CN106367055B - 一种高含蜡稠油的降凝剂及其制备方法 - Google Patents

一种高含蜡稠油的降凝剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高含蜡稠油的降凝剂及其制备方法，属于高分子材料制备领域。该降凝剂由马来酸酐、2‑丙烯酰胺基‑2甲基丙磺酸按照摩尔比为1∶0.01～1的比例共聚而成，分子量3000～100000g/mol。本发明的降凝剂耐温抗盐性能好，耐温达140℃，耐矿化度达200000mg/L；同时降凝效果好，在用量为100ppm条件下，可使含蜡量为30～40％稠油的凝固点降低6℃以上。因此，本发明可广泛地应用于高含蜡稠油井的降凝现场试验中。

Description

一种高含蜡稠油的降凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高含蜡稠油开采过程中使用的降凝剂，具体涉及一种高含蜡稠油的降凝剂及其制备方法。
背景技术
当今世界，能源与生产生活息息相关，能源成为了世界各国争抢的主要对象，其中最重要的就是石油资源。我国有众多油田产出的为高蜡原油，目前主要采用能耗较高的电加热法来解决此类问题，常常带来成本高、污染大、效果范围小等负面影响。
目前国内外针对析蜡型稠油开采技术已经有很多，如动力液法、蒸汽法、微生物法、有机溶剂法、地层加热法、热力裂解法、注水法、降凝剂法等。这些方法均有不同的缺陷。石油工业界认为最有前途的方法是采用添加流动性能改进剂，以降低稠油的凝固点和粘度，使其易于流动。此方法不仅操作简单，而且大幅度降低能耗等优势，有很好的开发前景。
降凝剂的作用机理是通过改变蜡晶的生长状态，阻止蜡晶网状结构的形成来改善原油的流动性能的。降凝剂单体的选择直接决定了降凝剂的不同效果。目前国内外的降凝剂法主要用于管道输送领域，在油层开采领域应用很少，而且效果也不理想。究其原因，这些降凝剂主要受地层复杂条件影响，存在抗温和耐盐性能差的技术“瓶颈”。
发明内容
针对目前用于高含蜡稠油降凝剂在原油开采方面应用效果不理想，抗温耐盐性能差等问题，提出一种高含蜡油层开采用耐盐抗温降凝剂，解决了高含蜡稠油开采和举升问题。
本发明的一个目的是提供一种高含蜡稠油的降凝剂，该降凝剂由马来酸酐和2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS)为单体，共聚后引入高级脂肪酰胺侧链即得降凝剂聚马来酸高级脂肪酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，分子量3000～100000g/mol，所述降凝剂结构式为：
式中，R为CxH2x+1正构烷基，14≤X≤20；
m＝10～1000，优选为70～150；
n＝10～300，优选为15～30；
所述的马来酸酐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸摩尔比为1∶0.01～1，优选为1∶0.2。
优选地，所述的降凝剂分子量为10000～20000g/mol。
本发明另一个目的是提供上述抗温耐盐型高含蜡稠油降凝剂的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将溶剂1、马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以100～150rpm速率搅拌10～30min；将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到溶剂2中，然后倒入四口烧瓶中；将引发剂溶解到甲苯中，甲苯用量为单体总质量的0.1～0.4倍，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为4～6滴/min。随后搅拌速率增加到200～300rpm，温度升至70～90℃，恒温反应5～10h，反应结束后加入阻聚剂，关闭加热装置，搅拌20～30min，得到二元聚合物溶液A。
(2)待上述聚合物溶液A温度降低到40～50℃左右，加入混合直链脂肪胺搅拌溶解，马来酸酐：混合直链脂肪胺的摩尔比为1∶1～1.4，优选1∶1.15，然后加入催化剂，随后升温至80～100℃，搅拌速率为300～400rpm，恒温1～2h后，升温至120～145℃，搅拌速率设定为300～500rpm，恒温反应5～10h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
(3)将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到降凝剂马来酸高级脂肪酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸二元共聚物。
其中，所述的溶剂1为甲苯或二甲苯，用量为单体总质量的1～1.5倍；所述的溶剂2为N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺，用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸质量的1～1.2倍；所述引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈，用量为单体总质量的0.6～2.5％；所述阻聚剂为对苯二酚，用量为单体总质量的0.8～1.4％；所述混合直链脂肪胺为十四胺、十六胺、十八胺以及二十胺的混合物，其用量摩尔比为1∶1～1.5∶2～4∶0.1～1.5，优选1∶1∶3∶0.5；所述催化剂为对甲苯磺酸，用量为单体总质量的0.75～4.5％。
本发明提供的高含蜡稠油的降凝剂，采用分子设计思想。根据降凝剂分子侧链烷基长度与稠油蜡烃平均碳数越相近，其降凝效果越好的原则，本发明在降凝剂分子中引入胺基侧链，以适应高蜡稠油的自身状况。在分子中引入的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸有磺酸盐基团，包覆到蜡晶分子上使蜡晶电负性增大，阻止了蜡晶的相互凝聚，有效阻碍了蜡三维网状结构的形成，从而实现更好的降凝降粘效果；此外，AMPS分子中的磺酸根、酰胺基以及甲基等官能团引入到共聚物中，显著增加聚合物分子链的刚性，增加了聚合物对高价盐离子的耐受力，提高了聚合物的耐盐性和耐温性能。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的降凝剂的原料来源广泛，合成工艺简单，过程清洁无污染，产物易于获得和运输保存；
(2)本发明的降凝剂适应性强，用量少，使用方便，可替代清防蜡剂，降低清防蜡剂的用量，经济效益显著；
(3)本发明的降凝剂耐温抗盐性能好，耐温达140℃，耐矿化度达200000mg/L，克服了以往降凝剂耐温抗盐性能差的缺点；
(4)本发明的降凝剂具有降凝效果好，在最佳合成条件下可使含蜡量为30～40％稠油的凝固点降低6℃以上，提高了高含蜡稠油流动性，满足了井筒举升要求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：降凝剂T1及其制备方法
(1)降凝剂T1组成及组分如下：
马来酸酐 0.2mol(19.61g)
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 0.002mol(0.41g)
(2)降凝剂T1制备方法如下：
①将19.82g甲苯和19.61g马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以100rpm速率搅拌10min；将0.41g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到0.41gN，N-二甲基甲酰胺中，然后倒入四口烧瓶中；将0.12g过氧化苯甲酰溶解到1.98g甲苯中，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为4滴/min。随后搅拌速率增加到200rpm，温度升至70℃，恒温反应5h，反应结束后加入0.16g对苯二酚，关闭加热装置，搅拌30min，得到二元聚合物溶液A。
②待上述聚合物溶液A温度降低到40℃，加入10.41g十四胺，11.78g十六胺，26.29g十八胺以及1.45g二十胺，然后加入0.15g对甲苯磺酸，随后升温至80℃，搅拌速率为300rpm，恒温1h后，升温至120℃，搅拌速率设定为300rpm，恒温反应5h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
③将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到本降凝剂T1。
实施例2
(1)降凝剂T2组成及组分如下：
马来酸酐 0.2mol(19.61g)
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 0.2mol(41.45g)
(2)降凝剂T2制备方法如下：
①将91.59g二甲苯和19.61g马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以150rpm速率搅拌30min；将41.45g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到49.74g N，N-二甲基乙酰胺中，然后倒入四口烧瓶中；将1.53g偶氮二异丁腈溶解到24.42g甲苯中，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为6滴/min。随后搅拌速率增加到300rpm，温度升至90℃，恒温反应10h，反应结束后加入0.85g对苯二酚，关闭加热装置，搅拌30min，得到二元聚合物溶液A。
②待上述聚合物溶液A温度降低到50℃，加入7.47g十四胺，12.68g十六胺，37.73g十八胺以及15.62g二十胺，然后加入2.75g对甲苯磺酸，随后升温至100℃，搅拌速率为400rpm，恒温2h后，升温至145℃，搅拌速率设定为500rpm，恒温反应10h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
③将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到本降凝剂T2。
实施例3：降凝剂T3及其制备方法
(1)降凝剂T3组成及组分如下：
马来酸酐 0.2mol(19.61g)
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 0.01mol(2.07g)
(2)降凝剂T3制备方法如下：
①将28.18g甲苯和19.61g马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以120rpm速率搅拌25min；将2.07g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到2.48g N，N-二甲基甲酰胺中，然后倒入四口烧瓶中；将0.22g偶氮二异丁腈溶解到4.34g甲苯中，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为5滴/min。随后搅拌速率增加到220rpm，温度升至75℃，恒温反应6h，反应结束后加入0.22g对苯二酚，关闭加热装置，搅拌24min，得到二元聚合物溶液A。
②待上述聚合物溶液A温度降低到42℃，加入8.24g十四胺，11.18g十六胺，26.01g十八胺以及11.48g二十胺，然后加入0.22g对甲苯磺酸，随后升温至85℃，搅拌速率为340rpm，恒温1.2h后，升温至125℃，搅拌速率设定为340rpm，恒温反应6h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
③将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到本降凝剂T3。
实施例4：降凝剂T4及其制备方法
(1)降凝剂T4组成及组分如下：
马来酸酐 0.2mol(19.61g)
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 0.02mol(4.14g)
(2)降凝剂T4制备方法如下：
①将30.88g二甲苯和19.61g马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以130rpm速率搅拌20min；将4.14g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到4.76g N，N-二甲基乙酰胺中，然后倒入四口烧瓶中；将0.48g过氧化苯甲酰溶解到7.13g甲苯中，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为6滴/min。随后搅拌速率增加到260rpm，温度升至80℃，恒温反应7h，反应结束后加入0.29g对苯二酚，关闭加热装置，搅拌26min，得到二元聚合物溶液A。
②待上述聚合物溶液A温度降低到45℃，加入9.31g十四胺，13.70g十六胺，31.75g十八胺以及6.49g二十胺，然后加入0.48g对甲苯磺酸，随后升温至90℃，搅拌速率为340rpm，恒温1.6h后，升温至140℃，搅拌速率设定为400rpm，恒温反应7h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
③将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到本降凝剂T4。
实施例5：降凝剂T5及其制备方法
(1)降凝剂T5组成及组分如下：
马来酸酐 0.2mol(19.61g)
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 0.04mol(8.29g)
(2)降凝剂T5制备方法如下：
①将34.88g甲苯和19.61g马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以140rpm速率搅拌25min；将8.29g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到9.95g N，N-二甲基甲酰胺中，然后倒入四口烧瓶中；将0.42g过氧化苯甲酰溶解到6.98g甲苯中，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为4滴/min。随后搅拌速率增加到280rpm，温度升至85℃，恒温反应7.5h，反应结束后加入0.36g对苯二酚，关闭加热装置，搅拌28min，得到二元聚合物溶液A。
②待上述聚合物溶液A温度降低到45℃，加入8.92g十四胺，10.10g十六胺，33.81g十八胺以及6.22g二十胺，然后加入0.42g对甲苯磺酸，随后升温至100℃，搅拌速率为400rpm，恒温1.5h后，升温至125℃，搅拌速率设定为400rpm，恒温反应6h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
③将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到本降凝剂T5。
实施例6：降凝剂T6及其制备方法
(1)降凝剂T6组成及组分如下：
马来酸酐 0.2mol(19.61g)
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 0.1mol(20.72g)
(2)降凝剂T6制备方法如下：
①将44.36g二甲苯和19.61g马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以120rpm速率搅拌25min；将20.72g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到24.86gN，N-二甲基甲酰胺中，然后倒入四口烧瓶中；将0.69g偶氮二异丁腈溶解到12.10g甲苯中，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为6滴/min。随后搅拌速率增加到270rpm，温度升至85℃，恒温反应6h，反应结束后加入0.48g对苯二酚，关闭加热装置，搅拌26min，得到二元聚合物溶液A。
②待上述聚合物溶液A温度降低到40℃左右，加入8.60g十四胺，13.62g十六胺，39.10g十八胺以及8.39g二十胺，然后加入1.41g对甲苯磺酸，随后升温至95℃，搅拌速率为350rpm，恒温1.5h后，升温至145℃，搅拌速率设定为350rpm，恒温反应5h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B。
③将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到本降凝剂T6。
实施例7
为验证本发明效果，将本发明的降凝剂T1、T2、T3、T4、T5、T6应用于两种胜利油田高含蜡稠油。其中胜利油田高含蜡稠油L的基本参数如下：凝固点在53℃、含蜡量为38.7％，粘度为(50℃)53.68×104mPa·s、密度为902.5kg/m3、含水率为13.66％。胜利油田高含蜡稠油R的基本参数如下：凝固点在45℃、含蜡量为31.4％，粘度为(50℃)1092mPa·s、密度为960.9kg/m3、含水率为18.67％。表1和表2分别为本发明的降凝剂T1、T2、T3、T4、T5、T6对于胜利油田高含蜡稠油L和R的降凝实验结果。
表1本发明的降凝剂对于高含蜡稠油L的降凝实验结果
表2本发明的降凝剂对于高含蜡稠油R的降凝实验结果
由表1和表2可以看出，在添加量为100ppm条件下，本发明可使高含蜡稠油L的凝固点降低8℃以上，可使高含蜡油R的凝固点最大降低10℃，说明该降凝剂对不同高含蜡原油的感受性较好。同时该降凝剂的合成方法简单，用量少，使用方便，经济效益显著，可广泛应用于油藏开采和井筒举升等方面。

Claims (9)

1.一种高含蜡稠油的降凝剂，该降凝剂由马来酸酐、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸按照摩尔比为1:0.01～1的比例共聚后引入高级脂肪酰胺侧链即得降凝剂聚马来酸高级脂肪酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，分子量3000～100000g/mol，其结构通式为：
式中，R为CxH2x+1正构烷基，14≤X≤20；
m＝10～1000；
n＝10～300。
2.根据权利要求1所述的高含蜡稠油的降凝剂，其特征在于，马来酸酐和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸摩尔比为1:0.2。
3.根据权利要求1或2所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将溶剂1、马来酸酐加入到四口烧瓶中，通入N2保护，加热至30℃并以100～150rpm速率搅拌10～30min；将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解到溶剂2中，然后倒入四口烧瓶中；将引发剂溶解到甲苯中，甲苯用量为单体总质量的0.1～0.4倍，放置到恒压滴液漏斗中，控制滴液速率为4～6滴/min；随后搅拌速率增加到200～300rpm，温度升至70～90℃，恒温反应5～10h，反应结束后加入阻聚剂，关闭加热装置，搅拌20～30min，得到二元聚合物溶液A；
(2)待上述聚合物溶液A温度降低到40～50℃左右，加入混合直链脂肪胺搅拌溶解，马来酸酐：混合直链脂肪胺的摩尔比为1:1～1.4，然后加入催化剂对甲苯磺酸，随后升温至80～100℃，搅拌速率为300～400rpm，恒温1～2h后，升温至120～145℃，搅拌速率设定为300～500rpm，恒温反应5～10h，关闭加热装置，降温至室温，然后减压蒸馏除去溶剂，得到产物B；
(3)将产物B先用5％碳酸钠溶液中和剩余的酸，再用10％氯化钠水溶液洗至中性，沉淀、抽滤，最后真空干燥至恒重，得到降凝剂。
4.根据权利要求3所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的溶剂1为甲苯或二甲苯，用量为单体总质量的1～1.5倍。
5.根据权利要求3或4所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的溶剂2为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺，用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸质量的1～1.2倍。
6.根据权利要求3所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈，用量为单体总质量的0.6～2.5％。
7.根据权利要求3或4所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的阻聚剂为对苯二酚，用量为单体总质量的0.8～1.4％。
8.根据权利要求7所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的混合直链脂肪胺为十四胺、十六胺、十八胺以及二十胺的混合物，其用量摩尔比为1:1～1.5:2～4:0.1～1.5。
9.根据权利要求8所述的高含蜡稠油的降凝剂的制备方法，其特征在于，所述的催化剂对甲苯磺酸的用量为单体总质量的0.75～4.5％。
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