CN105561820B - 一种制备稠油乳状液的方法以及一种稠油输送方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备稠油乳状液的方法，包括在第一温度下，将稠油与乳化剂、稳定剂以及水混合，形成水包油乳状液，所述稠油在第一温度下的粘度为不高于500mPa·s；将所述水包油乳状液冷却至第二温度，所述稠油在第二温度下的粘度为不低于2000mPa·s。本发明还公开了一种稠油输送方法，该方法包括采用根据本发明的制备稠油乳状液的方法将稠油制成水包油乳状液，并在第二温度下输送所述水包油乳状液。采用本发明的方法制备的稠油乳状液具有良好的稳定性，满足长距离输送的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备稠油乳状液的方法，本发明还涉及一种稠油输送方法。
背景技术
稠油粘度大，流动性差，通常采用管道伴热的方法进行输送。但是，伴热输送需要将稠油加热到较高温度，存在能耗高、运行成本高等问题。
与伴热输送相比，乳化输送是一种更为经济有效的稠油输送方法。乳化输送是通过将表面活性剂和水与稠油混合，形成低粘度的水包油乳液，然后进行输送的方法。
CN1451903公开了一种原油常温集输的方法，该方法首先向采出液里加入流动改进剂，其中流动改进剂为聚醚类环氧乙烷和环氧丙烷嵌状共聚物，其中环氧乙烷占该流动改进剂的30-70％，环氧丙烷占该流动改进剂的30-70％，加入流动改进剂的量只考虑集输的纯原油量，不考虑集输的水量，加入流动改进剂的浓度为原油的百万之10至百万分之200，使采出液在含水大于35％至40％的情况下形成水包油假乳状液，静止时靠自重能容易产生油水分离。但是，该方法形成的乳液不稳定、易于破乳，在输送过程中容易出现油水分离导致管线堵塞的情况。
发明内容
已经知道，水包油乳状液的稳定性与温度有关，对于一些水包油乳状液而言，降低温度能在一定程度上提高水包油乳状液的稳定性。但是，在实际操作过程中发现，对于稠油、特别是蜡含量较高的稠油而言，单纯降低形成的水包油乳状液的温度并不能提高形成的水包油乳状液的稳定性，或者说，即使降低水包油乳状液的温度，形成的水包油乳状液的稳定存在时间也不足以使该水包油乳状液从生产乳状液的地点被输送至下一目的地，在长距离输送过程中，仍然存在较高的管道堵塞风险。
为了实现稠油、特别是蜡含量较高的稠油的长距离顺畅输送，本发明的发明人进行了深入的研究，发现：形成水包油乳状液时稠油的粘度、以及形成水包油乳状液之后稠油的粘度对于水包油乳状液的稳定性具有明显影响，在适宜的稠油粘度下，使稠油形成液滴，分散在水中形成水包油乳状液，然后再将水包油乳状液中的稠油的粘度控制在相对较高的另一范围之内，能提高水包油乳状液的稳定性。基于上述发现，完成了本发明。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种制备稠油乳状液的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在第一温度下，将稠油与乳化剂、稳定剂以及水混合，形成水包油乳状液，所述稠油在第一温度下的粘度为不高于500mPa·s；
(2)将所述水包油乳状液冷却至第二温度，所述稠油在第二温度下的粘度为不低于2000mPa·s。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种稠油输送方法，该方法包括采用根据本发明的制备稠油乳状液的方法将稠油制成水包油乳状液，并在第二温度下输送所述水包油乳状液。
采用本发明的方法制备的稠油乳状液具有良好的稳定性，满足长距离输送的要求。推测采用本发明的方法制备的稠油乳状液具有明显延长的稳定存在时间的原因为：在形成水包油乳状液时，将稠油、特别是具有较高蜡含量的稠油的粘度控制为不高于500mPa·s，能提高稠油的乳化性能，使稠油形成细小的液滴均匀分散在水中，形成水包油乳状液；形成水包油乳状液之后，将稠油的粘度控制为不低于2000mPa·s，能防止形成的水包油乳状液液滴发生形变，以避免水包油乳状液液滴发生聚并，丧失稳定性，从而延长水包油乳状液的稳定性。
具体实施方式
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种制备稠油乳状液的方法，该方法包括步骤(1)：在第一温度下，将稠油与乳化剂、稳定剂以及水混合，形成水包油乳状液。
根据本发明的方法，所述稠油在第一温度下的粘度为不高于500mPa·s。从进一步提高最终形成的乳状液的稳定性，延长乳状液的稳定存在时间的角度出发，所述稠油在第一温度下的粘度优选在1-400mPa·s的范围内。更优选地，所述稠油在第一温度下的粘度为不高于300mPa·s。进一步优选地，所述稠油在第一温度下的粘度为不高于150mPa·s，在稠油、特别是蜡含量较高的稠油在第一温度下的粘度为不高于150mPa·s时，能够获得更长的水包油乳液稳定存在时间。从易于操作的角度出发，所述稠油在第一温度下的粘度可以为30mPa·s以上。本发明中，稠油的粘度采用GB/T 10247-2008第4部分“旋转法”中规定的方法测定。所述第一温度的具体数值随稠油的性质而定，只要在第一温度下，稠油的粘度满足上述要求即可。
根据本发明的方法，所述稠油的沥青质含量可以为0.1重量％以上，一般为0.1-5重量％，如0.2-1重量％；胶质含量一般为10重量％以上，如10-35重量％。稠油中的蜡会对稠油的乳化性能产生不利影响，降低形成的水包油乳状液的稳定性，因此对于蜡含量较高的稠油而言，提高水包油乳状液的稳定性尤为重要，难度也更高。根据本发明的方法即使以蜡含量较高的稠油作为原料，也能形成具有明显提高的稳定性的乳状液，满足长距离输送的要求。在本发明的方法中，稠油的蜡含量可以为5重量％以上，甚至可以为20重量％以上，一般在20-30重量％的范围之内。本发明中，稠油的沥青质含量、胶质含量以及蜡含量可以采用SY/T 7550-2004中规定的方法测定。
根据本发明的方法，所述乳化剂可以为能够将稠油乳化，形成水包油乳状液的乳化剂，其具体实例可以包括但不限于聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂和/或聚氧乙烯醚型阴离子表面活性剂。所述聚氧乙烯醚型阴离子表面活性剂可以为聚氧乙烯醚的硫酸酯盐、聚氧乙烯醚的羧酸盐、聚氧乙烯醚的磺酸盐和聚氧乙烯醚的磷酸酯盐中的一种或两种以上。
聚氧乙烯醚的起始剂可以为醇、胺、酚、酚醛树脂或酚胺树脂。作为起始剂，所述醇可以为乙二醇、丙二醇、十二醇或十八醇；所述胺可以为乙二胺、多乙烯多胺(如：二乙烯三胺或三乙烯四胺)；所述酚可以为烷基酚，如壬基酚、辛基酚、异丁基酚或双酚A；所述酚醛树脂例如可以为烷基酚(例如壬基酚、辛基酚、异丁基酚和/或双酚A)与甲醛的缩合产物；所述酚胺树脂例如可以为烷基酚(例如壬基酚、辛基酚、异丁基酚和/或双酚)和乙烯胺系化合物与甲醛的缩合产物。
从进一步提高最终制备的水包油乳状液的稳定性的角度出发，聚氧乙烯醚中，氧化乙烯结构单元的聚合度优选在6-30的范围内，更优选在6-20的范围内。
优选地，所述乳化剂为以酚作为起始剂的聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂和/或以醇作为起始剂的聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂。
所述乳化剂的用量可以根据稠油的量以及稠油的性质进行选择。一般地，以水包油乳状液的总量为基准，所述乳化剂的含量可以为0.1-5重量％。在确保能够将稠油乳化的条件下，从进一步降低乳化剂的用量的角度出发，以水包油乳状液的总量为基准，所述乳化剂的含量优选为0.3-2重量％，更优选为0.5-1重量％。
根据本发明的方法，所述稳定剂与乳化剂协同作用，使稠油形成稳定且适于长距离输送的水包油乳状液。所述稳定剂优选为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或两种以上。从进一步提高最终形成的水包油乳状液的稳定性的角度出发，所述聚丙烯酰胺的数均分子量优选在200万-800万的范围内，所述聚乙烯醇的数均分子量优选在2万-15万的范围内，所述聚醋酸乙烯酯的数均分子量优选在5万-50万的范围内。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述乳化剂为聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂(更优选为以酚作为起始剂的聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂和/或以醇作为起始剂的聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂)，并且所述稳定剂为聚丙烯酰胺，如此形成的水包油乳状液具有更高的稳定性，特别是在稠油的蜡含量较高时，能获得进一步提高的稳定性。
一般地，以水包油乳状液的总量为基准，所述稳定剂的含量可以为0.05-2重量％。从进一步提高最终形成的水包油乳状液的稳定性的角度出发，以水包油乳状液的总量为基准，所述稳定剂的含量优选为0.1-1重量％。根据本发明的方法，优选地，所述乳化剂与所述稳定剂的重量比为1：0.1-2，这样能够进一步提高水包油乳状液的稳定性。更优选地，所述乳状液与所述稳定剂的重量比为1：0.2-1，这个比例特别适用于蜡含量较高的稠油。
根据本发明的方法，水的用量以能够形成水包油乳状液为准。一般地，以水包油乳状液的总量为基准，水的含量可以为15-70重量％，优选为20-50重量％，更优选为30-50重量％。
根据本发明的制备稠油乳状液的方法，可以采用常规方法将稠油与乳化剂、稳定剂和水混合，并使稠油形成液滴分散在水中，例如可以在具有剪切功能的混合器或者静态混合器中，将稠油与乳化剂、稳定剂和水混合，以形成水包油乳状液。
根据本发明的制备稠油乳状液的方法，包括步骤(2)：将所述水包油乳状液冷却至第二温度，所述稠油在第二温度下的粘度为不低于2000mPa·s。
从进一步提高水包油乳状液的稳定性的角度出发，所述稠油在第二温度下的粘度优选在20000-2000000mPa·s的范围内。在所述稠油为蜡含量较高的稠油时，所述稠油在第二温度下的粘度更优选在500000-2000000mPa·s的范围内。所述第二温度的具体数值随稠油的种类和性质而定，只要在第二温度下，稠油的粘度满足上述要求即可。
采用本发明的方法制备的稠油乳状液具有良好的稳定性，其稳定存在时间满足长距离输送的要求。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种稠油输送方法，该方法包括采用根据本发明的制备稠油乳状液的方法将稠油制成水包油乳状液，并在第二温度下输送所述水包油乳状液。
制备稠油水包油乳状液的方法在前文已经进行了详细的说明，此处不再详述。
根据本发明的稠油输送方法，在输运过程中，可以在输运管路上间隔设置换热器，使稠油水包油乳状液与换热介质进行换热，从而将稠油水包油乳状液的温度控制为第二温度。也可以在输运管路上设置换热夹套，使稠油水包油乳状液与换热夹套中的换热介质进行换热，从而将稠油水包油乳状液的温度控制为第二温度。
以下结合实施例详细说明本发明，但并不因此限制本发明的范围。
以下实施例和对比例中，在购自德国IKA的T25 digital ULTRA-TURRAX混合器中，将稠油乳化，以形成乳状液。
以下实施例和对比例中，采用GB/T 10247-2008第4部分“旋转法”中规定的方法，在购自美国Brookfield的DV-II+Pro粘度计上测定稠油的粘度。
以下实施例和对比例中，根据SY/T 7550-2004中规定的方法测定稠油的沥青质含量、胶质含量以及蜡含量。
以下实施例和对比例中，将制备的水包油乳状液在第二温度下静置，直至水包油乳状液发生油水分离的持续时间作为水包油乳状液的稳定时间。
实施例1-16用于说明本发明。
实施例1
本实施例采用腰英台稠油-1，其性质在表1中列出。
表1
| 沥青质/重量％ | 0.4 |
| 胶质/重量％ | 17.9 |
| 蜡含量/重量％ | 20.7 |
在第一温度下，将腰英台稠油-1与乳化剂(壬基酚聚氧乙烯醚(聚合度15)，简称NP-15)、稳定剂(聚丙烯酰胺，数均分子量为500万，简称PAM)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表2中列出。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变乳化剂与稳定剂之间的比例。实验条件以及结果在表2中列出。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，采用壬基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(聚合度7，简称NPS-7)作为乳化剂。
实验条件以及结果在表2中列出。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，采用聚醋酸乙烯酯(数均分子量为15万，简称PVAc)作为稳定剂。
实验条件以及结果在表2中列出。
实施例5
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第二温度。实验条件以及结果在表2中列出。
实施例6
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第一温度。实验条件以及结果在表2中列出。
对比例1
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，不使用稳定剂。实验条件和结果在表2中列出。
对比例2
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，不使用乳化剂。实验条件以及结果在表2中列出。
对比例3
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第一温度。实验条件以及结果在表2中列出。
对比例4
采用与实施例1相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第二温度。实验条件以及结果在表2中列出。
对比例5
在第一温度下，将腰英台稠油-1与乳化剂(同实施例1)、稳定剂(同实施例1)和水混合，只能形成高粘度的油包水乳状液(其中，油相在30℃的粘度为8.2×105mPa·s)，而非低粘度的水包油乳状液，无法满足输送的要求。
表2
1：以水包油乳状液的总量为基准，余量为稠油；
2：稠油在第一温度下的粘度；
3：稠油在第二温度下的粘度。
实施例7
在第一温度下，将腰英台稠油-1与乳化剂(壬基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐(聚合度7)，简称NPS-7)、稳定剂(聚醋酸乙烯酯，数均分子量为5万，简称PVAc)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表3中列出。
实施例8
在第一温度下，将腰英台稠油-1与乳化剂(壬基酚聚氧乙烯醚羧酸钠盐(聚合度10)，简称NPC-10)、稳定剂(聚乙烯醇，数均分子量为15万，简称PVA)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表3中列出。
实施例9
在第一温度下，将腰英台稠油-1与乳化剂(壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠盐(聚合度15)，简称NP-15磺酸盐)、稳定剂(聚乙烯醇，数均分子量为8万，简称PVA)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表3中列出。
实施例10
在第一温度下，将腰英台稠油-1与乳化剂(壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯钠盐(聚合度15)，简称NPP-15)、稳定剂(聚乙烯醇，数均分子量为4万，简称PVA)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表3中列出。
表3
1：以水包油乳状液的总量为基准，余量为稠油；
2：稠油在第一温度下的粘度；
3：稠油在第二温度下的粘度。
实施例11
本实施例采用腰英台稠油-2，其性质在表4中列出。
表4
| 沥青质/重量％ | 0.4 |
| 胶质/重量％ | 12.2 |
| 蜡含量/重量％ | 28.4 |
在第一温度下，将腰英台稠油-2与乳化剂(月桂醇聚氧乙烯醚(聚合度9)，简称AEO-9)、稳定剂(聚丙烯酰胺，数均分子量为200万，简称PAM)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表5中列出。
实施例12
在第一温度下，将腰英台稠油-2与乳化剂(月桂醇聚氧乙烯醚(聚合度9)，简称AEO-9)、稳定剂(聚丙烯酰胺，数均分子量为600万，简称PAM)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表5中列出。
实施例13
在第一温度下，将腰英台稠油-2与乳化剂(月桂醇聚氧乙烯醚硫酸酯铵盐(聚合度15)，简称AES-15)、稳定剂(聚醋酸乙烯酯，数均分子量为30万，简称PVAc)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表5中列出。
实施例14
在第一温度下，将腰英台稠油-2与乳化剂(月桂醇聚氧乙烯醚硫酸酯铵盐(聚合度15)，简称NPP-15)、稳定剂(聚醋酸乙烯酯，数均分子量为50万，简称PVAc)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表5中列出。
实施例15
采用与实施例12相同的方法制备水包油乳状液，不同的是改变第一温度。
实验条件以及结果在表5中列出。
对比例6
采用与实施例12相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第一温度。
实验条件以及结果在表5中列出。
对比例7
采用与实施例12相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第二温度。
实验条件以及结果在表5中列出。
表5
1：以水包油乳状液的总量为基准，余量为稠油；
2：稠油在第一温度下的粘度；
3：稠油在第二温度下的粘度。
实施例16
本实施例采用兴北-3稠油，其性质在表6中列出。
表6
| 沥青质/重量％ | 0.3 |
| 胶质/重量％ | 34.4 |
| 蜡含量/重量％ | 7.5 |
| 粘度(30℃)/mPa·s | 21260 |
在第一温度下，将兴北-3稠油与乳化剂(月桂醇聚氧乙烯醚(聚合度9)，简称AEO-9)、稳定剂(聚丙烯酰胺，数均分子量为800万，简称PAM)和水混合，以形成水包油乳状液。将形成的水包油乳状液冷却至第二温度，测定水包油乳状液在第二温度下稳定存在时间。
实验条件以及结果在表7中列出。
对比例8
采用与实施例16相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第一温度。实验条件以及结果在表7中列出。
对比例9
采用与实施例16相同的方法制备水包油乳状液，不同的是，改变第二温度。实验条件以及结果在表7中列出。
表7
1：以水包油乳状液的总量为基准，余量为稠油；
2：稠油在第一温度下的粘度；
3：稠油在第二温度下的粘度。
实施例1-16的结果证实，采用本发明的方法将稠油乳化制备的水包油乳状液具有较好的稳定性，显示出较长的稳定存在时间，因而能够实现稠油的长距离顺畅输送。
Claims (5)
1.一种制备稠油乳状液的方法，所述稠油的蜡含量为20-30重量％，沥青质含量为0.1-5重量％，胶质含量为10-35重量％，该方法包括以下步骤：
(1)在第一温度下，将稠油与乳化剂、稳定剂以及水混合，形成水包油乳状液，所述稠油在第一温度下的粘度为30-150mPa·s，所述稳定剂为聚丙烯酰胺，所述乳化剂为聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，以水包油乳状液的总量为基准，所述乳化剂的含量为0.1-5重量％，所述乳化剂与所述稳定剂的重量比为1：0.2-1，以水包油乳状液的总量为基准，水的含量为20-50重量％；
(2)将所述水包油乳状液冷却至第二温度，所述稠油在第二温度下的粘度为500000-2000000mPa·s。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以水包油乳状液的总量为基准，所述乳化剂的含量为0.3-2重量％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，以水包油乳状液的总量为基准，所述稳定剂的含量为0.05-2重量％。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，以水包油乳状液的总量为基准，所述稳定剂的含量为0.1-1重量％。
5.一种稠油输送方法，该方法包括采用权利要求1-4中任意一项所述的方法将稠油制成水包油乳状液，并在第二温度下输送所述水包油乳状液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |