CN110950997B - 一种高分子稠油乳化降粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高分子稠油乳化降粘剂及其制备方法和应用，高分子稠油乳化降粘剂包括以下组分：丙烯酰胺、磺酸甜菜碱单体和衣康酸双长链酯单体；丙烯酰胺、磺酸甜菜碱单体和衣康酸双长链酯单体摩尔比为65～70:30～45:1～5。本发明的高分子稠油乳化降粘剂中含有季铵型阳离子结构，使得发泡能力较强，能够有效的乳化稠油，且制备方法流程简单易控制，副产物少，有效解决了降粘效果不佳、耐温抗盐性能较差和乳化效果不强等问题。

Description

一种高分子稠油乳化降粘剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于降粘剂及其制备技术领域，具体涉及一种高分子稠油乳化降粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
石油是当今时代不可或缺的重要资源，又有“黑色的金子”之称，不仅掌握着国家的命脉，还影响着国家的经济发展。现如今，石油与人们的生产、生活紧密联系在了一起。随着经济的飞速发展，国内人们的生活水平得到了极大的提高，对石油的需求日益增大，石油进口量目前位居全球第二，但能源安全问题急需解决。
我国油气资源丰富，是加拿大、美国、委内瑞拉后的第四大稠油生产国，现已探明石油储量约为50亿吨，其中稠油资源约为总储量的28％。我国的稠油资源主要分布在胜利、河南、辽河、新疆等油田，目前，大多数的稠油油藏仍处于未开采状态。稠油粘度高、密度大、胶质和沥青质含量高，渗流阻力大。我国稠油沥青质、金属含量相对较低，胶质含量高，稠油粘度偏高，稠油资源的开采和运输面临着巨大的困难。因此，降低稠油粘度、改善稠油流动性，提高稠油开采、运输效率是解决稠油问题的关键。
但国内外目前的稠油降粘技术常伴随能耗高、投资大、降粘效果不佳等问题。而现在常用的乳化降粘剂降粘率相对较低，降粘效果不佳，耐温抗盐性能较差，成本较高，且制备工艺复杂不易控制，副产物较多。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种高分子稠油乳化降粘剂及其制备方法和应用，高分子稠油乳化降粘剂中含有季铵型阳离子结构，使得发泡能力较强，能够有效的乳化稠油，且制备方法流程简单易控制，副产物少，有效解决了降粘效果不佳、耐温抗盐性能较差和乳化效果不强等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高分子稠油乳化降粘剂，包括以下组分：丙烯酰胺、磺酸甜菜碱单体和衣康酸双长链酯单体；
丙烯酰胺、磺酸甜菜碱单体和衣康酸双长链酯单体摩尔比为65～70:30～45:1～5。
上述高分子稠油乳化降粘剂的结构通式如下：
Figure BDA0002320018510000021
其中，R为C12H25、C14H29、C16H33或C18H37。
进一步，丙烯酰胺、衣康酸双长链酯单体和磺酸甜菜碱单体摩尔比为65:40:2。
进一步，衣康酸双长链酯单体链长为C12～C18。
上述高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将链长为C12～C18的长链醇溶于有机溶剂一中，然后加入1～2wt‰阻聚剂，在氮气保护条件下，滴加衣康酸，在90～100℃温度下反应4～6h，再依次经旋转蒸发、重结晶、真空干燥，得衣康酸双长链酯单体；其反应式如下：
Figure BDA0002320018510000022
(2)在氮气保护条件下，将丙磺酸内酯溶于有机溶剂二中，然后滴加在N，N-二甲基烯丙基胺中，在45～65℃温度下反应3～6h，再依次经旋转蒸发、重结晶、真空干燥，得磺酸甜菜碱单体；其反应式如下：
Figure BDA0002320018510000031
(3)将步骤(1)所得衣康酸双长链酯单体、步骤(2)所得磺酸甜菜碱单体和丙烯酰胺加入去离子水中，再加入与衣康酸双长链酯单体等摩尔质量的十二烷基硫酸钠，完全溶解后加入3～5wt‰的引发剂，在50～60℃温度下反应4～6h，丙酮洗涤4～6次，最后真空干燥，得高分子稠油乳化降粘剂。
进一步，衣康酸和长链醇摩尔比为1:2.2～2.8。
进一步，衣康酸和长链醇摩尔比为1:2.5。
进一步，N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1～1.5。
进一步，N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1.2。
进一步，有机溶剂一为石油醚，阻聚剂为对苯二酚，有机溶剂二为四氢呋喃，引发剂为亚硫酸氢钠或过硫酸铵。
进一步，长链醇为十二醇、十三醇、十四醇、十五醇、十六醇、十七醇或十八醇。
进一步，步骤(1)和(2)中，在80℃、300r/min条件下旋转蒸发，采用丙酮重结晶3～5次。
进一步，步骤(1)～(3)中，在40℃温度下真空干燥12h。
上述高分子稠油乳化降粘剂在稠油开发中的应用。
将高分子稠油乳化降粘剂用总矿化度0～15×104mg/L地层水配置为0.1～1wt％的活性水溶液，在100～130℃温度下放置0.5～3d不失效，再将其用于稠油降粘。
综上所述，本发明具备以下优点：
1、本发明的高分子稠油乳化降粘剂中含有季铵型阳离子结构，使得发泡能力较强，能够有效的乳化稠油，且制备方法流程简单易控制，能耗低，副产物少，产率高，制备成本较低，有效解决了降粘效果不佳、耐温抗盐性能较差和乳化效果不强等问题。
2、高分子稠油乳化降粘剂以丙烯酰胺为主链，整体水溶性能良好，结构中存在阴离子、阳离子等，进一步让整个高分子水溶性大大提高，阴、阳离子的存在，使高分子具有良好的耐温性能；两者同时存在，相互结合“抱团”，会让乳化剂在溶解注入时形成一层微弱的“保护膜”，对地层水中的Ca2+、Mg2+离子“敏感性”大大降低，调高了整体的抗盐性能；衣康酸双酯双疏水链的存在，加强了乳液的稳定性，同时因其结构的不对称性，使乳化剂分子活性大大加强，提高整体乳化能力；且溶解性能好，用量相对较小，降粘率高，适用于稠油开采。
3、将高分子稠油乳化降粘剂应用于稠油的降粘之中，配置成0.1～1wt％的活性水溶液，随着矿化度的不断增加，仍能对稠油有着良好的乳化降粘效果，低矿化度几乎无影响，在15万矿化度保持91％的降粘率，满足抗盐需求。
具体实施方式
实施例1
一种高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十二醇溶于石油醚中，然后加入1wt‰对苯二酚，在氮气保护条件下，滴加衣康酸，在95℃温度下反应4h，再依次经在80℃、300r/min条件下旋转蒸发，丙酮重结晶3次，40℃温度下真空干燥12h，得衣康酸双长链酯单体；衣康酸和十二醇摩尔比为1:2.2；
(2)在氮气保护条件下，将丙磺酸内酯溶于四氢呋喃中，然后滴加在N，N-二甲基烯丙基胺中，在45℃温度下反应4h，再依次经在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶3次、40℃温度下真空干燥12h，得磺酸甜菜碱单体；N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1；
(3)将步骤(1)所得衣康酸双长链酯单体、步骤(2)所得磺酸甜菜碱单体和丙烯酰胺按摩尔比65:34:1加入去离子水中，再加入与衣康酸双长链酯单体等摩尔质量的十二烷基硫酸钠，完全溶解后加入3wt‰的亚硫酸氢钠，在50℃温度下反应5h，丙酮洗涤5次，最后真空干燥12h，得高分子稠油乳化降粘剂。
实施例2
一种高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十四醇溶于石油醚中，然后加入1wt‰对苯二酚，在氮气保护条件下，滴加衣康酸，在95℃温度下反应5h，再依次经在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶4次、40℃温度下真空干燥12h，得衣康酸双长链酯单体；衣康酸和十四醇摩尔比为1:2.4；
(2)在氮气保护条件下，将丙磺酸内酯溶于四氢呋喃中，然后滴加在N，N-二甲基烯丙基胺中，在45℃温度下反应4h，再依次经在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶3次、40℃温度下真空干燥12h，得磺酸甜菜碱单体；N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1；
(3)将步骤(1)所得衣康酸双长链酯单体、步骤(2)所得磺酸甜菜碱单体和丙烯酰胺按摩尔比65:40:1加入去离子水中，再加入与衣康酸双长链酯单体等摩尔质量的十二烷基硫酸钠，完全溶解后加入3wt‰的亚硫酸氢钠，在50℃温度下反应5h，丙酮洗涤5次，最后真空干燥12h，得高分子稠油乳化降粘剂。
实施例3
一种高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十八醇溶于石油醚中，然后加入2wt‰对苯二酚，在氮气保护条件下，滴加衣康酸，在100℃温度下反应4h，再依次经在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶5次、40℃温度下真空干燥12h，得衣康酸双长链酯单体；衣康酸和十八醇摩尔比为1:2.5；
(2)在氮气保护条件下，将丙磺酸内酯溶于四氢呋喃中，然后滴加在N，N-二甲基烯丙基胺中，在55℃温度下反应3h，再依次经在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶5次、40℃温度下真空干燥12h，得磺酸甜菜碱单体；N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1.2；
(3)将步骤(1)所得衣康酸双长链酯单体、步骤(2)所得磺酸甜菜碱单体和丙烯酰胺按摩尔比65:40:2加入去离子水中，再加入与衣康酸双长链酯单体等摩尔质量的十二烷基硫酸钠，完全溶解后加入3wt‰的过硫酸铵，在50℃温度下反应5h，丙酮洗涤5次，最后真空干燥12h，得高分子稠油乳化降粘剂。
实施例4
一种高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十二醇溶于石油醚中，然后加入1wt‰对苯二酚，在氮气保护条件下，滴加衣康酸，在95℃温度下反应4h，再依次在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶3次、40℃温度下真空干燥12h，得衣康酸双长链酯单体；衣康酸和十二醇摩尔比为1:2.2；
(2)在氮气保护条件下，将丙磺酸内酯溶于四氢呋喃中，然后滴加在N，N-二甲基烯丙基胺中，在45℃温度下反应4h，再依次在80℃、300r/min条件下旋转蒸发、丙酮重结晶3次、40℃温度下真空干燥12h，得磺酸甜菜碱单体；N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1；
(3)将步骤(1)所得衣康酸双长链酯单体、步骤(2)所得磺酸甜菜碱单体和丙烯酰胺按摩尔比70:40:3加入去离子水中，再加入与衣康酸双长链酯单体等摩尔质量的十二烷基硫酸钠，完全溶解后加入3wt‰的过硫酸铵，在50℃温度下反应4～6h，丙酮洗涤5次，最后真空干燥12h，得高分子稠油乳化降粘剂。
将实施例2所得高分子稠油乳化降粘剂用总矿化度为0地层水配置为0.6wt％的活性水溶液，在100～130℃温度下放置0.5～3d不失效；然后将其与不同的稠油样品混合充分乳化后，测定其在50℃温度下的乳化降粘效果，并计算其降粘率，结果见表1。
表1对不同稠油样品的降粘效果
Figure BDA0002320018510000071
注：表1中数据是在油水体积比3:7，不含矿化度水条件下测得。
由表1可知，高分子稠油乳化降粘剂能很好乳化不同的稠油样品，具有良好的降粘效果，能达到稠油降粘的目的。
将实施例2所得高分子稠油乳化降粘剂用总矿化度0～15×104mg/L地层水配置为不同浓度的活性水溶液，在100～130℃温度下放置0.5～3d不失效；然后将其与稠油样品混合充分乳化后，测定其在50℃温度下的乳化降粘效果，并计算其降粘率，结果见表2。
表2不同浓度的活性水溶液对稠油的降粘效果
Figure BDA0002320018510000081
注：表2中数据是在油水体积比为3:7条件下测得的。
由表2可知，高分子乳化剂对稠油具有良好的乳化降粘效果，当浓度为0.6wt％时效果最好；当质量分数不高于0.6％时，随着添加量的增大，乳化降粘性能逐渐增强；当质量分数大于0.6％时，该高分子稠油乳化降粘剂乳化稠油能力已达到饱和，继续增大浓度对稠油乳化降粘性能不再增加。
将实施例2所得高分子稠油乳化降粘剂用不同矿化度地层水配置为0.6wt％浓度的活性水溶液，在100～130℃温度下放置3d不失效；然后将其与稠油样品混合充分乳化后，测定其在50℃温度下的乳化降粘效果，并计算其降粘率，结果见表3。
表3不同矿化度下的稠油降粘效果
Figure BDA0002320018510000082
Figure BDA0002320018510000091
注：表3中数据是在油水体积比为3:7条件下测得的。
由表3可知，随着矿化度的不断增加，高分子稠油乳化降粘剂仍能对稠油有着良好的乳化降粘效果，低矿化度几乎无影响，在15万矿化度保持91％的降粘率，满足抗盐需求。
综上所述，本发明的高分子稠油乳化降粘剂对不同的稠油以及不同矿化度下都能够起到较好的乳化降粘效果，且当浓度为0.6wt％时，乳化降粘效果最好。
虽然对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种高分子稠油乳化降粘剂，其特征在于，包括以下组分：丙烯酰胺、磺酸甜菜碱单体和衣康酸双长链酯单体；
所述丙烯酰胺、磺酸甜菜碱单体和衣康酸双长链酯单体摩尔比为65～70:30～45:1～5；所述衣康酸双长链酯单体链长为C12～C18。
2.如权利要求1所述的高分子稠油乳化降粘剂，其特征在于，所述丙烯酰胺、衣康酸双长链酯单体和磺酸甜菜碱单体摩尔比为65:40:2。
3.如权利要求1～2任一项所述的高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将链长为C12～C18的长链醇溶于有机溶剂一中，然后加入1～2wt‰阻聚剂，在氮气保护条件下，滴加衣康酸，在90～100℃温度下反应4～6h，再依次经旋转蒸发、重结晶、真空干燥，得衣康酸双长链酯单体；
(2)在氮气保护条件下，将丙磺酸内酯溶于有机溶剂二中，然后滴加在N，N-二甲基烯丙基胺中，在45～65℃温度下反应3～6h，再依次经旋转蒸发、重结晶、真空干燥，得磺酸甜菜碱单体；
(3)将步骤(1)所得衣康酸双长链酯单体、步骤(2)所得磺酸甜菜碱单体和丙烯酰胺加入去离子水中，再加入与衣康酸双长链酯单体等摩尔质量的十二烷基硫酸钠，完全溶解后加入3～5wt‰的引发剂，在50～60℃温度下反应4～6h，丙酮洗涤4～6次，最后真空干燥，得高分子稠油乳化降粘剂。
4.如权利要求3所述的高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，其特征在于，所述衣康酸和长链醇摩尔比为1:2.2～2.8。
5.如权利要求3所述的高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，其特征在于，所述N，N-二甲基烯丙基胺和丙磺酸内酯摩尔比为1:1～1.5。
6.如权利要求3所述的高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂一为石油醚，所述阻聚剂为对苯二酚，所述有机溶剂二为四氢呋喃，所述引发剂为亚硫酸氢钠或过硫酸铵。
7.如权利要求3所述的高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，在80℃、300r/min条件下旋转蒸发，采用丙酮重结晶3～5次。
8.如权利要求3所述的高分子稠油乳化降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)～(3)中，在40℃温度下真空干燥12h。
9.权利要求1～2任一项所述的高分子稠油乳化降粘剂在稠油开发中的应用。
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