CN117304465A - 一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂及其制备方法，属于油田采油助剂领域。本发明首先由三羟甲基丙烷、丙三醇与丁二酸酐通过酯化反应生成超支化聚酯，然后再将其与芥酸甲酯和肉桂酸甲酯通过酯交换反应，制备出一种超支化油溶性稠油降粘剂。实验结果表明该稠油降粘剂对稠油具有显著的降粘能力，只需要较少的用量就能获得优异的降粘效果，原材料成本较低，同时制备方法简洁、安全、环保、可靠。
Description
技术领域
本发明属于油田采油助剂领域，涉及一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂及其制备方法，特别是涉及一种由三羟甲基丙烷、丙三醇、丁二酸酐、芥酸甲酯和肉桂酸甲酯为主要原料制备的超支化油溶性聚酯稠油降粘剂。
背景技术
原油是一种重要的自然资源，随着原油的不断消耗，占世界石油总储量一半左右的稠油和超稠油近几十年来受到广泛的关注。稠油的高粘度除了会严重影响开采、运输、精炼外，也会造成油藏处的地层损害、吸附、沉淀问题。降粘的手段一般是破坏稠油中沥青质的聚集体和破坏沥青质与树脂形成的交替粘弹性网络，较为常见的手段是给稠油加入降粘剂，降低原油凝点和低温粘度，提高原油在低温条件下的流动性。
公布号为CN116285929A的中国发明申请，公开了一种水基稠油降粘剂及其制备方法，其原料包括烷基壳聚糖酰胺基甜菜碱60克，烷基酚聚氧乙烯醚20克，水100克，将壳聚糖酰胺基甜菜碱60克，烷基酚聚氧乙烯醚20克，水100克混合均匀，得到水基稠油降粘剂。
公布号为CN115895628A的中国发明申请，公开了一种稠油降粘剂及其制备方法和应用。制备稠油降粘剂的方法包括如下步骤：1)将乙二胺溶于水，制得乙二胺水溶液；2)将乙二胺水溶液滴加到磺酸中，反应后得到含有铵盐产物的溶液；3)向含有铵盐产物的溶液中加入钼酸铁和磺酸，反应后进行过滤、洗涤、干燥，得到所述稠油降粘剂。
公布号为CN116622357A的中国发明申请，公开了一种耐盐稠油降粘组合物、降粘剂及其应用，该降粘组合物包括非离子表面活性剂、磺酸盐型阴离子表面活性剂和离子稳定剂；所述非离子表面活性剂：磺酸盐型阴离子表面活性剂：离子稳定剂的质量比为0.5-1.5：0.5-1.5：0.2-1。
公布号为CN115386052A的中国发明申请，公开了一种稠油降粘剂及其应用。通过以下步骤得到的：将含有超支化材料单体、油溶性分散单体、水溶性乳化分散单体、引发剂和溶剂的原料混合得到混合体系，反应，得到所述稠油降粘剂。
公布号为CN116425903A的中国发明申请，公开了一种稠油降粘用壳聚糖衍生物型油溶性降粘剂的制备方法，该稠油降粘剂由壳聚糖经化学改性和离子交换制备所得，制备方法包括以下步骤：(1)将壳聚糖(所述壳聚糖为脱乙酰壳聚糖，脱乙酰度大于80％以上)分散在异丙醇和去离子水的混合溶液中，加入环氧丙基三甲基氯化铵水溶液后恒温反应，提纯干燥得中间体1；(2)将中间体1分散在去离子水中，加入四苯硼钠水溶液后恒温反应，提纯干燥得中间体2；(3)将中间体2分散在二氯甲烷中，加入硬脂酰氯溶液后恒温反应，提纯干燥得所述稠油降粘剂。
由于不同稠油中胶质和沥青质的分子结构和含量存在差异，因此稠油降粘剂对不同油田的稠油具有较强的选择性，目前还没有降粘效果优良的普适性降粘剂。油溶性降粘剂分子可以顺利插入稠油簇集体内部，打破胶质和沥青质分子间固有的网络结构，并参与形成更为松散的空间网状结构，从而大大降低胶质和沥青质分子间的结合力，使稠油粘度降低。鉴于分子中可以引入更多的功能基团，如极性基团、长链烷基疏水基团及芳香基团等，加之枝状型分子的设计与开发，油溶性降粘剂可以大大降低对稠油降粘的选择性。
水溶性降粘剂普遍存在以下缺点：需要搅拌或扰动形成水包油分散体系、采出后需要破乳，后继处理费用大、容易造成对水资源污染。而油溶性降粘剂可以直接加入到稠油中进行降粘，不存在后续的脱水问题。但目前使用的油溶性降粘剂却存在降粘率低、价格高和使用量大等的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂及其制备方法，以较低成本和较少用量的降粘剂实现显著降低稠油粘度。本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂，其特征在于，所述稠油降粘剂由三羟甲基丙烷、丙三醇与丁二酸酐通过酯化反应生成超支化聚酯，然后再将所生成的超支化聚酯与芥酸甲酯和肉桂酸甲酯通过酯交换反应得到。
该降粘剂分子中的二十二碳-13-烯基团和3-苯基-2-丙烯基团能够与稠油分子的芳香多环产生疏水亲脂相互作用，分子形态上的超支化结构使其能够将稠油聚集体有效分散，宏观表现为对稠油的良好降粘作用，克服了目前油溶性降粘剂用量大、降粘效果差等缺陷。
进一步地，所述稠油降粘剂对稠油的降粘率在60%以上。
上述稠油降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1酯化反应：将三羟甲基丙烷和丙三醇一并加入到反应容器中，通入保护性气体，升温至60-80℃，继续通保护性气体，待固体全部融化后，开动搅拌，再升温至120-130℃，并逐渐分批加入丁二酸酐和催化剂，加完后继续保温反应，反应结束停止通保护性气体，然后抽真空，直至没有液体馏出为止，冷却至室温，得到白色凝胶状固体；
S2酯交换反应：将芥酸甲酯和肉桂酸甲酯一并加入步骤S1的反应容器中，通入保护性气体，加热至100-120℃，再加入催化剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，得到淡黄色凝胶；
S3配置降粘剂溶液：将步骤S2所得到的淡黄色凝胶加入到煤油中，加热至60-80℃，搅拌至凝胶完全溶解，冷却至室温，得到淡黄色透明液体，该液体即为降粘剂溶液。
进一步地，步骤S1和S2中保护性气体为氮气或氩气。
进一步地，步骤S1和S2中催化剂为苯磺酸。
进一步地，步骤S1中三羟甲基丙烷、丙三醇和丁二酸酐以及步骤S2中芥酸甲酯和肉桂酸甲酯的摩尔比为（1.8-2.2）∶（1.2-1.4）∶（3.6-4）∶（0.8-1.2）∶1；优选6∶4∶11∶3∶3。
本发明具有以下有益技术效果：本发明提供了一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂及其制备方法，实验结果表明该稠油降粘剂对稠油具有显著的降粘能力，只需要较少的用量就能获得优异的降粘效果，原材料成本较低，同时制备方法简洁、安全、环保、可靠。
实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，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方式，都属于本发明的保护范围。
实施例1
制备超支化油溶性聚酯稠油降粘剂，包括以下步骤。
（1）将40.2克三羟甲基丙烷和18.5克丙三醇一并加入500ml三口反应瓶中，通入氮气10分钟后，升温至70℃，继续通氮气，待固体全部融化后，开动搅拌，再升温至125℃，并逐渐分批加入55.0g丁二酸酐和3.0克苯磺酸，需2小时，加完后继续保温2小时，停止通氮气，然后抽真空，直至没有液体馏出为止，需1小时，冷却至室温，得白色凝胶状固体，备用。
（2）将53.0克芥酸甲酯和24.5克肉桂酸甲酯一并加入步骤（1）的反应瓶中，通入氮气，搅拌并加热至110℃，再加入3.5g苯磺酸，搅拌反应3小时，冷却至室温，得淡黄色凝胶。
（3）将步骤（2）所得到的淡黄色凝胶加入到1500ml煤油中，加热至70℃，搅拌30分钟，溶解，冷却至室温，得到淡黄色透明液体。
实施例2
称取实施例1所制备的淡黄色透明液体，用-10号柴油配制药剂浓度为0.5%、1%、1.5%、2.0%和2.5%的药剂样品；采样中石油辽河油田1#～5#脱水原油，测定原油的原始粘度；分别称取50g脱水原油，分别加入5.0g不同浓度的药剂，置入60℃的恒温水浴锅中，恒温24小时，测定原油被处理后的粘度，并计算降粘率，结果见表1至表5。
表1 不同浓度药剂对1#脱水原油的降粘率（60℃）
表2 不同浓度药剂对2#脱水原油的降粘率（60℃）
表3 不同浓度药剂对3#脱水原油的降粘率（60℃）
表4 不同浓度药剂对4#脱水原油的降粘率（60℃）
表5 不同浓度药剂对5#脱水原油的降粘率（60℃）
从表1-表5可以看出，实施例1制备的超支化油溶性聚酯稠油降粘剂，对不同原油的降粘率都在60%以上，原油粘度越高降粘效果越显著；随着药剂浓度的增加，降粘率升高。上述实验结果表明本发明提供的超支化油溶性聚酯稠油降粘剂具有优异的降粘性能，并且能够适应不同粘度的稠油。
实施例3
称取实施例1所制备的淡黄色透明液体，用-10号柴油配制药剂浓度为2.5%的药剂样品；分别称取50g中石油辽河油田4#脱水原油，分别加入0.5g、2.5g、5.0g、7.5g和10.0g浓度为2.5%的药剂样品，置入60℃的恒温水浴锅中，恒温24小时，测定原油被处理后的粘度，并计算降粘率，结果见表6。
表6 不同加量2.5%的药剂对4#脱水原油的降粘率（60℃）
从表6可以看出，实施例1制备的超支化油溶性聚酯稠油降粘剂，仅需较少的加入量就可以取得显著的降粘效果。
实施例4
称取实施例1所制备的淡黄色透明液体，用-10号柴油配制药剂浓度为2.5%的药剂样品；分别称取50g中石油辽河油田4#脱水原油，加入5.0g浓度为3%的药剂样品，分别置入30℃、40℃、50℃、60℃和70℃的恒温水浴锅中，恒温24小时，测定原油被处理后的粘度，并计算降粘率，结果见表7。
表7 不同温度下药剂对4#脱水原油的降粘率
从表7可以看出，实施例1制备的超支化油溶性聚酯稠油降粘剂，降粘率在30-60℃范围内，随着温度上升降粘率上升，在30℃的较低温度即可取得显著的降粘效果。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。
Claims (7)
1.一种超支化油溶性聚酯稠油降粘剂，其特征在于，所述稠油降粘剂由三羟甲基丙烷、丙三醇与丁二酸酐通过酯化反应生成超支化聚酯，然后再将所生成的超支化聚酯与芥酸甲酯和肉桂酸甲酯通过酯交换反应得到。
2.根据权利要求1所述的稠油降粘剂，其特征在于，所述稠油降粘剂对稠油的降粘率在60%以上。
3.根据权利要求1或2所述的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1酯化反应：将三羟甲基丙烷和丙三醇一并加入到反应容器中，通入保护性气体，升温至60-80℃，继续通保护性气体，待固体全部融化后，开动搅拌，再升温至120-130℃，并逐渐分批加入丁二酸酐和催化剂，加完后继续保温反应，反应结束停止通保护性气体，然后抽真空，直至没有液体馏出为止，冷却至室温，得到白色凝胶状固体；
S2酯交换反应：将芥酸甲酯和肉桂酸甲酯一并加入步骤S1的反应容器中，通入保护性气体，加热至100-120℃，再加入催化剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，得到淡黄色凝胶；
S3配置降粘剂溶液：将步骤S2所得到的淡黄色凝胶加入到煤油中，加热至60-80℃，搅拌至凝胶完全溶解，冷却至室温，得到淡黄色透明液体。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1和S2中保护性气体为氮气或氩气。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1和S2中催化剂为苯磺酸。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中三羟甲基丙烷、丙三醇和丁二酸酐以及步骤S2中芥酸甲酯和肉桂酸甲酯的摩尔比为（1.8-2.2）∶（1.2-1.4）∶（3.6-4）∶（0.8-1.2）∶1。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中三羟甲基丙烷、丙三醇和丁二酸酐以及步骤S2中芥酸甲酯和肉桂酸甲酯的摩尔比为6∶4∶11∶3∶3。
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