CN110643340B - 用于稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂及其制备方法 - Google Patents

用于稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种稠油开采过程中使用的化学剂，具体是一种用于稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂及其制备方法。该降粘洗油剂由甲苯二异氰酸酯与聚甲基硅氧烷反应生成中间体，随后再与聚氧乙烯醚反应生成。所述的甲苯二异氰酸酯、聚甲基硅氧烷和聚氧乙烯醚的摩尔比为1：0.4～0.5：1～1.2，优选为1:0.45:1.05。本发明的降粘洗油剂兼具高效洗油和乳化降粘的双重作用，在1000ppm浓度下可降低普通稠油和特稠油的粘度＞98％，静态洗油率＞50％；同时具有耐盐耐温性能强，适合稠油热采开发，耐盐达到100000mg/L以上，耐温达到320℃以上，完全能够满足常规热采稠油油藏现场应用条件。

Description

用于稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种稠油开采过程中使用的化学剂，具体是一种用于稠油热采中具有从岩石剥离原油并乳化降粘的降粘洗油剂。
背景技术
稠油在世界油气资源中占有较大的比例。据统计，世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为1000×108t。中国重油沥青资源分布广泛，已在12个盆地发现了70多个重质油田，预计中国重油沥青资源量可达300×108t以上。目前我国开采稠油的主要方法是蒸汽吞吐和蒸汽驱。蒸汽驱是目前在技术和经济上比较成功的稠油油藏方式转换开发技术之一。
但目前稠油蒸汽驱面临的主要问题是储层非均质性及各生产井工作制度上的差异性造成位于高渗透方向、高产量且注采井距小的生产井首先发生蒸汽突破现象，油藏热利用率和经济性均无法得到有效保障。强化热采助剂可以有效地降低稠油粘度、降低油水界面张力、增加储层能量、降低残余油饱和度，达到提高稠油油藏开发效果的目的。
目前报道的耐高温化学剂，如胜利油田获得规模推广的耐高温泡沫剂300℃、残余油条件下阻力因子大于20；研发的耐高温驱油剂300℃界面张力降到10-3级别的超低水平，现场实施中一般第一周期有明显的降水增油效果，重复实施第二、第三周期时，无明显效果，后续进一步提高采收率乏力。而目前化学剂多从降低稠油粘度或改善油藏波及系数出发，因此需要转变开发思路和理念，研发新型的药剂体系，提高热采稠油油藏后期的开发效果。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供一种用于稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂及其制备方法。该降粘洗油剂可耐温达到320℃以上，耐矿化度达到100000mg/L以上，普通稠油和特稠油的降粘率＞98％，静态洗油率＞50％，可完全满足稠油热采开发的要求。
本发明的目的之一公开了一种用于稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂，该降粘洗油剂由甲苯二异氰酸酯与聚甲基硅氧烷反应生成中间体，然后再与聚氧乙烯醚反应生成，其分子式如下：
Figure BDA0002232905390000021
其中：m＝7～12，优选为m＝9；
n＝4～8，优选为n＝6。
所述的甲苯二异氰酸酯、聚甲基硅氧烷和聚氧乙烯醚的摩尔比为1：0.4～0.5：1～1.2，优选为1:0.45:1.05。
本发明的另一个目的是提供上述降粘洗油剂的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将甲苯二异氰酸酯、聚甲基硅氧烷和溶剂水加入到带有温度计、回流冷凝管和搅拌器的四口烧瓶中，边搅拌边加热，搅拌速率为400～550rpm，加热温度为30～60℃，通入氮气，通气时间为3～7min，其次，将催化剂缓慢加入到四口烧瓶中，继续通入氮气，将四口烧瓶加热温度升至80～95℃，搅拌速率调节至500～600rpm，继续反应4～5h，随后降温至室温，得到中间体混合液。
(2)将聚氧乙烯醚加入到上述中间体混合液中，搅拌速率调节至500～600rpm，温度调节至75～90℃，混合均匀后，反应2～4h，降温至25～30℃，得到最终产物混合液。
(3)将上述最终产物混合液用旋转蒸发仪除去溶剂水，得到的粗产物用无水乙醇洗涤3～5次，除去未反应的反应物，随后放置在80～100℃的烘箱内恒温24～48h，得到橙黄色粘稠液体，即为降粘洗油剂。
优选地，所述的溶剂水用量为甲苯二异氰酸酯质量的7-12倍；所述的催化剂为月桂酸二丁基锡，用量为甲苯二异氰酸酯质量的0.5～1.5％；所述的无水乙醇用量为甲苯二异氰酸酯质量的3-6倍。
本发明的降粘洗油剂的制备方程式如下：
Figure BDA0002232905390000031
本发明的降粘洗油剂，属于有机硅类表面活性剂。其分子上的硅氧长链具有亲油性和岩石吸附性能，其硅原子既亲岩石又亲油，可插入到岩石和油膜之间，通过改变岩石表面的界面性质，剥离稠油油膜实现了高效的洗油功能；苯环的刚性结构可实现分子的耐高温性能；长碳链的亲水基团(聚乙醚链)可使亲水中心体积变大，减少表面活性剂在溶液表面单位面积上的吸附量，同时其柔韧性可包覆剥离下来的稠油，实现稠油乳化降粘；分子属于非离子型表面活性剂，可实现高抗盐性能。因此，降粘洗油剂通过改变原油与矿物之间的界面性质实现稠油剥离，通过改变原油与水之间的界面性质实现稠油乳化，最终实现高效洗油和乳化降粘性能。
本发明与现有技术相比具有的有益效果和优点：
(1)本发明的降粘洗油剂的原料来源广泛，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)本发明的降粘洗油剂兼具高效洗油和乳化降粘的双重作用，在1000ppm浓度下可降低普通稠油和特稠油的粘度＞98％，静态洗油率＞50％；
(3)本发明的降粘洗油剂的耐盐耐温性能强，适合稠油热采开发，耐盐达到100000mg/L以上，耐温达到320℃以上，完全能够满足常规热采稠油油藏现场应用条件。
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
(1)将1mol甲苯二异氰酸酯、0.4mol聚甲基硅氧烷(7)和1219.05g溶剂水加入到带有温度计、回流冷凝管和搅拌器的四口烧瓶中，边搅拌边加热，搅拌速率为400rpm，加热温度为30℃，通入氮气，通气时间为3min，其次，将0.88g催化剂月桂酸二丁基锡缓慢加入到四口烧瓶中，继续通入氮气，将四口烧瓶加热温度升至80℃，搅拌速率调节至500rpm，继续反应4h，随后降温至室温，得到中间体混合液。
(2)将1.0mol聚氧乙烯醚(4)加入到上述中间体混合液中，搅拌速率调节至500rpm，温度调节至75℃，混合均匀后，反应2h，降温至25℃，得到最终产物混合液。
(3)将上述最终产物混合液用旋转蒸发仪除去溶剂水，得到的粗产物用523g无水乙醇洗涤3次，除去未反应的反应物，随后放置在80℃的烘箱内恒温24h，得到橙黄色粘稠液体，即为降粘洗油剂D1，经测试D1最高耐盐达到120000mg/L，最高耐温达到335℃，产率为99.2％。
该降粘洗油剂的制备方程式如下：
Figure BDA0002232905390000051
实施例2
(1)将1mol甲苯二异氰酸酯、0.45mol聚甲基硅氧烷(9)和1741.5g溶剂水加入到带有温度计、回流冷凝管和搅拌器的四口烧瓶中，边搅拌边加热，搅拌速率为500rpm，加热温度为45℃，通入氮气，通气时间为5min，其次，将1.74g催化剂月桂酸二丁基锡缓慢加入到四口烧瓶中，继续通入氮气，将四口烧瓶加热温度升至85℃，搅拌速率调节至550rpm，继续反应5h，随后降温至室温，得到中间体混合液。
(2)将1.05mol聚氧乙烯醚(6)加入到上述中间体混合液中，搅拌速率调节至560rpm，温度调节至85℃，混合均匀后，反应3h，降温至28℃，得到最终产物混合液。
(3)将上述最终产物混合液用旋转蒸发仪除去溶剂水，得到的粗产物用870g无水乙醇洗涤4次，除去未反应的反应物，随后放置在92℃的烘箱内恒温35h，得到橙黄色粘稠液体，即为降粘洗油剂D2。经测试D2最高耐盐达到135000mg/L，最高耐温达到350℃，产率为99.7％。
该降粘洗油剂的制备方程式如下：
Figure BDA0002232905390000061
实施例3
(1)将1mol甲苯二异氰酸酯、0.5mol聚甲基硅氧烷(12)和2089.8g溶剂水加入到带有温度计、回流冷凝管和搅拌器的四口烧瓶中，边搅拌边加热，搅拌速率为550rpm，加热温度为60℃，通入氮气，通气时间为7min，其次，将2.08g催化剂月桂酸二丁基锡缓慢加入到四口烧瓶中，继续通入氮气，将四口烧瓶加热温度升至95℃，搅拌速率调节至600rpm，继续反应5h，随后降温至室温，得到中间体混合液。
(2)将1.2mol聚氧乙烯醚(8)加入到上述中间体混合液中，搅拌速率调节至600rpm，温度调节至90℃，混合均匀后，反应4h，降温至30℃，得到最终产物混合液。
(3)将上述最终产物混合液用旋转蒸发仪除去溶剂水，得到的粗产物用1044g无水乙醇洗涤5次，除去未反应的反应物，随后放置在100℃的烘箱内恒温48h，得到橙黄色粘稠液体，即为降粘洗油剂D3，经测试D3最高耐盐达到112000mg/L，最高耐温达到332℃，产率为99.3％。
该降粘洗油剂的制备方程式如下：
Figure BDA0002232905390000071
实施例4普通稠油降粘和静态洗油评价实验
分别取水溶性降粘洗油剂D1、D2、D3以及市售阴离子型降粘剂LAS(十二烷基苯磺酸钠)和市售耐温驱油剂PF-C4 1.0g，用矿化水(100000mg/L)分别配制1000g浓度为1000ppm的降粘剂溶液，分别搅拌1h后备用。
本实验用油为胜利油田现河某区块的油样M(地面脱气粘度8941mPa.s)，密度0.9564g/cm3，含水率26.6％，通过开展耐温前后降粘率，静态洗油等试验，确定不同降粘剂的降粘率和洗油率。
常温处理的降粘测试方法：以Brookfield DV-Ⅲ+粘度仪测定50℃时实验油样初始粘度μ0，取原油70g，放入100ml烧杯中，倒入30g上述配制的降粘剂溶液，恒温50℃加热30min，随后用搅拌器搅拌5min，搅拌速率为250rpm，放置在Brookfield DV-Ⅲ+粘度仪下测试乳状液粘度μ，降粘率按照式(1)计算：
Figure BDA0002232905390000072
式中：
f——降粘率，％；
μ0——50℃时原油初始粘度，mPa·s；
μ——降粘后原油粘度，mPa·s。
高温处理的降粘方法：将降粘剂放入高温密封容器中，放置320℃的烘箱中72h，取出备用，然后按照常温处理降粘率测试方法测试不同降粘剂的降粘率
静态洗油性能评价方法：以油样M为基础油样配制油砂，油砂比1:4，老化7天。其他操作步骤按照Q/SLCG 5370-1999中的5.8方法实验，不同温度处理的降粘及静态洗油率实验结果见表1。
表1不同降粘剂处理油样M的静态洗油和降粘率测试结果
Figure BDA0002232905390000081
实验测试结果表明：水溶性降粘洗油剂D1、D2、D3的在低温和高温处理后降粘率均大于98％；静态洗油率均高于50％，其综合性能明显优于市售非离子型降粘剂LAS(十二烷基苯磺酸钠)和市售耐温驱油剂PF-C4，因此，水溶性降粘洗油剂可满足热采稠油提高热效率需求。
实施例5特稠油降粘和静态洗油评价实验
分别取水溶性降粘洗油剂D1、D2、D3以及市售阴离子型降粘剂LAS(十二烷基苯磺酸钠)和市售耐温驱油剂PF-C4 1.0g，用矿化水(100000mg/L)分别配制1000g浓度为1000ppm的降粘剂溶液，分别搅拌1h后备用。
本实验用油为胜利油田现河某区块的油样N(地面脱气粘度16350mPa.s)，密度0.9864g/cm3，含水率22.9％，通过开展耐温前后降粘率，静态洗油等试验，确定不同降粘剂的降粘率和洗油率。
常温处理的降粘测试方法：以Brookfield DV-Ⅲ+粘度仪测定50℃时实验油样初始粘度μ0，取原油70g，放入100ml烧杯中，倒入30g上述配制的降粘剂溶液，恒温50℃加热30min，随后用搅拌器搅拌5min，搅拌速率为250rpm，放置在Brookfield DV-Ⅲ+粘度仪下测试乳状液粘度μ，降粘率按照式(1)计算。
高温处理的降粘方法：将降粘剂放入高温密封容器中，放置320℃的烘箱中72h，取出备用，然后按照常温处理降粘率测试方法测试不同降粘剂的降粘率
静态洗油性能评价方法：以油样N为基础油样配制油砂，油砂比1:4，老化7天。其他操作步骤按照Q/SLCG 5370-1999中的5.8方法实验，不同温度处理的降粘及静态洗油率实验结果见表2。
表2不同降粘剂处理油样N的静态洗油和降粘率测试结果
Figure BDA0002232905390000091
实验测试结果表明，对于特稠油油品，水溶性降粘洗油剂D1、D2、D3的在低温和高温处理后降粘率均大于99％；静态洗油率均高于50％，其综合性能明显优于市售非离子型降粘剂LAS(十二烷基苯磺酸钠)和市售耐温驱油剂PF-C4，因此，水溶性降粘洗油剂可满足热采稠油提高热效率需求。
综合上述实验数据，本发明的稠油热采的高效水溶性降粘洗油剂不仅适用于普通稠油油藏的热采，同时也适用于特稠油热采开发，其降粘率在高温处理后均在98％以上，静态洗油率均达到50％以上，能够满足稠油热采开发需求。

Claims (9)

1.一种用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将甲苯二异氰酸酯、聚氧乙烯醚和溶剂水加入到带有温度计、回流冷凝管和搅拌器的四口烧瓶中，边搅拌边加热，搅拌速率为300～400rpm，加热温度为30～60℃，通入氮气5-8min，将催化剂缓慢加入到四口烧瓶中，继续通入氮气，并将四口烧瓶加热温度升至70-90℃，搅拌速率调节至500-600rpm，反应4-7h后降温至室温，得到中间体混合液；
(2)将聚甲基硅氧烷加入到上述的中间体混合液中，搅拌速率调节至400～500rpm，温度调节至80～90℃，混合均匀后，反应2-5h，降温至30-35℃，得到最终产物混合液；
(3)将上述最终产物混合液用旋转蒸发仪除去溶剂水，得到的粗产物用无水乙醇洗涤3-5次，除去未反应的反应物，随后放置在80-100℃的烘箱内恒温24-48h，得到褐色粘稠液体，即为油水矿物界面改性剂。
2.根据权利要求1所述的用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的甲苯二异氰酸酯、聚氧乙烯醚和聚甲基硅氧烷的摩尔比为1：1～1.2：1～1.2。
3.根据权利要求2所述的用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的甲苯二异氰酸酯、聚氧乙烯醚和聚甲基硅氧烷的摩尔比为1:1.1:1.1。
4.根据权利要求1所述的用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的溶剂水用量为甲苯二异氰酸酯质量的5-10倍。
5.根据权利要求1所述的用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为月桂酸二丁基锡。
6.根据权利要求5所述的用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的月桂酸二丁基锡用量为甲苯二异氰酸酯质量的0.5～1.2％。
7.根据权利要求1所述的用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法，其特征在于，所述的无水乙醇用量为甲苯二异氰酸酯质量的2-5倍。
8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述用于稠油热采的油水矿物界面改性剂的制备方法制备得到的油水矿物界面改性剂，其特征在于，所述的油水矿物界面改性剂，其分子式如下：
Figure FDA0003158272070000021
其中：m＝9～20，n＝8～20。
9.根据权利要求8所述的油水矿物界面改性剂，其特征在于，所述的m＝12，n＝16。
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