新型耐温稠油降粘剂的制备与评价
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因此本文采用李宜坤提出的以丙酮作溶剂 、由 烷基酚聚氧乙烯醚与氯乙酸 、氢氧 化钠反 应的 方 法 [ 10 ]合成了系列烷基酚聚氧乙烯醚羧酸盐 ,并对其 降低稠油粘度的性能进行了评价 。
1 实验部分
所使用的仪器有 : Physica Rheolab MC1 流变仪 (德国 ) 、B ruker V33红外光谱仪 (德国布鲁克 )等 。
可以看出 ,采用丙酮作溶剂合成 OPC两性表面 活性剂 ,产率达到 80%以上 ,远远高于普通氯乙酸 法的反应产率 。这可能是因为丙酮为偶极溶剂 ,可 使碱化反应生成的氧基负离子 R1 O - 的亲核性增 强 ,因而反应快速而彻底 。
图 1 OPC的红外光谱图
114
西南石油大学学报 2007年
3 O PC Οn 降粘性能评价
稠油乳化降粘就是将表面活性剂水溶液注到井 下 ,使高粘度的稠油变为低粘度的水包油乳状液 。 此时由于油处在分散状态 ,而水处于连续状态 ,因此 乳状液的粘度与稠油本身的粘度没有直接关系 。
稠油乳化降粘的关键是表面活性剂的选择 ,具 有合适分子结构的表面活性剂才具有较好的稠油乳 化降粘性能 。本文所合成的 5 种表面活性剂 ,随氧 乙烯链节数不同 ,其亲水亲油平衡能力不同 ,因而具 有不同的稠油乳化降粘性能 。 3. 1 有效降粘质量分数的测定
第 29卷 第 5期 西 南 石 油 大 学 学 报 Vol. 29 No. 5
2007年 10月 Journal of Southwest Petroleum University Oct 2007
文章编号 : 1000 - 2634 (2007) 05 - 0112 - 04
第 5期 葛际江等 : 新型耐温稠油降粘剂的制备与评价
113
稠油来源
冷东 43块二区 591 冷东 43块二区 603
单家寺 11Ο15 单家寺 13Ο9 孤四 5Ο419 桩西 62Ο10 河口陈庄 375
表 1 稠油的性质
50℃稠油粘度 /
酸值 /
( ×104mPa·s) [ mg( KOH) / g(原油 ) ]
专利 US4811788[ 8 ]和 CN1115778[ 9 ]分别报道了 用聚氧乙烯二十醇醚磺酸盐 、聚氧乙烯酚醛树脂膦
酸盐等非离子 Ο阴离子两性表面活性剂作稠油降粘 剂 ,可耐 300～320 ℃的高温 ,但合成工艺复杂 ,成本 高。
本文拟用壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐 (简称 OPCΟ n,其中 n 为氧乙烯的链节数 )作耐温稠油降粘剂 。 该类表面活性剂可由烷基酚聚乙烯醚与氯乙酸反应 生成 。常规的氯乙酸法 (不使用溶剂 ) ,合成线路简 明 ,原料易得 ,是小型企业生产 OPC的主要方法 ,但 产率低 ,约为 70%。
评价表面活性剂的乳化降粘能力时 ,通常将质 量比为 7 ∶3的稠油和表面活性剂的水溶液进行混 合 。使混合体系在搅动时能形成乳状液 ,乳化体系 粘度能降低 90%以上 ,且在 50℃、1 h内自然沉降脱 水率高于 80%的表面活性剂的最低质量分数 ,称为 降粘剂的最低有效降粘质量分数 (简称有效降粘质 量分数 ) [ 11 ] 。
对单家寺 13Ο9稠油的有效降粘质量分数 / %
5% 10% 15% 20% 0
NaCl NaCl NaCl NaCl
0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05
0. 050 0. 050 0. 025 0. 025 0. 050
0. 050 0. 100 0. 025 0. 025 0. 050
引 言
目前我国开采特稠油和超稠油油藏的主要方法 是蒸汽吞吐 。吞吐后期 ,开采油气比低 、原油粘度 大 、井筒举升困难等矛盾日益突出 。伴蒸汽注入稠 油降粘剂 ,可以降低注汽压力 ,减小井筒举升阻力 , 提高注汽生产的经济效益 。由于蒸汽的温度较高 (最高可达 350 ℃) ,因此要求伴汽注入的降粘剂具 有较高的耐温性能 。
试剂名称 试剂质量 /mg
CaCl2 ·2H2O 294
表 2 胜利盐水的配制 3
M gCl2 ·6H2O
N aHCO 3
273
551
Na2 SO4 133
N aC l 4688
蒸馏水 994097
注 : 胜利油田评价降粘剂用水
2 O PC 的合成与表征
壬基酚聚氧乙烯醚乙酸盐的合成主要分为两
对单家寺 13Ο9稠油的有效降粘质量分数 / %
对陈庄稠油的有效降粘质量分数 / %
0
2% CaCl2
3% CaCl2
0
2% CaCl2
3% CaCl2
0. 05
0. 10
0. 1
0. 050
0. 10
0. 50
0. 05
0. 50
0. 5
0. 050
0. 25
0. 25
0. 05
0. 05
0. 1
0. 10 0. 25 0. 05 0. 05 0. 10
0. 25 0. 10 0. 10 0. 10 0. 10
Βιβλιοθήκη Baidu
对陈庄稠油的有效降粘质量分数 / %
5% 10% 15% 20% 0
NaCl NaCl NaCl NaCl
0. 050 0. 050 0. 025 0. 025 0. 050
0. 050 0. 025 0. 050 0. 050 0. 050
所用药品主要有分析纯的氢氧化钠 、氯乙酸以 及滨化集团生产的壬基酚聚氧乙烯醚表面活性剂 , 如 OPΟ4、OPΟ6、OPΟ8、OPΟ10 和 OPΟ15 (数字表示氧 乙烯链节数 )等 。
所用稠油取自胜利油田 、辽河油田 ,主要性质见 表 1。
3 收稿日期 : 2006 - 10 - 16 基金项目 : 国家高技术研究发展项目 (2006AA06Z227) 。 作者简介 : 葛际江 (1972 - ) ,男 (汉族 ) ,山东高密人 ,副教授 ,博士 ,主要从事油田化学方向的研究 。
0. 025
0. 10
0. 10
0. 05
0. 05
0. 1
0. 025
0. 05
0. 10
0. 05
0. 05
0. 1
0. 050
0. 05
0. 25
从表 5和表 6可以看出 ,在通常含盐量范围内 (该范围依据 OPC表面活性剂分子中氧乙烯链节数 的不同而异 ) ,盐含量的变化对 OPC有效降粘质量分 数没有不利影响 ,甚至随盐含量的升高 , OPC有效降 粘质量分数会降低 ;但在高含盐量的情况下 , OPC有
测定降粘剂的有效降粘质量分数时 ,质量分数 的间隔通常设为 5 ×10 - 4。
依上述规定 ,测定了所合成的 5种 OPC表面活
性剂对不同稠油的有效降粘质量分数 ,见表 4。
表 4 OPC对不同稠油的有效降粘质量分数
稠油来源
单家寺 11Ο15 陈庄 375 单家寺 13Ο9 冷东 43块 591 冷东 43块 603 孤四 5Ο419 桩西 62Ο10
表 3 OPC表面活性剂的产率
采用的合成方法 不使用丙酮作溶剂
产率 / % OPCΟ4 OPCΟ6 OPCΟ8 OPCΟ10
75
70
70
67
O PC Ο15 65
使用丙酮作溶剂
85
85
80
80
80
图 1是用重结晶方法对所得产品进行提纯后所 作的红外谱图 ,可以看出 , 1 611 cm - 1处确有强的羧 基吸收峰 。
步 ,一步为壬基酚聚氧乙烯醚和氯乙酸的碱化反应 , 另一步为壬基酚聚氧乙烯醚羟基钠和氯乙酸钠的亲 核取代反应 。反应可表示如下 (用 R1 OH 表示壬基 酚聚氧乙烯醚表面活性剂 ) :
本文分别以 OPΟ4、OPΟ6、OPΟ8、OPΟ10和 OPΟ15 为主要原料 ,采用加丙酮溶剂和不加丙酮溶剂两种 方法合成了系列 OPC。用两相滴定法测定了反应 产物中 OPC的含量 ,计算出反应产率 ,见表 3。
效降粘质量分数随盐含量的升高而升高 。可以用胶 体化学的基本原理解释上述规律 :表面活性剂的乳化 效果取决于表面活性剂分子的亲油亲水平衡能力 ,即 在油水界面上的吸附情况 。低含盐量时 ,虽然盐的加 入改变了水相极性 ,但由于 OPC类表面活性剂耐盐
w (OPCΟ4) w (OPCΟ6) w (OPCΟ8) w (OPCΟ10) w (OPCΟ15)
/%
/%
/%
/%
/%
0. 250
0. 100
0. 100
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0. 250
0. 050
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0. 025
0. 025
0. 050
0. 050
0. 050
0. 050
0. 050
0. 050
1. 60 1. 20 9. 70 7. 50 0. 36 3. 50 2. 50
1. 94 2. 13 11. 72 3. 80 2. 94 0. 01 1. 75
w (胶质沥青质 ) / %
29. 5 27. 5 37. 0 35. 2 29. 0 32. 1 33. 0
本文溶解降粘剂用水除说明外 ,按表 2配制 。
表面活性剂是稠油降粘剂的主要成分 ,主要有 非离子型 、阴离子型以及两性表面活性剂等 ,其中具 有较高耐温能力的是阴离子表面活性剂和非离子 Ο 阴离子两性表面活性剂 [ 1 ] 。
CN1221650[ 2 ] 、CN1204680[ 3 ] 、CN1310221[ 4 ] 等 报道了以磺酸盐表面活性剂作稠油降粘剂 ,石油勘 探开发研究院研制的 HEA 稠油降粘剂 [ 5 ] 、石油大学 研制的 GL 稠油降粘剂 [ 6 ]以及新疆石油勘探开发研 究院研制的稠油降粘剂 [ 7 ] ,其主要成分是石油皂或 环烷酸盐 。这些表面活性剂成本低 ,耐温性能高 ,但 通常需复配碱性物质才能对稠油有较好的乳化降粘 作用 ,而碱性物质的添加则会导致粘土膨胀 、结垢等 后果 ,对采油过程存在潜在危害 。
新型耐温稠油降粘剂的制备与评价3
葛际江 1 , 李德胜 2 ,张贵才 1
(1. 中国石油大学 (华东 )石油工程学院 ,山东 东营 2570612; 2. 中石油辽河油田钻采院 ,辽宁 盘锦 124010)
摘要 : 为研制耐温稠油降粘剂 ,以丙酮作溶剂 ,采用氯乙酸法合成了氧乙烯链节数分别为 4、6、8、10、15的 5种壬基酚 聚氧乙烯醚乙酸盐 (以 OPCΟn表示 ,其中 n表示氧乙烯链节数 ) ,评价了这些表面活性剂对取自胜利油田 、辽河油田的 7种稠油的乳化降粘性能 。结果表明 , OPCΟ8的降粘能力最好 ,当质量分数为 0. 03% ～0. 1%时 , 7种稠油的降粘率均 高于 90%。该降粘剂具有较高的耐温能力 ,在 300 ℃下加热 3 h,其浓度没有发生明显变化 。对特稠油和超稠油的开 采具有指导意义 。 关键词 : 稠油 ; 稠油降粘剂 ; 耐温 ; 两性表面活性剂 ; 蒸汽吞吐 中图分类号 : TE357. 46 文献标识码 : A
0. 200 0. 100 0. 050 0. 050 0. 075
0. 25 0. 10 0. 05 0. 05 0. 10
0. 50 0. 25 0. 10 0. 10 0. 10
降粘剂
O PC Ο4 O PC Ο6 O PC Ο8 O PC Ο10 O PC Ο15
表 6 CaCl2 含量对有效降粘质量分数的影响
上述测定过程中使用的是胜利标准盐水 。鉴于 降粘过程中 ,降粘剂接触的皆是含盐量不同的地层 水或油田污水 ,现以单家寺稠油 、陈庄稠油为例 ,进 一步研究了 NaC l、CaC l2 含量对降粘剂性能的影响 , 见表 5和表 6。
表 5 NaCl含量对有效降粘质量分数的影响
降粘剂
O PC Ο4 O PC Ο6 O PC Ο8 O PC Ο10 O PC Ο15
0. 125
0. 100
0. 100
0. 100
0. 125
0. 125
0. 100
0. 100
0. 100
0. 125
0. 050
0. 050
0. 050
0. 075
0. 075
0. 050
0. 050
0. 050
0. 075
0. 075
表面活性剂的有效降粘质量分数越小 ,说明表 面活性剂的乳化能力越好 。比较表 4 数据可见 ,对 来自胜利油田 、辽河油田的 7种原油 , OPC表面活性 剂的亲水性不同 (表现为氧乙烯链节数不同 ) ,乳化 能力有差别 ,但综合而言 , OPC Ο8 表面活性剂的适 应性最好 。这说明 ,表面活性剂分子结构细微的差 别 ,都会对其乳化稠油的能力产生一定影响 。
1 实验部分
所使用的仪器有 : Physica Rheolab MC1 流变仪 (德国 ) 、B ruker V33红外光谱仪 (德国布鲁克 )等 。
可以看出 ,采用丙酮作溶剂合成 OPC两性表面 活性剂 ,产率达到 80%以上 ,远远高于普通氯乙酸 法的反应产率 。这可能是因为丙酮为偶极溶剂 ,可 使碱化反应生成的氧基负离子 R1 O - 的亲核性增 强 ,因而反应快速而彻底 。
图 1 OPC的红外光谱图
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西南石油大学学报 2007年
3 O PC Οn 降粘性能评价
稠油乳化降粘就是将表面活性剂水溶液注到井 下 ,使高粘度的稠油变为低粘度的水包油乳状液 。 此时由于油处在分散状态 ,而水处于连续状态 ,因此 乳状液的粘度与稠油本身的粘度没有直接关系 。
稠油乳化降粘的关键是表面活性剂的选择 ,具 有合适分子结构的表面活性剂才具有较好的稠油乳 化降粘性能 。本文所合成的 5 种表面活性剂 ,随氧 乙烯链节数不同 ,其亲水亲油平衡能力不同 ,因而具 有不同的稠油乳化降粘性能 。 3. 1 有效降粘质量分数的测定
第 29卷 第 5期 西 南 石 油 大 学 学 报 Vol. 29 No. 5
2007年 10月 Journal of Southwest Petroleum University Oct 2007
文章编号 : 1000 - 2634 (2007) 05 - 0112 - 04
第 5期 葛际江等 : 新型耐温稠油降粘剂的制备与评价
113
稠油来源
冷东 43块二区 591 冷东 43块二区 603
单家寺 11Ο15 单家寺 13Ο9 孤四 5Ο419 桩西 62Ο10 河口陈庄 375
表 1 稠油的性质
50℃稠油粘度 /
酸值 /
( ×104mPa·s) [ mg( KOH) / g(原油 ) ]
专利 US4811788[ 8 ]和 CN1115778[ 9 ]分别报道了 用聚氧乙烯二十醇醚磺酸盐 、聚氧乙烯酚醛树脂膦
酸盐等非离子 Ο阴离子两性表面活性剂作稠油降粘 剂 ,可耐 300～320 ℃的高温 ,但合成工艺复杂 ,成本 高。
本文拟用壬基酚聚氧乙烯醚羧酸盐 (简称 OPCΟ n,其中 n 为氧乙烯的链节数 )作耐温稠油降粘剂 。 该类表面活性剂可由烷基酚聚乙烯醚与氯乙酸反应 生成 。常规的氯乙酸法 (不使用溶剂 ) ,合成线路简 明 ,原料易得 ,是小型企业生产 OPC的主要方法 ,但 产率低 ,约为 70%。
评价表面活性剂的乳化降粘能力时 ,通常将质 量比为 7 ∶3的稠油和表面活性剂的水溶液进行混 合 。使混合体系在搅动时能形成乳状液 ,乳化体系 粘度能降低 90%以上 ,且在 50℃、1 h内自然沉降脱 水率高于 80%的表面活性剂的最低质量分数 ,称为 降粘剂的最低有效降粘质量分数 (简称有效降粘质 量分数 ) [ 11 ] 。
对单家寺 13Ο9稠油的有效降粘质量分数 / %
5% 10% 15% 20% 0
NaCl NaCl NaCl NaCl
0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05
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0. 050 0. 100 0. 025 0. 025 0. 050
引 言
目前我国开采特稠油和超稠油油藏的主要方法 是蒸汽吞吐 。吞吐后期 ,开采油气比低 、原油粘度 大 、井筒举升困难等矛盾日益突出 。伴蒸汽注入稠 油降粘剂 ,可以降低注汽压力 ,减小井筒举升阻力 , 提高注汽生产的经济效益 。由于蒸汽的温度较高 (最高可达 350 ℃) ,因此要求伴汽注入的降粘剂具 有较高的耐温性能 。
试剂名称 试剂质量 /mg
CaCl2 ·2H2O 294
表 2 胜利盐水的配制 3
M gCl2 ·6H2O
N aHCO 3
273
551
Na2 SO4 133
N aC l 4688
蒸馏水 994097
注 : 胜利油田评价降粘剂用水
2 O PC 的合成与表征
壬基酚聚氧乙烯醚乙酸盐的合成主要分为两
对单家寺 13Ο9稠油的有效降粘质量分数 / %
对陈庄稠油的有效降粘质量分数 / %
0
2% CaCl2
3% CaCl2
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2% CaCl2
3% CaCl2
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对陈庄稠油的有效降粘质量分数 / %
5% 10% 15% 20% 0
NaCl NaCl NaCl NaCl
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所用药品主要有分析纯的氢氧化钠 、氯乙酸以 及滨化集团生产的壬基酚聚氧乙烯醚表面活性剂 , 如 OPΟ4、OPΟ6、OPΟ8、OPΟ10 和 OPΟ15 (数字表示氧 乙烯链节数 )等 。
所用稠油取自胜利油田 、辽河油田 ,主要性质见 表 1。
3 收稿日期 : 2006 - 10 - 16 基金项目 : 国家高技术研究发展项目 (2006AA06Z227) 。 作者简介 : 葛际江 (1972 - ) ,男 (汉族 ) ,山东高密人 ,副教授 ,博士 ,主要从事油田化学方向的研究 。
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从表 5和表 6可以看出 ,在通常含盐量范围内 (该范围依据 OPC表面活性剂分子中氧乙烯链节数 的不同而异 ) ,盐含量的变化对 OPC有效降粘质量分 数没有不利影响 ,甚至随盐含量的升高 , OPC有效降 粘质量分数会降低 ;但在高含盐量的情况下 , OPC有
测定降粘剂的有效降粘质量分数时 ,质量分数 的间隔通常设为 5 ×10 - 4。
依上述规定 ,测定了所合成的 5种 OPC表面活
性剂对不同稠油的有效降粘质量分数 ,见表 4。
表 4 OPC对不同稠油的有效降粘质量分数
稠油来源
单家寺 11Ο15 陈庄 375 单家寺 13Ο9 冷东 43块 591 冷东 43块 603 孤四 5Ο419 桩西 62Ο10
表 3 OPC表面活性剂的产率
采用的合成方法 不使用丙酮作溶剂
产率 / % OPCΟ4 OPCΟ6 OPCΟ8 OPCΟ10
75
70
70
67
O PC Ο15 65
使用丙酮作溶剂
85
85
80
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图 1是用重结晶方法对所得产品进行提纯后所 作的红外谱图 ,可以看出 , 1 611 cm - 1处确有强的羧 基吸收峰 。
步 ,一步为壬基酚聚氧乙烯醚和氯乙酸的碱化反应 , 另一步为壬基酚聚氧乙烯醚羟基钠和氯乙酸钠的亲 核取代反应 。反应可表示如下 (用 R1 OH 表示壬基 酚聚氧乙烯醚表面活性剂 ) :
本文分别以 OPΟ4、OPΟ6、OPΟ8、OPΟ10和 OPΟ15 为主要原料 ,采用加丙酮溶剂和不加丙酮溶剂两种 方法合成了系列 OPC。用两相滴定法测定了反应 产物中 OPC的含量 ,计算出反应产率 ,见表 3。
效降粘质量分数随盐含量的升高而升高 。可以用胶 体化学的基本原理解释上述规律 :表面活性剂的乳化 效果取决于表面活性剂分子的亲油亲水平衡能力 ,即 在油水界面上的吸附情况 。低含盐量时 ,虽然盐的加 入改变了水相极性 ,但由于 OPC类表面活性剂耐盐
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1. 60 1. 20 9. 70 7. 50 0. 36 3. 50 2. 50
1. 94 2. 13 11. 72 3. 80 2. 94 0. 01 1. 75
w (胶质沥青质 ) / %
29. 5 27. 5 37. 0 35. 2 29. 0 32. 1 33. 0
本文溶解降粘剂用水除说明外 ,按表 2配制 。
表面活性剂是稠油降粘剂的主要成分 ,主要有 非离子型 、阴离子型以及两性表面活性剂等 ,其中具 有较高耐温能力的是阴离子表面活性剂和非离子 Ο 阴离子两性表面活性剂 [ 1 ] 。
CN1221650[ 2 ] 、CN1204680[ 3 ] 、CN1310221[ 4 ] 等 报道了以磺酸盐表面活性剂作稠油降粘剂 ,石油勘 探开发研究院研制的 HEA 稠油降粘剂 [ 5 ] 、石油大学 研制的 GL 稠油降粘剂 [ 6 ]以及新疆石油勘探开发研 究院研制的稠油降粘剂 [ 7 ] ,其主要成分是石油皂或 环烷酸盐 。这些表面活性剂成本低 ,耐温性能高 ,但 通常需复配碱性物质才能对稠油有较好的乳化降粘 作用 ,而碱性物质的添加则会导致粘土膨胀 、结垢等 后果 ,对采油过程存在潜在危害 。
新型耐温稠油降粘剂的制备与评价3
葛际江 1 , 李德胜 2 ,张贵才 1
(1. 中国石油大学 (华东 )石油工程学院 ,山东 东营 2570612; 2. 中石油辽河油田钻采院 ,辽宁 盘锦 124010)
摘要 : 为研制耐温稠油降粘剂 ,以丙酮作溶剂 ,采用氯乙酸法合成了氧乙烯链节数分别为 4、6、8、10、15的 5种壬基酚 聚氧乙烯醚乙酸盐 (以 OPCΟn表示 ,其中 n表示氧乙烯链节数 ) ,评价了这些表面活性剂对取自胜利油田 、辽河油田的 7种稠油的乳化降粘性能 。结果表明 , OPCΟ8的降粘能力最好 ,当质量分数为 0. 03% ～0. 1%时 , 7种稠油的降粘率均 高于 90%。该降粘剂具有较高的耐温能力 ,在 300 ℃下加热 3 h,其浓度没有发生明显变化 。对特稠油和超稠油的开 采具有指导意义 。 关键词 : 稠油 ; 稠油降粘剂 ; 耐温 ; 两性表面活性剂 ; 蒸汽吞吐 中图分类号 : TE357. 46 文献标识码 : A
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降粘剂
O PC Ο4 O PC Ο6 O PC Ο8 O PC Ο10 O PC Ο15
表 6 CaCl2 含量对有效降粘质量分数的影响
上述测定过程中使用的是胜利标准盐水 。鉴于 降粘过程中 ,降粘剂接触的皆是含盐量不同的地层 水或油田污水 ,现以单家寺稠油 、陈庄稠油为例 ,进 一步研究了 NaC l、CaC l2 含量对降粘剂性能的影响 , 见表 5和表 6。
表 5 NaCl含量对有效降粘质量分数的影响
降粘剂
O PC Ο4 O PC Ο6 O PC Ο8 O PC Ο10 O PC Ο15
0. 125
0. 100
0. 100
0. 100
0. 125
0. 125
0. 100
0. 100
0. 100
0. 125
0. 050
0. 050
0. 050
0. 075
0. 075
0. 050
0. 050
0. 050
0. 075
0. 075
表面活性剂的有效降粘质量分数越小 ,说明表 面活性剂的乳化能力越好 。比较表 4 数据可见 ,对 来自胜利油田 、辽河油田的 7种原油 , OPC表面活性 剂的亲水性不同 (表现为氧乙烯链节数不同 ) ,乳化 能力有差别 ,但综合而言 , OPC Ο8 表面活性剂的适 应性最好 。这说明 ,表面活性剂分子结构细微的差 别 ,都会对其乳化稠油的能力产生一定影响 。