CN114409858A

CN114409858A - 一种纳米降粘剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN114409858A
Application number: CN202111676375.6A
Authority: CN
Inventors: 陶震; 田玉芹; 吴文炜; 陈士勇; 马玉; 邓青春; 刘凌; 俞波; 王耀国
Original assignee: Ningbo Fengcheng Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Current assignee: Ningbo Fengcheng Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-29

Abstract

本申请公开了一种纳米降粘剂及其制备方法与应用，所述纳米降粘剂的制备方法包括将含有纳米模板剂、反应起始剂、接枝改性单体、引发剂的原料混合发生共聚反应，获得所述纳米降粘剂；所制备的纳米降粘剂无需提供外部搅拌动力，即可实现稠油与降粘剂的自发渗透分散和自发乳化性能，快速形成均一的油水乳液从而达到优异的降粘效果。

Description

一种纳米降粘剂及其制备方法与应用

技术领域

本申请涉及一种纳米降粘剂及其制备方法与应用，属于石油加工开采增产技术领域。

背景技术

稠油开采过程中的关键就是要对稠油进行降黏，以改善其流动性问题，通过降低普通稠油油藏原油黏度来提高其采收率就显得十分有必要。目前我国已开发的稠油资源大部分已进入开发瓶颈期，采收率低，经济效益差，而尚未动用的储量主要是以深层、薄层、强水敏、特/超稠、底边水活跃为特征的难采型稠油，油藏的开发难度越来越大。目前，最常用的稠油降黏技术主要有热采降黏、改质降黏、物理降黏、微生物降黏以及乳化降黏技术等。

蒸汽吞吐是热采降粘广泛使用的技术手段，先向油井中注入一定量的热蒸汽，随后进行一段时间的焖井，等蒸汽的热量扩散到油层之后，再开井生产的一种开采方法。蒸汽吞吐在我国稠油开采中应用十分广泛，我国大部分的稠油产量都是通过蒸汽吞吐开采获得的。

乳化降黏法由于降黏效果好、工艺简单、经济成本低廉的特点，成为目前广受研究学者欢迎的降黏方法。乳化降黏法是指将含有乳化剂的活性水注入稠油油层中，并通过一定的外力搅拌将稠油乳化，使其转变为连续相为水相的水包油(O/W)乳状液，从而显著降低稠油黏度和流动摩阻，有效提高其开采能力。

热采降粘虽然开采技术工艺简单、见效快，但以蒸汽吞吐为主的热采方法普遍存在注汽困难，井筒热损失大，井底干度低等问题，并且在多轮次吞吐后会出现井间汽窜、指进等问题，注入蒸汽的热效率低；对于油层厚度较小以及存在活跃边底水的油藏，油层厚度小会导致受热区域小，热采不经济；边底水油藏会出现水侵和水锥，影响开采效果，稠油热采技术在此类情况下的应用受到限制。

稠油化学冷采技术具备工艺流程简单、易于操作、生产周期长、能耗低等诸多优势，因此有必要大力发展稠油化学冷采技术，一方面稠油化学冷采技术可以与稠油热采技术形成优势互补，共同提高稠油油藏的采收率，另一方面稠油化学冷采技术有望成为稠油热采后的接替技术，具有广阔的应用前景。但目前的以乳化降粘为主的化学冷采技术受到化学剂性能和成本的限制，尚未得到大规模推广应用，其中化学冷采驱油体系对稠油油藏的针对性不强，适应性差。

发明内容

本发明针对传统化学冷采需要外部搅拌条件采可以分散乳化稠油的问题，从化学剂本身出发，意在通过分子和官能团设计，设计一款在不需要外力作用的条件下，降粘体系即可与稠油接触后可自发与稠油形成界面的快速渗透分散和快速乳化的水溶性降粘剂体系，最终在一定的作用时间内，即可实现油水的均一分散和乳化降粘。该降粘体系的发明可以实现广谱的适应性，针对不同粘度的稠油均可实现接触即乳化分散的功能特性。

根据本申请的一个方面，提供了一种纳米降粘剂的制备方法，所述制备方法包括将含有纳米模板剂、反应起始剂、接枝改性单体、引发剂的原料混合发生共聚反应，获得所述纳米降粘剂。

可选地，所述纳米模板剂选自氧化石墨烯纳米材料、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土中的一种或者几种；

可选地，所述反应起始剂选自醇类反应起始剂、胺类反应起始剂、酚类反应起始剂中的至少一种；

可选地，所述反应起始剂选自烯丙醇、十二醇、异构十三醇、十八醇、月桂酸、壬基酚、辛基酚、正己醇、异辛醇、乙二醇、丙二醇、新戊二醇、甲苯二胺、丙三醇、三羟基甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、乙二胺、丙二胺、木糖醇、二乙烯三胺、甘露醇、山梨醇、蔗糖中的一种或者几种；

可选地，所述接枝改性单体选自烷基酚聚氧乙烯醚、氯乙酸钠、蓖麻油酸聚氧乙烯醚、a-烯烃磺酸钠、丙烯酰胺、马来酸酐、丙烯酰胺衍生物、油酸钠、腐殖酸钠、氨基磺酸、环氧氯丙烷、十八酰氯、烯丙基环氧基聚醚、环氧丙磺酸钠中的一种或者几种；

可选地，所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、亚硫酸氢钠、叔丁基过氧化氢、焦亚硫酸钠中的一种或者几种。

可选地，所述原料中，以质量百分比计包括以下组分：

1％～5％纳米模板剂；

1％～5％反应起始剂；

10％～20％接枝改性单体；

0.05％～0.3％引发剂；

其余为水。

可选地，所述共聚反应温度为50℃～90℃；

可选地，所述共聚反应温度上限可独立选自60℃、70℃、80℃、90℃；下限可独立选自50℃、60℃、70℃、80℃；

可选地，所述共聚反应时间为2h～6h；

可选地，所述共聚反应时间上限可独立选自3h、4h、5h、6h；下限可独立选自2h、3h、4h、5h；

可选地，所述共聚反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为100rpm～300rpm。

可选地，所述搅拌速率上限可独立选自200rpm、300rpm；下限可独立选自100rpm、200rpm。

本申请的再一个方面，提供一种根据上述制备方法获得的纳米降粘剂。

可选地，所述纳米降粘剂的尺寸为50～200nm。

根据本申请的另一个方面，提供一种上述的纳米降粘剂或上述的制备方法制备获得的纳米降粘剂在稠油降黏上的应用。

可选地，所述稠油的粘度为100mPa·s～100000mPa·s。

可选地，所述纳米降粘剂的使用温度为30℃～150℃；

可选地，所述纳米降粘剂与稠油的体积比为3：7～1：9；

可选地，稠油的粘度为100mPa·s～1000mPa·s时，所述纳米降粘剂的降粘率>90％；

可选地，稠油的粘度为1000mPa·s～10000mPa·s时，所述纳米降粘剂的降粘率>95％；

可选地，稠油的粘度为10000mPa·s～100000mPa·s时，所述纳米降粘剂的降粘率>99％。

本申请能产生的有益效果包括：

1、区别与传统的乳化降粘体系，本发明的降粘体系无需外力，即可实现静态条件下的自发渗透分散和自发的乳化功能，进而实现稠油的乳化降粘性能；

2、相比于一般的乳化型降粘剂，本发明所提出的自渗透自乳化型降粘剂，用量更低，渗透乳化性能更强；

3、相比于一般的乳化型降粘剂，本发明所制备的自渗透自乳化型降粘剂在不同油藏条件下的适应性更强，具有广谱的适应性，适应稠油粘度在100mPa·s～100000mPa·s；

4、相比于一般的乳化型降粘剂，本发明所制备的自渗透自乳化型降粘剂无需提供外部搅拌动力，即可实现稠油与药剂的自发渗透分散和自发乳化性能，快速形成均一的油水乳液从而达到优异的降粘效果。

附图说明

图1为本申请测试例1中自渗透乳化状态；

图2为本申请测试例1中自渗透乳化后油水乳液流动状态；

图3为本申请测试例1中显微镜下油水乳化微观状态。

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。

本申请涉及的无剪切静态降粘率、抗聚并降粘率按下式(1)、式(2)计算：

式中：

f--降粘率；

μ₀--50℃下稠油粘度；

μ--加入样品溶液后稠油乳液的粘度，mPa·s；

f′--抗聚并降粘率；

μ₁--放置2h后油水乳液的粘度，mPa·s。

每个样品做两个平行样，取算术平均值为测定结果。每个测定值与算术平均值之差不大于1.0％，测试结果的数值修约依据GB/T 8170进行。

本申请的实施例中分析方法如下：

利用旋转粘度计进行粘度测量，旋转粘度计采用MARS流变仪或同类设备，0mPa·s～10⁵mPa·s，精度为±0.01mPa·s。

实施例中采用的脱水原油为50℃条件下，原油粘度100mPa·s～100000mPa·s，用于测定粘度的原油应先脱水，脱水采用高温脱水仪，加热脱水时，温度应低于120℃，样品最终含水率小于0.5％为合格。

地层水矿化度多变且对原油粘度有很大影响。在进行稠油冷采吞吐降粘剂评价时，为了实验结果具有可比性和重复性，无特殊要求时按表1制备试验室用模拟水。

表1模拟水离子组成

实施例1

将5g氧化石墨烯纳米材料、5g丙三醇、10ga-烯烃磺酸钠和5g丙烯酰胺、0.1g偶氮二异丁腈和75g水混合搅拌，搅拌速率为100rpm，在50℃下反应2h，获得纳米降粘剂1#。

实施例2

将5g纳米蒙脱土、5g季戊四醇、10g烯丙基环氧基聚醚、5g环氧氯丙烷和5g十八酰氯、0.15g过硫酸钾和0.15g亚硫酸氢钠和75g水混合搅拌，搅拌速率为200rpm，在70℃下反应3h，获得纳米降粘剂2#。

实施例3

将5g纳米二氧化硅、5g十八醇、10g油酸钠、5g蓖麻油酸聚氧乙烯醚、0.3g偶氮二异丁腈和75g水混合搅拌，搅拌速率为300rpm，在80℃下反应4h，获得纳米降粘剂3#。

实施例4

将2g氧化石墨烯纳米材料和3g纳米蒙脱土、3g三乙醇胺和2g二乙烯三胺、10g马来酸酐和5g环氧丙磺酸钠和5g烷基酚聚氧乙烯醚、0.5g过氧化苯甲酰和75g水混合搅拌，搅拌速率为300rpm，在80℃下反应4h，获得纳米降粘剂4#。

测试例1

对实施例1获得的纳米降粘剂1#进行降黏效果测试，具体步骤包括：

(1)选取稠油样本为江苏庄区块稠油A，稠油粘度为100mPa·s～1000mPa·s；将稠油A先脱水合格。

(2)将MARS流变仪的测量筒温度设置为50℃，恒温0.5h；

(3)将步骤(1)获得的脱水原油在50℃条件下的恒温水浴中，恒温静止1h，搅拌除去其中的气泡，将其倒入MARS流变仪的测量筒内的标志线处，测试步骤(1)获得的脱水原油在50℃条件下的粘度μ₀。

(4)将纳米降粘剂1#与模拟地层水混合、稀释，配制质量浓度为5％的液体样品溶液。

(5)称取21g(精确至0.1g)步骤(1)获得的脱水原油油样于烧杯中，加入9g(精确至0.1g)配制的步骤(4)配置的液体样品溶液，无需搅拌，放入50℃条件下的恒温水浴中，用橡皮筋和保鲜膜密封烧杯口，恒温静止8h，形成油水乳液。观察自渗透乳化现象，试验现象如图1～图3。

(6)将(5)中形成的油水乳液在6rpm条件下，用MARS流变仪测试油水乳液在50℃下的粘度μ。

(7)将步骤(6)中测过的油水乳液在50℃下放置2h，再次测定粘度μ₁。

通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表2。

自渗透乳化试验现象如图1～图3，从图中可以看出，从图1和图2可以看出，加入了合成的纳米降粘剂对稠油的分散效果良好，形成的油泡均匀细腻，也可以明显观察到稠油被分散，粘度降低明显；从图3可以看出，形成的细腻的油水乳液在显微镜下分析较为均匀，大部分油滴粒径＞20μm左右，无明显聚并现象。

测试例2

按照测试例1的步骤进行粘度测试，与测试例1的区别为，选取的稠油样本为孤岛东稠油B，稠油粘度1000mPa·s～5000mPa·s。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表2。

测试例3

按照测试例1的步骤进行粘度测试，与测试例1的区别为，选取的稠油样本为新疆风城稠油C，稠油粘度5000mPa·s～10000mPa·s。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表2。

测试例4

按照测试例1的步骤进行粘度测试，与测试例1的区别为，选取的稠油样本为新疆风城稠油D，稠油粘度10000mPa·s～100000mPa·s。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表2。

表2

测试例5～8

按照测试例1～4的步骤进行粘度测试，与测试例1～4的区别为，选取的纳米降粘剂为实施例2获得的纳米降粘剂2#。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表3。

表3

测试例9～12

按照测试例1～4的步骤进行粘度测试，与测试例1～4的区别为，选取的纳米降粘剂为实施例3获得的纳米降粘剂3#。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表4。

表4

测试例13～16

按照测试例1～4的步骤进行粘度测试，与测试例1～4的区别为，选取的纳米降粘剂为实施例4获得的纳米降粘剂4#。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表5。

表5

测试例17～20

按照测试例1～4的步骤进行粘度测试，与测试例1～4的区别为，选取的纳米降粘剂为某东部油田目前现场在用的稠油降粘剂0#。通过测试无剪切静态降粘效果和抗聚并性能，实验结果如表6。

表6

通过实施例1～4合成的稠油降粘剂1#～稠油降粘剂4#对不同稠油粘度的稠油的降粘效果与现场用稠油降粘剂0#的对比结果来看，实施例1～4合成的稠油降粘剂1#～稠油降粘剂4#在无剪切静态降粘效果和抗聚并性能具有明显的优势。

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

1.一种纳米降粘剂的制备方法，其特征在于，

将含有纳米模板剂、反应起始剂、接枝改性单体、引发剂的原料混合发生共聚反应，获得所述纳米降粘剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述纳米模板剂选自氧化石墨烯纳米材料、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土中的一种或者几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述反应起始剂选自醇类反应起始剂、胺类反应起始剂、酚类反应起始剂中的至少一种；

优选地，所述反应起始剂选自烯丙醇、十二醇、异构十三醇、十八醇、月桂酸、壬基酚、辛基酚、正己醇、异辛醇、乙二醇、丙二醇、新戊二醇、甲苯二胺、丙三醇、三羟基甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、乙二胺、丙二胺、木糖醇、二乙烯三胺、甘露醇、山梨醇、蔗糖中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述接枝改性单体选自烷基酚聚氧乙烯醚、氯乙酸钠、蓖麻油酸聚氧乙烯醚、a-烯烃磺酸钠、丙烯酰胺、马来酸酐、丙烯酰胺衍生物、油酸钠、腐殖酸钠、氨基磺酸、环氧氯丙烷、十八酰氯、烯丙基环氧基聚醚、环氧丙磺酸钠中的一种或者几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述引发剂选自过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、亚硫酸氢钠、叔丁基过氧化氢、焦亚硫酸钠中的一种或者几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述原料中，以质量百分比计包括以下组分：

1％～5％纳米模板剂；

1％～5％反应起始剂；

10％～20％接枝改性单体；

0.05％～0.3％引发剂；

其余为水。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

所述共聚反应温度为50℃～90℃；

所述共聚反应时间为2h～6h；

所述共聚反应在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为100rpm～300rpm。

8.一种权利要求1～7任一项所述制备方法获得的纳米降粘剂，其特征在于，

所述纳米降粘剂的粒径为50～200nm。

9.一种根据权利要求1～7任一项所述的制备方法制备获得的纳米降粘剂或权利要求8所述的纳米降粘剂在稠油降黏中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述稠油的粘度为100mPa·s～100000mPa·s；

所述纳米降粘剂与稠油的体积比为3：7～1：9；

所述的纳米降粘剂的使用温度为30℃～150℃；

优选地，稠油的粘度为100mPa·s～1000mPa·s时，所述纳米降粘剂的降粘率>90％；

优选地，稠油的粘度为1000mPa·s～10000mPa·s时，所述纳米降粘剂的降粘率>95％；

优选地，稠油的粘度为10000mPa·s～100000mPa·s时，所述纳米降粘剂的降粘率>99％。