CN113817115A - 一种纳米蒙脱土基复合物及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种改性纳米蒙脱土及制备方法和新型渗透分散型稠油降粘剂及其制备方法与应用，所述纳米蒙脱土基复合物由改性纳米蒙脱土与降粘单体化合物共聚获得；所述改性纳米蒙脱土由长链基团插层在纳米蒙脱土的片层间获得；所述长链基团来自具有碳双键的季铵盐化合物。含有改性纳米蒙脱土的降粘剂可以有效解除其中网状立体缔合结构，从而使稠油粘度明显降低，纳米蒙脱土片层结构易吸附在油滴表面，阻止油滴聚并到一起，使稠油流动性更好。

Description

一种纳米蒙脱土基复合物及制备方法和应用
技术领域
本申请涉及一种纳米蒙脱土基复合物及制备方法和应用，属于石油化工材料技术领域。
背景技术
石油资源经过多年的开采与消耗，容易开采的石油资源越来越少，随着世界能源供应日趋紧张，如何更好的开发利用稠油等非常规油藏资源引起了各国的重视，他们在世界石油储量中占比高达70％以上。稠油也称作重质原油，一般统指在地质条件下粘度大于50mPa.s，或在油层温度下脱气原油粘度大于100mPa.s，密度高于0.92g/cm3的原油。稠油的形成通常与原油的运移及储存有关，通过在上述过程中发生稠变作用，其中轻质组分氧化、蒸发分馏等，最终导致原油变稠。稠油在我国油藏资源中也占有很大的比重，主要集中于海域、山区、沼泽、沙漠等地区，我国作为世界上最大的石油消费国之一，如何加快对国内稠油资源经济、合理的开发利用，不仅对石油工业具有重要意义，也可以缓解我国原油短缺的困境，还能带来巨大的社会效益，对我国进一步发展具有深远的战略意义。
稠油最主要的特点是粘度高、密度大、流动性差，要实现对稠油的顺利开采，首要任务就是降低其粘度，改善其流动性。目前国内外稠油开采技术主要包括常规加热降粘法，物理降粘法，化学降粘法以及生物降粘法。
现有稠油开采技术中，加热降粘法通过加热破坏沥青质、胶质等重质组分之间的作用力，使稠油中重质组分形成的网络结构被破坏，从而降低稠油粘度。但加热降粘法能耗高，实施过程热损耗大，经济成本高，难以大规范工业化应用。物理降粘法主要有注CO2采油和掺稀降粘采油，其中注CO2采油对油藏储层的物性要求较高，施工工艺复杂，井筒作业措施较多，存在设备、管线、井筒腐蚀，气源环保利用等问题；而掺稀降粘采油对稠油和稀油的品质有较大的影响，还存在稀油来源不足的风险，对外输管道，脱水设备等需求量较高。微生物降粘法对地层伤害小，绿色环保，但分离适合特定油藏环境下生长的微生物比较困难，如何减小和消除油层环境因素对微生物的影响也难以实现。化学降粘法主要是通过加入化学药剂使稠油粘度降低，主要有油溶性降粘剂和水溶性降粘剂，但油溶性降粘剂价格较高，使用量也大，降粘率不高，性价比不佳；传统的水溶性小分子表面活性剂类稠油降粘剂抗温、耐盐性差，在高温下容易失去乳化降粘性能，在高钙镁条件下容易沉淀失活，对于高沥青质、高胶质等稠油降粘率不佳。而纳米降粘剂是一种新型的降粘剂，它利用纳米粒子尺寸小，比表面积大，吸附性强等特点，在稠油降粘方面具有很大的应用前景。
发明内容
为了克服上述不足。本发明提供了一种新型纳米复合材料稠油降粘剂及其制备方法，本发明中提供的降粘剂可通过渗透分散作用将稠油分散成小油滴，从而大幅降低其粘度，室温下仍然保持良好的流动性，降粘过程脱水快且清澈，大大降低原油后期脱水时间及污水处理成本。本发明的设计思路是首先通过溶液插层反应在纳米蒙脱土片层间引入含有双键的长链基团对纳米蒙脱土进行预改性，再加入降粘单体和预改性的纳米蒙脱土进行混合，通过自由基聚合制备纳米蒙脱土复合材料。
本申请的一个方面，提供一种纳米蒙脱土基复合物，所述纳米蒙脱土基复合物由改性纳米蒙脱土与降粘单体化合物共聚获得；
所述改性纳米蒙脱土由长链基团插层在纳米蒙脱土的片层间获得；
所述长链基团来自具有碳双键的季铵盐化合物。
所述改性纳米蒙脱土与降粘单体化合物的质量比为1：5～1：15；
所述长链基团与纳米蒙脱土的质量比为2：1～4：1。
可选地，所述纳米蒙脱土选自钠基蒙脱土、钙基蒙脱土和镁基蒙脱土中至少一种；
可选地所述纳米蒙脱土的粒径≤100nm；
可选地，所述纳米蒙脱土粒径为50～100nm。
可选地，所述具有碳双键的季铵盐化合物含有C12-C16烷基链；
可选地，所述具有碳双键的季铵盐化合物选自十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵中的至少一种；
可选地，所述降粘单体化合物为含有碳双键的化合物；
可选地，所述降粘单体化合物含有磺酸基、酰胺基、酯基中的至少一种基团；
可选地，所述降粘单体化合物选自α-烯烃磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酸十八酯中的至少一种。
本申请的再一个方面，提供一种纳米蒙脱土基复合物的制备方法，所述方法包括：
(1)将含有纳米蒙脱土、具有碳双键的季铵盐化合物的混合溶液A，改性反应，得到预改性纳米蒙脱土；
(2)将降粘单体化合物加入含有预改性纳米蒙脱土的溶液B中混合均匀，除氧后，加入引发剂，共聚反应得到所述改性纳米蒙脱土。
可选地，步骤(1)的具体方法包括将纳米蒙脱土分散在水中，加入具有碳双键的季铵盐化合物混合均匀；反应结束后进行过滤、洗涤，滤饼烘干得到预改性纳米蒙脱土粉末。
可选地，步骤(1)中，所述溶液A中，溶剂包括水；
所述改性反应在50～70℃的温度下反应1～2h；
可选地，所述反应温度上限独立选自55℃、60℃、65℃、68℃、70℃，下限独立选自50℃、55℃、60℃、65℃、68℃；
可选地，反应时间上限可独立选自1.2h、1.5h、1.8h、2h；下限独立选自1h、1.2h、1.5h、1.8h。
所述混合溶液A中，纳米蒙脱土的质量分数为5～10％；
可选地，所述纳米蒙脱土的质量分数上限独立选自6％、7％、8％、9％、10％，下限独立选自5％、6％、7％、8％、9％。
可选地所述混合溶液A中，具有碳双键的季铵盐化合物的质量分数为10～20％。
可选地，所述具有碳双键的季铵盐化合物的质量分数上限独立选自12％、15％、16％、18％、20％，下限独立选自10％、12％、15％、16％、18％。
可选地，步骤(2)中，所述除氧的方式为通非活性气体20～30min；
可选地，所述通非活性气体的时间可独立选自20min、25min、30min；
可选地，所述共聚反应在60～80℃温度下反应2～4h；
可选地，所述反应温度上限独立选自65℃、70℃、75℃、80℃；下限可独立选自60℃、65℃、70℃、75℃；
所述反应时间上限独立选自2.5h、3h、3.5h、4h；下限可独立选自2h、2.5h、3h、3.5h。
所述非活性气体选自氮气、二氧化碳中至少一种。
所述溶液B中，预改性纳米蒙脱土的质量分数为1～5％，所述降粘单体化合物的质量分数为15～25％；
可选地，所述预改性纳米蒙脱土的质量分数上限独立选自2％、2.5％、3％、4％、5％，下限独立选自1％、2％、2.5％、3％、4％；
所述降粘单体化合物的质量分数上限可独立选自18％、20％、22％、24％、25％；所述降粘单体化合物的质量分数下限可独立选自15％、18％、20％、22％、24％。
所述引发剂的加入量为降粘单体化合物质量的0.1～0.5％；
可选地，所述引发剂的加入量上限独立选自为降粘单体化合物质量的0.2％、0.25％、0.3％、0.4％、0.5％，下限独立选自为降粘单体化合物质量的0.1％、0.2％、0.25％、0.3％、0.4％。
所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵中至少一种。
所述引发剂的加入速率为0.0015g/min～0.00625g/min。
作为其中一种实施方式，所述纳米蒙脱基复合物的制备方法包括：
(a)将纳米蒙脱土溶液和具有碳双键的季铵盐化合物溶液混合搅拌得到预改性纳米蒙脱土，
(b)降粘单体化合物加入预改性蒙脱土溶液中混合均匀，进行除氧，再加入引发剂反应得到纳米蒙脱基复合物。
可选地，步骤(a)中预改性蒙脱土的制备方法为：将纳米蒙脱土分散在水中，加入含有具有碳双键的季铵盐化合物混合均匀，在50～70℃的温度下反应1～2h得到预改性纳米蒙脱土溶液，反应结束后进行过滤、洗涤，滤饼烘干得到预改性纳米蒙脱土粉末；
步骤(b)中改性纳米蒙脱土复合材料的制备方法为：将预纳米蒙脱土粉末分散在水中，加入降粘单体化合物混合均匀，在60～80℃温度下，除氧，加入引发剂后反应2～4h得到纳米蒙脱土基复合物。
根据本申请又一个方面，提供一种稠油降粘剂，所述稠油降粘剂包括纳米蒙脱土基复合物、增溶剂和水；
所述纳米蒙脱土基复合物选自上述的纳米蒙脱土基复合物或上述的制备方法获得的纳米蒙脱土基复合物。
可选地，所述增溶剂选自月桂醇聚氧乙烯醚硫酸铵、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸酯胺、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9Na)中的至少一种；
所述稠油降粘剂中，改性纳米蒙脱土、增溶剂、水的重量份如下：
改性纳米蒙脱土20-30份；
增溶剂50-60份；
其余为水。
根据本申请另一个方面，提供一种上述的稠油降粘剂的制备方法，将所述改性纳米蒙脱土和增溶剂、水混合均匀，得到稠油降粘剂。
根据本申请又一个方面，提供一种稠油降粘剂在稠油降粘中的应用，所述稠油降粘剂选自上述的稠油降粘剂或根据上述的制备方法获得的稠油降粘剂；
所述稠油的粘度为637mPa·s～13800mPa·s；
所述降粘的效率为96.5％～99.3％。
所述稠油选自海上稠油或含蜡稠油，其中所述含蜡稠油中蜡含量为20％～30％。
本申请能产生的有益效果包括：
1、本发明选用已工业化生产的纳米蒙脱土为基材，通过常规化学反应，利用纳米蒙脱土高比表面积特性，在纳米蒙脱土片层间引入大量长链单体和降粘单体，只需较少的降粘剂就可使稠油降粘降粘效果显著，同时制备方法简单，易于工业化生产。
2、相比较现有降粘剂，本发明合成的纳米降粘剂保留纳米蒙脱土的耐温耐盐性，同时纳米蒙脱土片层间接枝的长直链结构，酯基或胺基等基团可以渗透稠油内部与稠油中胶质、沥青质等致粘因子形成强烈的氢健作用，有效解除其中网状立体缔合结构，从而使稠油粘度明显降低，纳米蒙脱土片层结构易吸附在油滴表面，阻止油滴聚幷到一起，使稠油流动性更好。
3、本发明中提供的降粘剂可通过渗透分散作用将稠油分散成小油滴，从而大幅降低其粘度，室温下任然保持良好的流动性，降粘过程脱水快且清澈，大大降低原油后期脱水时间及污水处理成本。
附图说明
图1为本申请测试例2中稠油降粘前显微镜图片。
图2为本申请测试例2中稠油降粘后显微镜图片。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，其中纳米蒙脱土购自浙江丰虹新材料有限公司，其余材料如无特别说明，则均通过商业途径购买。
实施例中的设备如下：粘度计为博勒飞DV2TLVTJ0；显微镜为徕卡DM2700M。
本申请的实施例中降粘率的计算公式如下：
降粘率＝[初始粘度-降粘后粘度]/初始粘度×100％。
实施例1
制备改性纳米蒙脱土，步骤如下：
步骤(1)称取5g钠基纳米蒙脱土(粒径为50nm)分散在100g水中，并进行磁力搅拌，得到浓度为5％纳米蒙脱土分散液；
步骤(2)称量10g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入步骤(1)制备的分散液中，磁力搅拌均匀，在50℃的温度下反应1h得到预改性纳米蒙脱土溶液。
步骤(3)将步骤(2)中混合液进行过滤、洗涤，滤饼烘干得到预改性纳米蒙脱土粉末；
步骤(4)称取步骤(3)中制备的预改性纳米蒙脱土粉末1g分散在100g水中。
步骤(5)称量15gα-烯烃磺酸钠加入步骤(4)制备的分散液中，磁力搅拌均匀，60℃温度下搅拌20min，一边搅拌一边在体系中充氮气除氧。
步骤(6)在5g水中加入引发剂过硫酸钾0.015g，溶解完成后滴加到步骤(5)分散液中，滴加时间10min，滴加完成后，再反应2h得到改性纳米蒙脱土复合材料。
实施例2
制备纳米复合材料稠油降粘剂，步骤如下：
将50g月桂醇聚氧乙烯醚硫酸铵、20g实施例1获得的改性纳米蒙脱土复合材料加入30g水溶液中，混合均匀，得到纳米复合材料稠油降粘剂。
实施例3
制备改性纳米蒙脱土，步骤如下：
步骤(1)称取8g钙基纳米蒙脱土(粒径80nm)分散在100g水中，并进行磁力搅拌，得到浓度为8％纳米蒙脱土分散液；
步骤(2)称量15g十八烷基二甲基烯丙基氯化铵加入步骤(1)制备的分散液中，磁力搅拌均匀，在60℃的温度下反应1.5h得到预改性纳米蒙脱土溶液。
步骤(3)将步骤(2)中混合液进行过滤、洗涤，滤饼烘干得到预改性纳米蒙脱土粉末；
步骤(4)称取步骤(3)中制备的预改性纳米蒙脱土粉末3g分散在100g水中。
步骤(5)称量20g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠加入步骤(4)制备的分散液中，磁力搅拌均匀，70℃温度下搅拌30min，一边搅拌一边在体系中充二氧化碳除氧。
步骤(6)在5g水中加入引发剂过硫酸钾0.04g，溶解完成后滴加到步骤(5)分散液中，滴加时间15min，滴加完成后，再反应3h得到改性纳米蒙脱土复合材料。
实施例4
制备纳米复合材料稠油降粘剂，步骤如下：
将55g十二烷基聚氧乙烯醚硫酸酯胺、25g实施例3获得的改性纳米蒙脱土复合材料加入20g水溶液中，混合均匀，得到纳米复合材料稠油降粘剂。
实施例5
制备改性纳米蒙脱土，步骤如下：
步骤(1)称取10g镁基纳米蒙脱土(粒径100nm)分散在100g水中，并进行磁力搅拌，得到浓度为10％纳米蒙脱土分散液；
步骤(2)称量20g十二烷基二甲基烯丙基氯化铵加入步骤(1)制备的分散液中，磁力搅拌均匀，在70℃的温度下反应2h得到预改性纳米蒙脱土溶液。
步骤(3)将步骤(2)中混合液进行过滤、洗涤，滤饼烘干得到预改性纳米蒙脱土粉末；
步骤(4)称取步骤(3)中制备的预改性纳米蒙脱土粉末5g分散在100g水中。
步骤(5)称量25g丙烯酸十八酯加入步骤(4)制备的分散液中，磁力搅拌均匀，70℃温度下搅拌30min，一边搅拌一边在体系中充氮气除氧。
步骤(6)在5g水中加入引发剂过硫酸铵0.125g，溶解完成后滴加到步骤(5)分散液中，滴加时间20min，滴加完成后，再反应4h得到改性纳米蒙脱土复合材料。
实施例6
制备纳米复合材料稠油降粘剂，步骤如下：
将60g脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠(AEC-9Na)、30g实施例5获得的改性纳米蒙脱土复合材料加入10g水溶液中，混合均匀，得到纳米复合材料稠油降粘剂。
测试例1
采用博勒飞DV2TLVTJ0粘度计测试实施例2、实施例4、实施例6中的纳米降粘剂对油田稠油的效果，稠油来源胜利海上稠油、闵20-6和孤岛油，温度为70℃，测试结果如下表所示：
表1
Figure BDA0003319761720000091
测试结果分析：从表中可以看出，本发明中纳米降粘剂对胜利海上稠油、闵20-6稠油和孤岛稠油都具有较好的降粘效果，降粘率都在95％以上。
测试例2
采用显微镜观察实施例6中海上稠油降粘前后稠油微观变化，测试结果见图1、图2，其中图1为海上稠油降粘前图片、图2为海上稠油降粘后图片，从图1、图2中可以看出：降粘前原油为连续分布状态，使用本发明中纳米降粘剂后，原油被分散成油滴，从而使原油粘度降低，流动性更好。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种纳米蒙脱土基复合物，其特征在于，
所述纳米蒙脱土基复合物由改性纳米蒙脱土与降粘单体化合物共聚获得；
所述改性纳米蒙脱土由长链基团插层在纳米蒙脱土的片层间获得；
所述长链基团来自具有碳双键的季铵盐化合物。
2.根据权利要求1所述的纳米蒙脱土基复合物，其特征在于，
所述纳米蒙脱土选自钠基蒙脱土、钙基蒙脱土和镁基蒙脱土中至少一种；
所述纳米蒙脱土粒径≤100nm；
优选地，所述纳米蒙脱土粒径为50～100nm。
3.根据权利要求1所述的纳米蒙脱土基复合物，其特征在于，
所述具有碳双键的季铵盐化合物含有C12-C16烷基链；
优选地，所述具有碳双键的季铵盐化合物选自十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵中的至少一种；
所述降粘单体化合物为含有碳双键的化合物；
优选地，所述降粘单体化合物含有磺酸基、酰胺基、酯基中的至少一种基团；
优选地，所述降粘单体化合物选自α-烯烃磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酸十八酯中的至少一种。
4.一种权利要求1～3任一项所述的纳米蒙脱土基复合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将含有纳米蒙脱土、具有碳双键的季铵盐化合物的混合溶液A，改性反应，得到预改性纳米蒙脱土；
(2)将降粘单体化合物加入含有预改性纳米蒙脱土的溶液B中混合，除氧后，加入引发剂，共聚反应得到所述改性纳米蒙脱土。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中，所述溶液A中，溶剂包括水；
所述改性反应在50～70℃的温度下反应1～2h；
所述混合溶液A中，纳米蒙脱土的质量分数为5～10％；
所述混合溶液A中，具有碳双键的季铵盐化合物的质量分数为10～20％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
步骤(2)中，所述除氧的方式为通非活性气体20～30min；
所述共聚反应在60～80℃温度下反应2～4h；所述非活性气体选自氮气、二氧化碳中至少一种；
所述溶液B中，预改性纳米蒙脱土的质量分数为1～5％，所述降粘单体化合物的质量分数为15～25％。
所述引发剂的加入量为降粘单体化合物质量的0.1～0.5％；
所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵中至少一种；
所述引发剂的加入速率为0.0015g/min～0.00625g/min。
7.一种稠油降粘剂，其特征在于，所述稠油降粘剂包括纳米蒙脱土基复合物、增溶剂和水；
所述改性纳米蒙脱土选自权利要求1～3任一项所述的纳米蒙脱土基复合物或权利要求4～6任一项所述的制备方法获得的纳米蒙脱土基复合物。
8.根据权利要求7所述的稠油降粘剂，其特征在于，
所述增溶剂选自月桂醇聚氧乙烯醚硫酸铵、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸酯胺、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠中的至少一种；
优选地，所述稠油降粘剂中，纳米蒙脱土基复合物、增溶剂、水的重量份如下：
纳米蒙脱土基复合物20～30份；
增溶剂50～60份；
其余为水。
9.一种权利要求7～8任一项所述的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于，将所述纳米蒙脱土基复合物和增溶剂、水混合，得到稠油降粘剂。
10.一种稠油降粘剂在稠油降粘中的应用，其特征在于，所述稠油降粘剂选自权利要求7～8任一项所述的稠油降粘剂或根据权利要求9所述的制备方法获得的的稠油降粘剂；
所述稠油的粘度为637mPa·s～13800mPa·s；
所述降粘的效率为96.5％～99.3％。
所述稠油选自海上稠油或含蜡稠油，其中所述含蜡稠油中蜡含量为20％-30％。
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