一種抗溫抗鹽稠油乳化降粘劑及應用的製作方法

2024-02-24 00:46:15

本發明屬於油田採油
技術領域：
，特別涉及一種原油降粘處理劑，是一種抗溫抗鹽型稠油乳化降粘劑。
背景技術：
：我國稠油儲量豐富且分布廣泛，稠油儲量約佔探明儲量的30％。伴隨著各處油田普通原油開採量的遞減，稠油的開採越來越得到重視。但是由於重質油的粘度高，在地層、管道中的流動能力差，導致稠油開採困難。因此稠油的降粘開採是稠油開發的關鍵。目前國內外提出的稠油降粘方法主要有加熱法、摻稀法、催化降粘法和乳化降粘法。加熱法稠油降粘存在的主要問題在於能耗、成本高；而摻稀法和催化降粘法分別受到稀油資源和催化條件的影響，應用範圍受到限制。而乳化降粘技術具有現場實施可操作性強、技術靈活多樣、對環境適應性強且成本低等特點，被認為是最有應用前景的稠油降粘技術。稠油乳化降粘是用一定濃度的水溶性降粘劑水溶液，在一定條件下與稠油充分混合，使高粘稠油以油滴形式分散於降粘劑水溶液中，形成低粘度O/W型乳狀液，液滴分散在連續相中，稠油乳液粘度接近連續相粘度，使稠油粘度大大降低，達到採出稠油的目的。降粘劑使用過程中通常以地層水為溶劑。地層水中含有一定量的鹽分，而一些特殊油藏的地層水含鹽量則特別高。如塔河油田、桑塔木油田，地層水礦化度可達2×105mg/L。由於地層水含鹽量高，導致常規降粘劑對這類油藏的稠油降粘能力降低，甚至消失。儘管乳化降粘劑相比其它降粘方式具有明顯的優勢，但針對高溫、高鹽的深層稠油開採而言，現有的常規表面活性劑難以滿足稠油開採的實際需求。傳統的由陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑組成的降粘劑耐溫、耐鹽性差。陰離子表面活性劑，高礦化度尤其是高鈣鎂條件下易形成沉澱，表面活性大大降低。而非離子表面活性劑在高溫條件下表面活性下降，至濁點時基本完全失去表面活性。儘管陰離子表活和非離子表活復配可以在一定程度上改善降粘劑的耐鹽、耐溫性能，可將降粘劑的耐鹽耐溫性能提高至礦化度0.5～1×104mg/L、80～90℃的條件，但這種改善對高達2×105mg/L、>100℃的油藏環境來說，基本上是無能為力的。因此開發耐鹽性稠油降粘劑，對於高礦化度，特別是高鈣鎂離子含量的稠油油藏的開發具有重要意義。實際上，耐溫耐鹽型稠油的乳化降粘是國內外研究者一直想解決的問題，但目前能夠應用於耐溫耐鹽環境下的稠油乳化降粘劑種類極少。相關研究工作主要集中2個方面：1)合成新的耐鹽表面活性劑，如中國專利申請CN1560178A(公開號200520023615.2)中，以非離子聚氧乙烯醚表面活性劑、環氧丙烷和氫氧化鈉為原料，合成了具有耐鹽性能的表面活性劑聚氧乙烯醚羥基丙磺酸鹽，耐鹽能力可達2.2.6×105mg/L。又如中國專利申請CN1560176A(公開號2004100234922)中，以非離子聚氧乙烯醚表面活性劑為原料，進行羧甲基化，合成了具有耐鹽性能的表面活性劑聚氧乙烯醚乙酸鹽，耐鹽能力可達2.0×105mg/L、耐溫能力達150℃。這些例子中的表面活性劑為陰離子-非離子表面活性劑，在表面活性劑分子中，同時具有陰離子(如磺酸根、羧酸根)和非離子的聚氧乙烯醚結構，使表面活性劑分子同時具有較好的耐鹽和耐溫性能；以及還有將特種表面活性劑——雙子表面活性劑用於稠油降粘劑的例子。但問題在於，也正如以上2個專利申請中所表現的，降粘劑基本上是由特種表面活性劑陰離子-非離子表面活性劑或其它表面活性劑單獨組成。這就造成對其它很多複雜而不同的油藏環境，不能調整配方組成達到最優效果；另一方面也在於，所用的特種表面活性劑的價格必定高於常規的陰離子或非離子表面活性劑。這些都限制了這類耐鹽、耐溫降粘劑的應用。2)表面活性劑的增效復配技術。通過多種表面活性劑的配合，以及多種功能助劑的復配，達到耐溫耐鹽效果。如中國專利CN102618239B(申請號2011104460424)，提供了一種抗鹽耐溫型超稠油乳化降粘劑，主劑由陰離子表面活性劑、非離子-陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑構成；助劑由磺酸鹽型聚丙烯醯胺、非離子氟碳表面活性劑、改性納米助劑和鹼性助劑構成。該復配降粘劑抗鹽可達2.0×105mg/L，耐溫可達150℃，可實現對50℃粘度為500Pas超稠油的乳化降粘。不過值得注意的是，專利中所述的配方成分多達12種(除水外)，這不僅造成降粘劑的配製複雜，還因為其中含有陰離子-非離子表面活性劑、含氟表面活性劑、改性納米助劑、改性聚丙烯醯胺等功能成分，造成降粘劑的成本高企，限制降粘劑的推廣使用。因此，基於對國內外高溫高鹽環境下稠油降粘劑存在問題認識和分析，以及期望從技術上根本解決高溫高鹽油藏的稠油開採問題。我們進行了耐溫耐鹽稠油降粘劑的研究開發工作。技術實現要素：為了解決現有稠油降粘劑在高鹽、高溫條件下稠油降粘性能差、稠油開發存在困難等，並提高稠油開採的經濟效益，我們進行了新型低成本、高效稠油降粘劑的開發工作。本發明的技術方案是：其含有以下2種組分的水溶液：陰離子表面活性劑5～20重量份兩性離子表面活性劑5～20重量份耐鹽、耐溫的降粘劑組合物主劑由陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑組成；助劑可以根據本領域技術人員常用的技術或知識，選擇具有提高或改善降粘劑性能的組分；如可添加甘油，改善降粘劑在低溫條件下的儲存穩定性；加入有機鹼，使稠油中酸性組分轉化為具有表面活性的物質，提高稠油乳化效果；加入生物或化學聚合物，提高稠油乳液的穩定性，等等。所述的陰離子表面活性劑，可以是含有羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽結構的表面活性劑。包括並不限於：烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉、α-烯基磺酸鹽、重烷基苯磺酸鈉、十二烷基二苯醚二磺酸鈉、木質素磺酸鈉、石油磺酸鈉、烷基硫酸鈉、脂肪酸鹽、脂肪酸甲酯磺酸鹽、鼠李糖脂、烷基醇烷氧基化硫酸鹽中的一種或幾種。所述的兩性離子表面活性劑，通常情況下是甜菜鹼型表面活性劑，如烷基二甲基甜菜鹼、烷基二羥乙基甜菜鹼、烷基醯胺丙基甜菜鹼、磺酸型甜菜鹼(陰離子基團為磺酸基團的甜菜鹼)、焦磷酸型甜菜鹼(陰離子基團為焦磷酸基團的甜菜鹼)中的一種或幾種。如可以選自十二烷基二甲基甜菜鹼、椰油醯胺丙基甜菜鹼、月桂醯胺丙基焦磷酸型甜菜鹼、十八烷基二羥乙基甜菜鹼中的一種或幾種。所述的降粘劑在稠油採出中的應用，特別是在高溫和/或高鹽條件下的稠油井筒降粘、稠油乳化集輸或稠油開採過程中的輔助降粘開採。所述高溫是指油藏溫度範圍為70～130℃；所述高鹽是指油藏地層水礦化度範圍為1×104～2.5×105mg/L。本發明的技術原理：(1)首先分析組成降粘劑的表面活性劑在高溫、高鹽條件下性能下降的基本原理。對於陰離子表面活性劑，表面活性劑分子中的陰離子(如羧酸根、硫酸根、磺酸基)與鈣鎂等二價離子(鈣鎂離子相對其它陽離子含量較高)結合，由於正負離子的靜電作用大於陰離子表活的水化作用，導致由於表面活性劑水溶性降低；並且表面活性劑分子非極性基團的聚集更進一步降低了表面活性劑分子的水溶性；這些原因導致陰離子表面活性劑在高礦化度(鈣鎂等高價離子)條件下失去表面活性。陰離子表面活性劑與陽離子(以鈣離子為例)結合示意式(2)本發明的技術原理耐鹽降粘劑組合物與陽離子(以鈣離子為例)作用的原理示意式常規陰離子表面活性劑在高礦化度水(陽離子含量高)中，由於陰離子基團與陽離子基團的相互作用，致使降粘劑中表面活性分子與陽離子發生去水化、聚集作用，導致降粘作用下降乃至消失。而本發明所述的降粘劑在高礦化對水中，表面活性劑分組與陽離子結合後仍然具有較強的水化作用，使本發明的降粘劑在高礦化度條件下具有表面活性，從而在該條件下具有降粘作用。不同的陰離子表面活性劑與兩性離子表面活性劑組合，由於各自表面活性、水溶性、與鈣鎂離子的結合能力等不同因素，也會導致降粘劑組合物的耐溫、耐鹽性能的差別及對不同稠油降粘效果的不同。發明的稠油降粘劑，涉及到的表面活性劑組分包括但不限於：椰油脂肪醯二乙醇胺磷酸酯：別名淨洗劑6503。結構式：RCON(CH2CH2OPO3H2)2，RCO＝椰醯基。本品為棕黃色至黃色透明液體，可以任意比例與水混溶，與其它陰離子或非離子表面活性劑混用可製得透明液體，在硬水中具有良好的洗滌和防腐蝕性能。生產廠家：江蘇省海安石油化工廠。椰油醯胺丙基甜菜鹼：化學名：椰油醯胺丙基二甲胺乙內酯。結構式：RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COO-。具有優良的溶解性、配伍性、發泡性和增稠性，具有良好的抗硬水性、抗靜電和生物降解性。供應商：臨沂綠森。月桂醯胺丙基甜菜鹼：化學名：月桂醯胺丙基二甲胺乙內酯。結構式：RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COO-。具有優良的溶解性、配伍性、發泡性和增稠性，具有良好的抗硬水性、抗靜電和生物降解性。供應商：臨沂綠森。椰油醯胺羥磺基甜菜鹼：結構式：RCONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-。具有優良的溶解性、配伍性、優良的發泡性和顯著的增稠性，具有比CAB更優良的抗硬水性、抗靜電和生物降解性。生產廠家：江蘇飛翔集團。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)：結構式：RO(CH2CH2)nSO3Na。易溶於水，具有優良的去汙、乳化、發泡性能和抗硬水性能。生產廠家：臨沂綠森。十二烷基硫酸鈉：別名月桂基硫酸鈉，K12、SDS。結構式：C12H25OSO3Na。具有良好的發泡性和乳化性能。其水溶液遇低溫後析出白色珠光狀結晶或成為膏體。日化領域用於牙膏、洗髮膏、洗髮香波、洗衣粉等。工業上，用於乳液聚合的乳化劑；淨洗劑等。供應商：BASF。DOWFAXTMAS-801：在結構上屬於烷基醇烷氧基化硫酸鹽，是一種新型陰離子磺酸鹽類表面活性劑。在乳液聚合中，DOWFAXTMAS-801可以很好地與不同非離子乳化劑(如：EH-9、AEO-9，15-S-9等)復配使用，並提供相似的性能，且聚合出渣率較低。在建築塗料應用中，由DOWFAXTMAS-801的乳液製備的建築塗料能夠通過5次凍融測試，且在常溫中能更快的恢復良好的流動性；耐擦洗、耐水耐鹼性能和由NPES-4/NP-10或AES-4/NP-10乳液製備的建築塗料基本相當。此外，在配方穩定性(Ca2+穩定性，機械穩定性)，減少塗料瑕疵，提高生產效率，低VOC，乳液穩定性，潤溼性能等客戶需求方面，由DOWFAXTMAS-801製備的乳液都表現出顯著的優勢。脂肪酸甲酯磺酸鹽(MES)：結構式：RCH(SO3Na)COOCH3，R＝C14-16烷基。MES是以天然動植物油脂為原料製成的一種高效表面活性劑，是受當今國內外密切關注的最有發展潛力的廉價高效表面活性劑和鈣皂分散劑，其有優良的去汙性、抗硬水性、低刺激性和毒性，表面活性優於烷基苯磺酸鈉(LAS)，是國際上公認的用來替代烷基苯磺酸鈉的第三代表面活性劑。主要用於生產各種洗滌用品，並用於改進合成洗滌劑的性能。可代替部分烷基苯磺酸鈉和三聚磷酸鈉，製成低磷或無磷洗滌劑。也可用作各種液體洗滌劑的活性物，在其他化工領域，例如化妝品、塗料、染料、農藥、油田化學品、塑料、橡膠等行業也被廣泛使用。供應商：Ecogreen.本發明與現有技術相比，具有以下有益效果。1、本發明的降粘劑在高礦化度條件(總礦化度可高達2.5×105mg/L)具有較低的界面張力。2、抗鹽、抗鈣、乳化能力強，對稠油乳化降粘效果明顯。3、發明的降粘劑在高溫和高礦化度的條件下具有良好的穩定性，可以用於高溫或高鹽條件下稠油的乳化降粘開採。4、本發明生產工藝簡單，產品使用方便，適用性廣、能提高深層特稠油開採的經濟效益。附圖說明圖1為耐溫穩定性評價圖。具體實施方式實施例1：(1)2.5×105mg/L礦化度水的配製：(1L礦化度水，低礦化度水由此溶液稀釋配製)(2)耐鹽性測試：實驗方法：1)配製0.2wt％的不同陰離子表面活性劑水溶液10mL，向表面活性劑溶液中滴加2.5×105mg/L礦化度水，至溶液渾濁，記錄溶液體積和礦化度水加入量，計算此時溶液礦化度，作為對照值。2)配製陰離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑組合物溶液(各自為0.2wt％終濃度)10mL，向表面活性劑溶液中滴加2.5×105mg/L礦化度水，至溶液渾濁，記錄溶液體積和礦化度水加入量，計算此時溶液礦化度(註：CAB-35為椰油醯胺丙基甜菜鹼)。實驗結果見表1.表1：實施例1實驗結果陰離子表面活性劑對照(mg/L)CAB-35(mg/L)SDS5882.8519626.17十二烷基苯磺酸2970.295882.35鼠李糖脂16981.1320930.23MES11538.4635682.82實驗結果表明，陰離子表面活性劑復配兩性離子表面活性劑後，組合物的耐鹽性能大大提高，表明這種通過陽離子(鈣鎂離子)將陰離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑分子組裝在一起的方法對提高耐鹽性是十分有效的。實施例2：以某油田稠油(50℃粘度20200mPa·s)降粘為例，評價降粘劑的降粘效果。降粘劑配方：(按重量百分比計)降粘效果測試：用2.5×105mg/L礦化度水將降粘劑配成0.5wt％的水溶液；將稠油在50℃條件下加熱1h，測其粘度為20200mPa·s；然後將降粘劑溶液加入稠油中(油水重量比＝1：1)，放入50℃的恆溫水浴中，恆溫1h，取出充分攪拌使之成為均勻分散體，測其粘度為18.2mPa·s，降粘率為99.9％。實施例3：以某油田稠油為例，評價該降粘劑的降粘效果。降粘劑配方：(按重量百分比計)；降粘效果測試：用2×104mg/L礦化度水將降粘劑配成0.5wt％的水溶液；將該稠油在80℃條件下加熱1h，測其粘度為10900mPa·s；然後將降粘劑溶液加入稠油中(油水重量比＝7:3)，放入80℃的恆溫水浴中，恆溫1h，取出充分攪拌使之成為均勻分散體，測其粘度為95mPa·s，降粘率為99.1％。實施例4與對比實施例：以某油田稠油(50℃粘度為15000mPa·s)為研究對象，考察降粘劑配方在地層水礦化度為1.0×104mg/L、油水重量比7:3、降粘劑濃度0.5wt％、50℃時的稠油降粘率。降粘實驗方法同實施例3。耐鹽性根據降粘劑溶液在礦化度水中產生的沉澱的多少判斷(沉澱量多，耐鹽性差)。詳見表2.表2：實施例與對比例的實施條件及結果實施例對比配方組成(重量百分組成)乳化稠油粘度mPa·s耐鹽性降粘率對比例4aSDS24，CAB-354，水餘量8000-46.7％實施例4aSDS10，烷基二甲基甜菜鹼15，水餘量675+95.5％對比例4b十八烷基二羥乙基甜菜鹼24，MES4，水餘量960+93.6％實施例4b十八烷基二羥乙基甜菜鹼15，MES10，水餘量560+96.3％對比例4cTW-2020，OP-1020，水餘量450++97.0％實施例4cAS-80120，CAB-3520，水餘量115++99.2％根據實驗結果，本發明所述的降粘劑與對比實施例的降粘劑相比，具有較好的耐鹽性，或更高的降粘率。實施例5：耐溫穩定性評價。實驗方法：配製終濃度為0.1wt％表面活性劑(一定礦化度)溶液或總活性物濃度為0.1wt％的降粘劑(一定礦化度)溶液，氮氣置換3次後，密封溶液，在110℃或130℃條件下加熱。每隔一段時間測試溶液的界面張力(煤油為油相)，記錄數據如圖1所示。實驗結果表明，相比單獨使用陰離子表面活性劑，陰離子表面活性劑與兩相離子表面活性劑復配後具有更好的耐溫、耐鹽性能。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp