CN109135704A - 用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂 - Google Patents

用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，属于稠油开采领域，能够有效改善稠油的稳定性，改善效果显著，在较少用量下即可获得理想的改善效果，使用成本低，且对稠油后续的生产加工无影响。该稠油沥青质分散剂由吐温类表面活性剂和醇溶剂混合而成，其中，所述吐温类表面活性剂与醇溶剂的质量比为1:(4～9)。

Description

用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂
技术领域
本发明属于稠油开采领域，尤其涉及一种用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂。
背景技术
稠油是一种连续分布的动态稳定胶体体系，包括沥青质、胶质、芳香分和饱和分等组分。其中，沥青质是体系中的分散相，同时也是稠油中极性最强的组分，其分子之间具有偶极作用力、电荷转移作用、氢键作用力等分子间作用力，这些作用力的存在使沥青质具有强烈的自缔合倾向。饱和分和芳香分是体系中的分散介质，其中，芳香分极性较弱，而饱和分几乎没有极性。胶质是稠油中天然的沥青质稳定剂，其极性介于沥青质和芳香分之间，易于在沥青质胶核上吸附形成吸附层，从而降低稠油体系中分散相和分散介质之间的极性差异，使沥青质颗粒之间的吸引力下降，保持稠油体系的稳定。
在稠油开采、运输和后处理过程中，由于不同采油助剂的加入和采油手段的实施，或由于稠油开采过程中稠油所处环境的变化，稠油中胶质对沥青质的稳定作用极易被打破，导致稠油沥青质聚沉，严重影响稠油开采，因而，通常需要加入沥青质分散剂来改善稠油的稳定性。传统沥青质分散剂主要通过合成获得，但存在合成周期长、副产物较多、制备工序复杂以及合成原料不利于环境友好等问题。为了简化制备工艺，人们开始采用复配的方式来制备沥青质分散剂，例如：李永太教授研制了一种水基沥青高温分散稳定剂，由分散剂、助溶剂、C-F、Si-F表面活性剂和水复配而成，但这种沥青质分散剂对稠油稳定性的改善效果并不理想，在使用量大于16％时才能获得有效的改善效果，使用成本较高，而且，这沥青质分散剂中含有大量水，后续处理需增加破乳工序，破乳后的废水也需要进一步处理，大大增加了应用成本。
因而，如何提供一种对稠油稳定性的改善效果好且应用成本低的稠油沥青质分散剂，是当前急需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，能够有效改善稠油的稳定性，改善效果显著，在较少用量下即可获得理想的改善效果，使用成本低，且对稠油后续的生产加工无影响。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由吐温类表面活性剂和醇溶剂混合而成，其中，所述吐温类表面活性剂与醇溶剂的质量比为1:(4～9)。
作为优选，所述吐温类表面活性剂的侧碳链的碳原子数为12-18个，所述吐温类表面活性剂含有的聚氧乙烯链段数为5-26个。
作为优选，所述吐温类表面活性剂选自Tween-20、Tween-40和Tween-60中的任意一种。
作为优选，所述醇溶剂的分子量为40～120g/mol。
作为优选，所述醇溶剂选自异丙醇、正丁醇和叔戊醇中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，以吐温类表面活性剂为主剂，以醇溶剂为助溶剂，通过二者的协同作用，能够有效改善稠油的胶体稳定性；
2、本发明提供的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，在5％的用量下，即可显著改善稠油的胶体稳定性，使用成本低，具有较好的经济效应；
3、本发明提供的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，通过市售商业产品复配得到，产品工艺成熟，价格低廉，且无毒无害；
4、本发明提供的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，组分中不含水，在使用时也无需配制成水溶液，无需进行后续破乳工序，应用成本低且对稠油后续的生产加工无影响。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由吐温类表面活性剂和醇溶剂混合而成，其中，所述吐温类表面活性剂与醇溶剂的质量比为1:(4-9)。
上述稠油沥青质分散剂中，吐温类表面活性剂作为起分散作用的主剂，其具有较强极性，能够选择性地与稠油中强极性的沥青质分子发生相互作用。否则，若主剂不具有足够强的极性，由于稠油中弱极性组分(芳香分和饱和分)的含量和单位体积内的分子个数均远远大于沥青质分子，大量主剂将与芳香分和饱和分发生相互作用，将大大降低主剂对沥青质分子的分散作用。进一步的，加入醇溶剂作为助溶剂与主剂混合，由于醇溶剂能够溶解吐温类表面活性剂，同时其极性较小，很容易与稠油的分散介质相溶，使得溶解在醇溶剂中的极性较强的主剂能够更好地在稠油中运移，并进入稠油胶体内部与沥青质发生作用，起到稳定沥青质的作用。
还需要说明的是，在本实施例中，吐温类表面活性剂和醇溶剂按照质量比1:(4～9)的比例进行复配，获得的稠油沥青质分散剂具有合适的极性，对稠油稳定性具有理想的改善效果。若稠油沥青质分散剂中吐温类表面活性剂和醇溶剂的质量比高于上述比例范围，则获得的稠油沥青质分散剂的极性过强，无法很好的溶于稠油中；若稠油沥青质分散剂中吐温类表面活性剂和醇溶剂的质量比低于上述比例范围，则稠油沥青质分散剂中含有的主剂过少，无法获得理想的改善效果。可以理解的是，对于吐温类表面活性剂与醇溶剂的质量比，本领域技术人员可在上述配比范围内任一取值，例如：可以为1:4、1:5、1:6、1:7、1:8或1:9等。
在一优选实施例中，所述吐温类表面活性剂的侧碳链的碳原子数为12～18个，所述吐温类表面活性剂含有的聚氧乙烯链段数为5-26个。在本优选实施例中，进一步限定了吐温类表面活性剂中侧碳链的碳原子数，这是由于：当吐温类表面活性剂的侧碳链的原子数超过18时，其极性过大、极难分散；当其侧碳链的原子数小于12时，则碳链较短，所能起到的稳定作用减弱。本优选实施例中，还进一步限定了吐温类表面活性剂中聚氧乙烯醚链段(即-OCH2CH2-)的个数，这是由于：吐温类表面活性剂中的亲水基团主要是聚氧乙烯醚键，聚氧乙烯醚链段数目越多其亲水性越强，当聚氧乙烯醚链段少于5个时，该表面活性剂极性较弱，与稠油中的胶质、沥青质等极性强的组分作用较弱，对稠油的分散稳定效果不明显；当聚氧乙烯醚链段数目大于26时，该表面活性剂将较难分散在稠油中，所能起到的稳定效果也将大打折扣。
在一优选实施例中，所述吐温类表面活性剂选自Tween-20、Tween-40和Tween-60中的任意一种。本优选实施例中列举了3种吐温类表面活性剂，其中，Tween-20的侧碳链的碳原子数为12个，含有的聚氧乙烯醚链段数在21-22范围内；Tween-40的侧碳链的碳原子数为16个，含有的聚氧乙烯醚链段数在18-22范围内；Tween-60的侧碳链的碳原子数为18个，含有的聚氧乙烯醚链段数在18-22范围内。这3种吐温类表面活性剂的极性与稠油中胶质的极性相近，能够与胶质发生作用，并同胶质一起吸附在沥青质表面，同时，吸附在沥青质表面上的吐温类表面活性剂，能够与沥青质分子中的S、N等杂原子形成氢键，阻碍沥青质分子间的自缔合作用，分散沥青质聚集体从而达到改善稠油胶体稳定性的作用。同时，这3种吐温类表面活性剂均为生产工艺成熟的商业产品，产品纯度高，质量可靠，廉价易得，且均无毒无害，绿色环保。
在一优选实施例中，所述醇溶剂的分子量为40～120g/mol。当醇溶剂的分子量在上述范围内时，其对吐温类表面活性剂有较好的溶解性，而且，其极性较小，与稠油中芳香分的极性相近，很容易与芳香分相溶，能够携带吐温类表面活性剂进入稠油胶体体系中。
在一优选实施例中，所述醇溶剂选自异丙醇、正丁醇和叔戊醇中的任意一种。本优选实施例中列举了3种具体的醇溶剂，这3种醇溶剂均能够溶解吐温类表面活性剂，且其极性与稠油中芳香分相近，能够携带吐温类表面活性剂进入稠油胶体体系中，尤其以异丙醇和正丁醇的效果最好。需要说明的是，本发明实施例并局限于上述列举的醇溶剂，本领域技术人员还可以选择其他合适的醇溶剂，只要对吐温类表面活性剂具有较好的溶解性，且能够与稠油相溶即可。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和异丙醇混合而成，其中，Tween-40与异丙醇的质量比为1:4。
实施例2
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和异丙醇混合而成，其中，Tween-40与异丙醇的质量比为2:9。
实施例3
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和异丙醇混合而成，其中，Tween-40与异丙醇的质量比为1:9。
实施例4
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和正丁醇混合而成，其中，Tween-40与正丁醇的质量比为1:4。
实施例5
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和正丁醇混合而成，其中，Tween-40与正丁醇的质量比为1:6。
实施例6
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和正丁醇混合而成，其中，Tween-40与正丁醇的质量比为1:9。
实施例7
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-20和叔戊醇混合而成，其中，Tween-20与叔戊醇的质量比为1:9。
实施例8
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和叔戊醇混合而成，其中，Tween-40与叔戊醇的质量比为1:9。
实施例9
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-60和正丁醇混合而成，其中，Tween-60与正丁醇的质量比为1:9。
对比例1
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由月桂酸和正丁醇混合而成，其中，月桂酸与正丁醇的质量比为1:4。
对比例2
用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，由Tween-40和乙酸乙酯混合而成，其中，月桂酸与乙醇的质量比为1:4。
为了说明实施例1-9提供的稠油沥青质分散剂对稠油稳定性的改善效果，下面将以馆陶原油为实验油样，结合偶极矩测试和稠油稳定性测试进行说明。
(1)偶极矩测试
测试馆陶原油及其各组分的偶极矩μ，结果如表1所示。
表1馆陶原油及其各组分的偶极矩
测试对象 饱和分 芳香分 胶质 沥青质 馆陶原油
μ/Debye 2.39 3.25 6.55 48.60 5.65
由于偶极矩数值越大，说明极性越大，因而，由表1可见，馆陶原油中沥青质的极性最强，胶质次之，饱和分和芳香分的极性较小。
测试实施例1-9中采用的3种吐温类表面活性剂以及其他5种常用表面活性剂的偶极矩μ，并测试实施例1-9中采用的3种醇溶剂以及其他2种常用溶剂的偶极矩μ，结果如表2所示。
表2多种表面活性剂及溶剂的偶极矩
通过比较表1和表2可见，吐温类表面活性剂的极性较大，且其极性与馆陶原油中胶质的极性相近。异丙醇、正丁醇和叔戊醇的极性较小，且其极性与馆陶原油中芳香分的极性相近。
(2)稠油稳定性测试
采用滴扩散法测定沥青质聚沉起始点，进而表征稠油的胶体稳定性。滴扩散法基于不同物质在滤纸上具有不同扩散速率的原理，当稠油为稳定油样时，滴一滴油样在滤纸上，将呈现一个均匀的黑色斑点；当油样不稳定时，滴一滴油样在滤纸上，将出现一个内部颜色深、外部颜色浅的同心圆，说明油样中强极性组分沥青质发生了聚沉，表现为油样不稳定。在测试稠油稳定性时，通过向稠油中滴加正构烷烃的方式可使沥青质沉淀出来，进而测定沥青质聚沉起始点，以此来表征稠油的胶体稳定性。沥青质初始聚沉时所需的正构烷烃的加入量越大，说明稠油的胶体稳定性越好；反之，则稠油的胶体稳定性越差。
稠油稳定性测试方法为：将盛有待测油样的烧杯置于恒温磁力搅拌装置上，设定温度为35℃，向烧杯中滴加正庚烷，同时用玻璃棒沾取混合后的溶液滴于滤纸上，当有同心圆出现时，记录加入的正庚烷的总体积。
稠油的胶体稳定性参数的计算公式如下：
其中，V正庚烷为初次出现同心圆时加入的正庚烷的总体积，mL；ρ正庚烷为正庚烷的密度，取值0.685g/cm3；m油样为待测油样的质量，g。
采用上述稠油稳定性测试方法，测定馆陶原油的稳定性，如表3所示。
表3未经改善的馆陶原油的稳定性测试结果
将实施例1-9提供的稠油沥青质分散剂分别加入馆陶原油中，以改善馆陶原油的稳定性，稠油沥青质分散剂的加入量为馆陶原油质量的5％，采用上述稠油稳定性测试方法，测定经改善的油样的稳定性，并与未经改善的馆陶原油的稳定性进行对比，计算改善率(即胶体稳定性参数的提高率)，结果如表4所示。同时，以分别加入对比例1-2提供的稠油沥青质分散剂、市售稠油沥青质分散剂，以及仅加入Tween-40或正丁醇的馆陶原油为对比，对比结果如表4所示。需要说明的是，市售稠油沥青质分散剂为购买自英诺斯派公司的OctamarTM BT-25和OFI-3077。
表4经改善的馆陶原油的稳定性测试结果
由表4可见，相比于对比例1-2提供的稠油沥青质分散剂和市售稠油沥青质分散剂，本发明实施例1-9提供的稠油沥青质分散剂对馆陶原油的稳定性具有更为显著的改善效果，最高改善率高达60％以上。同时，由表4可见，仅加入吐温类表面活性剂，或仅加入醇溶剂，对馆陶原油稳定性的改善作用均不明显，本发明提供的稠油沥青质分散剂对馆陶原油稳定性的改善效果，是吐温类表面活性剂和醇溶剂协同作用的结果。
需要说明的是，本发明可以推迟原油的沥青质聚沉起始点，是对整体稠油进行改善，相比于其他将稠油中的沥青质和沉积物分离出来从而改善沥青质和沉积物的溶解度的方法来说，对稠油整体进行改善更难，要求更高。这是由于稠油胶体体系复杂，沥青质分散剂进入稠油中，会有其他组分与沥青质竞争吸附，因而，比直接将沥青质分散剂加入到沥青质沉积物中进行改善更加困难。然而，将沥青质分散剂加入到稠油中，对稠油胶体体系进行整体改善，更加符合原油在储层和运输中的真实存在状态，更具有应用价值。

Claims (5)

1.用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，其特征在于：由吐温类表面活性剂和醇溶剂混合而成，其中，所述吐温类表面活性剂与醇溶剂的质量比为1:(4～9)。
2.根据权利要求1所述的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，其特征在于：所述吐温类表面活性剂的侧碳链的碳原子数为12-18个，所述吐温类表面活性剂含有的聚氧乙烯链段数为5-26个。
3.根据权利要求1或2所述的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，其特征在于：所述吐温类表面活性剂选自Tween-20、Tween-40和Tween-60中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，其特征在于：所述醇溶剂的分子量为40～120g/mol。
5.根据权利要求1或4所述的用于改善稠油稳定性的稠油沥青质分散剂，其特征在于：所述醇溶剂选自异丙醇、正丁醇和叔戊醇中的任意一种。
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ZHENGFANG LI: "Effect of Tween 40 and Tween 60 on the Properties of a Cationic Slow-Set Emulsifier", 《TENSIDE SURFACTANTS DETERGENTS》 *
周迎梅: "沥青质分散剂对沥青质的稳定及缔合的影响", 《材料化学学报》 *
樊泽霞: "沥青质沉淀清除剂的研制及应用", 《特种油气藏》 *
王继乾: "双亲分子头部官能团对石油沥青质胶团分散性的影响I石油沥青质胶团尺寸", 《石油学报（石油加工）》 *

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