CN109424344A - 一种活性分子协同改质降粘开采稠油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，该方法包括：注入蒸汽；注入相对于可采稠油质量0.05‑0.5％的活性分子；以可采稠油质量0.1‑1.0％的用量将催化剂段塞式注入地层或使催化剂随蒸汽伴注入地层；加热油层，使其温度为160‑240℃，焖井时间为2‑10天。本发明施工工艺简单，在现有的注蒸汽条件下即可进行现场操作，操作安全可靠，具有广泛的应用前景和推广价值，本发明使原来用注蒸汽难以开采稠油易于采出，且油气比显著提高，显著延长了开采周期，可获得较好的增油效果。
Description
技术领域
本发明属于稠油开采领域领域，更具体地，涉及一种活性分子协同改质降粘开采稠油的方法。
背景技术
稠油正成为21世纪最重要的能源，据相关专家估计，稠油比常规原油资源高十余倍。稠油资源分布广，几乎所有产油国都有发现，我国稠油资源量约有198.7亿吨，现已探明35.5亿吨。正在开采的油田中，稠油平均采收率不足20％，开发潜力巨大。
如今国内外已发展了若干稠油开采方法，已投入商业应用的工艺技术包括：蒸汽吞吐、蒸汽驱。正在开发应用的工艺技术包括：地下改质降粘技术、水平井技术、分枝井技术、蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)、适度出砂冷采技术、电磁加热技术、微生物技术、注溶剂萃取重油技术(VAPEX)、CO2技术、THAI火烧油层技术等。蒸汽吞吐和蒸汽驱是目前世界上采用最为普遍的开采方法，该方法虽然对普通稠油的开采效果很好，但对特超稠油的开采效果则十分有限。于是，受石油化工生产中催化裂解技术的启发，提出了稠油地下改质降粘方法：在注入蒸汽的同时，给予油层合适的催化剂及其它助剂，使稠油中的重质组分在水热条件下实现地下催化裂解，从而使其粘度降低而易于采出。
2014年10月第35届国际能源署提高石油采收率技术研讨会，与会专家认为，稠油地下改质降黏技术将成为稠油、超稠油绿色高效开发利用的主体技术。目前该技术在国内进行了相关的现场试验，结果表明：高价过渡金属离子水溶性催化剂，其特点是易注入地层，但与稠油的接触性较差，且生产时易被采出。油溶性过渡金属化合物催化剂，其特点是较难注入地层。现场催化剂难以与地下稠油充分接触，对于50℃粘度≥5×104mPa.s特超稠油作用效果较差。因此，针对50℃粘度≥5×104mPa.s特超稠油，如何增加催化剂与地下稠油的接触成为该技术广泛推广的关键。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中稠油品质低、炼厂费用高、稠油井采收率及利用效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，该方法包括以下步骤：
注入蒸汽；
注入相对于可采稠油质量0.05-0.5％的活性分子；
以可采稠油质量0.1-1.0％的用量将催化剂段塞式注入地层或使催化剂随蒸汽伴注入地层；
加热油层，使其温度为160-240℃，焖井时间为2-10天。
在注蒸汽开采稠油的过程中注入蒸汽，可实现预热油层的目的；注入相对于可采稠油质量0.05-0.5％的活性分子，其可剥离岩石表面的原油，增强储层的渗透性；以可采稠油质量0.1-1.0％的用量将催化剂段塞式注入地层或使催化剂随蒸汽伴注入地层，加热油层使其温度为160-240℃，焖井时间为2-10天这一步骤中，催化剂可促进稠油中重质组分沥青质、胶质水热裂解反应，重质组分含量减少，轻质组分含量增加，稠油降粘率可达90％以上，进而氢碳原子比增加，稠油品质得到一定程度的改善，且蒸汽开采周期延长。
本发明中，所述活性分子和催化剂优选以水溶液的形式添加，所述水的加入量与可采稠油的质量比为1：(0.25～4)。
优选的，活性分子的注入量为相对于可采稠油质量的0.05-0.3％。
优选的，催化剂的用量为相对于可采稠油质量的0.2-0.6％。
优选的，加热油层，使其温度为180-240℃，焖井时间为3-7天。
本发明中，所述活性分子为小分子表面活性剂或高分子降粘剂。
本发明中，所述小分子表面活性剂包括磺酸盐、聚乙烯醇和铵盐中的至少一种。
本发明中，所述高分子降粘剂为改性聚丙烯酰胺聚合物，所述改性聚丙烯酰胺聚合物的骨架上具有两亲性基团、刚性基团和高电荷密度基团中的至少一种。
本发明中，所述高分子降粘剂的合成过程包括：将AM水溶液与式1所示的功能单体混合；在惰性气体保护下，加入引发剂并进行反应，得到所述高分子降粘剂。所述反应的条件可以为本领域常规的聚合反应条件。所述引发剂也可以为本领域常规的用于聚合反应的引发剂。
具体地说，将一定量的AM加入三口烧瓶中，加水使AM完全溶解；将功能单体(如式1所示)加入溶解，调节反应液的pH值，加水至所需浓度，通氮气除去其中的氧气；在氮气保护下加入引发剂，再通氮气后封口；反应结束后将所得胶状物冷冻干燥，或用大量丙酮反复沉淀研碎制成粉末，真空、低温条件下放置待用。
本发明中，所述催化剂为含有钼、镍双金属中心的双核两亲型催化剂。
本发明中，所述双核两亲型催化剂的合成步骤包括：
(1)钼酸镍的制备：在惰性气体保护下以及搅拌加热的条件下，将钼酸钠溶液滴加到金属镍盐溶液中，恒温反应，经过滤、洗涤、真空干燥，得到钼酸镍；
(2)对苯二胺盐溶液的制备：在惰性气体保护下以及搅拌加热的条件下，将乙二胺溶液滴加到芳环酸中，恒温反应，得到铵盐产物；
(3)双金属双结构改质降粘催化剂的制备：将铵盐产物与钼酸镍、芳环酸混合，70-100℃恒温反应，经过滤、洗涤，得到所述双核两亲型催化剂。
具体地说，所述双核两亲型催化剂的合成步骤包括：
(1)钼酸镍的制备：将金属镍盐溶于去离子水中，滴加到反应釜中，通入高纯氮气，搅拌水浴加热；钼酸钠溶于去离子水中，缓慢滴加到金属镍盐溶液中，恒温反应，经过滤、蒸馏水洗涤真空中干燥，即得钼酸镍；
(2)对苯二胺盐溶液的制备：将芳环酸滴加到反应釜中，通入高纯氮气，搅拌水浴加热，乙二胺溶于去离子水中，缓慢滴加到芳环酸中，恒温反应，即得铵盐产物；
(3)双金属双结构改质降粘催化剂的制备：铵盐升温后加入钼酸镍产物及芳环酸，10-100℃恒温反应，经过滤、蒸馏水洗涤，即用于稠油地下改质降粘剂。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)新型活性分子体系，其在聚合物骨架上引入具有“两亲”基团、刚性基团或高电荷密度基团，可有效调节其分子亲水-疏水性及分子聚集行为，其剥离岩石表面的原油，增强了储层的渗透性，提升了后续催化降粘剂与稠油的接触。
(2)催化剂类型为双核两亲型催化剂，引入有机配体，其与稠油接触较好，渗透作用强；引入双亲配体，其与稠油接触较好，分散作用强，增强催化剂与稠油间的接触。引入双金属协同催化作用，因为不同的过渡金属中心具有各自不同的催化活性优势，对重质组分中杂原子的催化作用机理不同，表现出不同的催化活性，改善单一催化金属存在普适性差的问题。
(3)本发明施工工艺简单，在现有的注蒸汽条件下即可进行现场操作，操作安全可靠，具有广泛的应用前景和推广价值。
(4)本发明使原来用注蒸汽难以开采稠油易于采出，且油气比显著提高，显著延长了开采周期，可获得较好的增油效果。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例中采用的分析仪器为：RV DV-II型可编程旋转粘度仪(美国BROOKFIELD公司)
实施例1
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为CJC373-P38，50℃下粘度为56000mPa.s)。将0.05g高分子降粘剂与0.2g催化剂溶解在43g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应24h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到92.86％。
本实施例中高分子降粘剂的合成过程包括：
将AM水溶液与功能单体(如式1所示)混合；在氮气保护下，加入引发剂并进行反应，得到所述高分子降粘剂。
本实施例中催化剂的合成过程包括：
(1)钼酸镍的制备：在惰性气体保护下以及搅拌加热的条件下，将钼酸钠溶液滴加到金属镍盐溶液中，恒温反应，经过滤、洗涤、真空干燥，得到钼酸镍；
(2)对苯二胺盐溶液的制备：在惰性气体保护下以及搅拌加热的条件下，将乙二胺溶液滴加到芳环酸中，恒温反应，得到铵盐产物；
(3)双金属双结构改质降粘催化剂的制备：将铵盐产物与钼酸镍、芳环酸混合，95℃恒温反应，经过滤、洗涤，得到所述双核两亲型催化剂。
实施例2
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为CJC373-P38，50℃下粘度为56000mPa.s)。将0.1g高分子降粘剂与0.2g催化剂溶解在43g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应24h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到96.73％。
本实施例催化剂及高分子降粘剂的制备方法同实施例1。
实施例3
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为郑411-P35，50℃下粘度为115000mPa.s)。将0.05g十二烷基苯磺酸钠与0.5g催化剂溶解在43g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应24h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到93.12％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
实施例4
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为郑411-P35，50℃下粘度为115000mPa.s)。将0.2g十六烷基三甲基氯化铵与0.5g催化剂溶解在50g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应24h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到97.87％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
实施例5：
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为CN91-P13，50℃下粘度为341700mPa.s)。将0.05g十六烷基三甲基氯化铵与0.35g催化剂溶解在50g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应24h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到92.41％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
实施例6：
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为CN91-P13，50℃下粘度为341700mPa.s)。将0.2g十六烷基三甲基氯化铵与0.4g催化剂溶解在50g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应24h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到97.85％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
实施例7：
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为CJC373-P38，50℃下粘度为56000mPa.s)。将0.1g十六烷基三甲基溴化铵与0.5g催化剂溶解在100g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应36h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到97.23％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
实施例8：
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为郑411-P35，50℃下粘度为115000mPa.s)。将0.2g十六烷基三甲基溴化铵与0.5g催化剂溶解在75g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应36h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到98.22％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
实施例9：
将本发明方法应用于胜利油田超稠油(井号为CN91-P13，50℃下粘度为341700mPa.s)。将0.2g十六烷基三甲基溴化铵与0.4g催化剂溶解在75g水中，与100g稠油一并加入到500mL容量的反应釜中，通入高纯氮气除空气，在180℃下催化裂解反应36h，反应后稠油的粘度恢复到50℃降粘率达到98.56％。
本实施例催化剂的制备方法同实施例1。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
注入蒸汽；
注入相对于可采稠油质量0.05-0.5％的活性分子；
以可采稠油质量0.1-1.0％的用量将催化剂段塞式注入地层或使催化剂随蒸汽伴注入地层；
加热油层，使其温度为160-240℃，焖井时间为2-10天。
2.根据权利要求1所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述活性分子的注入量为相对于可采稠油质量的0.05-0.3％。
3.根据权利要求1所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述催化剂的用量为相对于可采稠油质量的0.2-0.6％。
4.根据权利要求1所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，加热油层，使其温度为180-240℃，焖井时间为3-7天。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述活性分子为小分子表面活性剂或高分子降粘剂。
6.根据权利要求5所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述小分子表面活性剂包括磺酸盐、聚乙烯醇和铵盐中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述高分子降粘剂为改性聚丙烯酰胺聚合物，所述改性聚丙烯酰胺聚合物的骨架上具有两亲性基团、刚性基团和高电荷密度基团中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述高分子降粘剂的合成过程包括：将AM水溶液与如式1所示的功能单体混合；在惰性气体保护下，加入引发剂并进行反应，得到所述高分子降粘剂。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述催化剂为含有钼、镍双金属中心的双核两亲型催化剂。
10.根据权利要求9所述的活性分子协同改质降粘开采稠油的方法，其中，所述双核两亲型催化剂的合成步骤包括：
(1)钼酸镍的制备：在惰性气体保护下以及搅拌加热的条件下，将钼酸钠溶液滴加到金属镍盐溶液中，恒温反应，经过滤、洗涤、真空干燥，得到钼酸镍；
(2)对苯二胺盐溶液的制备：在惰性气体保护下以及搅拌加热的条件下，将乙二胺溶液滴加到芳环酸中，恒温反应，得到铵盐产物；
(3)双金属双结构改质降粘催化剂的制备：将铵盐产物与钼酸镍、芳环酸混合，70-100℃恒温反应，经过滤、洗涤，得到所述双核两亲型催化剂。
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