CN113292977B - 一种稠油降黏剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种稠油降黏剂及其应用，属于稠油的降黏开采技术领域。该稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁5‑10wt％，氧化剂15‑30wt％，供氢剂1‑5wt％，磷酸5‑10wt％，乳化剂0.5‑1wt％，碱1‑1.5％，其余为溶剂，总计100％。本发明还包括上述稠油降黏剂在降解稠油中的应用。本发明提出的降黏剂实现了提高降黏率的同时，提高了重质组分转化为轻质组分的占比。
Description
技术领域
本发明涉及稠油的降黏开采技术领域，具体涉及一种稠油降黏剂及其应用。
背景技术
稠油黏度高、凝点高以及在地层中流动性差等特点,导致其难以采用常规方法进行有效开采。目前,稠油开采技术主要包括冷采技术、热采技术以及冷采与热采相结合的复合开采技。而在这些开采技术当中,以注蒸汽为主的热采技术应用最为广泛。
为了保证注空气采油过程中的安全性和提高采油过程的经济性,西南石油大学课题组于2002年提出了稠油油藏注空气低温催化氧化采油技术，该技术是在油藏条件下注气开采稠油的过程中，注入合适的催化剂，提高原油低温氧化速率，使耗氧增加并放热，同时形成烟道气或氮气辅助外注高干度蒸汽提高稠油采收率，有效提高地层能量、环境友好、成本低和热利用率高等特点。但是，稠油注空气低温催化氧化技术的安全性问题一直是学术界关注的焦点，尤其是生产井的安全，必须保证当空气突破时，采出气中O2的浓度低于爆炸的安全阈值(5％)。为此，目前趋势是将氧化源O2替换成有机过氧化氢化合物、H2O2、KIO4、NaIO4等，在加入或者不加入溶剂的条件下，辅以催化剂。但是，现有的稠油开采用催化氧化的催化剂及其降黏剂仍然存在催化降黏效率低，降黏后的稠油中重质组分含量仍然较高的问题。
目前常用的稠油注空气低温催化氧化催化剂如油溶性金属盐、纳米金属催化剂和双功能催化剂等，它们都不同程度存在催化效果低、易团聚、制备成本高等问题，解决该技术问题的关键在于获得合适的低温氧化降黏剂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种稠油降黏剂及其应用，解决现有技术中温度较低时降黏剂的降黏效果不佳的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁5-10wt％，氧化剂15-30wt％，供氢剂1-5wt％，磷酸5-10wt％，乳化剂0.5-1wt％，碱1-1.5％，其余为溶剂，总计100％。
进一步地，所述氧化剂为KIO4、NaIO4、KMnO4和叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
进一步地，所述供氢剂为甲醇、乙醇、四氢萘、甲酸、甲酰胺和甘油中的一种或者多种。
进一步地，所述乳化剂为吐温20和司班20中的一种或者两种。
进一步地，所述乳化剂为所述吐温20和所述司班20的混合物，所述吐温20和所述司班20的质量比为0.12-0.15:1。
本发明还提出一种上述稠油降黏剂在降解稠油中的应用。
进一步地，所述应用，包括将稠油降黏剂、稠油和水混合，之后在90～120℃下反应。
进一步地，所述稠油降黏剂的添加量为稠油质量的0.5～2.0％。
进一步地，所述水的添加量为所述稠油质量的20-30％。
进一步地，在90～120℃下反应6-24h。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：氮杂卡宾铁具有强的δ-给电子能力与铁催化中心稳定结合，具有更高的催化活性；氮杂卡宾铁具有π-π共轭能力能与稠油中的沥青质分子形成更稳定的分子间作用力，从而破坏缔合体中沥青质分子间的相互作用，达到抑制沥青质聚沉和清除沥青质聚集体的效果，而且氮杂卡宾铁可以携带铁离子催化中心分散渗透进入稠油重质组分的大分子缔合结构中，与其中的杂原子充分接触发生作用促使部分杂原子脱除，更好的发挥降黏剂的催化活性；在其他组分的协同作用下胶质发生加氧反应，氧和非烃类分子化学结合，氧化形成羧酸、亚砜、砜等，产生表面活性物质乳化稠油降低黏度，该降黏剂还可使部分芳香环侧链β位C-C建的断裂，生成小分子饱和烃类和芳香烃，而且稠油组分中烃类(饱和烃、芳烃)及非纯烃类(如胶质和沥青质)化合物在降黏剂的各组分的协同作用下自发进行低温氧化反应，烃类分子首先要被活化发生C-H键断裂生成自由基，然后烃分子自由基与活性氧原子结合，发生逐级氧化反应生成含氧化合物，包括醇、醛酮、羧酸等，使采出稠油的重组分(胶质和沥青质)含量降低，轻质组分(饱和烃和芳香烃)含量增加且平均分子质量减小，从而实现提高降黏率的同时，提高了重质组分转化为轻质组分的占比，降黏率可高达95.9％，重质组分裂解为轻质组分的占比可高达78.9％。
附图说明
图1是本发明氮杂卡宾铁的化学结构鉴定核磁共振氢谱图。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁5-10wt％，氧化剂15-30wt％，供氢剂1-5wt％，磷酸5-10wt％，乳化剂0.5-1wt％，碱1-1.5％，其余为溶剂，总计100％；所述氧化剂为KIO4、NaIO4、KMnO4和叔丁基过氧化氢中的一种或几种，所述供氢剂为甲醇、乙醇、四氢萘、甲酸、甲酰胺和甘油中的一种或者多种；所述乳化剂为吐温20和司班20中的一种或者两种；进一步地，所述乳化剂优选为所述吐温20和司班20的混合物，所述吐温20和所述司班20的质量比为0.12-0.15:1；所述碱为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种；所述溶剂为苯、甲苯、二甲苯、煤油和柴油中的一种或几种。
本发明提出的稠油降黏剂是通过各组分混合制得。
本具体实施方式还包括一种上述稠油降黏剂在降解稠油中的应用。
所述应用，包括将稠油降黏剂、稠油和水混合，之后在90～120℃下反应6-24h；所述稠油降黏剂的添加量为稠油质量的0.5～2.0％；所述水的添加量为所述稠油质量的20-30％。
本具体实施方式中的氮杂卡宾铁的结构式为：
氮杂卡宾铁由以下步骤制得：
将2,6二异丙基苯胺与40％乙二醛、甲酸加入第三有机溶剂无水乙醇中反应2d，过滤，用冷甲醇洗涤后得到所述二氮杂丁二烯；其中，所述2,6-二异丙基苯胺与所述乙二醛的摩尔比为2:1；二氮杂丁二烯的产率为89.2％；
将多聚甲醛、HCl(4M in dioxane)在30℃下搅拌12h，之后加入二氮杂丁二烯和和THF的混合物中，并在室温下继续搅拌反应4h，经过滤洗涤得到所述1,3-双(2,6-二异丙基-1-苯基)咪唑鎓氯化物；所述二氮杂丁二烯、所述多聚甲醛和所述HCl的摩尔比为1:1:1；1,3-双(2,6-二异丙基-1-苯基)咪唑鎓氯化物的产率为88.4％；
将1,3-双(2,6-二异丙基-1-苯基)咪唑鎓氯化物、叔丁醇钾按照摩尔比1:1混合加入第一有机溶剂THF中，室温下搅拌反应4h，经乙酸乙酯萃取、干燥、纯化得到所述游离氮杂环卡宾；游离氮杂卡宾的产率为66.7％；
将游离氮杂卡宾、无水FeCl3按照摩尔比为1:1加入第二有机溶剂THF中，室温搅拌30min后真空干燥、之后采用甲苯和戊烷的混合液过滤洗涤、之后采用THF和戊烷的混合液重结晶得到氮杂卡宾铁(NHC-Fe)，即[FeCl3(IPr)]，氮杂卡宾铁的产率为57.6％；图1中，所述氮杂卡宾铁[FeCl3(IPr)]1H NMR(C6D6):δ8.55(24H,CH3),1.51(4H，＝CH),0.46(8H,CHMe2),-2.20(8H,m-H),-2.89(24H,CH3),-3.68(4H,p-H).μeff(Evans,C6D6):7.4(1)Μb.μeff(Evans,C6D6):5.8(1)μB.Anal.Calcd for C27H36Cl3FeN2:C,58.88；H,6.59；N,5.09.Found:C,57.54；H,6.61；N,4.67。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁8wt％，氧化剂叔丁基过氧化氢15wt％，供氢剂甲醇3wt％，磷酸5wt％，乳化剂吐温20和司班20的混合物0.5wt％，碱氢氧化钠1wt％，其余为溶剂苯，总计100％；其中吐温20和司班20的质量比为0.12:1。
实施例2
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁10wt％，氧化剂KIO430 wt％，供氢剂乙醇5wt％，磷酸6wt％，乳化剂吐温20和司班20的混合物0.8wt％，碱氢氧化钠1.2wt％，其余为溶剂甲苯，总计100％；其中吐温20和司班20的质量比为0.15:1。
实施例3
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁5wt％，氧化剂KMnO420 wt％，供氢剂甲醇1wt％，磷酸10wt％，乳化剂吐温20 1wt％，碱氢氧化钠1wt％，其余为溶剂二甲苯，总计100％。
实施例4
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁7wt％，氧化剂NaIO425wt％，供氢剂四氢萘2wt％，磷酸6wt％，乳化剂司班20 0.6wt％，碱氢氧化钾1wt％，其余为溶剂煤油，总计100％。
下述应用例1-2中，测定反应物的黏度值，评价催化剂的催化性能。降黏率计算公式为Δη(％)＝((η0-η)/η0)×100％，η0和η分别指代反应前和反应后的油样黏度，黏度的单位为mPa·s。
应用例1
一种稠油降黏剂在降解稠油中的应用，包括将氮杂卡宾铁和实施例1-4制得的稠油降黏剂分别与开采自吐哈的稠油(50℃下，黏度为95650mPa·s)和水混合，之后在60℃下反应，记录反应6h、12h和24h的降黏率；所述稠油降黏剂的添加量为稠油质量的1.0％；所述水的添加量为所述稠油质量的20％，降黏结果如表1所示。
表1实施例1-4及氮杂卡宾铁不同时间下对稠油的降黏结果
从表1可以看出，在60℃下随着时间从6h延长至12h，实施例1-4的降黏剂对稠油的降黏率明显提高，降黏率高达91.5％，延长至24h，降黏效果提高不明显，而氮杂卡宾铁从6h延长至12h的降黏率几乎不发生改变；另外降黏24h后，实施例的重质组分裂解为轻质组分的占比可高达77.4％，而氮杂卡宾铁的重质组分裂解为轻质组分的占比只有32.4％。
应用例2
一种稠油降黏剂在降解稠油中的应用，包括将氮杂卡宾铁和实施例1-4制得的稠油降黏剂分别与开采自吐哈的稠油(50℃下，黏度为95650mPa·s)和水混合，之后在90℃或者120℃下反应12h；所述稠油降黏剂的添加量为稠油质量的1％；所述水的添加量为所述稠油质量的30％，降黏结果如表2所示。
表2实施例1-4及氮杂卡宾铁在不同温度下对稠油的降黏结果
从表2可以看出，随着温度的升高，实施例1-4的降黏率和裂解为轻质组分的占比有所提高，氮杂卡宾铁的降黏率在90℃明显提高，但氮杂卡宾铁降黏后的稠油的重质组分裂解为轻质组分的占比较低。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种稠油降黏剂，其特征在于，按照质量百分比计算，包括以下组分：氮杂卡宾铁5-10 wt％，氧化剂15-30 wt %，供氢剂1-5 wt％，磷酸5-10 wt %，乳化剂0.5-1 wt %，碱1-1.5%，其余为溶剂，总计100%；
其中，所述氮杂卡宾铁的结构式为：
2.根据权利要求1所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述氧化剂为KIO4、NaIO4、KMnO4和叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述供氢剂为甲醇、乙醇、四氢萘、甲酸、甲酰胺和甘油中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述乳化剂为吐温20和司班20中的一种或者两种。
5.根据权利要求4所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述乳化剂为所述吐温20和所述司班20的混合物，所述吐温20和所述司班20的质量比为0.12-0.15:1。
6.一种权利要求1-5任一项所述的稠油降黏剂在降解稠油中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括将稠油降黏剂、稠油和水混合，之后在90~120℃下反应。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述稠油降黏剂的添加量为稠油质量的0.5~2.0%。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述水的添加量为所述稠油质量的20-30%。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，在90~120℃下反应6-24 h。
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