磁性乳化劑的制備及其在稠油降粘中的應(yīng)用.pdf

1、稠油油藏儲量大，分布廣，受到世界各國廣泛關(guān)注。稠油相比于常規(guī)石油，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等長鏈、環(huán)狀類稠合大分子以及蠟和重金屬的含量較高，具有粘度大、密度高、流動性能差等特性給開采帶來很大難度，故降低粘度、提高流動性將是稠油開采的關(guān)鍵。稠油乳化降粘開采技術(shù)能從根本上改善稠油流動性，可應(yīng)用于油層開采、井筒降粘、管道運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域，是21世紀(jì)最有前景的稠油降粘開采技術(shù)。研發(fā)出集高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保于一體的稠油乳化降粘劑，對于稠油乳化降粘技術(shù)至關(guān)重要，也是

2、國內(nèi)外研究學(xué)者們的共同奮斗目標(biāo)，更是解決世界能源危機的迫切需求。
　　本文以磁性復(fù)合納米微粒Fe3O4@SiO2為核，通過在其表面修飾官能團(tuán)、負(fù)載催化劑制備出一系列磁性乳化劑，希望得到乳化性能優(yōu)，綠色環(huán)保且在外界磁場的響應(yīng)下易油水分離的磁性納米微粒乳化劑。將其應(yīng)用于勝利油田的特稠油和超稠油進(jìn)行乳化降粘性能評價，并對該稠油樣品粘度、族組分、元素含量變化進(jìn)行探究分析。具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）磁性乳化劑的制備和表征分析

3、
　　以沉淀法合成Fe3O4磁核，利用溶膠-凝膠法制備出核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@SiO2磁性納米復(fù)合微粒，采用六甲基二硅氮烷（HMDS）和十六烷基三甲氧基硅烷（CG1631）對Fe3O4@SiO2納米微粒表面進(jìn)行改性制備出Fe3O4@SiO2-HMDS和Fe3O4@SiO2-CG1631磁性乳化劑，調(diào)節(jié)修飾比使其具有良好的油水乳化功能，并對其乳化機理進(jìn)行了探討。另外，以 FeCl3?6H2O為前驅(qū)體，磁性乳化劑為載體采用化學(xué)原位還原法

4、制備了負(fù)載型乳化劑Fe3O4@SiO2-HMDS/Fe和Fe3O4@SiO2-CG1631/Fe，并分析了負(fù)載型磁性乳化劑的形成機理。其次，利用VSM、TEM、XRD、IR、BET等表征手段對所制樣品的磁性能、微觀形貌、表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明：所制磁性乳化劑其比飽和磁化強度為54.3 emu?g-1，晶形較完整，水相接觸角在80o左右時可形成O/W型具有磁響應(yīng)功能的Pickering乳液。負(fù)載型乳化劑XRD和BET數(shù)據(jù)表明納米鐵

5、微粒主要以微晶態(tài)的形式原位負(fù)載在乳化劑表面。
　?。?）磁性乳化劑對勝利油田稠油乳化降粘性能評價
　　將磁性乳化劑用于勝利油田特稠油1＃（粘度41670 cP）和超稠油2＃（粘度160000 cP）乳化降粘實驗，實驗數(shù)據(jù)表明反應(yīng)溫度180℃、反應(yīng)時間24 h、添加量1％時，磁性乳化劑水相接觸角在近80o時降粘效果最好，特稠油1＃可從41670 cP降粘到8510 cP，降粘率為79.6%，超稠油2?？蓮?60000 cP降粘

6、到90790 cP，降粘率為43.3%。負(fù)載型磁性乳化劑相比未負(fù)載型磁性乳化劑對特稠油1＃（粘度41670 cP）的降粘率由79.6%提升到85.6%，超稠油2＃（粘度160000 cP）的降粘率由43.3%提升到50.9%。其中各乳化劑對稠油的乳化降粘效果為：Fe3O4@SiO2-HMDS/Fe＞Fe3O4@SiO2-CG1631/Fe＞Fe3O4@SiO2-HMDS＞Fe3O4@SiO2-CG1631，負(fù)載型磁性乳化劑的降粘效果普遍

7、大于非負(fù)載型乳化劑，六甲基二硅氮烷（HMDS）比十六烷基三甲氧基硅烷（CG1631）更適合修飾在磁性納米復(fù)合微粒表面用于稠油乳化降粘反應(yīng)，稠油乳化降粘率趨勢表明磁性乳化劑對特稠油1＃（41670 cP）的降粘效果優(yōu)于超稠油2＃（160000 cP）。
　?。?）探究分析磁性乳化劑對稠油族組成、元素含量的影響
　　對稠油樣品進(jìn)行族組分含量評價和族組分元素分析，實驗數(shù)據(jù)顯示稠油經(jīng)水熱乳化降粘反應(yīng)后飽和烴、芳香烴輕組分含量上升，膠

8、質(zhì)、瀝青質(zhì)重組分含量減小，NH/NC比值增大，雜原子含量降低，表明在稠油水熱乳化降粘反應(yīng)中該磁性乳化劑在油水界面易滲透于稠油膠質(zhì)瀝青質(zhì)分子的締合結(jié)構(gòu)中，裸露的Si-OH會與極性分子膠質(zhì)存在競爭吸附，從而破壞極性分子膠質(zhì)與瀝青質(zhì)之間的范德華力、氫鍵、π-π電子作用，同時解析C-S、C-N、C-O及C=S、C=N、C=O等含雜原子組分，使重組分中結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊密的三維穩(wěn)固結(jié)構(gòu)變得松散而更易被乳化形成乳液。與此同時，高溫水蒸汽可產(chǎn)生H2，在該乳液