CN115521450A - 聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于降粘剂技术领域，具体涉及聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂及其制备方法和应用。本发明提供的一种如式(Ⅰ)所示的聚合物，
Figure DDA0003900623600000011
在式(Ⅰ)中R为
Figure DDA0003900623600000012
其中10≤n≤20，1≤m1≤10,1≤m2≤10,1≤n1≤10,1≤n2≤10。本发明提供的聚合物同时具有亲油基和亲水基，在油相中和在水相中都表现强的分散性。在进入油藏后，可在油相中高效分散、渗透，使大分子的胶质、沥青质不易聚集，降低了摩擦阻力，从而增加原油流动性，降低原油的粘度。

Description

聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂及其制备方法和 应用
技术领域
本申请涉及降粘剂技术领域，尤其涉及聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
根据我国稠油油藏分类标准，稠油是指在温度20℃时原油密度大于0.920g/cm3，在温度50℃时原油粘度大于100mpa·s的原油。在我国探明和控制储量已达16×108t，我国陆上稠油资源约占石油总资源量的20％以上。随着常规原油可采量和产量的不断下降，稠油的开采在我国日益显得越来越重要。但是，由于稠油粘度高，其流动性能差，稠油的开采和利用受到了限制。
针对稠油的开采，国内外开采用的较多的方法主要有：热采、注气驱、掺稀油降粘、加化学剂降粘等，加拿大、委内瑞拉等国家采用蒸汽循环热采、蒸汽辅助重力驱、水平井注空气井下改质等为主要的开采手段，但是由于井深会造成严重的热量损失，增大能源需求。稠油冷采工艺是采用物理或化学方法改善稠油的流动性,而不需要向油层内注蒸汽。冷采方法不仅可以降低开采成本,而且可以减少对地层的伤害。对于不适合注汽或注汽经济性差的稠油油藏的开发,冷采不失为提高油井产能的一种有效途径。
现有技术提供的冷采降粘剂多以芳烃类有机溶剂为载体，由各种表面活性剂复配而成，但是此类降粘剂使用时往往伴随着段塞体积过大造成施工成本的增加，芳烃类有机溶剂对人体健康产生危害，易燃易爆，及由于地层的复杂情况降粘剂往往不能有效的释放入油相无法起到降粘作用，所以为了解决胶质、沥青质含量超稠油降粘增效问题，需要一种用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂。
鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明旨在提供一种聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂及其制备方法，本申请针对胶质、沥青质含量高的超稠油原油，提供了一种在水相和油相中具有高分散性能的聚合物及含有该聚合物的稠油冷采用降粘剂，并通过特定的制备方法获得。
一方面，本申请提供了一种聚合物，具体如式(Ⅰ)所示。
Figure BDA0003900623590000021
在式(Ⅰ)中R为
Figure BDA0003900623590000022
其中10≤n≤20，1≤m1≤10,1≤m2≤10,1≤n1≤10,1≤n2≤10。
该聚合物同时具有亲油基团和亲水基团，因此，在油相中和水相中都表现强的分散性，能够实现油溶水分散的效果。该聚合物在水中具有高分散性，可高效分散渗透进入油相中，在油相中高效分散、渗透，使大分子的胶质、沥青质不易聚集，增加原油的流动性。
本申请还提供了上述聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将多元醇与第一催化剂投加到三口烧瓶，加入PIBSA，制得聚酯A；
(2)将制得的聚酯A投加到高压反应釜中，加入第二催化剂，在碱性条件下与环氧乙烷发生乙氧基化反应，制得聚合物。
本申请提供的聚合物的制备方法，制备方法简单，原料易得，可操作性强，完全性和重复性好，可实现大规模工业化连续性生产。
优选的，上述方法中使用电加热反应釜和/或聚合釜。
优选的，所述步骤(1)中，投加多元醇与第一催化剂时，还包括抽加矿物油的步骤。
优选的，所述步骤(1)中，加入多元醇与第一催化剂后，升温至80-85℃，搅拌30～40min后加入PIBSA。
优选的，所述步骤(1)中，加入PIBSA后，升温至120-135℃，反应3～4h后，继续升温至170-180℃，继续反应约7～8h，反应结束后，缓慢降温。
优选的，所述步骤(2)中，投加聚酯A和第二催化剂后，搅拌并升温至90-95℃，抽真空至-0.1MPa～-0.2MPa，抽真空时间30min～40min。
优选的，所述步骤(2)中，抽真空后，升温至120℃～125℃，缓慢滴加环氧乙烷。
优选的，所述步骤(2)中，控制滴加环氧乙烷的速度，反应过程中控制反应压力≤0.3MPa。
优选的，所述步骤(2)中，滴加环氧乙烷完毕，反应老化至压力不降，降温至60℃～70℃，加酸中和，搅拌30min～40min。
本申请中，多元醇与PIBSA在第一催化剂的作用下发生反应生成聚酯A，聚酯A在第二催化剂的作用下与环氧乙烷发生乙氧基化反应，即聚酯A与环氧乙烷发生开环加成反应，得到所述聚合物。
所述第一催化剂包括对甲苯磺酸、浓硫酸、浓盐酸；
所述多元醇包括季戊四醇、山梨糖醇、丙三醇。
所述PIBSA与多元醇的物质的量比为(1～7)：(1～2)；
第一催化剂的质量为PIBSA与多元醇质量和的2‰～7‰。
本申请中，PIBSA与多元醇的物质的量比可以为1:1、1:2、2:1、3:1、3:2、4:1、5:1、5:2、6:1、7:1、7:2；优选的，所述PIBSA与多元醇的物质的量比为(1～5)：2；
第一催化剂的质量可以为PIBSA与多元醇质量和的2‰、3‰、4‰、5‰、6‰、或7‰，优选的，第一催化剂的质量为PIBSA与多元醇质量和的3‰～6‰。
所述聚酯A与环氧乙烷物质的量比为1：(4～20)；
其中，聚酯A与环氧乙烷物质的量比为1：4、1：6、1：8、1：10、1：12、1：14、1：16、1：18、1：20。
所述第二催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钾；
所述第二催化剂与环氧乙烷的质量比为(1～5)：1000。
在本申请的一些实施例中，采用上述合成方法制备所述聚合物的制备路线如下：
(1)聚酯A的合成
聚酯A-1
Figure BDA0003900623590000051
聚酯A-2
Figure BDA0003900623590000052
聚酯A-3
Figure BDA0003900623590000053
(2)聚合物的合成
聚合物-1
Figure BDA0003900623590000061
聚合物-2
Figure BDA0003900623590000062
聚合物-3
Figure BDA0003900623590000063
本申请还提供了一种用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂，所述降粘剂含有权利要求1所述的聚合物。
本申请提供了一种用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂，包括上述具有亲油基团和亲水基团结构的聚合物，其在水中具有高分散性，也可高效分散渗透进入油相中。因此本申请的降粘剂在进入油藏后，可在油相中高效分散、渗透，使大分子的胶质、沥青质不易聚集，降低了摩擦阻力，从而增加原油流动性。其中，所述胶质沥青质含量高超稠油原油粘度＞50000mpa·s，矿化度为200000mg/L。
所述降粘剂的密度为0.86g/cm3～1.15g/cm3，有机氯含量为0.0％，凝点小于-10℃,降粘率≥90％。
本申请中，降粘剂的密度可以为0.86g/cm3、0.90g/cm3、0.95g/cm3、1g/cm3、1.05g/cm3、1.1g/cm3、1.15g/cm3；有机氯含量为0.0％，凝点小于-10℃，其中凝点可以为-10℃、-12℃、-15℃；降粘剂的降粘率≥90％，其中，降粘率可以为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％。
本发明还提供了上述用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂的制备方法，包括以下步骤：
将权利要求1所述的聚合物、生物柴油、增效剂复配，即得稠油冷采用油溶水分散降粘剂。
所述聚合物、生物柴油、增效剂的质量比为1：1.5～3：0.3～0.5。
优选的，所述聚合物、生物柴油、增效剂的质量比为1：1.5～2.5：0.35～0.45。
本申请中采用生物柴油与该聚合物复配，生物柴油是一种可再生、可生物降解和无毒的燃料资源，主要成分是脂肪酸甲酯，其中含有大量的羰基极性基团。而胶质与沥青质分子之间有强烈的氢键作用；在低浓度掺稀条件下，一定极性范围里随着所掺分散介质极性的增强，稠油的粘度会逐渐降低。因此，利用掺稀油降粘的原理，采用生物柴油作为掺稀溶剂对稠油进行降粘处理，可以减少轻质油的消耗。
根据相似相溶的原理，生物柴油与石油具有良好的相容性，能以任意比互溶。因此，生物柴油可以不经任何前处理，与本申请提供聚合物混合，能够直接用于稠油降粘中。
本发明的另一个目的是提供上述降粘剂在稠油开采、运输中的应用。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种聚合物，该聚合物同时具有亲水基团和亲油基团，在油相和水相中均表现强的分散性，在水中具有高分散性，且可高效分散渗透进入原油相中。
2、本发明提供的用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂，采用聚合物与生物柴油以及增效剂复配，三者协同作用，能够有效渗透到油层中，使大分子的胶质、沥青质不易聚集，降低摩擦阻力，从而增加原油流动性。遇水可均匀分散，遇油可将药剂释放于油水界面，极大的提高了冷采降粘的成功率。
3、本发明提供的聚合物制备方法以及用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂的制备方法，工艺流程简单、原料易得、可操作性强、完全性和重复性好，可实现大规模工业化连续性生产。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
如未特殊说明，在以下实施方式中，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。例如；聚异丁烯丁二酸酐(CAS：67762-77-0)、季戊四醇(CAS：115-77-5)、山梨糖醇(CAS：50-7--4)、丙三醇(CAS：56-81-5)均可通过商业途径购得；环氧乙烷取自工业样。上述试剂的纯度均为分析纯。
实施例1用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂的制备
(1)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜内抽加矿物油3600g、季戊四醇2mol及对甲苯磺酸2.84g，开启搅拌并缓慢升温，待温度达到80℃时抽加1mol的PIBSA，抽加完毕升温至120℃，该温度下反应3h，再升温至170℃继续反应约7h，反应结束后进行降温，取样检验合格后，计量放料，即得聚酯；
(2)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜抽加聚酯1mol，50％氢氧化钠水溶液1.76g，开启搅拌并升温至90℃，然后抽真空至-0.1MPa，抽真空30min后，继续升温至120℃，缓慢滴加20mol环氧乙烷，控制滴加速度，反应过程中控制反应压力≤0.3MPa，滴加完毕，反应老化至压力不降，降温至70℃，加酸中和，，搅拌30min后，降温取样检验合格后，放料，即得聚合物；聚异丁烯丁二酸季戊四醇酯聚氧乙烯醚，结构式为
Figure BDA0003900623590000101
式中R为
Figure BDA0003900623590000102
(3)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜抽加生物柴油1500g，搅拌并升温至45℃，继续抽加聚合物1000g，增效剂320g，搅拌30min，取样检验，合格后，放料，即得用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂。
实施例2
(1)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜内抽加矿物油2500g、山梨糖醇1mol及浓硫酸57.53g，开启搅拌并缓慢升温，待温度达到80-85℃时抽加7mol的PIBSA，抽加完毕升温至125℃，该温度下反应3h，再升温至180℃继续反应约7h，反应结束后进行降温，取样检验合格后，计量放料，即得聚酯；
(2)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜抽加聚酯1mol，50％氢氧化钾水溶液1.76g，开启搅拌并升温至95℃，然后抽真空至-0.1MPa，抽真空30min后，继续升温至125℃，缓慢滴加4mol环氧乙烷，控制滴加速度，反应过程中控制反应压力≤0..3MPa，滴加完毕，反应老化至压力不降，降温至70℃，加酸中和，搅拌30min后，降温取样检验合格后，放料，即得聚异丁烯丁二酸山梨醇酯聚氧乙烯醚；
Figure BDA0003900623590000111
式中R为
Figure BDA0003900623590000112
(3)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜抽加生物柴油3000g，搅拌并升温至50℃，继续抽加聚合物1000g，增效剂500g，搅拌30min，取样检验，合格后，放料，即得用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂。
实施例3
(1)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜内抽加矿物油2400g、丙三醇1mol及浓硫酸17.68g，开启搅拌并缓慢升温，待温度达到80℃时抽加3mol的PIBSA，抽加完毕升温至120℃，该温度下反应3h，再升温至170℃继续反应约7h，反应结束后进行降温，取样检验合格后，计量放料，即得聚酯。
(2)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜抽加聚酯1mol，50％氢氧化钠水溶液2.64g，开启搅拌并升温至90℃，然后抽真空至-0.1MPa，抽真空30min后，继续升温至120℃，缓慢滴加10mol环氧乙烷，控制滴加速度，反应过程中控制反应压力≤0..3MPa，滴加完毕，反应老化至压力不降，降温至70℃，加酸中和，搅拌30min后，降温取样检验合格后，放料，即得聚合物聚异丁烯丁二酸丙三醇酯聚氧乙烯醚
Figure BDA0003900623590000121
式中R为
Figure BDA0003900623590000122
(3)：将不锈钢反应釜洗净烘干，向干燥清洁的反应釜抽加生物柴油2500g，搅拌并升温至45℃，继续抽加聚合物1000g，增效剂400g，搅拌约30min，取样检验，合格后，放料，即得用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂。
对比例1
对比例1与实施例1相比，对比例1中不包括生物柴油，其余均相同。
试验例1
针对华北油田某区块油井油样进行评价实验，每组药剂分别实验在同一温度、不同加药量条件下的降粘效果。实施例1～3获得的稠油冷采用油溶水分散降粘剂分别用代号C-1、C-2、C-3表示，对比例1获得的稠油冷采用油溶水分散降粘剂用代号D-1表示。现场油样粘度在50℃时为1267225mpa.s，矿化度150000mg/L，各药剂的测试结果如表1所示：
表1不同药剂降粘效果结果
Figure BDA0003900623590000131
根据表1可知，实施例1～3提供的冷采用油溶水分散降粘剂对该油井原油降粘效果良好，且随着加药浓度的增加，降粘率呈正相关。本申请提供的冷采用油溶水分散降粘剂针对胶质、沥青质含量高的超稠油具有很好的渗透、分散作用，在原油中可快速的与原油中的大分子胶质、沥青质分子结合，这样便可增加原油流动性，进而表现出优异的降粘效果。对比例1未采用生物柴油与本申请提供的聚合物复配，得到的降粘剂的降粘效果较实施例1～3有所下降。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.式(Ⅰ)所示的聚合物，
Figure FDA0003900623580000011
在式(Ⅰ)中R为
Figure FDA0003900623580000012
其中10≤n≤20，1≤m1≤10,1≤m2≤10,1≤n1≤10,1≤n2≤10。
2.权利要求1所述的聚合物的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)将多元醇与第一催化剂投加到三口烧瓶，加入PIBSA，制得聚酯A；
(2)将制得的聚酯A投加到高压反应釜中，加入第二催化剂，在碱性条件下与环氧乙烷发生乙氧基化反应，制得聚合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一催化剂包括对甲苯磺酸、浓硫酸、浓盐酸；
所述多元醇包括季戊四醇、山梨糖醇、丙三醇。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述PIBSA与多元醇的物质的量之比为(1～7)：(1～2)；
第一催化剂的质量为PIBSA与多元醇质量和的2‰～7‰。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚酯A与环氧乙烷物质的量比为1：(4～20)；
所述第二催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钾；
所述第二催化剂与环氧乙烷的质量比为(1～5)：1000。
6.用于胶质沥青质含量高超稠油的稠油冷采用油溶水分散降粘剂，其特征在于，所述降粘剂含有权利要求1所述的聚合物。
7.根据权利要求6所述的降粘剂，其特征在于，所述降粘剂的密度为0.86g/cm3～1.15g/cm3，有机氯含量为0.0％，凝点小于-10℃,降粘率≥90％。
8.权利要求6所述的降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1所述的聚合物、生物柴油、增效剂复配，即得稠油冷采用油溶水分散降粘剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚合物、生物柴油、增效剂的质量比为1：1.5～3：0.3～0.5。
10.权利要求6-7任一项所述降粘剂在稠油开采、运输中的应用。
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