CN113355075A - 一种稠油降黏剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种稠油降黏剂及其制备方法和应用，属于稠油降黏技术领域。该稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括：游离氮杂卡宾5‑10wt％，叔丁基过氧化氢15‑30wt％，供氢剂1‑5wt％，磷酸5‑10wt％，乳化剂0.5‑1wt％，其余为溶剂，总计100％。该制备方法，包括以下步骤：按照配比，将游离氮杂卡宾与溶剂混合，之后加入乳化剂和供氢剂继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。本发明还包括上述稠油降黏剂或者上述制备方法制备得到的稠油降黏剂在降解稠油中的应用。本发明提出的稠油降黏剂能够将降黏率提高至90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及稠油降黏技术领域，具体涉及一种稠油降黏剂及其制备方法和应用。
背景技术
稠油开采工艺主要有蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、电加热、火烧油层、催化水热裂解、出砂冷采、超临界萃取等。目前常用的开采方法包括稠油注空气低温催化氧化采油技术，但其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％)。该氧化源的安全问题，直接关系到这项技术在国内油田的推广及应用。
为此，研究者将氧化源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，对稠油进行了低温催化氧化的研究。结果表明，低温催化氧化过后，稠油的黏度和平均分子量有一定程度的降低。
稠油的氧化催化可增加产物中的饱和分，降低产物中胶质，催化氧化过程中酸性物质的生成和氧气的消耗、含水率降低容易导致稠油过度氧化而缩合生成沥青质，进而形成焦炭。
解决这一技术问题的关键在于寻找一种催化氧化效率高、油溶性强、普适性强、降黏效果好、制备工艺简单的用于稠油催化氧化的降黏剂。
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制备方法和应用，解决现有技术中稠油的降黏效率低的技术问题。
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及其制备方法和应用。
本发明提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括：游离氮杂卡宾5-10wt％，叔丁基过氧化氢15-30wt％，供氢剂1-5wt％，磷酸5-10wt％，乳化剂0.5-1wt％，其余为溶剂，总计100％。
进一步地，还包括脱金属剂1-5％。
进一步地，所述脱金属剂为磷酸盐。
进一步地，所述供氢剂为甲醇、乙醇和甲酸中的一种或多种。
进一步地，所述乳化剂为司盘60和司盘80中的一种或者两种。
进一步地，所述溶剂为苯和环己烷中的一种或者两种。
此外，本发明还提出一种上述稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，将游离氮杂卡宾与溶剂混合，之后加入乳化剂和供氢剂继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。
进一步地，所述游离氮杂卡宾由以下步骤制得：将1,3-双(2,6-二异丙基-1-苯基)咪唑鎓氯化物、叔丁醇钾和四氢呋喃混合，搅拌反应得到所述游离氮杂卡宾。
进一步地，在20-40℃下将所述游离氮杂卡宾与所述溶剂混合。
进一步地，本发明还提出一种上述稠油降黏剂或者上述制备方法制备得到的稠油降黏剂在降解稠油中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在降黏稠油的过程中，少量的乳化剂能够实现稠油的部分降解，析出稠油中络合的部分金属离子，进而金属离子与游离氮杂卡宾形成较稳定的碳-金属键并得到稳定的络合物，进而催化稠油中的偶联反应和烯烃复分解反应，反应的过程中释放出稠油中的金属离子，金属离子进一步与游离氮杂卡宾结合形成络合物，如此在其他组分叔丁基过氧化氢、供氢剂和磷酸的辅助下可持续降黏，提高稠油的降黏率，而且能够将稠油中的重质组分转化为轻质组分，降黏率高达90％以上。
附图说明
图1是本发明游离氮杂卡宾的化学结构鉴定核磁共振氢谱图。
具体实施方式
申请人之前通过游离氮杂卡宾制得了氮杂卡宾铁进行稠油降解，也采用了氮杂卡宾铁为催化剂配制成稠油降黏剂降解稠油，虽然氮杂卡宾铁具有较好的降黏效果，但由游离氮杂卡宾制得氮杂卡宾铁的过程较为复杂，申请人考虑到氮杂卡宾铁的主要作用在于金属铁离子与游离氮杂卡宾的官能团共同作用实现降黏，而稠油中本身含有金属离子，那么是否可以在降黏的过程中实现游离氮杂卡宾与稠油中的金属离子协同作用实现降黏呢，于是申请人进行了相关研究，研究发现确实可以通过游离氮杂卡宾与其他组分的配合实现稠油的有效降黏，相关技术方案如下：
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：游离氮杂卡宾5-10wt％，叔丁基过氧化氢15-30wt％，供氢剂1-5wt％，磷酸5-10wt％，乳化剂0.5-1wt％，其余为溶剂，总计100％。
为了进一步加快稠油中的金属离子的析出，进而提高游离氮杂卡宾与金属离子形成络合物的速度，在某些实施例中，稠油降黏剂还包括脱金属剂1-5％。
进一步地，所述脱金属剂为磷酸盐；进一步地，所述磷酸盐为三聚磷酸钠；所述供氢剂为甲醇、乙醇和甲酸中的一种或多种；所述乳化剂为司盘60和司盘80中的一种或者两种；所述溶剂为苯和环己烷中的一种或者两种。
本具体实施方式还包括上述稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在20-40℃下将游离氮杂卡宾与溶剂混合，之后加入乳化剂和供氢剂继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂；在某些实施例中，需要加入脱金属剂，则加入叔丁基过氧化氢、磷酸和脱金属剂继续混合得到所述稠油降黏剂。
进一步地，所述游离氮杂卡宾由以下步骤制得：将1,3-双(2,6-二异丙基-1-苯基)咪唑鎓氯化物、叔丁醇钾和四氢呋喃混合，搅拌反应得到所述游离氮杂卡宾。
本具体实施方式还包括一种上述稠油降黏剂或者上述制备方法制备得到的稠油降黏剂在降解稠油中的应用。
本具体实施方式中的游离氮杂卡宾由以下步骤制得：
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卡宾；游离氮杂卡宾的产率为66.7％；图1中，游离氮杂卡宾1H-NMR(400MHz,C6D6):d 1.13(d,J＝9.2Hz,12H,CH(CH3)2),1.23(d,J＝9.2Hz,12H,CH(CH3)2),2.91(sep,J＝9.2Hz,4H,CH(CH3)2),6.57(s,2H,NCH),7.11(m,4H,m-C6H3),7.22(m,2H,p-C6H3)。
游离氮杂卡宾的结构式如下：
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：游离氮杂卡宾5wt％，叔丁基过氧化氢30wt％，供氢剂甲醇5wt％，磷酸5wt％，乳化剂司盘60 0.5wt％，其余为溶剂苯，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在20℃下将游离氮杂卡宾与溶剂苯混合，之后加入乳化剂司盘60和供氢剂甲醇继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。
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：游离氮杂卡宾7wt％，叔丁基过氧化氢25wt％，供氢剂乙醇2wt％，磷酸6wt％，乳化剂司盘80 0.7wt％，其余为溶剂苯，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在30℃下将游离氮杂卡宾与溶剂苯混合，之后加入乳化剂司盘80和供氢剂乙醇继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。
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：游离氮杂卡宾8wt％，叔丁基过氧化氢20wt％，供氢剂甲酸3wt％，磷酸10wt％，乳化剂司盘60 1wt％，其余为溶剂环己烷，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在30℃下将游离氮杂卡宾与溶剂环己烷混合，之后加入乳化剂司盘60和供氢剂甲酸继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。
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：游离氮杂卡宾10wt％，叔丁基过氧化氢15wt％，供氢剂乙醇1wt％，磷酸8wt％，乳化剂司盘80 0.8wt％，其余为溶剂环己烷，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在40℃下将游离氮杂卡宾与溶剂环己烷混合，之后加入乳化剂司盘80和供氢剂乙醇继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。
实施例5
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括：游离氮杂卡宾5wt％，叔丁基过氧化氢30wt％，供氢剂甲醇5wt％，磷酸5wt％，乳化剂司盘60 0.5wt％，脱金属剂三聚磷酸钠3wt％，其余为溶剂苯，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在20℃下将游离氮杂卡宾与溶剂苯混合，之后加入乳化剂司盘60和供氢剂甲醇继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢、磷酸和脱金属剂三聚磷酸钠继续混合得到所述稠油降黏剂。
实施例6
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括：游离氮杂卡宾7wt％，叔丁基过氧化氢25wt％，供氢剂乙醇2wt％，磷酸6wt％，乳化剂司盘80 0.7wt％，脱金属剂三聚磷酸钠5wt％，其余为溶剂苯，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在30℃下将游离氮杂卡宾与溶剂苯混合，之后加入乳化剂司盘80和供氢剂乙醇继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢、磷酸和脱金属剂三聚磷酸钠继续混合得到所述稠油降黏剂。
实施例7
本实施例提出一种稠油降黏剂，按照质量百分比计算，包括：游离氮杂卡宾8wt％，叔丁基过氧化氢20wt％，供氢剂甲酸3wt％，磷酸10wt％，乳化剂司盘60 1wt％，脱金属剂三聚磷酸钠1wt％，其余为溶剂环己烷，总计100％。
本实施例中的稠油降黏剂的制备方法，包括以下步骤：按照配比，在30℃下将游离氮杂卡宾与溶剂环己烷混合，之后加入乳化剂司盘60和供氢剂甲酸继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢、磷酸和脱金属剂三聚磷酸钠继续混合得到所述稠油降黏剂。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：不含游离氮杂卡宾，其他组分和含量均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例5的区别在于：不含游离氮杂卡宾，其他组分和含量均与实施例5相同。
应用例
一种稠油降黏剂在降解稠油中的应用，包括将实施例1-7及对比例1-2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1-7及对比例1-2不同时间下对稠油的降黏结果
从表1可以看出，实施例1-4降黏6h，对稠油的降黏率不到50％，这可能是因为重金属离子析出较慢，导致稠油降黏也较慢，延长时间至12h，稠油降黏率在70％左右，延长降黏时间至24h，稠油降黏率可高达90％左右；我们可以看到实施例5-7降黏6h，对稠油的降黏率可高达60％以上，降黏12h对稠油的降黏率可高达90％以上，继续延长时间至24h，稠油的降黏率略有提高，可以看出通过添加脱金属剂提高了稠油的降黏速度。从对比例1的结果可以看出没有游离氮杂卡宾和脱金属剂的降黏组合物降黏24h的降黏率只有12.7％，从对比例2的结果可以看出不含游离氮杂卡宾，含脱金属剂的降黏组合物降黏24h的降黏率也只有21.9％，这也进一步说明了本发明提出的降黏剂是各组分的协同作用实现降黏率的提高。
另外从实施例1-7可以看出，从重质组分裂解为轻质组分的占比都较高，而对比例1-2中从重质组分裂解为轻质组分的占比都较低。
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：游离氮杂卡宾5-10wt％，叔丁基过氧化氢15-30wt％，供氢剂1-5wt％，磷酸5-10wt％，乳化剂0.5-1wt％，其余为溶剂，总计100％。
2.根据权利要求1所述的稠油降黏剂，其特征在于，还包括脱金属剂1-5％。
3.根据权利要求2所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述脱金属剂为磷酸盐。
4.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、乙醇和甲酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述乳化剂为司盘60和司盘80中的一种或者两种。
6.根据权利要求1所述的稠油降黏剂，其特征在于，所述溶剂为苯和环己烷中的一种或者两种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的稠油降黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配比，将游离氮杂卡宾与溶剂混合，之后加入乳化剂和供氢剂继续混合，之后加入叔丁基过氧化氢和磷酸继续混合得到所述稠油降黏剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述游离氮杂卡宾由以下步骤制得：将1,3-双(2,6-二异丙基-1-苯基)咪唑鎓氯化物、叔丁醇钾和四氢呋喃混合，搅拌反应得到所述游离氮杂卡宾。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在20-40℃下将所述游离氮杂卡宾与所述溶剂混合。
10.一种权利要求1-6任一项所述的稠油降黏剂或者权利要求7-9任一项所述的制备方法制备得到的稠油降黏剂在降解稠油中的应用。
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