油储量的20％以上。我国稠油储量很大，主要分布在辽河、新疆、胜利、南阳、大港、吉林和华北等油田，稠油的地质储量约占总储量的17％。
目前，国内外降低稠油黏度的方法主要有加热降黏、掺稀降黏及乳化降黏，但这些方法都存在成本高、能耗大等缺点。其中加热降黏要消耗大量的能源，对基建设施要求高，一旦停止加热可能会发生管道堵塞；掺稀降黏需要大量的稀油，使稀油品质降低，使炼化成本较大的增加；乳化降黏不适用于含水量低或不含水油井，引入水后会发生增黏的现象，而且在管输过程中一旦破乳就会堵塞管道，还存在着后期破乳困难及废水处理等问题。随着对能源需求的不断增加，用开采稠油来代替部分常规原油使用，如何提高稠油的降黏效果，有效地降低成本，缓解稀油紧缺等系列问题亟待解决。
相比之下，油溶性降黏剂油溶性好，可以直接添加，具有加量少、工艺简单、无需后处理等优点，避免了乳化降黏带来的后处理问题，使得油溶性降黏剂的研究越来越受到关注。油溶性降黏剂主要是基于原油降凝剂的开发技术，针对胶质，沥青质分子呈堆积状态，在高温或溶剂作用下堆积层隙疏松特点，使降黏剂分子渗入到胶质或沥青质分子层之间，起到降低稠油黏度的作用。然而，目前国内外主要以油溶性降黏剂降黏为主，成功应用与高凝、高黏原油，低温时降黏效果较好，但绝对黏度仍然很大；对油溶性降黏剂的研究均较少，市场上所售的油溶性降黏剂产品都不是很理想，具有很强的针对性。
因此，研究一种降黏效果好，能够满足稠油开采和集输的要求，而且对环境无污染、低成本且具有一定普适性的油溶性降黏剂具有重要的潜在价值。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有的油溶性稠油降黏剂所存在的一些缺点，如降黏效果不太好、不具有普遍性等问题，特提供一种阴离子型油溶性稠油降黏剂及其制备方法，以增强其降黏效果。
为了达到上述目标，本发明引入的磺酸根使得降黏剂分子带有一定静电荷，降黏剂分子拆散胶质沥青质堆砌聚集体后由于电斥力的作用使得其对聚集体的分散作用效果更好；同时，磺酸根在含水油中通过水化极化形成水化膜，也进一步加强分散作用，从而使得降黏效果大大提高。该阴离子型油溶性稠油降黏剂的主要结构式如下：
其中摩尔百分数为：x＝15％～25％，y＝37％～50％，z＝3.7％～5％，w＝22.2％～30％。
本发明采用以下技术方案：一种阴离子型油溶性稠油降黏剂，由甲基丙烯酸十八酯，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，苯乙烯及丙烯酸四种单体通过乳液聚合而成。所用原料以克为单位，原料的质量相对含量为：甲基丙烯酸十八酯为6.77g，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为0.27g～0.52g，苯乙烯为0.83g～1.56g，丙烯酸为0.43g～0.90g。引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠(质量比1∶1)，用量为上述单体总质量的0.4wt％～0.7wt％，乳化剂为曲拉通X-100，用量为上述单体总质量的5％，所述乳化剂曲拉通X-100的化学名称为聚氧乙烯单-4-辛基苯基醚。
一种阴离子型油溶性稠油降黏剂的制备方法，其步骤是：先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及0.83g～1.56g的苯乙烯，用17ml～20ml去离子水溶解，再加入占单体总质量5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，通氮气保护。然后另用8ml～10ml去离子水溶解0.27g～0.52g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.43g～0.90g丙烯酸与上步已制取的8ml～10ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定。将上述已乳化的混合物加热，升高温度至65℃～80℃，由进气管加入单体总质量的0.4％～0.7％的引发剂过硫酸铵/亚硫酸氢钠(质量比1:1)，再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速为1滴/6s～1滴/15s，继续通氮气保护，反应5～8小时后停止。反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取3～5次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，为本油溶性稠油降黏剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本油溶性稠油降黏剂有一定的普适性，磺酸根的引入使得降黏剂分子带有一定的电荷，增强其对胶质沥青质的分散作用；(2)本降黏剂的磺酸根在含水油中通过形成水化膜进一步达到分散作用，从而使得降黏效果大大提高；(3)本油溶性稠油降黏剂制备方法简单，反应条件温和，易于控制；(4)本降黏剂所用原料成本低廉，加量少，对环境污染小。
具体实施方式
实施例1
先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及1.56g的苯乙烯，加入20ml去离子水溶解，再加入单体总质量百分数为5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，通氮气保护。然后另用10ml去离子水溶解0.52g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.90g丙烯酸与上步已制取的10ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定。将上述已乳化的混合物加热，升高温度至65℃，由进气管加入单体总质量的0.4％的引发剂，再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速在1滴/12s，继续通氮气保护，反应5小时后停止。反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取4次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，为本油溶性稠油降黏剂。
实施例2
先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及1.56g的苯乙烯，加入20ml去离子水溶解，再加入单体总质量百分数为5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，通氮气保护。然后另用10ml去离子水溶解0.52g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.90g丙烯酸与上步已制取的10ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定。将上述已乳化的混合物加热，升高温度至75℃，由进气管加入单体总质量的0.6％的引发剂，再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速在1滴/13s，继续通氮气保护，反应7小时后停止。反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取5次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，为本油溶性稠油降黏剂。
实施例3
先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及1.25g的苯乙烯，加入19ml去离子水溶解，再加入单体总质量百分数为5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，通氮气保护。然后另用10ml去离子水溶解0.41g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.72g丙烯酸与上步已制取的10ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定。将上述已乳化的混合物加热，升高温度至75℃，由进气管加入单体总质量的0.4％的引发剂，再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速在1滴/13s，继续通氮气保护，反应6小时后停止。反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取4次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，为本油溶性稠油降黏剂。
实施例4
先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及1.25g的苯乙烯，加入18ml去离子水溶解，再加入单体总质量百分数为5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，通氮气保护。然后另用9ml去离子水溶解0.41g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.43g丙烯酸与上步已制取的9ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定。将上述已乳化的混合物加热，升高温度至65℃，由进气管加入单体总质量的0.6％的引发剂，再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速在1滴/11s，继续通氮气保护，反应8小时后停止。反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取3次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，为本油溶性稠油降黏剂。
实施例5
先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及1.25g的苯乙烯，加入18ml去离子水溶解，再加入单体总质量百分数为5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，通氮气保护。然后另用9ml去离子水溶解0.41g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.72g丙烯酸与上步已制取的9ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定。将上述已乳化的混合物加热，升高温度至80℃，由进气管加入单体总质量的0.4％的引发剂，再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速在1滴/11s，继续通氮气保护，反应7小时后停止。反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取5次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，为本油溶性稠油降黏剂。
实施例6
为评价本油溶性降黏剂的降黏效果，参照石油行业标准SY/T 5767-2005《管输原油降凝剂技术条件及输送工艺规范》和SY/T 0520-2008《原油黏度测定旋转黏度计平衡法》，按甲苯与本油溶性稠油降黏剂质量比为9:1配制成降黏剂甲苯溶液样品待用。实验1，取未加降黏剂的稠油80g，测定温度为50℃，使用NDJ-8SN数显黏度计测定稠油黏度，测其黏度记为η0；实验2，取稠油80g，加入上述配制的降黏剂甲苯溶液1.5g，测定温度为50℃，测其黏度记为η1。最后按公式ν＝[(η0-η1)/η0]×100％计算出降黏率ν。实验结果如下：
表1 降黏剂对不同稠油的降黏率
从表1可以看出，该降黏剂对三种稠油都有一定的降黏效果，其对高黏原油及含水率高的稠油效果更好。
Claims (2)
1.一种阴离子型油溶性稠油降黏剂，其特征在于：该油溶性稠油降黏剂由甲基丙烯酸十八酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯及丙烯酸四种单体通过乳液聚合而成；所用原料以克为单位，原料的质量相对含量为：甲基丙烯酸十八酯为6.77g；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为0.27g～0.52g；苯乙烯为0.83g～1.56g；丙烯酸为0.43g～0.90g；引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠，质量比1∶1，用量为上述单体总质量的0.4％～0.7％；乳化剂为曲拉通X-100，用量为上述单体总质量的5％，曲拉通X-100的化学名称为聚氧乙烯单-4-辛基苯基醚；其制备方法是：先在装有球型冷凝管、温度计、磁力搅拌子及进气管的三口烧瓶中加入6.77g的甲基丙烯酸十八酯及0.83g～1.56g的苯乙烯，用17ml～20ml去离子水溶解，再加入占单体总质量5％的乳化剂曲拉通X-100，在室温下乳化30min，在通入氮气保护的条件下进行；然后另用8ml～10ml去离子水溶解0.27g～0.52g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，用氢氧化钠溶液调节体系pH≈7；再称取0.43g～0.90g丙烯酸与上步已制取的8ml～10ml的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液一起混合均匀，放入恒压滴定漏斗中待滴定；将上述已乳化的混合物加热，升高温度至65℃～80℃，由进气管加入单体总质量的0.4％～0.7％的引发剂过硫酸铵/亚硫酸氢钠；再用恒压滴定漏斗中的溶液恒压滴定，控制滴速为1滴/6s～1滴/15s，继续通氮气保护，反应5～8小时后停止；反应结束后，将所制得的乳状液用甲醇做沉淀剂，用甲醇萃取3～5次除去上层液体，最后得到白色膏状固体，即为本油溶性稠油降黏剂。
2.根据权利要求1所述的阴离子型油溶性稠油降黏剂，其特征在于：该阴离子型油溶性稠油降黏剂的应用，先将权利要求1所制得的白色膏状固体降黏剂，按甲苯与本降黏剂质量比为9:1配制成降黏剂甲苯溶液样品待用；实验1，取未加降黏剂的稠油80g，测定温度为50℃，测其黏度记为η0；实验2，取稠油80g，加入上述配制的降黏剂甲苯溶液1.5g，测定温度为50℃，测其黏度记为η1；最后按照公式ν＝[(η0-η1)/η0]×100％计算出降黏率ν，实验结果表明本降黏剂能使稠油的降黏率达到59％。
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