CN111440604A

CN111440604A - 一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111440604A
Application number: CN202010166528.1A
Authority: CN
Inventors: 崔仕章; 宋新旺; 崔学章; 郭鑫; 徐丽君; 刘小芳
Original assignee: Deshi Energy Technology Group Co Ltd; Shandong Deshi Chemical Co Ltd
Current assignee: Deshi Energy Technology Group Co Ltd; Shandong Deshi Chemical Co Ltd
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2040-03-11
Also published as: CN111440604B

Abstract

本发明提供了一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，按质量百分比计，包括：40‑50wt％活性组分，15‑20wt％添加剂，5‑8wt％渗透剂，余量为去离子水；所述活性组分包括：质量比为(8‑10):(1‑3):(4‑6)的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯蓖麻油和脂肪酸‑胺复合物。本申请提供的自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，其各组分之间具有很好的复配性，在应用于高粘度、高地层水矿化度的稠油时，能够表现出显著的降粘性能，并且在降粘后还能表现出较好的自破乳效果，各组分之间还表现出了很好的协同作用。特别是当活性组分中A₂₁EO₁₁C‑Na、EL‑20和棕榈酸‑乙醇胺复合物的质量比为8：3：5时，其破乳性能达到最优。

Description

一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油田化学品技术领域，尤其涉及一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂及其制备方法和应用。

背景技术

稠油，一般是指粘度高、密度大、胶质和沥青质含量较高的重质原油。在世界范围内，稠油储量与普通原油相当，我国稠油占原油储量的30％左右，是一种重要的战略资源。由于稠油中胶质和沥青质含量高，粘度大，流动性差，造成开采难度大，采收率低。

高效抗盐驱油用表面活性剂是化学驱提高采收率的重要支撑。表面活性剂是化学驱的重要助剂，通过提高驱油效率大幅度提高原油采收率。在已经实施的优质资源化学驱中，针对油藏性质开发了重烷基苯磺酸盐和石油磺酸盐，引入了一批日化用表面活性剂进行增效，取得了显著的增油效果。但是，随着实施规模的不断扩大，化学驱进入了新的阶段，优质资源基本动用完毕，东部部分油藏和西部多数均属条件苛刻的高温高盐油藏，现有驱油材料的性能受到极大限制，无法进行推广。因此，针对高盐高矿化度的油藏开发高效驱油用表面活性剂是推广化学驱技术、保障国家能源安全的重要措施。

此外，稠油乳化降粘剂的研发现状之一是侧重于追求乳化降粘效果，而对后期破乳处理欠缺考虑，造成现有的稠油乳化降粘剂虽然大都能达到较高的稠油降粘率，却又面临后处理过程中破乳困难的问题。后处理破乳与稠油乳化降粘都是稠油资源利用中的重要环节，且后处理破乳紧随乳化降粘之后，两者是不可分割的有机整体，在稠油乳化降粘剂的研发制备过程中均应充分考虑，否则将不可避免地增加破乳剂研发成本，并带来大量不必要的能量消耗，使稠油资源的利用成本进一步提高。

现有技术中设计合成了一些新的聚合物，并探究了其耐温抗盐性以及破乳脱水效果，如CN106632839B提供的有机硅改性两亲聚合物型稠油降粘剂，CN107955592B提供的由丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和丙烯酸十八酯共聚得到的聚合物降粘剂。但新合成的聚合物尚处于实验室阶段，能否进行工业应用还需长时间的实验验证。

现有技术还通过对现有的表面活性剂复配，获得了一系列具有自破乳效果的降粘剂，如CN109294548A、CN108559470等，但由于各种表面活性剂之间复配性的差异，反而会降低自身的降粘效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，该驱油剂在粘度大且地层水矿化度高的稠油中能够表现出显著的降粘效果，并且在降粘后具有较好的自破乳效果。

一方面，本发明提供了一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，按质量百分比计，包括：40-50wt％活性组分，15-20wt％添加剂，5-8wt％渗透剂，余量为去离子水；所述活性组分包括：质量比为(8-10):(1-3):(4-6)的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯蓖麻油和脂肪酸-胺复合物。

进一步地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯蓖麻油和脂肪酸-胺复合物的质量比为8:3:5。

进一步地，所述脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐的结构式为：

RO(CH₂CH₂O)₁₁CH₂COOM，其中M为选自钠、钾、锂的金属离子，优选为Na，R为碳原子数为20-22的烷基。更优选的，R为C21的烷基，即采用具有如下结构式的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐：C₂₁H₄₃O(CH₂CH₂O)₁₁CH₂COONa。

在一种实施方式中，脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐通过以下方法合成获得：取干燥、清洁的500ml三口瓶，向三口瓶中依次加入烷基醇醚和催化剂；加热升温，将三口瓶内物料搅拌均匀；搅拌均匀后滴加碱溶液；滴加完成后60℃保温反应2h；冷却降温即得。

进一步地，所述聚氧乙烯蓖麻油中聚氧乙烯的聚合度为20-40。优选地，所述聚氧乙烯蓖麻油可以是EL-20或EL-40。其中，EL-20或EL-40中有效成分的含量大于99％，更优选EL-20。

进一步地，所述脂肪酸-胺复合物由脂肪酸和胺类以1:1的摩尔比复配形成。

在优选地实施方式中，所述脂肪酸-胺复合物的制备方法如下：于35℃下将脂肪酸与有机胺以1:1的摩尔比充分混合并搅拌均匀。由于脂肪酸与有机胺分别属于弱酸和弱碱，采用上述方法可以使得脂肪酸和有机胺通过氢键作用形成脂肪酸-胺复合物。

进一步地，所述脂肪酸选自月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、松香酸中的一种或多种，优选棕榈酸；所述胺类选自十二胺、十六胺、十八胺、乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种，优选乙醇胺。

进一步地，所述添加剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种，优选异丙醇；所述渗透剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯，优选的，辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯中氧乙烯的聚合度为5，即辛烷基酚聚氧乙烯(5)醚磷酸酯。

在一种实施方式中，上述稠油冷采驱油剂包括：

48wt％活性组分，17wt％添加剂，6wt％渗透剂，余量为去离子水，其中活性组分包括质量比为8:3:5的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯蓖麻油和脂肪酸-胺复合物。

优选地，上述稠油冷采驱油剂具体含有以下组分：48wt％活性组分，17wt％异丙醇，6wt％辛烷基酚聚氧乙烯(5)醚磷酸酯，余量为去离子水，其中活性组分包括：质量比为8:3:5的C₂₁H₄₃O(CH₂CH₂O)₁₁CH₂COONa、EL-20和棕榈酸-乙醇胺复合物。

另一方面，本发明还提供了一种制备上述自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂的方法，包括：将各原料按照所述比例加入到反应釜中，在50-70℃条件下搅拌1小时，冷却至常温即得。

另一方面，本发明还提供了上述自破乳抗盐稠油冷采驱油剂在稠油开采中的应用，其中该驱油剂可以应用于78℃下黏度为150000-20000mPa·s、地层水矿化度超过250000mg/L的稠油。

进一步地，所述稠油开采中的应用包括井筒降粘、油藏条件下或管道运输过程中的应用。

进一步地，上述驱油剂在应用时添加的质量分数为0.3％。

本发明能够带来如下有益效果：

本申请提供的自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，其各组分之间具有很好的复配性，在应用于高粘度、高地层水矿化度的稠油时，能够表现出显著的降粘性能，并且在降粘后还能表现出较好的自破乳效果。实验表明，本申请提供的驱油剂组合物作为驱替液使用时，降粘率和脱水率均好于各种表面活性组分单独使用时的效果，具有很好的协同作用。特别是当活性组分中A₂₁EO₁₁C-Na、EL-20和棕榈酸-乙醇胺复合物的质量比为8：3：5时，其降粘率高达99.65％，1小时破乳率高达97.60％，脱出水质清亮，油水界面齐，可作为高粘度、高地层水矿化度稠油的最佳驱替液。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如未特殊说明，以下实施例中的原料和试剂均为普通市售产品，纯度均为分析纯。其中，脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐通过以下方法自制合成获得：

S1，将二十一烷基醇和氢氧化钾于80℃左右投料，反复抽真空并充氮气三次，于温度120℃-130℃、压力0-0.1MPa下反应2-3h，期间分8次向反应器内投入环氧乙烷，反应结束后冷却降温，即得烷基醇醚中间体；

S2，取干燥、清洁的500ml三口瓶，向三口瓶中依次加入210g由步骤S1获得的烷基醇醚中间体和4.4g催化剂；加热升温，将三口瓶内物料搅拌均匀；搅拌均匀后滴加20.5g氢氧化钠溶液(10.5gNaOH溶于10g水)；滴加完成后60℃保温反应2h；冷却降温即得C₂₁H₄₃O(CH₂CH₂O)₁₁CH₂COONa，简写为A₂₁EO₁₁C-Na。

实施例1

将40g A₂₁EO₁₁C-Na，5g EL-10，17g异丙醇，6g辛基酚聚氧乙烯(5)醚磷酸酯，依次添加至搅拌反应釜中，再分次缓慢加入32g去离子水，在60℃条件下搅拌1小时，冷却至常温，制得100g驱油剂，外观为均匀的黄色液体，水溶性良好，固含量50％，pH为8。

实施例2-4

实施例2-4与实施例1的组成成分及制备方法大致相同，区别仅在于，采用的聚氧乙烯蓖麻油分别为EL-20、EL-40、EL-60，除此之外的其余组分及用量均相同。所得的驱油剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为49％-55％，pH为7-8。

实施例5-8

实施例5-8与实施例2的组分以及制备方法基本相同，均使用了17g异丙醇和6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，区别仅在于，活性组分的添加总质量以及活性组分中A₂₁EO₁₁C-Na和EL-20的质量比例不同，其中，实施例5-8添加活性组分的质量分别为40g、44g、48g和44g，余量均用去离子水补足100g。所得的驱油剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为50％-55％，pH为7-8。

对比例1-3

对比例1-3与实施例2的组分以及制备方法基本相同，均使用了17g异丙醇、6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯和33g去离子水，区别仅在于，对比例1-3使用的活性组分及质量分别为44g A₂₁EO₁₁C-Na、44g EL-20和44g A_12-18EO₉C-Na，其中，A_12-18EO₉C-Na为普通市售的工业常用脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐。

对实施例1-8以及对比例1-3获得的驱油剂进行性能测试。其中，用于性能测试的稠油为西部油田某区块原油，其原油密度大约1.0197g/cm³，78℃下的原油粘度大约18750mPa·s；地层水的总矿化度为253000mg/L，地层温度78℃。

采用如下方法测定降粘率：将上述驱油剂分别用地层水配制质量分数0.3％的驱替液，并将驱替液与原油按油水体积比7:3加入刻度试管中，在地层温度下密闭放置2h，取出后机械旋转使油水混匀得到稠油乳状液，用Physica MCR301流变仪测定稠油乳状液的粘度，剪切速率为60s^-1，并按下式计算降粘率：降粘率＝(稠油油样粘度-加入降粘剂后稠油乳状液的粘度)/稠油油样粘度。然后，再取100克最终油样的O/W型乳化液成品，放置于地层温度下1h，记录析出水的体积，计算脱水率。其中，各示例的活性组分质量比及性能测试结果见表1。

表1各示例活性组分质量比及性能测试

示例	活性组分质量比	降粘率(％)	脱水率(％)
				实施例1	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-10＝8:1	69.85	28.95
实施例2	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-20＝8:1	90.54	22.13
				实施例3	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-40＝8:1	81.93	30.67
实施例4	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-60＝8:1	75.69	21.24
				实施例5	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-20＝8:2	93.31	35.82
实施例6	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-20＝8:3	95.65	37.15
				实施例7	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-20＝8:4	88.27	34.32
实施例8	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na：EL-20＝3:8	72.15	20.79
				对比例1	A<sub>21</sub>EO<sub>11</sub>C-Na	65.72	8.50
对比例2	EL-20	48.63	18.39
				对比例3	A<sub>12-18</sub>EO<sub>9</sub>C-Na	53.26	20.49

由表1可知，在其余组分相同的情况下，采用不同的活性组分及质量比获得的驱油剂之间的降粘效果和脱水效果之间差异较大。其中，相较于对比例1-3，实施例提供的驱油剂作为驱替液时的降粘率均表现出更显著的优势，特别是实施例6，其降粘率高达95.65％。但各示例的脱水效果表现并不理想，脱水率最高为37.15％，因此向上述驱油剂中再加入一种组分，使其在降粘后能够显示出更好的自破乳效果。

本申请向上述驱油剂中再加入由脂肪酸和有机胺通过氢键作用形成的脂肪酸-胺复合物，其中，脂肪酸-胺复合物的制备方法如下：于35℃下将脂肪酸与有机胺以1:1的摩尔比充分混合并搅拌均匀。其中，脂肪酸可以是选自月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、松香酸中的一种或多种；胺类可以是选自十二胺、十六胺、十八胺、乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。最终用于添加的脂肪酸-胺复合物包括月桂酸-三乙醇胺、棕榈酸-乙醇胺、硬脂酸-十八胺、油酸-十二胺和松香酸-十六胺。

实施例9

将24g A₂₁EO₁₁C-Na，9g EL-20，15g月桂酸-三乙醇胺复合物，17g异丙醇，6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，依次添加至搅拌反应釜中，再分次缓慢加入29g去离子水，在60℃条件下搅拌1小时，冷却至常温，制得100g驱油剂，外观为均匀的黄色液体，水溶性良好，固含量53％，pH为8。

实施例10-18

实施例10-18与实施例9的组成成分及制备方法大致相同，区别仅在于，采用的脂肪酸-胺复合物分别为：棕榈酸-乙醇胺复合物、硬脂酸-十八胺复合物、油酸-十二胺复合物、油香酸-十六胺复合物、棕榈酸-三乙醇胺复合物、棕榈酸-十二胺复合物、棕榈酸-十八胺复合物、月桂酸-乙醇胺复合物和硬脂酸-乙醇胺复合物，除此之外的其余组分及用量均相同。最终各实施例获得的驱油剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为50％-55％，pH为7-8。

实施例19-20

实施例19-20与实施例10的组分以及制备方法基本相同，均使用了17g异丙醇和6g辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，区别仅在于，活性组分的添加总质量以及活性组分中质量比不同，其中，实施例19-20添加活性组分的总质量分别为42g和54g，余量均用水补足100g。所得的驱油剂外观均为均匀的黄色液体，固含量为53％，pH为7-8。

对实施例9-20获得的驱油剂参照上述方法进行降粘率和脱水率的测定，并设置对比例4(活性组分为48g的棕榈酸-乙醇胺复合物，其余组分及用量与实施例相同)，各示例活性组分配比及性能测试结果见表2。

表2各示例活性组分配比及性能测试

由表2可知，向前述驱油剂组合物的活性组分中添加适量脂肪酸-胺复合物，能够有效提高所得驱油剂的自破乳脱水效果，然而，在活性组分的总质量相差较小的情况下，添加不同的脂肪酸-胺复合物以及采用不同的质量配比，其获得的驱油剂之间的降粘效果和脱水效果之间差异较大。其中，各实施例提供的驱油剂作为驱替液时的降粘率和脱水率均好于三种活性组分单独使用时的效果，说明本申请提供的驱油剂组合物的各组分复配性好，并且具有很好的协同作用。特别是实施例10，在活性组分总质量相差不大的情况下，其降粘率高达99.65％，1小时破乳率高达97.60％，脱出水质清亮，油水界面齐，可作为上述驱油剂组合物中的最佳实施例，其中各组分及质量百分比为：24wt％A₂₁EO₁₁C-Na，9wt％EL-20，15wt％棕榈酸-乙醇胺复合物，17wt％异丙醇，6wt％辛基酚聚氧乙烯醚(5)磷酸酯，余量为去离子水。

综合上述可知，本申请提供的自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，其各组分之间具有很好的复配性，在应用于高粘度、高地层水矿化度的稠油时，能够表现出显著的降粘性能，并且在降粘后还能表现出较好的自破乳效果，各组分之间还表现出了很好的协同作用。特别是当活性组分中A₂₁EO₁₁C-Na、EL-20和棕榈酸-乙醇胺复合物的质量比为8：3：5时，其破乳性能达到最优。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂，其特征在于，按质量百分比计，包括：

40-50wt％活性组分，15-20wt％添加剂，5-8wt％渗透剂，余量为去离子水；所述活性组分包括：质量比为(8-10):(1-3):(4-6)的脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯蓖麻油和脂肪酸-胺复合物。

2.根据权利要求1所述的冷采驱油剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚氧乙烯蓖麻油和脂肪酸-胺复合物的质量比为8:3:5。

3.根据权利要求1所述的冷采驱油剂，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐的结构式为：RO(CH₂CH₂O)₁₁CH₂COOM，其中M为选自钠、钾、锂的金属离子，R为碳原子数为20-22的烷基。

4.根据权利要求1所述的冷采驱油剂，其特征在于，所述聚氧乙烯蓖麻油中聚氧乙烯的聚合度为20-40。

5.根据权利要求1所述的冷采驱油剂，其特征在于，所述脂肪酸-胺复合物由脂肪酸和胺类以1:1的摩尔比复配混合形成。

6.根据权利要求5所述的冷采驱油剂，其特征在于，所述脂肪酸选自月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、松香酸中的一种或多种，优选棕榈酸；所述胺类选自十二胺、十六胺、十八胺、乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种，优选乙醇胺。

7.根据权利要求1所述的冷采驱油剂，其特征在于，所述添加剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或多种，优选异丙醇；所述渗透剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯。

8.一种制备如权利要求1-7任一所述的自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂的方法，其特征在于，包括：将各原料按照所述比例加入到反应釜中，在50-70℃条件下搅拌1小时，冷却至常温即得。

9.如权利要求1-7任一所述的自破乳型抗盐稠油冷采驱油剂在稠油开采中的应用，其特征在于，应用于75℃下黏度为150000-20000mPa·s、地层水矿化度超过250000mg/L的稠油。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述稠油开采中的应用包括井筒降粘、油藏条件下或管道运输过程中的应用。