CN114507312A - 一种驱油用界面改性降粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种驱油用界面改性降粘剂及其制备方法和应用。该降粘剂包含三元共聚物，所述三元共聚物含有下式所示的结构单元(Ⅰ)、结构单元(Ⅱ)和结构单元(Ⅲ)：其中，R1选自C2～C9的烷基；R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，m为0、1、2、3或4；n为0、1、2、3或4。本公开的制备方法包括在聚合反应条件下，使反应单体在有机溶剂中与引发剂和链转移剂接触反应。本公开提供的界面改性降粘剂应用于稠油冷采/油砂洗油领域，能有效降低稠油粘度，提高采收率。
Figure DDA0002748066980000011

Description

一种驱油用界面改性降粘剂及其制备方法和应用
技术领域
本公开涉及原油采收技术领域，具体涉及一种驱油用界面改性降粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济发展，全球石油需求量持续增加，至2030年，石油需求量将从目前的85,000,000桶/天增加至106,000,000桶/天。与此相对应的是稀油资源的不断开发消耗，剩余储量降低。为了满足油气资源需求，稠油开发逐渐成为重点研究对象。由于稠油粘度高，流度小，开采难度大，水驱一般仅能采出稠油原始储量的5％～10％。虽然热采技术广泛用于稠油开采，但热力开采后期蒸汽利用率低，油气比急速降低，经济成本增加，开采效果变差。因此，在热采后期，开发出合适的化学剂，提高稠油冷采采收率成为国内外油田工作者的重点研究内容。
目前稠油冷采过程中主要应用降粘剂降低稠油粘度的方法来提高稠油采收率，如CN101737025B公开了一种降低原油粘度的方法，采用催化氧化的方式对原油进行部分气化，降低分子质量从而降低原油粘度。CN106318357A公开了一种稠油乳化降粘剂，利用聚合物、表面活性剂与低级醇进行复配，对高金属含量的稠油进行乳化，降粘率达到75％以上。CN106520102A提供了一种降低稠油粘度的组合物，用于稠油降粘，该组合物主要成分为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂有机溶剂及水。CN108570315A公开了一种用咪唑和咪唑衍行物降低酸化稠油粘度的方法。此外，也有利用聚合物提高驱替液粘度，改善油水流度比的方法来提高稠油采收率，如CN109111367A与CN109135709A提出的降粘驱油剂聚合物体系，提高稠油驱油效率。
综上所述，现有技术中针对稠油提高采收率化学剂主要立足于乳化降粘，但是稠油组成差异性大，降粘剂与原油之间关系复杂，乳化降粘效果差异性大，部分稠油难以进行乳化降粘。另一方面现有降粘剂功能单一，粘附在地层岩石表面的原油难以洗脱，剩余稠油难以被驱出，稠油采收效果非常有限。
发明内容
本公开的目的是提供一种驱油用界面改性降粘剂及其制备方法和应用。该驱油用界面改性降粘剂能够有效降低稠油粘度，提高稠油采收率。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种驱油用界面改性降粘剂，该降粘剂包含三元共聚物，所述三元共聚物含有下式所示的结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)：
Figure BDA0002748066960000021
其中，R1选自C2～C9的烷基；R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，m为0、1、2、3或4；n为0、1、2、3或4。
可选地，在所述降粘剂中，所述结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)的摩尔比为(9～30):(10～70):(10～70)；优选为(10～20):(50～70):(20～40)。
可选地，所述三元共聚物包含如下式(1)和/或式(2)所示的结构：
Figure BDA0002748066960000031
其中，x、y、z均为大于等于1的整数，且x/(x+y+z)为10％～70％，优选为50％～70％；y/(x+y+z)为9％～30％，优选为10％～20％；z/(x+y+z)为10％～70％，优选为20％～40％；
Figure BDA0002748066960000032
其中，e、f、g均为大于等于1的整数，且g/(e+f+g)为10％～70％，优选为50％～70％；f/(e+f+g)为9％～30％，优选为10％～20％；e/(e+f+g)为10％～70％，优选为20％～40％。
可选地，R1选自C2～C6的烷基，R2至R10均为氢，m为0、1或2；n为0、1或2。
可选地，该降粘剂的重均分子量为2×105～5×105，优选为3×105～5×105。
本公开第二方面提供一种制备驱油用界面改性降粘剂的方法，该方法包括以下步骤：
在聚合反应条件下，使反应单体在有机溶剂中与引发剂和链转移剂接触反应；所述反应单体包括：具有结构式(Ⅳ)的第一单体、具有结构式(Ⅴ)的第二单体和具有结构式(Ⅵ)的第三单体：
Figure BDA0002748066960000041
其中，式(Ⅳ)至式(Ⅵ)中，R1为C2～C9的烷基中的一种，R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，M为Na或K；n为0、1、2、3或4；m为0、1、2、3或4。
可选地，所述第一单体选自对苯乙烯磺酸钠、间苯乙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钾和间苯乙烯磺酸钾中的一种或几种；
可选地，所述第二单体选自丙烯酰胺、氘代丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、丁烯酰胺中的一种或几种；
可选地，所述第三单体选自醋酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、壬酸乙烯酯、甲酸丙烯酯、乙酸丙烯酯、乙酸-3-丁烯酯、壬酸-2-丙烯酯、已酸乙烯酯中的一种或几种。
可选地，所述聚合反应条件包括：
惰性气氛下，反应温度为50～90℃，优选为60～70℃；
可选地，反应时间为2～10h，优选为4～5h；
可选地，所述惰性气氛选自氮气、氦气和氩气中的一种或几种。
可选地，所述反应单体中第一单体、第二单体和第三单体的用量摩尔比为1:(1～5):(1～5)；优选为1:(1～3):(1～2)。
可选地，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的至少一种；以所述反应单体总重量计，所述引发剂的加入重量浓度为0.5重量％～1.5重量％，优选为1.0重量％～1.5重量％；
可选地，所述链转移剂选自脂肪族硫醇中的至少一种，优选为十二烷基硫醇；以所述反应单体总质量计，所述链转移剂的加入浓度为0.1重量％～5.0重量％，优选为1.0重量％～3.0重量％；
可选地，所述有机溶剂为苯或苯取代物，优选为甲苯。
可选地，该方法还包括：
采用醇类溶剂对反应产物进行洗涤，干燥，得到固体产物；
可选地，所述醇类溶剂选自甲醇或乙醇中的一种或两种；
可选地，干燥温度为110～130℃，优选为115～125℃；
可选地，干燥时间为2～6h，优选3.5～4.5h；
可选地，所述固体产物为粉末状产物。
本公开第三方面提供一种采用以上任意一段所述的方法制备得到的驱油用界面改性降粘剂。
本公开第四方面提供以上任意一段所述的界面改性降粘剂在稠油冷采和/或油砂洗油中的应用。
可选地，所述稠油冷采的方法包括：将所述界面改性降粘剂与第一溶剂在10～40℃下配制成浓度为0.05重量％～0.5重量的驱替液；其中，所述第一溶剂为自来水、矿化度低于100000mg/L的模拟矿化水及油田采出水中的一种或几种。
可选地，所述油砂洗油的方法包括：将所述界面改性降粘剂与第二溶剂配制成浓度为0.05重量％～0.5重量％的洗油剂；其中，所述第二溶剂为自来水、矿化度低于100000mg/L的模拟矿化水、油田采出水中的一种或几种；
将所述洗油剂与油砂按照质量比4～10:1混合后置于密闭容器中，将所述密闭容器置于60℃～90℃下老化0.5h～168h；
老化结束后，转移出所述容器内的洗油液，用水淋洗所述容器内的油砂并收集淋洗液；合并所述洗油液与所述淋洗液得到含油混合液，采用萃取剂对所述含油混合液中的油进行萃取。
通过上述技术方案，本公开提供了一种驱油用界面改性降粘剂，该界面改性降粘剂可与吸附在岩石表面的油膜结合，促使油滴从岩石表面脱附，以使油润湿的岩石表面反转为水润湿表面；并且脱附的油滴进入含有界面改性降粘剂的驱替液体相中，脱附的油滴在界面改性降粘剂的作用下形成水外相的水包油乳状液，阻止其被岩石表面再次吸附；另外界面改性降粘剂还可以提高驱油剂的耐温性、耐盐性，同时增加了驱油剂的界面活性，使其能有效降低稠油粘度，最终实现高效洗油和乳化降粘作用，提高稠油采收率。
本公开提供的制备方法原料易得，制备工艺简单、安全，具有较高的反应产率(大于90％)；并且反应产物为固体，易于保存和运输，安全性较高。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为实施例3提供的驱油用界面改性降粘剂A3的红外光谱图。
图2为实施例3提供的驱油用界面改性降粘剂A3的拉曼光谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过常规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法、检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法、检测方法等。
本公开第一方面提供了一种驱油用界面改性降粘剂，该降粘剂包含三元共聚物，三元共聚物含有下式所示的结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)：
Figure BDA0002748066960000071
其中，R1选自C2～C9的烷基；R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，m为0、1、2、3或4；n为0、1、2、3或4。
本公开提供了一种驱油用界面改性降粘剂，该界面改性降粘剂可与吸附在岩石表面的油膜结合，促使油滴从岩石表面脱附，以使油润湿的岩石表面反转为水润湿表面；并且脱附的油滴进入含有界面改性降粘剂的驱替液体相中，脱附的油滴在界面改性降粘剂的作用下形成水外相的水包油乳状液，阻止其被岩石表面再次吸附；另外界面改性降粘剂还可以提高驱油剂的耐温性、耐盐性，同时增加了驱油剂的界面活性，使其能有效降低稠油粘度，最终实现高效洗油和乳化降粘作用，提高稠油采收率。
在本公开中，结构单元是指聚合物中化学组成和结构均可重复出现的重复单元。本公开的三元共聚物可以为无规共聚物、交替共聚物和嵌段共聚物中的一种或几种，不作具体限定。
在一种实施方式中，本公开提供的界面改性降粘剂中，结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)的摩尔比为(9～30):(10～70):(10～70)；优选为(10～20):(50～70):(20～40)。本公开对此不作特别限定，可以根据实际使用情况对三种结构单元的摩尔比进行调整。
在一种实施方式中，三元共聚物包含如下式(1)和/或式(2)所示的结构：
Figure BDA0002748066960000081
其中，x、y、z均为大于等于1的整数，且x/(x+y+z)为10％～70％，优选为50％～70％；y/(x+y+z)为9％～30％，优选为10％～20％；z/(x+y+z)为10％～70％，优选为20％～40％；
Figure BDA0002748066960000082
其中，e、f、g均为大于等于1的整数，且g/(e+f+g)为10％～70％，优选为50％～70％；f/(e+f+g)为9％～30％，优选为10％～20％；e/(e+f+g)为10％～70％，优选为20％～40％。式(1)和式(2)仅为本公开的三元共聚物的示例性分子结构，但本公开的三元共聚物的分子结构式并不只限于上式(1)或式(2)。
通过上式可以看出，本公开提供的三元共聚物分子结构中包括结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)，并且在结构单元(Ⅰ)聚合片段的两侧分别连接结构单元(II)的聚合片段和结构单元(III)的聚合片段，使得本公开提供的界面改性降粘剂同时具有亲水性和亲油性，实现在使用过程中对稠油的降粘效果。
在一种实施方式中，本公开提供的界面改性降粘剂为固体，包括粉末或颗粒，优选为粉末状固体。
在一种实施方式中，在界面改性降粘剂中，结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)的结构式的取代基可以为：
R1选自C2～C6的烷基，R2至R10均为氢，m为0、1或2；n为0、1或2。
在一种具体实施方式中，以R1为乙基，R2至R10均为氢，m和n均为1为例，本公开界面改性降粘剂中三元共聚物包含的结构单元分别为：
Figure BDA0002748066960000091
在一种具体实施方式中，本公开提供的界面改性降粘剂为一种混合物，其中还包含降粘助剂。本公开将三元共聚物与其他降粘助剂组合起来共同作为界面改性降粘剂来使用，相较于单独使用三元共聚物效果更好，具有协同应用效果。
在一种进一步的实施方式中，降粘助剂包含二元共聚物和/或均聚物，其中，二元共聚物含有结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)中的两者，均聚物含有结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)或结构单元(III)。本公开对此不作特别限定。
在一种实施方式中，界面改性降粘剂中三元共聚物与降粘助剂的重量比为(80～90):(10～15)。本公开对此不作特别限定，本领域技术人员可以进行适应性调整，以使界面改性降粘剂具有较好的协同降粘效果。
在一种实施方式中，本公开提供的界面改性降粘剂的重均分子量为2×105～5×105，优选为3×105～5×105。本公开对此不作特别限定，本领域技术人员可以根据实际应用对重均分子量进行调整，以使界面改性降粘剂达到更好的降粘、洗油等效果。
本公开第二方面提供了一种制备驱油用界面改性降粘剂的方法，该方法包括以下步骤：
在聚合反应条件下，使反应单体在有机溶剂中与引发剂和链转移剂接触反应；反应单体包括：具有结构式(Ⅳ)的第一单体、具有结构式(Ⅴ)的第二单体和具有结构式(Ⅵ)的第三单体：
Figure BDA0002748066960000101
其中，式(Ⅳ)至式(Ⅵ)中，R1为C2～C9的烷基中的一种，R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，M为Na或K；n为0、1、2、3或4；m为0、1、2、3或4。
在一种优选实施方式中，R1选自C2～C6的烷基，R2至R10均为氢，m为0、1或2；n为0、1或2。
在一种具体实施方式中，以R1为乙基，R2至R10均为氢，M为Na；n和m均为1为例，本公开的反应单体的结构式为：
Figure BDA0002748066960000111
本公开提供的制备驱油用界面改性降粘剂的方法简单安全、反应条件易于控制，且反应产率高、反应产物易于储存和运输。
在一种实施方式中，第一单体选自对苯乙烯磺酸钠、间苯乙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钾和间苯乙烯磺酸钾中的一种或几种；
可选地，第二单体选自丙烯酰胺、氘代丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、丁烯酰胺中的一种或几种；
可选地，第三单体选自醋酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、壬酸乙烯酯、甲酸丙烯酯、乙酸丙烯酯、乙酸-3-丁烯酯、壬酸-2-丙烯酯、已酸乙烯酯中的一种或几种。
本公开提供的方法中采用的反应单体均为常规药剂，便于通过商购渠道获得。
在一种实施方式中，本公开提供的反应单体还可以采用具有相似性质的试剂进行替换，例如可以将含有一个碳碳双键基团的第三单体替换为含有两个以上的碳碳双键基团的第三单体等。本公开对此不作特别限定。
在一种实施方式中，本公开在制备界面改性降粘剂的过程中采用的聚合反应条件包括：
惰性气氛下，反应温度为50℃～90℃，优选为60～80℃；
可选地，反应时间为2h～10h，优选为4～6h；
可选地，惰性气氛选自氮气、氦气和氩气中的至少一种。
在一种实施方式中，反应单体中第一单体、第二单体和第三单体的用量摩尔比为1:(1～5):(1～5)；优选为1:(1～3):(1～2)。
在一种实施方式中，引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的至少一种；可选地，以反应单体总重量计，引发剂的加入重量浓度为0.5重量％～1.5重量％，优选为1.0重量％～1.5重量％；
可选地，链转移剂选自脂肪族硫醇中的至少一种，优选为十二烷基硫醇；可选地，以反应单体总重量计，链转移剂的加入浓度为0.1重量％～5.0重量％，优选为1.0重量％～3.0重量％；
可选地，有机溶剂为苯或苯取代物，优选为甲苯。
本公开通过简单的制备工艺得到的界面反应降粘剂本质上为一种混合物，无需复杂的提纯过程即可以投入使用，操作简单且具有较高的产率。
在一种实施方式中，本公开提供的制备界面改性降粘剂的方法还包括：
采用醇类溶剂对反应产物进行洗涤，去除产物中的溶剂、未反应的单体、引发剂、低聚物等杂质，其中，醇类溶剂优选为甲醇和乙醇中的一种或两种；
对洗涤后的反应产物进行干燥，得到固体产物，优选为粉末状产物；
可选地，干燥温度为110～130℃，优选为115～125℃；可选地干燥时间为2h～6h，优选3.5～4.5h。
在一种示例性实施方式中，本公开提供的制备驱油用界面改性降粘剂的方法包括以下步骤：
(1)在装有回流冷凝管、搅拌器的三口反应瓶中加入适量有机溶剂，按摩尔比加入第一单体、第二单体和第三单体，并加入引发剂和链转移剂；其中适量有机溶剂是指能够使反应单体完全溶解，本公开对有机溶剂的具体用量不作限定；
(2)将反应器置于恒温水浴中，向反应器中通入惰性气体置换出烧瓶中的含氧气体，开启搅拌。水浴加热升温至目标温度进行反应，反应一段时间后停止加热，反应结束；
(3)将步骤(2)所得产物经旋转蒸发除掉部分溶剂后，再经甲醇多次洗涤后，干燥数小时得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂。
其中，反应温度、反应时间、摩尔比等条件已经在前述内容进行描述，在此不再赘述。本领域技术人员可以根据实验情况对反应条件进行调整。
本公开第三方面提供了一种采用前述方法制备得到的驱油用界面改性降粘剂。
本公开第四方面提供了一种驱油用界面改性降粘剂在稠油冷采和/或油砂洗油中的应用。优选地，适用于20℃时粘度范围为50mPa·s～10000Pa·s的普通稠油。
在一种实施方式中，稠油冷采的方法包括：将界面改性降粘剂与第一溶剂在10～40℃下，优选为室温，配制成浓度为0.05wt％～0.5wt％的驱替液；其中，第一溶剂为自来水、矿化度低于100000mg/L的模拟矿化水或油田采出水中的一种或几种。
在一种实施方式中，油砂洗油的方法包括：将界面改性降粘剂与第二溶剂配制成浓度为0.05wt％～0.5wt％的洗油剂，其中，第二溶剂为自来水、矿化度低于100000mg/L的模拟矿化水或油田采出水中的一种或几种；
将洗油剂与油砂按照质量比4～10:1混合后置于密闭容器中，将密闭容器置于60℃～90℃下老化0.5h～168h；
老化结束后，转移出容器内的洗油液，用水淋洗容器内的油砂并收集淋洗液；合并洗油液与淋洗液得到含油混合液，采用萃取剂对含油混合液中的油进行萃取。
本公开提供的驱油用界面改性降粘剂在实际应用中具有良好的性能，包括：耐盐性能好、良好的洗油性能、降粘性能及驱替性能，并且可在水驱基础上提高15％以上的稠油采收率。
下面通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
在下述实施例1～6中使用的第一单体均为对苯乙烯磺酸钠；采用的第二单体均为丙烯酰胺。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的制备驱油用界面改性降粘剂的方法，包括以下步骤：
(1)在装有回流冷凝管、搅拌器的三口反应瓶中按摩尔比1:1:1加入0.01mol磺酸钠苯乙烯、0.010mol丙烯酰胺，0.01mol醋酸乙烯酯，并加入0.5wt％引发剂偶氮二异丁腈及0.5wt％的链转移剂十二烷基硫醇。最后加入适量甲苯作为溶剂。
(2)通入氮气置换出反应瓶中的空气，水浴中加热升温至60℃，反应4h。结束反应，得到黏稠混合物。
(3)旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，将所得固体置于120℃烘箱中干燥4小时，得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂A1。
实施例2
参照实施例1的步骤，向反应器中按1:2:1摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯，0.02mol丙烯酰胺，0.01醋酸乙烯酯，并加入1.0wt％引发剂偶氮二异丁腈和1.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至70℃，反应5h后，结束反应。旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂A2。
实施例3
参照实施例1的步骤，向反应器中按1:3:2摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯，0.03mol丙烯酰胺，0.02mol醋酸乙烯酯，并加入1.0wt％引发剂偶氮二异丁腈和1.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至70℃，反应5h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂A3。
实施例4
参照实施例1的步骤，向反应器中按1:3:2摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯，0.03mol丙烯酰胺，0.02mol丙酸乙烯酯，并加入1.5wt％引发剂偶氮二异丁腈及和2.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至60℃，反应4h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂A4。
实施例5
参照实施例1的步骤，向反应器中按1:3:2摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯，0.03mol丙烯酰胺，0.02mol丁酸乙烯酯，并加入1.5wt％引发剂偶氮二异丁腈及和3.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至70℃，反应4h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂A5。
实施例6
参照实施例1的步骤，向反应器中按1:3:2摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯，0.03mol丙烯酰胺，0.02mol壬酸乙烯酯，并加入1.5wt％引发剂偶氮二异丁腈及和5.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至70℃，反应6h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到白色固体，该产物即为驱油用界面改性降粘剂A6。
对比例1
向反应器中按1:3摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯，0.03mol丙烯酰胺，并加入1.0wt％引发剂偶氮二异丁腈和1.0wt％链转移剂十二烷基硫醇作为，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至90℃，反应2h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4h，得到产物为降粘剂D1。
对比例2
向反应器中按1:2摩尔比加入0.01mol磺酸钠苯乙烯和0.02mol醋酸乙烯酯，并加入1.0wt％引发剂偶氮二异丁腈和1.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至70℃，反应5h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到产物为降粘剂D2。
对比例3
向反应器中按3:2摩尔比加入0.03mol丙烯酰胺和0.02mol醋酸乙烯酯，并加入1.0wt％引发剂偶氮二异丁腈和1.0wt％链转移剂十二烷基硫醇，通入氮气置换出烧瓶中的空气，加热升温至70℃，反应5h后，结束反应，旋转蒸发除掉部分溶剂，并用甲醇多次洗涤后，120℃烘箱中干燥4小时，得到产物为降粘剂D3。
对比例4
采用市售的石油磺酸盐(采购自伊诺凯试剂有限公司)作为降粘剂D4。
对比例5
采用市售的壬基酚聚氧乙烯醚(采购自伊诺凯试剂有限公司)作为降粘剂D5。
对上述实施例及对比例的制备得到的反应产物A1～A6以及D1～D3进行如下测试，测试结果列于表1：
采用凝胶渗透色谱(GPC)对A1～A6以及D1～D3进行分子量测试，
按物料投加比计算界面改性降粘剂产品中结构单元的平均摩尔比。
按照固体反应产物重量与三种反应单体投加总重量计算降粘剂的反应产率。
表1
Figure BDA0002748066960000171
为了验证本公开实施例和对比例所得产物的性能，下述测试例1～3对A1～A6以及D1～D5进行降粘性能、洗油能力以及驱油性能的测试。
测试例1～3中进行测试所用水为矿化度为40000mg/L的矿化水(由NaCl配制)，降粘剂(A1～A6以及D1～D5)的使用浓度为0.1wt％(以矿化水重量为基准)，配制过程中需要搅拌1h后备用。
测试例1～3中所用稠油为胜利油油田某区块的稠油油样(60℃时粘度为7917mPa·s，密度为0.9876g/cm3，含水率3.7％)。下面将对测试过程进行详细描述。
测试例1
用于说明驱油用界面改性降粘剂对于稠油的降粘性能。
(1)将胜利某稠油在60℃水浴中恒温30min。将降粘剂A1～A6以及D1～D5分别配制成浓度为0.1wt％(以矿化水总重量计)的溶液备用。
(2)将上述浓度为0.1wt％的降粘剂溶液与稠油油样按3:7的质量比混合后，60℃恒温条件下搅拌10min形成混合体系，采用旋转流变仪(HAKKE MARSIII)测试得到的混合体系粘度，并计算根据测试得到的混合体系粘度(n2)与稠油油样粘度7917mPa·s(n1)计算降粘率，计算公式为:(n1-n2)/n1。测试得到的粘度与计算得到的降粘率如表2所示。
其中，采用旋转流变仪测试乳状液粘度的测试条件包括：测试温度60℃、转速7.34r/s。
表2降粘剂降粘结果
降粘剂 混合体系60℃粘度/mPa.s 降粘率/％
A1 798.1 90.0
A2 625.1 92.1
A3 437.4 94.5
A4 578.3 92.7
A5 478.9 94.0
A6 712.8 91.0
D1 8986 -13.5
D2 5716.0 27.8
D3 9603.3 -21.3
D4 4305.4 45.7
D5 3175.7 60.0
由表2可知，与D1～D5的降粘率相比，本公开实施例提供的驱油用界面改性降粘剂A1～A6对稠油油样的降粘率均为90％以上，约为90～95％，证明本公开提供的具有三种结构单元的界面改性降粘剂具有良好的降粘效果；其中实施例3中界面改性降粘剂A3的降粘率最高，可达94.5％；
而通过对比例反应产物D1～D3测试数据可知，仅通过两种反应单体制备得到的产物对于稠油的降粘效果较差，最高仅为27.8％，甚至D1和D3的降粘率为负值，不仅不具有降粘效果反而会增加稠油油样的粘度，证明单独使用仅包含两种结构单元的反应产物不具有降粘效果。
测试例2
用于说明驱油用界面改性降粘剂的对于油砂的洗油能力。
参照Q/SHCG 11-2017方法制备油砂：取胜利油田稠油某区块脱水稠油(60℃时粘度为7500mPa·s)，与石英砂按照油：砂＝1:4(质量比)充分混合，搅拌均匀，得到油砂(油砂含油率ω0为20wt％)。将油砂密封后置于90℃烘箱中老化7天，其中，每隔2h搅拌5min；老化完成后，取出老化后的油砂M克(原始含油量为M*ω0)，分别与0.1wt％的降粘剂溶液(A1～A6以及D1～D5溶液，溶液配制方法与测试例1中相同)按油砂:溶液＝1:10的质量比置于具塞玻璃瓶中混合，密封后在60℃下老化48h，将玻璃瓶中的洗油液(洗油液包括洗出的原油与洗油剂)转入带刻度的量筒中，用蒸馏水少量多次淋洗老化后的油砂，直到淋洗液中无肉眼可见油滴，将淋洗液也转入量筒中。用石油醚萃取上述量筒中全部的含油混合液(洗油液+淋洗液)中的原油，用50mL的比色管定容，在分光光度计中进行比色分析，利用标准曲线计算量筒中全部的含油混合液的原油浓度，计算全部的含油混合液(洗油液+淋洗液)中的洗出油量，记为mO。根据公式mO/(M·ω0)计算洗油效率，结果如表3中所示：
表3洗油效率
Figure BDA0002748066960000191
Figure BDA0002748066960000201
根据表3可知，与对比例中的D1～D5的洗油效率相比，本公开实施例提供的界面改性降粘剂A1～A6对于油砂的洗油效率均达到90％以上，约为90～95％，证明本公开提供的具有三种结构单元的界面改性降粘剂对油砂具有良好洗油效果；其中实施例3的驱油用界面改性降粘剂A3的洗油效率最高，可达94.3％；
而通过对比例反应产物D1～D3测试数据可知，其对于油砂的洗油效率仅为15～23.5％，远远低于A1～A6的洗油效果，证明与单独使用仅包含两种结构单元的共聚物D1～D3相比，本公开提供的含有三种结构单元的界面反应降粘剂A1～A6具有更好的油砂洗油效果，最高可达94.3％。
测试例3
用于说明驱油用界面改性降粘剂的驱油性能。
(1)将人造岩心于120℃烘箱中烘干至恒重，准确测量岩心尺寸及气测渗透率。
(2)用现场模拟水饱和岩心后，测定其孔隙体积。以胜利油田某区块脱水后的稠油饱和岩心，记录饱和原油体积。
在60℃时，持续向饱和油的岩心注入模拟水，直至一次驱出液中含油率<1％，即空隙中滞留的稠油无法驱出为止；注入已配制好的驱替液(0.1wt％降粘剂溶液，A1～A6以及D1～D5)0.5PV，再次注水驱油至二次驱出液中含油率低于1％。
在一次驱出的基础上，以二次驱出过程中驱出的油量作为稠油采收的提高量，计算驱替液在水驱基础上对稠油采收率的提高量。
在上述过程中，岩心气测渗透率采用东大石仪公司生产的渗透率测定仪测定；驱油试验采用东大石仪公司生产的模拟驱油评价装置进行评价。
实施例与对比例对原油采收率提高效果结果见表4：
表4提高采收率结果
降粘剂 提高采收率/％
A1 15.1
A2 15.3
A3 16.2
A4 15.7
A5 15.4
A6 15.3
D1 3.7
D2 2.5
D3 2.1
D4 2.7
D5 4.5
由表4可知，与对比例中D1～D5对稠油采收率提高量相比，本公开实施例提供的界面改性降粘剂A1～A6对于稠油采收率的提高率均为为15％以上，约为15.1％～16.2％，证明本公开提供的具有三种结构单元的降粘剂在水驱基础上能够有效地提高稠油采收率，其中实施例3制备得到的界面改性降粘剂A3在水驱基础上对稠油提高采收率最高，可达到16.2％；
而通过对比例反应产物D1～D3测试数据可知，仅通过两种反应单体制备得到的产物的稠油采收提高率较低，仅为2.1～3.7％，证明与单独使用仅包含两种结构单元的共聚物D1～D3相比，本公开提供的含有三种结构单元的界面反应降粘剂A1～A6具有更好的提高稠油采收量的效果，提高采收率最高可达16.2％。
综上所述，通过测试例1～3中的降粘试验、洗油性能试验及提高采收率试验可知，本公开提供的驱油用界面改性降粘剂具有良好的降粘效果、洗油效率高，并能有效提高稠油采收率。在0.1重量％的使用浓度下洗油效率可达90％以上，可将60℃时粘度为7917mPa·s稠油粘度降低90％以上，可在水驱基础上提高稠油采收率15％以上。本公开提供的驱油用界面改性降粘剂适用于稠油冷采领域，尤其是水驱后的稠油开采领域，以及适用于油砂洗油领域。
测试例4
采用实施例3得到的降粘剂A3进行红外光谱((德国布鲁克公司MPA型)检测以及拉曼光谱(Thermo Scientific DXR2)在波长为532nm的激光照射下测试检测。红外光谱表征结果如图1所示，拉曼光谱表征结果如图2所示。通过图1和图2可知，红外谱图中3440cm-1处较强的吸收峰为胺基上的-NH吸收峰；在2920cm-1附近的吸收峰为亚甲基吸收峰，拉曼光谱在同一位置有强吸收峰，进一步证实此处为骨架上的亚甲基吸收峰；在1660cm-1处的红外吸收光谱吸收峰为与氧相连的羰基伸缩吸收峰，表明产物中含有酯结构。红外光谱1607cm-1处为[-C-C-]n且n>4的亚甲基吸收峰，表明该产物合成聚合物中的链节为亚甲基链节，拉曼光谱在1453cm-1进一步证实了该结论。红外吸收峰1110cm-1、552cm-1及拉曼吸收峰1305cm-1、1009cm-1及527cm-1均为苯环上的不饱和碳的吸收峰，表明合成产物A3支链上有苯环。通过上述检测结果可证明本公开制备得到的界面改性降粘剂A3中同时存在结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)，三种单体之间发生了聚合反应。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (15)

1.一种驱油用界面改性降粘剂，其特征在于，该降粘剂包含三元共聚物，所述三元共聚物含有下式所示的结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)：
Figure FDA0002748066950000011
其中，R1选自C2～C9的烷基；R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，m为0、1、2、3或4；n为0、1、2、3或4。
2.根据权利要求1所述的驱油用界面改性降粘剂，其特征在于，在所述降粘剂中，所述结构单元(Ⅰ)、结构单元(II)和结构单元(III)的摩尔比为(9～30):(10～70):(10～70)；优选为(10～20):(50～70):(20～40)。
3.根据权利要求1所述的驱油用界面改性降粘剂，其特征在于，所述三元共聚物包含如下式(1)和/或式(2)所示的结构：
Figure FDA0002748066950000021
其中，x、y、z均为大于等于1的整数，且x/(x+y+z)为10％～70％，优选为50％～70％；y/(x+y+z)为9％～30％，优选为10％～20％；z/(x+y+z)为10％～70％，优选为20％～40％；
Figure FDA0002748066950000022
其中，e、f、g均为大于等于1的整数，且g/(e+f+g)为10％～70％，优选为50％～70％；f/(e+f+g)为9％～30％，优选为10％～20％；e/(e+f+g)为10％～70％，优选为20％～40％。
4.根据权利要求1所述的驱油用界面改性降粘剂，其特征在于，R1选自C2～C6的烷基，R2至R10均为氢，m为0、1或2；n为0、1或2。
5.根据权利要求1所述的驱油用界面改性降粘剂，其特征在于，该降粘剂的重均分子量为2×105～5×105，优选为3×105～5×105。
6.一种制备驱油用界面改性降粘剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在聚合反应条件下，使反应单体在有机溶剂中与引发剂和链转移剂接触反应；所述反应单体包括：具有结构式(Ⅳ)的第一单体、具有结构式(Ⅴ)的第二单体和具有结构式(Ⅵ)的第三单体：
Figure FDA0002748066950000031
其中，式(Ⅳ)至式(Ⅵ)中，R1为C2～C9的烷基中的一种，R2至R10各自独立地选自氢、氘、氟、氯、溴、C2～C9的烷基中的一种，M为Na或K；n为0、1、2、3或4；m为0、1、2、3或4。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一单体选自对苯乙烯磺酸钠、间苯乙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钾和间苯乙烯磺酸钾中的一种或几种；
可选地，所述第二单体选自丙烯酰胺、氘代丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、丁烯酰胺中的一种或几种；
可选地，所述第三单体选自醋酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、壬酸乙烯酯、甲酸丙烯酯、乙酸丙烯酯、乙酸-3-丁烯酯、壬酸-2-丙烯酯、已酸乙烯酯中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚合反应条件包括：
惰性气氛下，反应温度为50～90℃，优选为60～70℃；
可选地，反应时间为2～10h，优选为4～5h；
可选地，所述惰性气氛选自氮气、氦气和氩气中的一种或几种。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反应单体中第一单体、第二单体和第三单体的用量摩尔比为1:(1～5):(1～5)；优选为1:(1～3):(1～2)。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰中的至少一种；以所述反应单体总重量计，所述引发剂的加入重量浓度为0.5重量％～1.5重量％，优选为1.0重量％～1.5重量％；
可选地，所述链转移剂选自脂肪族硫醇中的至少一种，优选为十二烷基硫醇；以所述反应单体总重量计，所述链转移剂的加入浓度为0.1重量％～5.0重量％，优选为1.0重量％～3.0重量％；
可选地，所述有机溶剂为苯或苯取代物，优选为甲苯。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
采用醇类溶剂对反应产物进行洗涤，干燥，得到固体产物；
可选地，所述醇类溶剂选自甲醇或乙醇中的一种或两种；
可选地，干燥温度为110～130℃，优选为115～125℃；
可选地，干燥时间为2～6h，优选3.5～4.5h；
可选地，所述固体产物为粉末状产物。
12.采用权利要求6～11任意一项所述的方法制备得到的驱油用界面改性降粘剂。
13.权利要求1～5任意一项或权利要求12所述的驱油用界面改性降粘剂在稠油冷采和/或油砂洗油中的应用。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述稠油冷采的方法包括：将所述界面改性降粘剂与第一溶剂在10～40℃下配制成浓度为0.05重量％～0.5重量％的驱替液；其中，所述第一溶剂为自来水、矿化度低于100000mg/L的模拟矿化水及油田采出水中的一种或几种。
15.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述油砂洗油的方法包括：将所述界面改性降粘剂与第二溶剂配制成浓度为0.05重量％～0.5重量％的洗油剂；其中，所述第二溶剂为自来水、矿化度低于100000mg/L的模拟矿化水、油田采出水中的一种或几种；
将所述洗油剂与油砂按照质量比4～10:1混合后置于密闭容器中，将所述密闭容器置于60℃～90℃下老化0.5h～168h；
老化结束后，转移出所述容器内的洗油液，用水淋洗所述容器内的油砂并收集淋洗液；合并所述洗油液与所述淋洗液得到含油混合液，采用萃取剂对所述含油混合液中的油进行萃取。
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