一种稠油降粘方法及稠油降粘剂

1.本发明属于稠油降粘组合物技术领域，具体涉及一种稠油降粘方法及稠油降粘剂。


背景技术：

2.随着全球原油能源需求量的逐年增加，常规原油的渐渐枯竭，稠油的合理开采显得尤为重要。我国拥有丰富的稠油资源，已发现稠油低品位储量约7
×
108t。但稠油相比于常规石油具有较高含量的胶质、沥青质等大分子，具有密度大、黏度高和流动性差等特点，这为稠油的开采和运输带来了很大的难题。因此稠油降黏技术的发展成为合理开发稠油的关键。
3.目前，已有的降低稠油黏度的技术主要分为物理法和化学法。物理降黏包括加热降黏、掺稀油降黏、声波降黏等；化学降黏包括水热催化裂解降黏、改质降黏、加降黏剂降黏、微生物降黏等。基于现有研究成果，当前被认为最有前途的降黏方法是降黏剂降黏。
4.聚合物型水溶性降粘剂作为一种水溶性降粘剂，其从结构上讲是同时含有亲水组分和疏水组分的两亲聚合物，在溶液中能够形成层状、棒状、球状、蠕虫状等多种不同的聚集结构，进而表现出各种特殊性能，也常被考虑用于稠油开采。聚合物型水溶性降粘剂从亲水部分带电性的角度可以划分为阴离子型、非离子型、阳离子型、两性离子型，从拓扑结构的角度还可以分为接枝型与远螯型，前者疏水基团无规或嵌段分布在聚合物主链上，后者疏水基团位于分子链的一端、两端或多端。
5.例如，专利文献cn105694831a公开了一种抗高温抗盐降粘剂及其制备方法和应用，该抗高温抗盐降粘剂是由按照重量份数计15-20份的富马酸、10-15份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10-15份的苯乙烯磺酸钠在引发剂的作用下共聚而制得的共聚物与10-15份乙二胺四乙酸复配而得。该方法制备的降粘剂在高温下的降粘效果较差。
6.又如，专利文献cn110372816b公开了一种稠油开采用高分子降粘剂的制备方法，该方法利用巯基乙胺作为链转移剂，制备一种含有含氮杂环、苯环、环氧乙烷链段多种官能团的大分子功能单体，然后以该大分子功能单体与丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸水溶性单体作为原料，通过水溶液聚合制备得到具有梳形功能结构的水溶性聚合物。该产品在较低温度下，可以显著降低稠油粘度。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种稠油降粘方法，以有效降低稠油的粘度。
8.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
9.一种稠油降粘方法，包括：向稠油中加入降粘剂，用量为1l稠油中使用200-1000mg降粘剂，工作温度为50-200℃。
10.作为优选，所述降粘剂由第一共聚物与第二共聚物经接枝共聚反应得到，其中，所
述第一共聚物为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸与烯丙醇缩水甘油醚的三元共聚物，所述第二共聚物为丙烯酰胺与对苯乙烯磺酸钠的二元共聚物。
11.作为优选，所述第一共聚物与第二共聚物的摩尔比为(3-5)：1。
12.作为优选，所述第一共聚物由如下质量份的原料制成：丙烯酰胺10-20份、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸3-5份、烯丙醇缩水甘油醚0.1-0.3份、引发剂ⅰ0.1-0.5份。
13.作为优选，所述第一共聚物通过如下制备方法获得：称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸和烯丙醇缩水甘油醚依次加入到反应容器中，再加入溶剂充分搅拌溶解；通氮除氧后，加入引发剂ⅰ，升温至60-70℃继续搅拌反应9-11小时，冷却，加入乙醇中沉淀，过滤收集沉淀，重新溶于水中，采用截留分子量为10000da的透析袋进行透析，浓缩，冷冻干燥，粉碎，得第一共聚物。
14.优选地，所述引发剂ⅰ为偶氮二异丁腈。
15.优选的，所述溶剂为二甲基亚砜。
16.优选地，所述通氮除氧的时间为30分钟以上。
17.作为优选，所述第二共聚物由如下质量份的原料制成：丙烯酰胺80-90份、对苯乙烯磺酸钠40-60份、引发剂ⅱ0.5-1.5份、链转移剂1-2份。
18.作为优选，所述第二共聚物通过如下制备方法获得：称取丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和链转移剂溶于水中，搅拌溶解，通氮除氧后，加入引发剂ⅱ，升温至50-60℃继续搅拌聚合10-14小时，所得溶液经碱溶液中和后，加入乙醇中沉淀，过滤收集沉淀，重新溶于水中，采用截留分子量为10000da的透析袋进行透析，浓缩，冷冻干燥，研磨，得第二共聚物。
19.优选地，所述引发剂ⅱ为偶氮二异丁脒盐酸盐。
20.优选地，所述链转移剂为半胱胺盐酸盐。
21.优选地，所述通氮除氧的时间为30分钟以上。
22.优选地，所述碱溶液为0.8-1.2mol/l的naoh溶液。
23.优选地，所述降粘剂通过如下制备方法获得：将第一共聚物与第二共聚物溶于水中，室温下反应22-26小时，采用截留分子量为30000da的透析袋进行透析，旋蒸除水，冷冻干燥，研磨，得产品。
24.稠油是含有高胶质沥青质、高蜡、高硫等高粘度的原油，稠油的油藏温度一般较高，高温对水溶性稠油降粘剂应用效果既有积极影响又有消极影响。其中，积极影响包括：稠油的粘度与温度有关，温度越高，稠油的粘度越低，有利于水溶性稠油降粘剂的快速分散以及向稠油中的渗透；适当的高温有利于降粘剂表面活性与界面活性的提高，可以使油水间界面张力降至更低水平，更容易形成水包油乳液；适当的高温也能增强降粘剂溶液的润湿性，有利于活性剂水膜在油层或管壁上的吸附形成，减小流动阻力。高温的消极影响则主要体现在：部分水溶性稠油降粘剂的耐温性较差，高温下结构容易发生破坏；较高的温度能够加剧布朗运动，增加乳液液滴间的碰撞频率，容易发生液滴间的聚并，导致乳液的破坏；高温下界面膜粘度减小，强度降低，也会发生破乳。因此，耐温性是水溶性稠油降粘剂需要特别关注的指标。
25.此外，稠油流动性很差，沥青质、胶质等重质组分多，稠油的粘度就大，发生流动时流动截面上流速不同的微团间由于相对运动而产生的内摩擦力很大，导致稠油流动性很差；稠油中的蜡常温下呈固态，随着蜡晶的析出、聚集及进一步胶凝能够形成空间网络结
构，也会造成稠油流动性的大幅下降。因此，通过降粘剂的降粘以提高稠油的流动性，促进稠油开采。
26.本发明通过在三元共聚物上接枝二元共聚物，使得聚合物降粘剂的耐温性更好，降粘效果更显著。具体的，三元共聚物以丙烯酰胺为主要单体，并以2-丙烯酰胺基十二烷磺酸作为合成降粘剂的共聚单体之一，二者能够很好地发生共聚，且在水溶液中水解缓慢，不与钙、镁离子产生沉淀反应，具有耐温、抗盐特性，使共聚物性能更为适应油藏环境需求；同时，在主链上引入烯丙醇缩水甘油醚，以得到三元共聚物。
27.本发明利用三元共聚物上的环氧基与氨基间的化学反应，将氨基封端的丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠二元共聚物接枝于三元共聚物侧链，获得长支链型的水溶型聚合物。本发明所得产物中存在大量的苯乙烯磺酸钠而具有一定的表面活性，有利于稠油的乳化；同时产物还可以带来疏水缔合效应，使产物溶水后具有足够的粘度，增强产物的驱油性能。
28.本发明降黏剂中亲水的强极性基团磺酸根可以嵌入稠油沥青质的层间结构之中，破坏沥青质等大分子的堆积结构，由“内部”向“外围”逐步破坏稠油致密的网络结构，以提高稠油流动度。1l稠油中使用200-1000mg的降粘剂，在160℃以下的使用条件下，降黏率可以达到96％以上；在160-180℃的条件下，降黏率达90％以上；在180-200℃的条件下，降黏率可以达到80％以上，表现出优异的耐温性和降黏效果。
具体实施方式
29.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。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。
30.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
31.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
32.若无特殊说明，所有原料均来源于市售产品，且若无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。
33.本发明所用原料及其化学结构式如下：
34.丙烯酰胺：
35.2-丙烯酰胺基十二烷磺酸：
36.烯丙醇缩水甘油醚：
37.对苯乙烯磺酸钠：
38.实施例1-5：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸与烯丙醇缩水甘油醚三元共聚物的制备
39.按原料组成表一所示称取丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸和烯丙醇缩水甘油醚依次加入到反应容器中，再加入二甲基亚砜充分搅拌溶解；通氮除氧30分钟后，加入偶氮二异丁腈，升温至65℃继续搅拌聚合反应10小时；待体系冷却至室温，将所得溶液加入乙醇中沉淀，过滤收集沉淀，重新溶于水中，采用截留分子量为10000da的透析袋透析，每天透析一次，透析三天，浓缩，冷冻干燥，研磨，称重，计算产率。
40.原料组成表一：
[0041][0042]
注：产率的计算方法为：产物质量
÷
(丙烯酰胺质量 2-丙烯酰胺基十二烷磺酸质量 烯丙醇缩水甘油醚质量)
×
100％。
[0043]
实施例6-10：丙烯酰胺与对苯乙烯磺酸钠二元共聚物的制备
[0044]
将原料组成表二所示称取丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和半胱胺盐酸盐溶于水中，搅拌溶解，通氮除氧30分钟后，加入偶氮二异丁脒盐酸盐，升温至55℃继续搅拌聚合12小时，所得溶液经1mol/l的naoh溶液中和后，加入乙醇中沉淀，过滤收集沉淀，重新溶于水中，采用截留分子量为10000da的透析袋透析，每天透析一次，透析三天，浓缩，冷冻干燥，研磨，称重，计算产率。
[0045]
原料组成表二：
[0046][0047]
注：产率的计算方法为：产物质量
÷
(丙烯酰胺质量 对苯乙烯磺酸钠质量)
×
100％。
[0048]
实施例11：降粘剂的制备
[0049]
将实施例1制备的产物与实施例6制备的产物溶于水中，室温下反应24小时，采用截留分子量为30000da的透析袋进行透析，每天透析一次，透析三天，旋蒸除水，冷冻干燥，研磨，得产品。
[0050]
所述第一共聚物与第二共聚物的摩尔比为4：1。
[0051]
实施例12：降粘剂的制备
[0052]
将实施例2制备的产物与实施例7制备的产物溶于水中，室温下反应23小时，采用截留分子量为30000da的透析袋进行透析，旋蒸除水，冷冻干燥，研磨，得产品。
[0053]
所述第一共聚物与第二共聚物的摩尔比为4.5：1。
[0054]
实施例13：降粘剂的制备
[0055]
将实施例3制备的产物与实施例8制备的产物溶于水中，室温下反应26小时，采用截留分子量为30000da的透析袋进行透析，旋蒸除水，冷冻干燥，研磨，得产品。
[0056]
所述第一共聚物与第二共聚物的摩尔比为5：1。
[0057]
实施例14：降粘剂的制备
[0058]
将实施例4制备的产物与实施例9制备的产物溶于水中，室温下反应24小时，采用截留分子量为30000da的透析袋进行透析，旋蒸除水，冷冻干燥，研磨，得产品。
[0059]
所述第一共聚物与第二共聚物的摩尔比为3：1。
[0060]
实施例15：降粘剂的制备
[0061]
将实施例5制备的产物与实施例10制备的产物溶于水中，室温下反应24小时，采用截留分子量为30000da的透析袋进行透析，旋蒸除水，冷冻干燥，研磨，得产品。
[0062]
所述第一共聚物与第二共聚物的摩尔比为3.5：1。
[0063]
实施例16：降粘剂的使用方法
[0064]
向稠油中加入实施例11-15任一制备的降粘剂，用量为1l稠油中使用200-1000mg降粘剂，工作温度为50-200℃。
[0065]
每1l稠油中降粘剂的具体使用量可以为200mg、500mg、800mg或1000mg；工作温度优选为50℃以上，最高可以达到200℃，较佳的工作环境为80-170℃。
[0066]
降粘剂的工作时间可以达到24h以上，耐温性持久。
[0067]
对比例1：降粘剂为实施例1制备的丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸与烯丙醇缩水甘油醚三元共聚物。
[0068]
对比例2：降粘剂为实施例6制备的丙烯酰胺-对苯乙烯磺酸钠二元共聚物。
[0069]
效果例：
[0070]
将实施例11-15和对比例1-2制备的降粘剂用于稠油降粘实验。
[0071]
稠油的初始粘度(100℃)10510mpa
·
s。
[0072]
模拟地层水：矿化度6320mg/l，含ca
2
65.34mg/l，mg
2
51.26mg/l。
[0073]
稠油降粘的方法为：在1l稠油中加入600mg降粘剂，温度分别为100℃、165℃和200℃，混合均匀。
[0074]
对实验稠油的初始粘度(mpa
·
s)、实验稠油与模拟地层水的界面张力(mn/m)、以及稠油加入降粘剂后的粘度(mpa
·
s)和界面张力(mn/m)进行测定，记录结果，每个样品做3个平行，取平均值。
[0075]
粘度测量采用同轴圆筒式旋转粘度计；界面张力采用texas2500型界面张力仪进行测定。
[0076]
100℃下降粘实验结果表三：
[0077][0078][0079]
165℃下降粘实验结果表四：
[0080][0081]
200℃下降粘实验结果表五：
[0082][0083]
由上述结果可知，本发明实施例11-15制备的降粘剂可显著降低稠油的粘度，在温度为100℃时，降粘率在90％以上；温度为165℃时，降粘率在85％以上；温度为200℃时，降粘率在75％以上，总体耐温性能良好。对比例1降粘剂也有明显的降粘作用，但是与同一试验条件下实施例11的降粘效果相比，差异显著；对比例2降粘剂有一定程度的降粘效果，但是与同一试验条件下实施例11的降粘效果相比，差异显著。
[0084]
100℃下界面张力结果表六：
[0085][0086][0087]
由上述结果可知，本发明降粘剂可以显著降低稠油的界面张力，这样在低界面张力的帮助下，水溶液能够将高粘油相分散为在水相中的细小液滴，于是体系内部的流体摩擦力由油相内的高摩擦力转变为水相内的低摩擦力，从而实现降低稠油粘度，提高稠油流动性的目的。
[0088]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。