CN106543998A - 一种水热裂解催化降粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水热裂解催化降粘剂及其制备方法,属于油田化学技术领域。一种水热裂解催化降粘剂,含有以下结构通式:

Description

一种水热裂解催化降粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水热裂解催化降粘剂及其制备方法,属于油田化学技术领域,可广泛应用在稠油开采的原油降粘工艺中。
背景技术
随着全球经济的不断发展,能源消耗持续增长,稠油作为全球石油资源的重要组成部分,具有比常规石油资源高数倍的资源潜力,尽管当前油价低迷,全球石油行业进入极寒冬期,但随着常规轻质石油资源的逐渐减少,稠油资源仍将在未来世界能源供应中发挥举足轻重的作用。
稠油开发的核心是实现稠油的大幅度降粘,使其在井筒举升和地层渗流过程中具有良好的流动性。稠油水热裂解催化降粘技术借鉴稠油炼化改质的思路,将注蒸汽开采与水热裂解催化降粘剂结合实施,利用水蒸汽的热量,使稠油在高温蒸汽和水热裂解催化降粘剂的作用下实现轻度裂解,脱除掉少量的杂原子,使大分子缔合结构解聚为小分子,从而不可逆的降低稠油粘度,改善油品,该技术的关键是高效水热裂解催化降粘剂的研制。水热裂解催化降粘剂是以过渡金属为催化中心的盐类或有机类化合物,金属催化中心通过与稠油重质组分中的杂原子发生作用促使部分杂原子脱除从而不可逆降低稠油粘度。目前报道的两亲结构型水热裂解催化降粘剂普遍存在有机配体分散、渗透及耐盐性能不佳、现场使用温度较高的问题,影响了水热裂解催化降粘剂的催化活性和普适性。
ZL201110036321.3公开了过渡金属磺酸盐络合物稠油水热催化降粘剂及其制备方法,其结构通式为[R1CH(SO3)COOR2]XM,式中R1为C10~C16的烷基,R2为C1~C3的烷基,M为过渡金属离子,X为络合物配位数。该降粘剂以天然的脂肪酸烷基酯为原料,经过氯磺酸磺化后与过渡金属氧化物络合反应制备而成,该降粘剂具有原料易得,制备工艺简单的特点,但仍存在使用温度较高(200℃),耐盐性能不佳等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的水热裂解催化降粘剂分散渗透性能不佳、使用温度较高、耐盐性能差的缺陷,提供一种水热裂解催化降粘剂。
本发明的另一个目的在于提供上述水热裂解催化降粘剂的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案加以实现:
一种水热裂解催化降粘剂,含有以下结构通式:
其中X为7或8,Y为4~10,Z为3~6,M为过渡金属氢氧化物;
其分子量范围为2000~5000。
一种水热裂解催化降粘剂,按摩尔数由0.1mol的烷基酚聚氧乙烯醚、0.1~0.15mol的丙酰氯发生丙酰化反应,加入0.4~0.6mol的二氯乙烷作为反应溶剂,与0.12~0.16mol的氯磺酸发生磺化发应,最后与0.025~0.08mol的过渡金属氢氧化物发生络合发应而成,反应过程如下:
其中X为7或8,Y为4~10,Z为3~6,M为过渡金属氢氧化物,n为2~6。
一种水热裂解催化降粘剂的制备方法,具体步骤如下:
(1)在带搅拌器和温度计的反应器中加入0.1mol的工业级烷基酚聚氧乙烯醚,40~80℃加热搅拌0.5~1h,再在反应器中加入0.1~0.15mol的丙酰氯,升温至80~100℃,反应1~3h后冷却至室温,得到烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯;
(2)在上述含有烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯的反应器中加入0.4~0.6mol的二氯乙烷作为反应溶剂,将反应器转移至冰水浴中,与0.12~0.16mol的氯磺酸发生磺化发应,反应时间为0.5~1h,磺化完成后将反应器转移至油浴中升温至70~90℃加热1~2h,得到烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸;
(3)向上述含有烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸的反应器中加入0.025~0.08mol的过渡金属氢氧化物,升温至100~120℃下加热搅拌1~3h,反应结束后静置分层,除去上层的水,烘干下层糊状物即为水热裂解催化降粘剂。
所述的烷基酚聚氧乙烯醚为工业级辛基酚聚氧乙烯醚OP系列或壬基酚聚氧乙烯醚NP系列。
所述的工业级辛基酚聚氧乙烯醚OP系列,其结构式为:
CH3(CH2)7-C6H4(OC2H4)Y-OH,
其中y为4~10。
所述的工业级壬基酚聚氧乙烯醚NP系列,其结构式为:
CH3(CH2)8-C6H4-(OC2H4)Y-OH,
其中y为4~10。
所述的过渡金属氢氧化物为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化镍或氢氧化钼。
本发明有益效果是:设计合成出含有烷基酚聚氧乙烯醚结构的有机酸作为配体,该配体在较低反应温度下(150℃),可以携带过渡金属分散渗透进入稠油重质组分的大分子缔合结构中,与其中的杂原子充分接触发生作用促使部分杂原子脱除,更好的发挥水热裂解催化降粘剂的催化活性,本发明可以用于特超稠油的水热裂解催化降粘开采,制备工艺简单,针对不同地区的稠油具备很强的普适能和耐盐性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
在带搅拌器和温度计的反应器中加入0.1mol的工业级辛基酚聚氧乙烯醚OP-4,60℃加热搅拌1h,再在反应器中加入0.15mol的丙酰氯,升温至90℃,反应1h后冷却至室温,得到辛基酚聚氧乙烯醚丙酸酯;接着在含有辛基酚聚氧乙烯醚丙酸酯的反应器中加入0.6mol的二氯乙烷作为反应溶剂,将反应器转移至冰水浴中,与0.12mol的氯磺酸发生磺化发应,反应时间为0.5h,磺化完成后将反应器转移至油浴中升温至80℃加热1h,得到辛基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸;最后向含有辛基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸的反应器中加入0.05mol的氢氧化镍,升温至120℃下加热搅拌1h,反应结束后静置分层,除去上层的水,烘干下层糊状物即为水热裂解催化降粘剂,其结构式为:
将本实施例产品应用于特稠油1#(50℃下粘度为33593mPa·s),将本实施例产品、地层水(矿化度15万ppm)和稠油置于高压反应釜,在150℃下发生水热裂解催化降粘反应,其中以整个体系质量为基准,降粘剂的用量占0.2~0.3wt%,水的用量占25~30wt%。
经检测,本实施例产品稠油降粘率达88%,并有5.75%的重质组分裂解为轻质组分可见该水热裂解催化降粘剂具有优异的催化降粘效果。
实施例2
在带搅拌器和温度计的反应器中加入0.1mol的工业级壬基酚聚氧乙烯醚NP-7,70℃加热搅拌1h,再在反应器中加入0.12mol的丙酰氯,升温至100℃,反应2h后冷却至室温,得到壬基酚聚氧乙烯醚丙酸酯;接着在含有壬基酚聚氧乙烯醚丙酸酯的反应器中加入0.5mol的二氯乙烷作为反应溶剂,将反应器转移至冰水浴中,与0.14mol的氯磺酸发生磺化发应,反应时间为0.5h,磺化完成后将反应器转移至油浴中升温至90℃加热1h,得到壬基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸;最后向含有壬基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸的反应器中加入0.05mol的氢氧化铁,升温至110℃下加热搅拌2h,反应结束后静置分层,除去上层的水,烘干下层糊状物即为水热裂解催化降粘剂,其结构式为:
将本实施例产品应用于特稠油2#(50℃下粘度为17296mPa·s),将该本实施例产品、地层水(矿化度11万ppm)和稠油置于高压反应釜,在150℃下发生水热裂解催化降粘反应,其中以整个体系质量为基准,催化降粘剂的用量占0.2~0.3wt%,水的用量占25~30wt%。
经检测,本实施例产品稠油降粘率达90%,并有5.89%的重质组分裂解为轻质组分可见该水热裂解催化降粘剂具有优异的催化降粘效果。
实施例3~9按照实施例1、2的步骤,试验油样为特稠油1#(50℃下粘度为33593mPa·s),配方和条件见表1:
表1 实施例3~9水热裂解催化降粘剂合成配方与工艺条件
本发明实施例中所涉及的粘度采用美国Brookfield公司产的DV-Ⅲ+型可编程控制式流变仪测得,降粘率计算公式为Δη(%)=((η0-η)/η0)×100%,η0(mPa·s)和η(mPa·s)分别指代反应前和反应后的油样粘度。本发明实施例中所涉及的原油族组成中的轻质组分(饱和烃和芳香烃)和重质组分(胶质和沥青质)含量的变化是依据《中华人民共和国石油天然气行业标准》(SY/Y6338–1997)通过柱层析分离方法称重计算得来。
将上述9个实施例产品与现有的两种水热裂解催化降粘剂作对比,结果见表2:
表2 本发明水热裂解催化降粘剂与两种水热裂解催化降粘剂效果对比
对比例1:采用ZL201110036321.3公开的一种过渡金属磺酸盐络合物稠油水热催化降粘剂及其制备方法,制备了水热裂解催化降粘剂,采用实施例1中相同的评价方法评价其裂解、降粘及耐盐性能。
对比例2:采用ZL201110358993.6公开了一种具供氢结构的烷基酯磺酸盐络合物降粘剂及其制备方法,制备了水热裂解催化降粘剂,采用实施例1中相同的评价方法评价其裂解、降粘及耐盐性能。
从表2不难看出,本发明制备的水热裂解催化降粘剂对相同稠油样150℃反应降粘率平均达到87.3%,高于对比例1和对比例2水热裂解催化降粘剂的72%和69%;150℃反应稠油重质组分平均有5.71%转化为轻质组分,高于对比例1和对比例2的3.84%和3.65%;本发明制备的水热裂解催化降粘剂降粘率达到85%时所需的最低反应温度平均为149.4℃,而对比例1和对比例2水热裂解催化降粘剂最低反应温度分别为190℃和195℃;降粘率达到85%时地层水的最高矿化度平均为12.6万ppm,高于对比例1和对比例2水热裂解催化降粘剂的8万ppm和7万ppm。因此本发明制备的水热裂解催化降粘剂适用于更低的反应温度,降粘率,裂解效果以及耐盐性能均更优异。

Claims (7)

1.一种水热裂解催化降粘剂,其特征在于:含有以下结构通式:
其中X为7或8,Y为4~10,Z为3~6,M为过渡金属氢氧化物;
其分子量范围为2000~5000。
2.一种水热裂解催化降粘剂,其特征在于:按摩尔数由0.1mol的烷基酚聚氧乙烯醚、0.1~0.15mol的丙酰氯发生丙酰化反应,加入0.4~0.6mol的二氯乙烷作为反应溶剂,与0.12~0.16mol的氯磺酸发生磺化发应,最后与0.025~0.08mol的过渡金属氢氧化物发生络合发应而成,反应过程如下:
其中X为7或8,Y为4~10,Z为3~6,M为过渡金属氢氧化物,n为2~6。
3.根据权利要求2所述的一种水热裂解催化降粘剂,其特征在于:所述的烷基酚聚氧乙烯醚为工业级辛基酚聚氧乙烯醚OP系列或壬基酚聚氧乙烯醚NP系列。
4.根据权利要求3所述的一种水热裂解催化降粘剂,其特征在于:所述的工业级辛基酚聚氧乙烯醚OP系列,其结构式为:
CH3(CH2)7-C6H4-(OC2H4)Y-OH,
其中y为4~10。
5.根据权利要求3所述的一种水热裂解催化降粘剂,其特征在于:所述的工业级壬基酚聚氧乙烯醚NP系列,其结构式为:
CH3(CH2)8-C6H4-(OC2H4)Y-OH,
其中y为4~10。
6.根据权利要求2所述的一种水热裂解催化降粘剂,其特征在于:所述的过渡金属氢氧化物为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化镍或氢氧化钼。
7.一种水热裂解催化降粘剂的制备方法,其特征在于:具体步骤如下:
(1)在带搅拌器和温度计的反应器中加入0.1mol的工业级烷基酚聚氧乙烯醚,40~80℃加热搅拌0.5~1h,再在反应器中加入0.1~0.15mol的丙酰氯,升温至80~100℃,反应1~3h后冷却至室温,得到烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯;
(2)在上述含有烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯的反应器中加入0.4~0.6mol的二氯乙烷作为反应溶剂,将反应器转移至冰水浴中,与0.12~0.16mol的氯磺酸发生磺化发应,反应时间为0.5~1h,磺化完成后将反应器转移至油浴中升温至70~90℃加热1~2h,得到烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸;
(3)向上述含有烷基酚聚氧乙烯醚丙酸酯磺酸的反应器中加入0.025~0.08mol的过渡金属氢氧化物,升温至100~120℃下加热搅拌1~3h,反应结束后静置分层,除去上层的水,烘干下层糊状物即为水热裂解催化降粘剂。
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