CN115521769B - 一种稠油降粘剂组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种稠油降粘剂组合物及其制备方法和应用,以质量份数计,包括长链烃基聚醚含氮化合物1份,长链铵聚醚阴离子表面活性剂0.1~50份,α‑烯烃磺酸盐0.2~100份,吡咯烷酮0~0.5份,优选地,吡咯烷酮0.1~0.5份。该种稠油降粘剂组合物有效降低油水界面张力,降低稠油黏度,形成泡沫具有阻力因子高等特点。

Description

一种稠油降粘剂组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及稠油资源开发,具体地,涉及一种稠油降粘剂组合物及其制备方 法和应用。
背景技术
我国稠油资源相当丰富。稠油中胶质、沥青质含量高,且硫、氧、氮等元素 化合物和镍、钒等金属含量较高,因此具有粘度高、密度大的特点,开发难度增 加,开发效果差。蒸汽驱和蒸汽吞吐技术是目前开发稠油的主要手段,但由于蒸 汽与油水间密度和粘度差异,造成蒸汽在油藏中超覆流动和粘性指进现象,非均 质性严重的油藏出现蒸汽窜流。
泡沫能有效封堵储层的高渗透层和优势通道,改善油藏的吸汽剖面,提高波 及系数,有效的抑制蒸汽的超覆和窜流,同时可以与原油相互作用,提高洗油效 率,增加油田周期产油量。
目前报道的蒸汽驱用的耐高温的发泡剂主要有脂肪酸钠盐、α-烯烃磺酸盐、 烷基芳基磺酸盐等。文献《油田化学》1000-4092(2010)02-0196-04提供了一种以 质量分数为0.5%的妥尔油脂肪酸钠盐为主剂的蒸汽驱用的耐高温的发泡剂,应用 于地层水矿化度为1500mg/L,其中钙镁离子含量15.16mg/L的地层中。再如专 利CN1030118A选用平均分子量至少为400的烷基芳基磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、 α-烯烃磺酸盐二聚物等组分中的一种或者多种,采用该剂作为发泡主剂使得体系的耐盐性能有限,所以该体系适用范围为包含有100~50,000mg/L的电解质的水 相。
另外,现有技术中都会增加碱来提高与稠油相互作用,如专利CN1554725A 提供了一种稠油蒸汽开采增效剂,包含尿素,表面活性剂及碱,专利 CN103555310A提供了一种稠油自发乳化降黏体系,包含主表面活性剂、助表面 活性剂和碱,可以提高采收率,但是碱的使用会导致结块腐蚀等,对地层带来严重伤害。
综上所述,现有技术中所使用的稠油降粘剂存在降低油水表面张力有限、形 成的泡沫封堵能力小、对稠油降粘能力差的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明提供一种稠油降粘剂组合物及其制备 方法和应用,该种稠油降粘剂组合物有效降低油水界面张力,降低稠油黏度,形 成泡沫具有阻力因子高等优势。
本发明第一方面提供一种稠油降粘剂组合物,以质量份数计,包括:长链烃 基聚醚含氮化合物1份,长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂0.1~50份,α-烯烃磺 酸盐0.2~100份,吡咯烷酮0~0.5份,优选地,吡咯烷酮0.1~0.5份。
具体地,本发明中所述长链指代是个10或10个以上碳原子的结构。
根据本发明所述的稠油降粘剂组合物的一些实施方式,所述长链烃基聚醚含 氮化合物满足式(1):
其中,R1为C10~C26的脂肪基中的至少一种,进一步地,R1可以含有酰基、 羰基、醚基、羟基等基团,也可以是饱和碳链也可以是不饱和碳链,R1优选为 C10~C20的烷基、C10~C20的烷基苯基中的至少一种;y为0~20的任意数,优选为 0~3的任意数;z为0~60的任意数,优选为0~20的任意数;R4为C1~C5的烷基、 C1~C5的羟基、烃基取代烷基中的至少一种;R5为C1~C5的烷基、C1~C5的羟基、 烃基取代烷基中的至少一种;R6为C1~C5的亚烷基、C1~C5的羟基、烃基取代亚 烷基中的至少一种;R7为C1~C5的亚烷基、C1~C5的取代亚烷基中的至少一种, 优选为C2H4或C3H6;Y为使所述长链烃基聚醚含氮化合物分子呈电中性的阴离子基团,优选为-COO-、-SO3 -和-HPO4 -中的至少一种。
更进一步地,式(1)中Y更优选为-COO-或-SO3 -
根据本发明所述的稠油降粘剂组合物的一些实施方式,所述长链烃基胺聚醚 阴离子表面活性剂满足式(2):
其中,R2为C8~C20的脂肪基中的至少一种;m,n,p,q各自独立地为0~20 的任意数;X为一价阴离子基团,优选为磺酸根或羧酸根;M为所述长链烃基胺 聚醚阴离子表面活性剂分子呈电中性的阳离子,优选为碱金属离子或铵根离子。
进一步地,所述式(2)中:m与n之和为≥1;m与p之和为1~5的任意数; n与q之和为5~15的任意数。
更进一步地,所述式(2)中M更优选为钠离子和/或钾离子。
根据本发明所述的稠油降粘剂组合物的一些实施方式,所述α-烯烃磺酸盐满 足式(3):
R8-HC=CH-CH2-SO3Z
式(3)
其中,R8为C5~C30的烷基中的至少一种;Z为碱金属离子中的至少一种,优 选为钠离子。
根据本发明所述的稠油降粘剂组合物的一些实施方式,所述吡咯烷酮满足式(4):
其中,R3为C1~C14的烷基,优选为C6~C14的烷基中的至少一种,更优选为 C8~C12中的一种。
根据本发明所述的稠油降粘剂组合物的一些实施方式,以质量份数计,包括: 长链烃基聚醚含氮化合物1份,长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂0.5-20份,α- 烯烃磺酸盐0.2-20份,吡咯烷酮0.1~0.3份。
本发明第二方面提供一种上述稠油降粘剂组合物的制备方法,包括:将长链 烃基聚醚含氮化合物、长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂、α-烯烃磺酸盐和任选 的吡咯烷酮与水混合。
根据本发明所述的制备方法的一些实施方式,优选地,以质量份数计,将长 链烃基聚醚含氮化合物、长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂、α-烯烃磺酸盐和吡 咯烷酮与水混合。
本发明第三方面提供由上述稠油降粘剂组合物或上述稠油降粘剂组合物的 制备方法在油田驱油中的应用。
根据本发明所述的应用的一些实施方式,优选地,油田驱油中稠油50℃的黏 度不大于50000mPa·s,地层矿化度为0~200000mg/L。
进一步地,上述稠油降粘剂组合物水溶液中的水可以是本领域技术人员所熟 知的油田驱油用的各类水质,可以是去离子水、清水、污水、含无机矿物质水、 含有机矿物质水、自来水、油田地层水和油田注入水中的至少一种,例如矿化度 为0~200000mg/L的矿化水。
更进一步地,本发明稠油降粘剂组合物可以用于稠油降黏泡沫剂,所述稠油 降粘泡沫剂中所用的气体可以是本领域技术人员所熟知的油田用与泡沫驱油的 各类气体,例如,氮气、二氧化碳那、空气等气体中的至少一种。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明的稠油降粘剂组合物中长链烃基聚醚含氮化合物由于同时带有 阴、阳两性的官能团,同时还有非离子的片段,具有良好耐盐性。长链烃基胺聚 醚阴离子表面活性剂也含有非离子片段,具有良好的耐盐性。
(2)本发明的稠油降粘剂组合物中所含有的长链铵聚醚阴离子表面活性剂 及α-烯烃磺酸盐的阴离子部分与长链烃基聚醚含氮化合物(例如,长链烃基聚醚季铵盐)的阳离子部分发生相互作用,由于阴、阳离子稠油降粘剂相反电荷极性 基之间的静电吸引作用,使得在稠油降粘剂组合物为稠油降粘泡沫剂组合物时, 组合物中各组分分子在表面上吸附量增大,从而具有单一组分稠油降粘泡沫剂无 法比拟的界面排布密度,阻碍气体通过液膜扩散,使之更容易形成稳定的泡沫,形成泡沫具有阻力因子高等特点。
(3)本发明的稠油降粘剂组合物中的三种组分均不含有容易水解的基团, 且具有良好的耐温性能。在优选的情况下,吡咯烷酮的加入可以增加与稠油相互 作用,降低油水界面张力和稠油黏度,进而既能提升泡沫剂的泡沫性能,又能起 到稠油降黏的作用。
(4)本发明提供的稠油降粘剂组合物,可以有效地封堵大孔道。根据一些 实施例,在矿化度为0~200000mg/L的地层水条件下,本发明所提供的稠油降粘剂组合物不会与离子沉淀,可有效降低油水界面张力,在50℃条件下,降低 ≤50000mPa.s的稠油黏度,降粘率可达到95%以上,油水界面张力可降至 10-2~10-3mN/m。本发明所提供的稠油降粘剂组合物形成的泡沫阻力因子可达100, 具有明显的技术效果。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述 的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都 属于本发明保护的范围。
【稠油降粘剂组合物的性能测试】
本发明各实施例中,所用产品来源及其制备方法包括:
本发明各各实施例中的长链烃基聚醚含氮化合物可以按照CN106590577A中 公开的方法制备。
本发明各各实施例中的长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂可以按照CN103421174A中公开的方法制备。
本发明各实施例中的α-烯烃磺酸盐和吡咯烷酮等化合物为市售产品。
无特殊说明情况下,本发明所述室温、常温均指25℃。
1、阻力因子的测定
将各实施例及对比例所配制的稠油降粘剂组合物/稠油降粘剂,配置成30wt% 水溶液,即得稠油降粘泡沫剂组合物。
用不同矿化度模拟水配制各实施例和对比例中稠油降粘泡沫剂组合物/稠油 降粘泡沫剂水溶液,在150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8厘米,渗 透率为3000mD的填沙管中,用不同气液比进行泡沫封堵能力测定实验,记录注 入泡沫平衡后形成的阻力与注水形成阻力的比值,即为阻力因子,结果见表2所 示。
2、降粘率的测定
用100000mg/L模拟水配制各实施例和对比例中稠油降粘泡沫剂组合物/稠油 降粘泡沫剂2wt%水溶液,在50℃下将黏度为49356mPa.s的稠油与泡沫剂组合物 水溶液按照油水比7:3搅拌5min至乳化均匀,用粘度计测试乳液黏度,计算降黏 率,结果见表3所示。
3、油水界面张力的测定
用100000mg/L模拟水配制各实施例和对比例中稠油降粘泡沫剂组合物/稠油 降粘泡沫剂0.15wt%水溶液,80℃下用TX-500C旋转滴界面张力仪测定其与稠油(49356mPa.s,50℃)的油水界面张力,结果见表4所示。
【实施例1】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、0.1质量份长链烃基胺聚醚阴离子表 面活性剂和0.2质量份α-烯烃磺酸钠(即按照质量比1:0.1:0.2)溶解于自来水中, 配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-1。组分结构如表1A和表 1B所示。
【实施例2】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、1质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂和1质量份α-烯烃磺酸钠(即按照质量比1:1:1)溶解于自来水中,配制成 30wt%水溶液,即得泡沫剂组合物JN-2。组分结构如表1A和表1B所示。
【实施例3】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、50质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂和100质量份α-烯烃磺酸钠(即按照质量比1:50:100)溶解于自来水中,配 制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-3。组分结构如表1A和表1B 所示。
【实施例4】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、2质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、8质量份α-烯烃磺酸钠和0.1质量份吡咯烷酮(即按照质量1:2:8:0.1)溶 解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-4。组分结 构如表1A和表1B所示。
【实施例5】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、5质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、20质量份α-烯烃磺酸钠和0.2质量份吡咯烷酮(即按照质量1:5:20:0.2) 溶解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-5。组分 结构如表1A和表1B所示。
【实施例6】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、10质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、50质量份α-烯烃磺酸钠和0.3质量份吡咯烷酮(即按照质量1:10:50:0.3) 溶解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-6。组分 结构如表1A和表1B所示。
【实施例7】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、1质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、4质量份α-烯烃磺酸钠和0.2质量份吡咯烷酮(即按照质量1:1:4:0.2)溶 解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-7。组分结 构如表1A和表1B所示。
【实施例8】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、2质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、10质量份α-烯烃磺酸钠和0.1质量份吡咯烷酮(即按照质量1:2:10:0.1) 溶解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-8。组分 结构如表1A和表1B所示。
【实施例9】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、4质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、15质量份α-烯烃磺酸钠和0.2质量份吡咯烷酮(即按照质量1:4:15:0.2) 溶解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-9。组分 结构如表1A和表1B所示。。
【实施例10】
将1质量份长链烃基聚醚含氮化合物、2质量份长链烃基胺聚醚阴离子表面 活性剂、20质量份α-烯烃磺酸钠和0.1质量份吡咯烷酮(即按照质量1:2:20:0.1) 溶解于自来水中,配制成30wt%水溶液,即得稠油降黏泡沫剂组合物JN-10。组 分结构如表1A和表1B所示。
【对比例1】
分别取与实施例1-3中相同的长链烃基聚醚含氮化合物单剂,溶解于矿化度 为100000mg/L的水中,泡沫剂总的质量分数为0.3wt%,混合均匀形成泡沫剂水溶液。在与氮气气液比2:1,150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8厘米, 渗透率为3000mD的填沙管中进行泡沫封堵能力测定实验,记录阻力因子,结果 见表2所示。
【对比例2】
分别取与实施例1-3中相同的长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂,溶解于矿 化度为100000mg/L的水中,泡沫剂总的质量分数为0.3wt%,混合均匀形成泡沫剂水溶液。在与氮气气液比2:1,150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8 厘米,渗透率为3000mD的填沙管中进行泡沫封堵能力测定实验,记录阻力因子, 结果见表2所示。
【对比例3】
取十六α-烯烃磺酸钠溶解于矿化度为100000mg/L的水中,泡沫剂质量分数 为0.5%,混合形成泡沫剂水溶液,溶液底部有白色沉淀析出,不能作为稠油降粘 剂。
【对比例4】
分别取与实施例1-3中相同的长链烃基聚醚含氮化合物和长链烃基胺聚醚阴 离子表面活性剂,不加入α-烯烃磺酸钠制备成泡沫剂组合物,溶解于矿化度为100000mg/L的水中,泡沫剂总的质量分数为0.3wt%,混合均匀形成泡沫剂水溶 液。在与氮气气液比2:1,150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8厘米, 渗透率为3000mD的填沙管中进行泡沫封堵能力测定实验,记录阻力因子,结果 见表2所示。
【对比例5】
分别取与实施例1-3中相同的长链烃基聚醚含氮化合物和α-烯烃磺酸钠,不 加入长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂制备成泡沫剂组合物,溶解于矿化度为 100000mg/L的水中,泡沫剂总的质量分数为0.3wt%,混合均匀形成泡沫剂水溶 液。在与氮气气液比2:1,150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8厘米, 渗透率为3000mD的填沙管中进行泡沫封堵能力测定实验,记录阻力因子,结果见表2所示。
【对比例6】
分别取与实施例1-3中相同的长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂和α-烯烃磺 酸钠,不加入长链烃基聚醚含氮化合物制备成泡沫剂组合物,溶解于矿化度为 100000mg/L的水中,泡沫剂总的质量分数为0.3wt%,混合均匀形成泡沫剂水溶 液。在与氮气气液比2:1,150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8厘米, 渗透率为3000mD的填沙管中进行泡沫封堵能力测定实验,记录阻力因子,结果见表2所示。
表1A
表1B
将实施例1-10及对比例1、2和对比例4-7所配制的稠油降粘剂组合物/稠油 降粘剂,配置成30wt%水溶液,即得稠油降粘泡沫剂组合物。
用不同矿化度模拟水配制各实施例和对比例中稠油降粘泡沫剂组合物/稠油 降粘泡沫剂水溶液,在150℃条件下,在长度为100厘米,直径为3.8厘米,渗 透率为3000mD的填沙管中,用不同气液比进行泡沫封堵能力测定实验,记录注 入泡沫平衡后形成的阻力与注水形成阻力的比值,即为阻力因子,结果见表2所 示:
表2
其中,各实施例组分I(例如,实施例1的组分I)指代相应的实施例中的长 链烃基聚醚含氮化合物单剂;各实施例组分II指代相应的实施例中的长链烃基胺 聚醚阴离子表面活性剂;各实施例组分III指代相应的实施例中的α-烯烃磺酸盐 (α-烯烃磺酸钠)。
用100000mg/L模拟水分别配制实施例1-10和对比例1-2、4-7中稠油降粘泡 沫剂组合物/稠油降粘泡沫剂2wt%水溶液,在50℃下将黏度为49356mPa.s的稠 油与泡沫剂组合物水溶液按照油水比7:3搅拌5min至乳化均匀,用粘度计测试乳 液黏度,计算降黏率,结果如表3所示:
表3
用100000mg/L模拟水配制实施例1-10和对比例1、2、4-7中稠油降粘泡沫 剂组合物/稠油降粘泡沫剂0.15wt%水溶液,80℃下用TX-500C旋转滴界面张力仪 测定其与稠油(49356mPa.s,50℃)的油水界面张力,结果如表4所示:
表4
由上述各实施例及对比例的稠油降粘剂组合物的性能测试可知,实施例中组 合物形成泡沫阻力因子均明显高于各对比例,且高于100。泡沫阻力因子可以说 明本发明提供的稠油降粘泡沫剂组合物界面排布密度更高,阻碍的气体通过液膜 扩散,易于形成泡沫,并稳定泡沫。
通过对各实施例及对比例降粘率的测试,可以看出,本发明所提供的稠油降 粘剂组合物降粘率均高于95%,而各对比例的单一组分或组合物的降粘率尽在 75%以下,且各实施例的表面张力可降至10-2~10-3mN/m,相较于各对比例的十分 之一甚至百分之一,取得明显的技术效果。
以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来 说,在本发明所提供的技术启示下,作为本领域的公知常识,还可以做出其它等 同变型和改进,也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种稠油降粘剂组合物,以质量份数计,包括:长链烃基聚醚含氮化合物1份,长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂0.1~50份,α-烯烃磺酸盐0.2~100份,吡咯烷酮0~0.5份;
所述长链烃基聚醚含氮化合物满足式(1):
式(1)
其中,R1为C10~C26的烃基中的至少一种;
y为0~20的任意数;
z为0~60的任意数;
R4为C1~C5的烷基、C1~C5的取代烷基中的至少一种;
R5为C1~C5的烷基、C1~C5的取代烷基中的至少一种;
R6为C1~C5的亚烷基、C1~C5的取代亚烷基中的至少一种;
R7为C1~C5的亚烷基、C1~C5的取代亚烷基中的至少一种;
Y为使所述长链烃基聚醚含氮化合物分子呈电中性的阴离子基团;
所述长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂满足式(2):
式(2)
其中,R2为C8~C20的脂肪基中的至少一种;
m与n之和为≥1;
m与p之和为1~5的任意数;
n与q之和为5~15的任意数;
X为一价阴离子基团;
M为使所述长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂分子呈电中性的阳离子。
2.根据权利要求1所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,吡咯烷酮0.1~0.5份。
3.根据权利要求1所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,R1为C10~C20的烷基、C10~C20的烷基苯基中的至少一种;
z为0~20的任意数;
R7为C2H4或C3H6
Y为-COO-、-SO3 -和-HPO4 -中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,
X为磺酸根或羧酸根;
M为碱金属离子或铵根离子。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,所述α-烯烃磺酸盐满足式(3):
式(3)
其中,R8为C5~C30的烷基中的至少一种;
Z为碱金属离子中至少一种。
6.根据权利要求5所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,
Z为钠离子。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,所述吡咯烷酮满足式(4):
式(4)
其中,R3为C1~C14的烷基中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,R3为C6~C14的烷基中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,R3为C8~C12中的一种。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的稠油降粘剂组合物,其特征在于,以质量份数计,包括:长链烃基聚醚含氮化合物1份,长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂0.5-20份,α-烯烃磺酸盐0.2-20份,吡咯烷酮0.1~0.3份。
11.一种权利要求1所述的稠油降粘剂组合物的制备方法,其特征在于,包括:
将长链烃基聚醚含氮化合物、长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂、α-烯烃磺酸盐和任选的吡咯烷酮,与水混合。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,以质量份数计,将长链烃基聚醚含氮化合物1份、长链烃基胺聚醚阴离子表面活性剂0.1~50份、α-烯烃磺酸盐0.2~100份和吡咯烷酮0.1~0.5份与水混合。
13.根据权利要求1-10中任一项所述的稠油降粘剂组合物或权利要求11或12所述的制备方法得到的稠油降粘剂组合物在油田驱油中的应用。
14.根据权利要求13所述的应用,其特征在于,油田驱油中稠油50℃的黏度不大于50000mPa•s,地层矿化度为0~200000mg/L。
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