CN113861049B - 一种co2增溶降粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CO2增溶降粘剂，其为具有下式(1)结构的化合物，其中n为0‑20的数值；x和y各自独立地选自0‑20的数值且x+y≥3。所述CO2增溶降粘剂的分子量为600‑4000g/mol。本发明还涉及包含所述化合物的CO2增溶降粘体系，以及其制备方法和用途。
Description
技术领域
本发明属于油田开发的三次采油技术领域，特别涉及一种CO2增溶降粘剂、包含其的体系及其制备方法和用途。
背景技术
我国稠油资源丰富，开发方式主要是水驱和注蒸汽热采。已动用的稠油油藏平均采收率大约20％，与常规水驱(平均采收率38.4％)和化学驱(平均采收率46.5％)相比，还有很大的提升潜力。部分稠油区块受埋深、渗透率低、储层敏感等因素影响，稠油热采效益差，采用油溶性降粘剂使用浓度高、成本高，水溶性降粘剂在低渗油藏降粘效果差。现有实验表明，对于这部分储层，单独使用CO2或化学降粘开采的效果均不理想。因此近几年采用“CO2+油溶性降粘剂”复合吞吐的方法，取得了一定的降本增油效果。
但是该方法仍然存在一些问题：一是CO2在稠油中的溶解扩散速度慢，需要焖井时间长，溶解量少；二是油溶性降粘剂用量大、费用高；三是CO2和油溶性降粘剂的相互作用关系研究较少，两种体系各自发挥着自身的优点，无法产生协同作用。
因此，仍需要研制更高效的CO2增溶降粘剂，在其自身具有一定降粘作用的基础上，同时增加CO2在稠油中的溶解度，以实现与CO2协同降粘增效，从而实现降粘冷采技术的降本增效。
发明内容
本发明提供了一种CO2增溶降粘剂，其为具有下式(1)结构的化合物：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3。
本发明还提供了所述的CO2增溶降粘剂的方法，其包含以下步骤：
(1)在碱性条件下，在加热下，将乙二胺与氯化苄反应，生成N,N’-二苄基乙二胺；
(2)在加热下，将烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚与SOCl2反应，生成氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；
(3)在碱性条件下，在溶剂和加热下，将N,N’-二苄基乙二胺与氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚反应，得到式(1)的CO2增溶降粘剂。
本发明进一步提供了一种CO2增溶降粘体系，其由所述的CO2增溶降粘剂和助剂构成；其中所述助剂选自直链或支链C2-C10烷醇或C3-C10烷烃，或其混合物。
本发明进一步提供了所述的CO2增溶降粘体系用于低效稠油油藏驱油开采中的用途。
本发明还提供了所述的CO2增溶降粘剂用于制备用于低效稠油油藏驱油开采中的CO2增溶降粘体系的用途。
本发明的有益效果：
(1)本发明的CO2增溶降粘剂具有两条烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚长链以及两条苄基官能团短链，具有较强的亲油性和亲CO2性，能够将更多的CO2溶解在原油中，与目前常用的油溶性降粘剂相比，能够大大增加CO2在稠油中的溶解度，实现增溶降粘剂和CO2的协同降粘增效。
(2)本发明的CO2增溶降粘体系，在不降低效果的情况下能够降低成本。本发明的CO2增溶降粘体系在岩心物理模拟吞吐实验中表现出更高的原油采收率；其通过段塞方式注入地层，可同时增强CO2在原油中的溶解和降低原油粘度，增强原油的流动性，从而实现提高采收率的目的，对于低效稠油油藏的高效开发具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例1中加入不同化学剂后CO2的溶解气油比对比曲线。
图2为本发明实施例1中加入不同化学剂后CO2的溶解度增加倍数曲线。
图3用于实施例3的复合吞吐物理模拟实验中的实验装置示意图。
具体实施方式
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了10-50和20-40的范围，理解为10-40和20-50的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值的范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，则反应在常温、常压的条件进行。
如果没有特别的说明，则所有份数或百分数均为重量份或重量百分数。
在本发明中，所用物质均为已知物质，可以购得或通过已知的方法合成。
在本发明中，所用装置或设备均为所述领域已知的常规装置或设备，均可购得。
定义
本文中使用的术语“直链或支链C3-C10烷基”是指具有3、4、5、6、7、8、9或10个碳原子的支链或直链的饱和烃链。C3-C10烷基的实例包括但不限于丙基(正丙基)、1-甲基乙基(异丙基)、丁基(正丁基)、1-甲基丙基(仲丁基)、2-甲基丙基(异丁基)、1,1-二甲基乙基(叔丁基)、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1,1,2-三甲基丙基、1,2,2-三甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基和1-乙基-2-甲基丙基、庚基、1-甲基己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、1,1-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、辛基、1-甲基庚基、2-甲基庚基、3-甲基庚基、4-甲基庚基、壬基、2,3-二甲基庚基、3,3-二甲基庚基、1-乙基庚基、2-乙基庚基、癸基。
本文中使用的术语“直链或支链C2-C10烷醇”是指含有一个羟基的具有2、3、4、5、6、7、8、9或10个碳原子的支链或直链的饱和烃链，具体定义如上所述。
本发明提供了一种CO2增溶降粘剂，其为具有下式(1)结构的化合物：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3。
在本发明的一个实施方案中，在式(1)结构中，n为8-12的数值；x和y各自独立地选自3-10的数值且x+y≥8。
在本发明的一个实施方案中，所述CO2增溶降粘剂的分子量为600-4000g/mol，优选800-3000g/mol。CO2增溶降粘剂分子量以数均分子量计，其测定采用凝胶渗透色谱(GPC)法。
本发明还提供了所述的CO2增溶降粘剂的方法，其包含以下步骤：
(1)在碱性条件下，在加热下，将乙二胺与氯化苄反应，生成N,N’-二苄基乙二胺；
(2)在加热下，将烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚与SOCl2反应，生成氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；
(3)在碱性条件下，在溶剂和加热下，将N,N’-二苄基乙二胺与氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚反应，得到式(1)的CO2增溶降粘剂。
在本发明的一个实施方案中，所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有式(2)的结构：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3。
在本发明的一个实施方案中，所述氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有式(3)的结构：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3。
在本发明的一个实施方案中，其中步骤(1)中，采用NaOH形成碱性环境；所述氯化苄与乙二胺的摩尔比为2-2.4:1。
在本发明的一个实施方案中，其中步骤(2)中，采用芳烃作为溶剂；所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚与SOCl2的摩尔比为1:1.6-2。
在本发明的一个实施方案中，其中步骤(3)中，采用水和醇的混合物作为溶剂，在pH 10-12下反应；所述N,N’-二苄基乙二胺与氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的摩尔比为1:2.2-2.5。
在本发明的一个具体的实施方案中，所述CO2增溶降粘剂如下制备：
(1)乙二胺与氯化苄通过取代反应合成N,N’-二苄基乙二胺；其中氯化苄与乙二胺的摩尔比为2-2.4:1，氯化苄和氢氧化钠摩尔比为1:1-1.2。配制氢氧化钠50％的碱溶液，加入乙二胺和氯化苄中，加热，反应1-4小时后，冷却。混合物转入分液漏斗中静置分层，油层用水洗涤至中性，得到N,N’-二苄基乙二胺。
(2)烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚进行卤化反应，得到产物氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚。向三口烧瓶中加入一定量烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚，加入一定量苯作溶剂(或无溶剂)，然后在搅拌下，向三口烧瓶中慢速滴加1.6-2倍摩尔量的SOCl2，在70-80℃的温度下反应10-16h。停止反应，将反应物冷却。用15％的NaOH％溶液中和至碱性，移入分液漏斗中分离出无机盐，保留上层有机层，得到产物氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚。
(3)将步骤(1)中的反应产物N,N’-二苄基乙二胺加入三口烧瓶中，按N,N’-二苄基乙二胺和K2CO3摩尔比为1:1-1.2，加入K2CO3溶解，提供碱性环境。将氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚溶解于乙醇和水混合液(1:1)溶液中，向三口烧瓶中缓慢滴加该溶液，在70-90℃的温度下反应8-12h。停止反应，冷却，减压蒸馏后加入有机溶剂，溶解、过滤、减压蒸馏并提纯，得到反应产物。
所述反应方程式如下：
第一步：
第二步：
第三步：
本发明还提供了一种CO2增溶降粘体系，其由所述的CO2增溶降粘剂和助剂构成；其中所述助剂选自直链或支链C2-C10烷醇或C3-C10烷烃，或其混合物。所述CO2增溶降粘剂作为主剂，与有机溶剂助剂按一定比例复配形成CO2增溶降粘体系，通过复配能够提高增溶降粘剂在原油中的溶解度，在不降低使用效果的情况下降低成本。
在本发明的一个实施方案中，基于CO2增溶降粘体系的100％总重量计，CO2增溶降粘剂为5-50wt％,且助剂为50-95wt％；优选CO2增溶降粘剂为15-45wt％，且助剂为55-85wt％；更优选CO2增溶降粘剂为20-40wt％，且助剂为60-80wt％；进一步优选CO2增溶降粘剂为22-30wt％，且助剂为70-78wt％。
在本发明的一个实施方案中，所述助剂选自乙醇、丙醇、正己烷、环己烷、正庚烷，或其混合物。
本发明还提供了所述的CO2增溶降粘体系用于低效稠油油藏驱油开采中的用途。
本发明进一步提供了所述的CO2增溶降粘剂用于制备用于低效稠油油藏驱油开采中的CO2增溶降粘体系的用途。
本发明的CO2增溶降粘剂通常以2-10wt％，优选3-6wt％的量使用，基于待开采的原油质量计。
在本发明的一个实施方案中，所述的CO2增溶降粘剂与CO2以质量比0.8-5:1，优选1-3:1的比例使用。
本发明的CO2增溶降粘体系，由于包含如式(1)特定结构的化合物作为CO2增溶降粘剂，其通过段塞方式注入地层，可同时增强CO2在原油中的溶解和降低原油粘度，增强原油的流动性，从而实现提高采收率的目的。
下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述。
制备实施例
实施例1：制备本发明的CO2增溶降粘剂GBE3P6
(1)N,N’-二苄基乙二胺的合成
在装配与有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中加入0.22mol的氢氧化钠和8.8g水，配成50％的碱溶液，接着向三口烧瓶中依次加入0.1mol乙二胺和0.22mol氯化苄，在55℃下反应4h，冷却，混合物转入分液漏斗中静置分层，油层用水洗涤至中性，得到N,N’-二苄基乙二胺；
(2)氯代壬基酚聚氧乙烯(3EO)聚氧丙烯(6PO)醚的合成
向三口烧瓶中加入0.22mol壬基酚聚氧乙烯(3EO)聚氧丙烯醚(6PO)醚，加入0.22mol苯作溶剂，搅拌下加热至反应温度70℃，用恒压滴液漏斗向三口烧瓶中慢速滴加0.396mol的SOCl2，控制滴定速度，防止产生大量白烟挥发，反应8h，停止反应，将反应物冷却。用10％的氢氧化钠溶液中和至碱性，保留上层有机层，用80℃热水水洗2-3次，得到氯代任基酚聚氧乙烯(3EO)聚氧丙烯(6PO)醚；
(3)CO2增溶降粘剂GBE3P6的合成
称取0.1mol的N,N’-二苄基乙二胺加入到三口烧瓶中，搅拌下加热至反应温度70℃，将0.22mol K2CO3和0.22mol的氯代任基酚聚氧乙烯(3EO)聚氧丙烯(6PO)醚依次溶解于100mL的乙醇和水混合液(体积比1:1)中，用恒压滴液漏斗向三口烧瓶中缓慢滴加该溶液，同时滴加氢氧化钠溶液调节pH在10左右，在75℃下回流反应10h。停止反应，将反应物冷却。减压蒸馏后加入乙醇溶解，过滤，继续减压蒸馏，重复2-3次，得到产物；
应用实施例
实施例2
对本发明的CO2增溶降粘剂GBE3P6和油溶性降粘剂YR-1(市售油溶性降粘剂产品，主要成分为石油直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分组成的C8-C16的烃类化合物的混合物)进行降粘性能和增加CO2溶解度性能评价。油样为某油田脱气脱水原油，50℃脱水后粘度3340mPa.s。
如下制备发明样品和对比样品：
分别取油样47.5g于烧杯中，水浴恒温2h；分别加入GBE3P6和YR-12.5g，恒温30min，充分搅拌，得到发明样品和对比样品。
1.降粘效果评价
使用BROOKFIELD DV-III粘度计测试分别加入GBE3P6和YR-1前后的粘度，实验结果见表1。
表1降粘效果评价情况
由表1可知，本发明的降粘剂对原油的降粘率达到79.9％，比对比的油溶性降粘剂效果更好。
2.CO2溶解量性能评价
称取油样200g放入PVT分析仪(购自海安石油科技)主筒体，在压力下充入过量的CO2，设定温度60℃，压力6MPa；设置搅拌程序，搅拌等待时间10min，搅拌6h以上，充分混合均匀，稳定1h后，测定CO2的溶解度。依次改变压力为6MPa、7.38MPa、10MPa、15MPa、和25MPa进行测量。分别对原油、发明样品和对比样品进行实验，并对比结果，实验结果如图1-图2所示。
由图1可知，发明样品和对比样品，溶解气油比在不同压力下均得到一定程度的提高，发明样品提高的效果明显高于对比样品。由图2可知，在不同压力下，发明样品均可提升CO2在原油中的溶解量30％以上。
实施例3
发明CO2增溶降粘体系：该体系由GBE3P6和乙醇组成，GBE3P6和乙醇的质量比为1：3。
对比CO2增溶降粘体系：油溶性降粘剂YR-1体系。
对上述两种体系+CO2进行复合吞吐物理模拟实验。物理模拟实验装置购于海安石油科技，如图3所示。评价方法按照SY_T 6424-2014复合驱油体系性能测试方法中的复合驱油体系驱油性能评价进行。岩心1渗透率1.629mD，初始含油饱和度83.2％，水驱采收率为40.9％，岩心2渗透率1.516mD，初始含油饱和度82.2％，水驱采收率为41.2％，分别对“CO2+YR-1降粘剂体系”和“CO2+GBE3P6增溶降粘体系”进行实验。
根据实验设计，注入量为“5g体系+12.5g CO2”，每组实验进行三个轮次。模拟实验装置上设置的中间容器中装入100g原油，模拟地层深部对岩心管的压力及物质补偿，按设计量注入，控制中间容器缓慢降低出口压力到7MPa模拟焖井过程，焖井时间大于12h，开井生产，直至不在产出，依次进行设计的三个轮次实验，产出液通过气水分离装置分离后分别测定，记录分析实验数据。结果见表2。
由表2可知，通过分别注入发明体系和对比体系，采出程度均得到提高，但随着注入的吞吐轮次增加提高采出程度明显下降。“CO2+发明体系”的产液、含水率和提高采出程度均好于“CO2+对比体系”，三个轮次总的提高采出程度分别为16.09％和12.56％，说明使用本发明的增溶降粘体系后效果明显提高。
表2“CO2+体系”复合吞吐实验效果表
由以上应用实施例可见，本发明的CO2增溶降粘剂能够增加CO2在稠油中的溶解度，实现增溶降粘剂和CO2的协同降粘增效；本发明的CO2增溶降粘体系，可实现提高采收率的目的，对于低效稠油油藏的高效开发具有重要的意义。
Claims (15)
1.一种CO2增溶降粘剂，其为具有下式(1)结构的化合物：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3。
2.根据权利要求1所述的CO2增溶降粘剂，其中在式(1)结构中，n为8-12的数值；x和y各自独立地选自3-10的数值且x+y≥8。
3.根据权利要求1或2所述的CO2增溶降粘剂，其中所述CO2增溶降粘剂的数均分子量为600-4000g/mol。
4.根据权利要求3所述的CO2增溶降粘剂，其中所述CO2增溶降粘剂的数均分子量为800-3000g/mol。
5.制备根据权利要求1至4任一项所述的CO2增溶降粘剂的方法，其包含以下步骤：
(1)在碱性条件下，在加热下，将乙二胺与氯化苄反应，生成N,N’-二苄基乙二胺；
(2)在加热下，将烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚与SOCl2反应，生成氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚；
(3)在碱性条件下，在溶剂和加热下，将N,N’-二苄基乙二胺与氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚反应，得到式(1)的CO2增溶降粘剂；其中所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有式(2)的结构：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3；
其中所述氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚具有式(3)的结构：
其中n为0-20的数值；x和y各自独立地选自0-20的数值且x+y≥3。
6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(1)中，采用NaOH形成碱性环境；所述氯化苄与乙二胺的摩尔比为2-2.4:1。
7.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(2)中，所述烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚与SOCl2的摩尔比为1:1.6-2。
8.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(3)中，采用水和醇的混合物作为溶剂，在pH10-12下反应；所述N,N’-二苄基乙二胺与氯代烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的摩尔比为1:2.2-2.5。
9.一种CO2增溶降粘体系，其由根据权利要求1至4任一项所述的CO2增溶降粘剂和助剂构成；其中所述助剂选自直链或支链C2-C10烷醇或C3-C10烷烃，或其混合物。
10.根据权利要求9所述的CO2增溶降粘体系，其中基于CO2增溶降粘体系的100％总重量计，CO2增溶降粘剂为5-50wt％,且助剂为50-95wt％。
11.根据权利要求9或10所述的CO2增溶降粘体系，其中所述助剂选自乙醇、丙醇、正己烷、环己烷、正庚烷，或其混合物。
12.根据权利要求9所述的CO2增溶降粘体系用于低效稠油油藏驱油开采中的用途。
13.根据权利要求1至4任一项所述的CO2增溶降粘剂用于制备用于低效稠油油藏驱油开采中的CO2增溶降粘体系的用途。
14.根据权利要求13所述的用途，其中所述的CO2增溶降粘剂与CO2以质量比0.8-5:1的比例使用。
15.根据权利要求14所述的用途，其中所述的CO2增溶降粘剂与CO2以质量比1-3:1的比例使用。
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| CN113861049A (zh) | 2021-12-31 |
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