CN116813838B - 一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及稠油降黏驱油技术领域，具体公开了一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂及其制备方法和应用。该降黏驱油剂由单体丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯按照一定比例聚合得到。本申请制得的降黏驱油剂具有优异的降黏率，较低的界面张力，较好的润湿性能，较高的洗油效率，乳化后稳定不易复黏、流动性好，很好的解决了高粘油藏的稠油降黏驱油难的问题。
Description
技术领域
本申请涉及稠油降黏驱油技术领域，更具体地说，它涉及一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前，我国原油生产已经无法满足经济发展的需求，可采储量逐年下降，而我国的稠油资源丰富，陆上稠油、沥青资源占全国石油资源总量的20％以上。如何加快稠油资源开发利用，弥补原油短缺，对于石油工业的稳产和高产具有重要的意义。
常用的稠油降黏方法有：（1）化学药剂降黏法；（2）加热降黏法；（3）掺稀降黏法；加热降黏法具有能耗大，对基建设施要求严苛，易出现停止加热后造成的凝管事故等缺陷。而掺稀降黏对稀油需量高，降低了稀油品质且增加炼化成本。化学药剂降黏法较为普遍，常用的化学药剂类型包括自扩散降黏型、解聚降黏型、乳液降黏型等，具有提高油井产量、降低生产成本的特点。其中，化学降黏中的乳化降黏技术，工艺简单、成本低，已在我国各稠油油田得到广泛应用。乳化降黏剂的主要组分是表面活性剂，通过降低油水界面张力、改变原油的乳化性能，达到降低稠油黏度目的。专利CN115368885A公开了一种双重刺激响应型聚合物稠油乳化降黏剂及制备方法，提高了降黏剂的乳化能力。但对于在油藏深部的高粘油藏的适应性较弱，由于其无法同时兼具降黏、润湿等关键性能，易出现乳化后黏性反弹、流动性差等问题，导致使用效果不理想。
发明内容
为了进一步解决现有降黏驱油剂的不足，本申请提供一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂及其制备方法和应用。
第一方面，本申请提供一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂，分子结构式如下：
。
该降黏驱油剂的分子量为2×105-5×105g/mol。
该降黏驱油剂具有磷酸酯、酰胺、磺酸盐、羧酸酯、碳链等多个活性分子基团，疏散了稠油分子结构，减弱了稠油内部分子间作用力，达到降低黏度的效果。
第二方面，本申请提供一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至去离子水中，然后加入氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至50-65℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至70-80℃，搅拌，引发聚合反应；S3，2-3h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出50-70目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯。
优选的，所述丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯的摩尔比为25-35:18-25:4-7:10-15。
通过采用上述单体配比的技术方案，制备的降黏驱油剂效果较好。
优选的，所述去离子水的量为单体总质量的8倍；氢氧化钾溶液的浓度为2mol/L，体积为去离子水的0.8倍。
通过采用上述技术方案，一方面为各单体提供碱性环境，使引发剂成功引发单体聚合，另一方面，氢氧化钾可促使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸形成2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐。
优选的，所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-苯氧乙基)酯或过氧化二苯甲酰，添加量为单体总质量的15-30%。
通过添加该特定量的引发剂，引发聚合反应较快，聚合效果好。
优选的，所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
通过添加该特定量的阻聚剂，阻止反应进一步进行，终止反应。
第三方面，本申请提供一种上述制备的降黏驱油剂的应用，适用于高粘油藏的稠油降黏驱油。
优选的，包括以下步骤：
(1)将降黏驱油剂加入质量分数为5%的KCl水溶液中，搅拌使其完全溶解，配制成降粘驱油溶液，浓度为1.5g/L；(2)用泵将降粘驱油溶液从水井注入地层。
通过采用上述技术方案，可以将降粘驱油剂深入高粘油藏的稠油，解聚分散稠油和改变储层润湿性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请以单体丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯为原料制备的多元共聚物型降黏驱油剂具有优异的降黏率，较低的界面张力，较好的润湿性能，较高的洗油效率，尤其适用于高粘油藏的稠油降黏驱油。
2、本申请制备的降黏驱油剂相对分子质量较小、分子链相对较短、活性单体多，形成了较多的超分子聚集体，支链中的磺酸盐和氨基基团使其具有较强的亲水性，在质量分数为5%的KCl水溶液中形成蜷曲，缠绕的三维网络结构，具有一定的黏度,有利于增溶、乳化稠油；支链中的氨基基团与稠油中片状分子相结合，分子延伸度变大，并使片状分子无规则分布，多个碳链使降黏驱油剂溶液易于插入稠油内部，有效分散沥青质聚集体，强化与稠油亲和性，并通过磷酸酯、羧酸酯基团插层进入稠油分子间，使得油溶性部分与稠油分子充分缔合形成稳定结构，同时稠油本体的杂环原子在稠油与降黏剂溶液结合后大部分被拆散，有效地减少了络合物的形成，稠油分子黏附力有效减少，大大改善了稠油乳化后不稳定的情况。该降黏驱油剂具有较低的油水界面张力，破坏稠油原来的界面层，改变了其表面的润湿性，有利于剥离稠油，对稠油进行乳化分散，并抑制乳化后稠油再附着。
3、本申请的降黏驱油剂的制备方法操作简单，反应条件温和，易于控制，可量产。
附图说明
图1为实施例2制备的降黏驱油剂与稠油的乳化液显微图（左：2h前，右：2h后）。
图2为对比例1制备的降黏驱油剂与稠油的乳化液显微图（左：2h前，右：2h后）。
图3为对比例2制备的降黏驱油剂与稠油的乳化液显微图（左：2h前，右：2h后）。
图4为对比例3制备的降黏驱油剂与稠油的乳化液显微图（左：2h前，右：2h后）。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例及对比例的原料除特殊说明以外均为普通市售。
烯丙基胺甲基膦酸二乙酯的制备过程如下：将亚磷酸二乙酯和3-氨基-1-丙烯按照摩尔比1:1混合搅拌，缓慢升温至60℃后加入0.1倍的多聚甲醛，继续升温至85℃，多聚甲醛全部溶解后，再反应30min，然后停止反应，冷却至室温，得透明黏液；将该液体溶于氯仿中，用去离子水洗涤数次，收集有机层用无水硫酸钠干燥，滤去干燥剂后旋蒸除去氯仿，得烯丙基胺甲基膦酸二乙酯。
实施例
实施例1
一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至为单体总质量的8倍的去离子水中，然后加入体积为去离子水的0.8倍且浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至50℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至70℃，搅拌，引发聚合反应；S3，3h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出50目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯，其摩尔比为25:18:4:10。
所述引发剂为过氧化二苯甲酰，添加量为单体总质量的15%；所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
实施例2
一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至为单体总质量的8倍的去离子水中，然后加入体积为去离子水的0.8倍且浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至55℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至75℃，搅拌，引发聚合反应；S3，2h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出60目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯，其摩尔比为30:20:6:10。
所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-苯氧乙基)酯，添加量为单体总质量的25%；所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
实施例3
一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至为单体总质量的8倍的去离子水中，然后加入体积为去离子水的0.8倍且浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至58℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至72℃，搅拌，引发聚合反应；S3，2.5h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出60目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯，其摩尔比为28:20:7:15。
所述引发剂为过氧化二苯甲酰，添加量为单体总质量的18%；所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
实施例4
一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至为单体总质量的8倍的去离子水中，然后加入体积为去离子水的0.8倍且浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至65℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至78℃，搅拌，引发聚合反应；S3，3h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出70目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯，其摩尔比为35:18:6:13。
所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-苯氧乙基)酯，添加量为单体总质量的20%；所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
实施例5
一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至为单体总质量的8倍的去离子水中，然后加入体积为去离子水的0.8倍且浓度为2mol/L的氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至65℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至80℃，搅拌，引发聚合反应；S3，2h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出70目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯，其摩尔比为35:25:7:15。
所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-苯氧乙基)酯或过氧化二苯甲酰，添加量为单体总质量的30%；所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
对比例
对比例1
与实施例2相同，不同的是：不添加甲基丙烯酸丁酯。
对比例2
与实施例2相同，不同的是：不添加2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
对比例3
与实施例2相同，不同的是：不添加烯丙基胺甲基膦酸二乙酯。
性能检测试验
a.对实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的降黏性能进行检测。
检测方法为：将降黏驱油剂加入质量分数为5%的KCl水溶液中，搅拌使其完全溶解，配制成降粘驱油溶液，浓度为1.5g/L，然后将新疆风城高黏稠油与其以质量比为1:1的比例混合，在温度50℃，模拟地层低剪切速率25～50s-1，形成水包油乳状液。利用旋转黏度剂在50℃分别测定稠油和水包油乳状液的黏度，并根据此计算降黏驱油剂的降黏率计算方式如下：
ν＝[(η0-η1)/η0]×100％；
式中ν—降黏率；
η0—50℃时稠油油样的黏度，mPa·s；
η1—加入降黏驱油剂溶液后稠油乳液的黏度，mPa·s。
结果如表1；
表1.实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的降黏性能测试
从表1中可以看出，本申请实施例1-5制备的降黏驱油剂的降黏性能优异，对高粘油藏的稠油降黏率达99.7%以上，结合对比例1-3可以看出，在此降黏驱油剂中，甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯单体的加入均可以提升降黏驱油剂的降黏性能。
b.对实施例2和对比例1-3制备的降黏驱油剂与稠油的乳化液的稳定性检测
如图1-4，通过乳化分散后的油水混合体系分散稠油进行显微分析发现，对比例1-3制备的降黏驱油剂可将稠油乳化分散的油珠的粒径相对较大，达上百微米。而实施例2制备的降黏驱油剂可将稠油乳化分散成几十微米的油珠，分散后的稠油乳化液流动性大大增强。2h后，对比例1-3的稠油乳化液已经大片油面相连，其降黏能力大大下降；而实施例1-5的稠油乳化液的油珠依然分散，粒径在几十到几百微米，依然有较好的流动性。这说明本申请制备的降黏驱油剂的降黏性优异且乳化后具有较强的稳定性。
c.对实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的界面张力测定
将降黏驱油剂加入质量分数为5%的KCl水溶液中，搅拌使其完全溶解，配制成降粘驱油溶液，浓度为1.5g/L；在35℃下，使用TEXAS-500C旋转滴界面张力仪分别测定实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油溶液与新疆风城高黏稠油间的界面张力值，取稳定值。结果如表2；
表2.实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的界面张力测试
从表2中可以看出，本申请实施例1-5制备的降黏驱油剂与稠油的界面张力较小，界面张力低至0.7mN/m，具有与稠油较强的亲和能力，结合对比例1-3可以看出，在此降黏驱油剂中，甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯单体的添加对降低与稠油的界面张力均有促进作用，其中烯丙基胺甲基膦酸二乙酯影响最大。
d.对实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的接触角测定
将降黏驱油剂加入质量分数为5%的KCl水溶液中，搅拌使其完全溶解，配制成降粘驱油溶液，浓度为1.5g/L；在25℃下，利用动态/静态接触角仪，分别测定实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油溶液液滴滴下1s后在稠油表面上形成的接触角。结果如表3：
表3.实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的接触角测试
接触角越小，样品溶液越容易润湿表面，对稠油的亲和能力也越强。由表3可知，本申请的降黏驱油剂在稠油表面具有良好的铺展作用。与对比例1-3相比，本申请的降黏驱油剂与油膜表面所形成的接触角最小，低至为25.23°，铺展速度更快，产生的黏附功及表面能最大，对油膜的润湿程度最好，与稠油的亲和能力最强。
e.对实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的洗油能力测定
将降黏驱油剂加入质量分数为5%的KCl水溶液中，搅拌使其完全溶解，配制成降粘驱油溶液，浓度为1.5g/L；在硅片上吸附一层沥青质，以沥青质模拟稠油重质组分，利用石英晶体微天平检测不同流动相经过后沥青质质量、厚度的变化，可直观反映不同降黏驱油剂的乳化剥离稠油能力。分别以实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油溶液作为流动相模拟与沥青质表面的解吸附过程，结果见表4。
表4.实施例1-5和对比例1-3所得降黏驱油剂的沥青质解吸附测试
本申请的降黏驱油溶液作为流动相时，60min后解吸附平衡，由表4可知，沥青质吸附量明显下降，比对比例1-3所述降黏驱油剂溶液为流动相时的吸附量更低，形成的吸附层厚度更薄。这说明在此条件下本申请的降黏驱油溶液与沥青质的相互作用更强，沥青质分子从基底上解吸附的质量有所增加，对沥青分散质的携带效果更为明显，洗油效率更高。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，氮气气氛下将各单体以一定摩尔比混合，加入至去离子水中，然后加入氢氧化钾溶液，搅拌均匀，加热至50-65℃，得混合溶液；S2，将引发剂溶于水中，加入至步骤S1混合溶液中，加热至70-80℃，搅拌，引发聚合反应；S3，2-3h后，加入阻聚剂，得粗产物；S4，将所得粗产物用丙酮清洗3次，然后放入真空干燥箱内干燥，得到白色固体，将白色固体放入粉碎机内粉碎成粉末，最后筛分出50-70目的粉末，即为降黏驱油剂；所述单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯；
所述适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的结构如下：
；
该降黏驱油剂的分子量为2×105-5×105g/mol；
所述丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺甲基膦酸二乙酯的摩尔比为25-35:18-25:4-7:10-15。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，其特征在于，所述去离子水的量为单体总质量的8倍；氢氧化钾溶液的浓度为2mol/L，体积为去离子水的0.8倍。
3.根据权利要求2所述的一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-苯氧乙基)酯或过氧化二苯甲酰，添加量为单体总质量的15-30%。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法，其特征在于，所述阻聚剂为对二苯酚，添加量为引发剂的1.2倍。
5.一种适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的应用，其特征在于，所述适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂采用如权利要求1所述的适用于高黏油藏的稠油降黏驱油剂的制备方法制成，包括以下步骤：
(1)将降黏驱油剂加入质量分数为5%的KCl水溶液中，搅拌使其完全溶解，配制成降粘驱油溶液，浓度为1.5g/L；(2)用泵将降粘驱油溶液从水井注入地层。
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