CN108690594A - 一种稠油乳化降粘的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稠油乳化降粘的方法，该方法利用二手、废弃、变质的食用油或植物油脂为原料经过简单皂化制备表面活性剂，再将表面活性剂与配制的活性水混合，加入稠油搅拌，得到稠油乳化降低粘度的体系，通过该方法制备的稠油乳化降低粘度体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的稳定性；可应用于高温蒸汽温度小于等于300℃范围内的任何温度段。制备的稠油乳液体系破乳简单、高效，只需在大于等于35℃温度下静置便可。该方法制备简单，成本低廉，适合大规模生产使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种稠油乳化降粘的方法，属于油田稠油开采领域。
背景技术
随着世界人口的不断增长和经济的飞速发展，人们对能源的需求将持续增加，美国能源部、国际能源机构和世界能源理事会共同提出下一个五十年，原油仍为能源的主要来源。同时，石油输出国组织(OPEC)在2014年的会议指出到2040年，原油的需求量将达每天1.111×108桶，比目前的消费量增长23.1％。随着对传统原油(轻质油和中质油)的不断消耗，如何开发利用稠油逐渐受到关注。
从世界范围来看，稠油和超稠油可占到原油总量的70％，我国的稠油资源亦非常丰富，已在12个盆地发现了70多个重质油田，国内每年稠油产量约占原油产量的10％，但仍有约7.0亿吨的超稠油地质储量未能动用。
稠油同原油一样，含有多种复杂组分，可分为沥青质、胶质、芳香烃类和饱和烃类四大类型，但其中沥青质和胶质含量高，导致其粘度大，流动性差，因此稠油在井筒和地面运输管道中的流动能力差，为稠油的开采和运输造成很大的困难。一般地，稠油在地层的储藏条件(地层温度一般较高，例如新疆塔河油田的地层温度可高达140℃)下有一定的流动性，但在井筒举升过程中由于温度的骤降而引起粘度的迅速增大而使其流动性逐渐变差，因此，为了保证正常的生产输送作业，降低稠油粘度进而改善其流动性成为了一项十分重要的工作。
根据原油分类，稠油主要分为普通稠油、特稠油以及超稠油，其中普通稠油的API比重指数在10～22°范围内，粘度为100～10000mPa·s；特稠油和超稠油的API通常是不大于10°，特稠油粘度大于10000mPa·s，超稠油粘度超过50000mPa·s。
目前，国内外使用的主要稠油降粘技术包括加热降粘(注热水、注蒸汽、电磁加热等)、掺稀降粘、催化裂解降粘、乳化降粘等。
加热是降低稠油粘度最常用的一种方法，它可以很快的降低稠油的粘度，尽管效率较高，但在实际应用中需要在加热位置安装一些相关配套装备，能耗高，这就增加了成本，尤其对低温下的作业更是一种极大的挑战。
中国专利(申请号：201720831444.9)提供了一种稠油降粘加热装置及稠油降粘加热***。稠油降粘加热装置包括电流导体、绝缘物和发热管，发热管的管腔填充有绝缘物，绝缘物内固定有电流导体。电流导体通电产生磁场，发热管受到磁场的磁力线作用产生热量。该装置整体结构紧凑，发热均匀。稠油降粘加热***包括稠油降粘加热装置、输油管道和配电柜。稠油降粘加热装置设置在输油管道内，与配电柜电连接，通电后电流导体产生磁场，磁力线作用于发热管和原油，原油自身受到磁化，发热管产生均匀热量加热原油，降低粘度，达到稠油降粘加热的目的。
掺稀降粘在降低稠油粘度的同时，还可显著降低其密度，提高油水相对密度差，有利于后续提炼过程中的脱水，该法使用条件温和、操作简便而倍受人们的关注。更重要的是，该法还有很多其它的优势，例如在稠油中掺入稀油或者甲苯，与乳化法相比，可以保持原油的自身性质不变，不易在油田停输期间发生管道凝固；而且，掺稀降粘不受原油流速和粘度的影响。然而，该方法的主要弱点就是仅适用于稀油资源充足的油田，而且甲苯类溶剂的成本较高。
中国专利(申请号：200910083417.8)公开了一种适用于稠油的油溶性降粘剂，该油溶性降粘剂的原料组成包括主剂和溶剂，该主剂为质量比3:1:1～3:3:3的动物脂、芳烃和含有酸酐的烯烃，该降粘剂采用动物脂、芳烃和含有酸酐的烯烃的混合作为主剂、溶剂和引发剂合成得到；该发明的油溶性降粘剂能够显著地降低稠油粘度，稠油降粘率大于99％；且能够节省稠油掺稀油的稀油用量，节约开采成本，有效地改善稠油、超稠原油的开采和输送性能，大幅度提高原油产量。
催化裂化降粘又称为稠油改质降粘，是一种通过加入合适的催化剂，以不可逆的方式裂解键能较弱的化学键来将稠油中的重组***解成小分子，从而实现稠油降粘的方法其中选择合适、高效的催化剂是关键。目前普遍使用的催化裂化是水热催化裂解降粘该方法的反应温度一般是200-300℃，反应温度高、条件苛刻，而且降粘率远低于乳化降粘的降粘率。
中国专利(申请号：201610463125.7)提供了一种稠油地下催化改质降粘的方法，其中，该方法中使用的催化剂为铁硫簇类化合物。本发明提供的方法利用了铁硫簇类化合物“多核”的分子结构特征，在催化反应时相邻的中心金属之间可以发生相互协同作用，使得改质降粘能够高效地进行。
乳化降粘技术是通过向稠油中掺入乳化剂和一定量的水来大幅度的降低其粘度，具有现场操作性强、技术灵活多样、环境适应性强等优点，除此之外与加热降粘方法相比还具有成本低、工艺简单、设备要求不高、效果好的特点。一般对利用乳化方法采出和运输的稠油进行提炼时需要进行破乳；同时，表面活性剂种类的选择、用量、环保性以及经济性成为影响乳化降粘技术重要的影响因素。
中国专利(申请号：200710119729.0)公开了一种“稠油乳化降粘剂”。各组分重量比为：A、磺基琥珀酸单月桂酯二钠：1.5％-5％；B、乳化剂OP-15：3％-15％；C、氢氧化钠：0.5％-1％；D、碳酸钠：0.8％-2.5％；E、碳酸氢钠：0.5-1.5％；F、其余为水。效果是：用于稠油井投产或检泵时，在现场水中加入0.3％-2％的稠油乳化降粘剂，注入油井内，这种稠油乳化降粘剂具有活性强，表面张力低，对石蜡、胶质和沥青有较好的洗涤、降粘作用，能降低油层稠油粘度，提高稠油油藏的采收率，但是其组分多、浓度高，经济性不是很好。
中国专利(申请号：201210152916.X)公开了一种含氰基的有机化合物稠油降粘剂，还有关于采用含苯系物的降粘剂，这些降粘剂由于含有有毒有害物质，环保性和安全性较差。而且，稠油的粘度随着温度的降低而增加，现有的降粘剂，使用的温度环境都较高，一般要求50℃及以上，对于环境温度较低时，效果很差。
中国专利(申请号：201510353368.0)公开了一种稠油降粘剂，该稠油降粘剂含有烯类酰胺聚合物、烷基芳基磺酸和低级醇，所述烯类酰胺聚合物、所述烷基芳基磺酸和所述低级醇的重量比为1:0.5-3:1-5，所述低级醇的碳原子数为1-4，包括甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇等，所述稠油降粘剂用于降粘高金属含量稠油，所述高金属含量稠油30℃时的粘度≥10000mPa·s，沥青质的含量≥10％，金属Ni+V的含量≥260mg/kg；本发明还涉及上述稠油降粘剂在高金属含量稠油降粘中的应用；该方法的稠油降粘剂以及稠油降粘方法针对高金属含量稠油具有较高的降粘率，具体地，降粘率可高达75-95％。然而该体系中需要加入大量甲醇、乙醇等低级醇，导致经济成本偏高。
中国专利(申请号：201610320649.0)公开了一种稠油降粘剂，属于石油开采领域，由下述按重量份计的组分组成：沸石20-26份、皂荚提取物10-15份、碳酸二甲酯3-6份、月桂醇硫酸酯钠2-5份；本发明的组分都是无毒无害的，具有环保的效果，另外，利用本发明的降粘剂，即使在20℃也能达到优异的降粘效果，制备方法简单。然而其中提到的皂荚提取物制备方法为：将皂荚粉碎后，过60目筛，筛下物用90％(体积比)的醇水溶液进行超声提取2h，过滤后，将滤液干燥。需要利用醇溶剂以及超声、过滤、干燥等步骤，费时费力。
因此，开发既能够满足稠油降粘效果，同时还兼顾经济和环保性的低成本、无污染、可大规模应用的乳化体系和方法是具有重大意义工作。
植物油脂资源是大宗农产品，资源优势十分突出，主要的植物油脂有：棕榈油、大豆油、菜籽油、棉籽油、葵花油、红花油、胡麻油等。新疆的棉籽产量占全国的1/3以上，并且具有特色的番茄籽、葡萄籽等。全年油料总产500万吨(含棉籽)，植物食用油年产超过100万吨，其中60％调往其它省份。
新疆年油料播种面积400多万亩，主要种植油葵、菜籽、红花、胡麻等油料作物，还有2500多万亩的棉花。其中年产棉籽450多万吨，占全国产量的三分之一以上，棉籽油产量60万吨/年左右。油葵年播种面积250多万亩，产量近50万吨，占全国产量的一半以上，油葵油产量20万吨/年左右。菜籽年播种面积100多万亩，年产油菜籽15万吨。红花年播种面积30多万亩，年产红花籽5万吨。胡麻年播种面积30多万亩，年产胡麻籽5万吨。另外，还有花生、大豆等油料作物10多万亩。
新疆的油脂产品主要以棉籽油、油葵油、菜籽油、红花籽油胡麻油为主，还有葡萄籽油、番茄籽油、甜杏仁油、核桃油等营养丰富的小品种油。
新疆阿克苏地区是新疆主要的产棉区。阿克苏为核心的南疆部分地区棉籽年产量在220万吨左右，棉籽毛油产量25-26万吨/年。
现有的稠油降粘技术和体系，要么采用非常有限而又宝贵的柴油等稀油资源，要么采用复配表面活性剂，采用复配表面活性剂的方法，其配方组成通常极其复杂，含有众多种类合成化学品，不但成本高，而且很多有毒性，污染环境。采用甲苯等有机溶剂进行稠油降粘，同样面临着甲苯类溶剂有毒副作用，污染环境并且成本高的问题。植物油脂是一种产量大、低成本、无污染的可再生资源，本发明专利目的在于以植物油脂为原料，开发一种简便易行、成本低的乳化降粘的方法，应用于采集和运输中的稠油降粘，以决上述问题。
发明内容
本发明提供一种稠油乳化降粘的方法，该方法利用二手、废弃、变质的食用油或植物油脂为原料经过简单皂化制备表面活性剂，再将表面活性剂与水混合配制的活性水，加入稠油搅拌，得到稠油乳化降低粘度的体系，该方法制备简单，成本低廉，适合大规模生产使用，即使在温度20℃也能达到优异的降粘效果。
本发明所述的一种稠油乳化降粘的方法，该方法由阴离子表面活性剂和水组成，其中阴离子表面活性剂为脂肪酸钠，具体操作按下列步骤进行：
a、按油脂和NaOH质量比5-9:1-5，将废弃、变质或二手的食用油或植物油脂加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温至20-70℃，再称取NaOH并配成浓度为10-50wt％的NaOH水溶液，分3-4次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠，其中食用油或植物油脂包括棉籽毛油、菜籽油、红花油、花生油、亚麻油、芝麻油或大豆油；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在水中，配制含量为2-10wt％的活性水，所述的水为自来水或经过处理并钙离子浓度≤10000ppm的油田回注污水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和水的质量比5-8:2-5混合，放到搅拌器上，温度冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化3-5min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
本发明所述的一种稠油乳化降粘的方法，通过该方法制备的稠油乳化降低粘度体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的稳定性；可应用于高温蒸汽温度小于等于300℃范围内的任何温度段。制备的稠油乳液体系破乳简单、高效，只需在大于等于35℃温度下静置便可。
附图说明
图1为本发明所述棉籽毛油的气质分析结果；
图2为本发明从油田施工简便的要求出发，在温度20℃下利用烧杯和机械搅拌器，以最为简单的方式制备的脂肪酸钠阴离子表面活性剂；
图3为本发明按照实施例1所制备的稠油乳液体系及稠油在温度35℃和50℃下的粘度及降粘率。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实验所用材料与方法：实验使用新疆塔河油田普通稠油、新疆阿克苏产各级别棉籽油(棉籽毛油、棉籽精炼油、棉籽油脚)、自来水、片碱(NaOH)。
粘度：采用安东帕MCR102型流变仪，测定在乳液制备温度(35℃)及50℃下的粘度。
实施例1
a、按油脂和NaOH质量比为7:3，将废弃、变质或二手的棉籽毛油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温至20℃，再称取NaOH并配成浓度为40wt％的NaOH水溶液，分3次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在自来水中，配制含量为5wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比5:5混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化5min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到244mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例2
a、按油脂和NaOH质量比为7:3，将废弃、变质或二手的菜籽油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温至40℃，再称取NaOH并配成浓度为20wt％的NaOH水溶液，分4次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在经过处理并且钙离子浓度≤10000ppm的油田回注污水中，配制含量为5wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比8:2混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化3min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到345mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例3
a、按油脂和NaOH质量比为8:2，将废弃、变质或二手的红花油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温50℃，再称取NaOH并配成浓度为30wt％的NaOH水溶液，分3次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在自来水中，配制含量为4wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比6:4混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化4min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到480mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例4
a、按油脂和NaOH质量比为6:4，将废弃、变质或二手的花生油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温60℃，再称取NaOH并配成浓度为40wt％的NaOH水溶液，分4次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在自来水中，配制含量为6wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比5:5混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化5min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到190mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例5
a、按油脂和NaOH质量比为7:3，将废弃、变质或二手的亚麻油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温70℃，再称取NaOH并配成浓度为50wt％的NaOH水溶液，分4次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在自来水中，配制含量为10wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比7:3混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化5min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到200mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例6
a、按油脂和NaOH质量比为5:5，将废弃、变质或二手的芝麻油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温至50℃，再称取NaOH并配成浓度为40wt％的NaOH水溶液，分3次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在经过处理并且钙离子浓度≤10000ppm的油田回注污水中，配制含量为5wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比5:5混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化3min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到180mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例7
a、按油脂和NaOH质量比为8:2，将废弃、变质或二手的大豆油加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温至60℃，再称取NaOH并配成浓度为50wt％的NaOH水溶液，分4次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在自来水中，配制含量为10wt％的活性水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和活性水的质量比8:2混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化4min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
经乳化后，温度50℃、5s-1剪切速率下，稠油粘度由10764mPa·s降低到200mPa·s，该乳状液体系在温度20℃下静置7天都不会发生破乳脱水现象，始终保持体系低粘度，具有很好的乳液稳定性。
实施例8
实施例1棉籽毛油的气质分析结果见表1：
表1
利用流变仪分别测试实施例1所制备的稠油乳化降低粘度的体系在温度50℃时的粘度：
按照降粘率＝(稠油初始粘度-乳化后粘度)/稠油初始粘度×100％的计算方式得到5s-1、50s-1、100s-1、170s-1下的粘度及降粘率见表2；
表2
| 剪切速率 | 5s-1 | 50s-1 | 100s-1 | 170s-1 |
| 50℃时降粘率 | 98.3％ | 98.9％ | 98.8％ | 99.4％ |
通过常规“瓶试法”分析乳状液的静态稳定性，即将制备的稠油乳化降低粘度的体系置于具塞量筒中，放入35℃和20℃的恒温水浴中静置，并开始计时，记录不同时间析出水的体积，然后根据公式fv＝V1/V2×100％计算不同时间下乳液的分水率，式中V1为析出水的体积，V2为制备乳液时所用的活性水体积；
结果显示：乳液在温度20℃下静置6天都未发生分层，依旧保持低粘度均匀状态，而温度35℃时，5小时候的分水率达到50％，10小时候后达到70％，该结果表明，此乳液体系制备后在室温下的稳定性很好，并且其破乳条件也极其简单，只需加热到35℃及以上温度即可。
测试结果表明：通过本发明所述方法获得的稠油乳化降低粘度的体系稳定性均非常好，降粘率大于90％，破乳简单高效。
Claims (1)
1.一种稠油乳化降粘的方法，其特征在于该方法由阴离子表面活性剂和水组成，其中阴离子表面活性剂为脂肪酸钠，具体操作按下列步骤进行：
a、按油脂和NaOH质量比5-9:1-5，将废弃、变质或二手的食用油或植物油脂加入到安装温度计和机械搅拌器的容器中，并放入水浴锅中，在搅拌同时升温至20-70℃，再称取NaOH并配成浓度为10-50wt%的NaOH水溶液，分3-4次加入到容器中，反应4个小时，得到阴离子表面活性剂的固体脂肪酸钠，其中食用油或植物油脂包括棉籽毛油、菜籽油、红花油、花生油、亚麻油、芝麻油或大豆油；
b、将步骤a得到的固体脂肪酸钠直接溶解在水中，配制含量为2-10wt%的活性水，所述的水为自来水或经过处理并钙离子浓度≤10000ppm的油田回注污水；
c、将稠油加热到80℃使其流动之后，与步骤b得到的活性水按稠油和水的质量比5-8:2-5混合，放到搅拌器上，冷却到35℃，以1000rpm的转速乳化3-5min，即得到稠油乳化降低粘度的体系。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181023 |