CN109593519A - 一种用于火烧油层的催化降粘剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于火烧油层的催化降粘剂及其应用。该催化降粘剂的组成为：催化剂40％～60％，有机金属盐15％～25％，分散剂5％～10％，余量为高岭土；所述催化剂为过渡金属氧化物，所述有机金属盐为过渡金属的萘酸盐。本发明的用于火烧油层的催化降粘剂，包含多种金属催化中心的催化作用，其中催化剂与高岭土以协同催化降低稠油燃烧反应活化能的作用为主，有机金属盐与分散剂以协同催化降粘的作用为主。该催化降粘剂利用各金属的协同催化作用促使稠油重质组分中的杂原子发生脱除，加快稠油重质组分的裂解，显著降低稠油燃烧反应活化能，最终降低稠油火烧油层的点火温度、粘度以及驱动压差，提高稠油燃烧的稳定性和采收率。

Description

一种用于火烧油层的催化降粘剂及其应用
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，具体涉及一种用于火烧油层的催化降粘剂及其应用。
背景技术
稠油油藏开发技术以热采技术为主，包括注蒸汽热采技术和火烧油层开采技术两大类。注蒸汽热采主要利用高温蒸汽的热量加热油层使稠油降粘易于采出，火烧油层开采则主要通过注入空气(或氧气)采用人工点火的方式使油层在地下燃烧，加热油层而提高稠油采收率。注蒸汽热采技术存在水源紧缺、蒸汽热损失严重、开采成本高、采收率低的问题，近些年来，稠油催化降粘技术作为一项辅助稠油注蒸汽开采的前沿技术受到许多专家学者的关注。该技术将注蒸汽与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催化降粘剂的作用下实现轻度裂解，从而不可逆的降低稠油粘度，改善油品。目前，注蒸汽热采技术用催化降粘剂主要是以过渡金属为催化中心的有机类化合物。
授权公告号为CN102154000B的专利公开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，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为络合物的配位数。该催化降粘剂以天然的脂肪酸烷基酯为原料，经过氯磺酸磺化后再与过渡金属氧化物发生络合反应而成。授权公告号为CN102492411B的专利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，该催化降粘剂以天然脂肪醇与甲酸反应得到具供氢结构的烷基酯，再经过氯磺酸磺化后与铁粉或氧化铁粉发生络合反应而成。
由于某些稠油油藏油层薄、夹层多以及强水敏，不适合注蒸汽热采，而火烧油层开采技术具有适应范围广、气源充足、采收率高、成本低的优点，因此更适用于稠油油藏。过去几十年内，国内外油田开展了大量的火烧油层矿场试验，目前火烧油层开采过程中仍然存在稠油点火温度较高、燃烧稳定性差、粘度太大难以驱动的问题，最终导致很多矿场试验开发效果不理想。能否开发与火烧油层技术结合的催化降粘剂，从而提高稠油火烧油层技术的开发效果，具有重要的现实意义。
注蒸汽热采技术用催化降粘剂是通过对稠油的水热裂解催化反应，来改变稠油分子结构，降低稠油粘度。现有的这两种催化剂降粘剂在应用于稠油火烧油层一维燃烧管模拟实验时，对同种稠油火驱点火温度降低幅度分别为5℃和8℃，火驱后稠油降粘率分别从未加催化降粘剂的63％提高到了66％和69％，降粘率提高幅度很小，火驱后最终采收率提高幅度仅为0.2％和0.5％，辅助火烧油层开发效果并不明显。研究表明，火烧油层过程中燃烧带附近温度通常可以达到500℃以上，而注蒸汽热采用催化降粘剂的适用温度小于380℃，并不适用于火烧油层技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于火烧油层的催化降粘剂，从而解决现有火烧油层技术应用过程中存在的稠油点火温度较高、燃烧稳定性差、粘度太大难以驱动的问题。
本发明的第二个目的在于提供上述催化降粘剂在稠油火烧油层开采中的应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于火烧油层的催化降粘剂，由以下重量百分比的组分组成：催化剂40％～60％，有机金属盐15％～25％，分散剂5％～10％，余量为高岭土；所述催化剂为过渡金属氧化物，所述有机金属盐为过渡金属的萘酸盐。
本发明的用于火烧油层的催化降粘剂，包含多种金属催化中心的催化作用，其中催化剂与高岭土以协同催化降低稠油燃烧反应活化能的作用为主，有机金属盐与分散剂以协同催化降粘的作用为主。该催化降粘剂利用各金属的协同催化作用促使稠油重质组分中的杂原子发生脱除，加快稠油重质组分的裂解，显著降低稠油燃烧反应活化能，最终降低稠油火烧油层的点火温度、粘度以及驱动压差，提高稠油燃烧的稳定性和采收率。
所述催化剂为氧化铁、氧化铜、二氧化锰中的至少一种。
所述有机金属盐为萘酸铁、萘酸铜、萘酸镍中的至少一种。
所述分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠中的至少一种。
所述高岭土为硬质高岭土、软质高岭土、砂质高岭土中的至少一种。
将催化剂、有机金属盐、分散剂、高岭土按配比混合均匀，即得用于火烧油层的催化降粘剂。
上述催化降粘剂在稠油火烧油层开采中的应用。
按稠油质量的0.3％～0.5％加入催化降粘剂，火烧油层开采即可。
本发明的辅助稠油火烧油层开采的催化降粘剂，针对不同地区的稠油具备很强的适应性能，用量少，耐温性能优异，使用温度可以达到530℃以上，可以有效改善稠油火烧油层技术的开发效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例1
本实施例的用于火烧油层的催化降粘剂，由以下重量百分比的组分组成：二氧化锰50％，萘酸铁20％，十二烷基苯磺酸钠10％，硬质高岭土20％。
将50g二氧化锰、20g萘酸铁、10g十二烷基苯磺酸钠和20g硬质高岭土混合均匀，即得。
实施例2
本实施例的用于火烧油层的催化降粘剂，由以下重量百分比的组分组成：氧化铁60％，萘酸镍20％，烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠5％，软质高岭土15％。
将60g氧化铁、20g萘酸镍、5g烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠和15g软质高岭土混合均匀，即得。
实施例3～8
实施例3～8的用于火烧油层的催化降粘剂的组成如表1所示，相应制备方法可参考实施例1。
表1实施例3～8的催化降粘剂的配方组成
试验例 在稠油火烧油层开采中的应用
将实施例1的催化降粘剂、特稠油1#(50℃下粘度为33593mPa·s)和石英砂置于一维燃烧管，开展稠油火驱室内物理模拟实验，其中以稠油质量为基准，催化降粘剂的加入质量为0.4％。粘度检测采用美国Brookfield公司产的DV-Ⅲ+型可编程控制式流变仪，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。
经检测，与不加催化降粘剂的稠油一维燃烧实验相比，实施例1的催化降粘剂将稠油火驱点火温度由400℃降低到360℃，降低了40℃，稠油火线推进更加均匀，燃烧稳定性得到明显改善，火驱后降粘率从未加催化降粘剂的63％提高到85％，降粘率提高了22％，最终采收率提高了4.5％。
将实施例2的催化降粘剂、特稠油2#(50℃下粘度为17296mPa·s)和石英砂置于一维燃烧管，开展稠油火驱室内物理模拟实验，其中以稠油质量为基准，催化降粘剂的加入质量为0.4％。
经检测，与不加催化降粘剂的稠油一维燃烧实验相比，实施例2的催化降粘剂将稠油火驱点火温度降低32℃，由390℃降低到358℃，稠油火线推进更加均匀，燃烧稳定性得到明显改善，火驱后降粘率从未加催化降粘剂的62％提高到82％，降粘率提高了20％，最终采收率提高了3.6％。
按照上述方法检测实施例3～8的催化降粘剂对特稠油1#(50℃下粘度为33593mPa·s)的降粘效果，结果如表2所示，其中对比例1为授权公告号为CN102154000B的专利中实施例1所制备的水热裂解催化降粘剂，对比例2为授权公告号为CN102492411B的专利中实施例1所制备的水热裂解催化降粘剂。
表2不同催化降粘剂的效果对比
由表2的结果可知，本发明的用于火烧油层的催化降粘剂对相同稠油火驱点火温度降低幅度平均达到37.6℃，远高于对比例1和对比例2水热裂解催化降粘剂的5℃和8℃；火线推进分段速度更加均匀，燃烧稳定性要优于对比例1和对比例2水热裂解催化降粘剂；火驱后稠油降粘率平均提高了22％，高于对比例1和对比例2的3％和6％；火驱后最终采收率提高幅度平均为4.6％，远高于对比例1和对比例2水热裂解催化降粘剂的0.2％和0.5％。以上结果表明，蒸汽开采用水热裂解催化降粘剂并不适用于火烧油层技术，本发明制备的催化降粘剂具备优异的耐高温性能，可以有效改善稠油火烧油层的开发效果。

Claims (7)

1.一种用于火烧油层的催化降粘剂，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：催化剂40％～60％，有机金属盐15％～25％，分散剂5％～10％，余量为高岭土；所述催化剂为过渡金属氧化物，所述有机金属盐为过渡金属的萘酸盐。
2.如权利要求1所述的用于火烧油层的催化降粘剂，其特征在于，所述催化剂为氧化铁、氧化铜、二氧化锰中的至少一种。
3.如权利要求1所述的用于火烧油层的催化降粘剂，其特征在于，所述有机金属盐为萘酸铁、萘酸铜、萘酸镍中的至少一种。
4.如权利要求1所述的用于火烧油层的催化降粘剂，其特征在于，所述分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠中的至少一种。
5.如权利要求1所述的用于火烧油层的催化降粘剂，其特征在于，所述高岭土为硬质高岭土、软质高岭土、砂质高岭土中的至少一种。
6.一种如权利要求1所述的催化降粘剂在稠油火烧油层开采中的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，按稠油质量的0.3％～0.5％加入催化降粘剂，火烧油层开采即可。
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