稠油纳米降黏剂的合成与评价

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随着世界经济的高速发展,石油的需求量和消耗量急剧增加,轻质原油的储量和可开采量逐渐减少,而世界稠油资源丰富,未来石油日益增长的需求主要靠开发稠油来满足。但是,由于稠油中含有大量的石蜡、胶质和沥青质,导致其具有高粘度、流动性差等显著特点,给开采和运输带来了相当大的难度,因此,降低稠油粘度、改善稠油流动性是解决稠油开采、集输和炼制问题的关键。作为一种新兴的降黏剂,油溶性降黏剂因为其加量小,工艺简单,后处理容易等优点受到了不少石油化工研究者的青睐。本论文首先对相关文献进行了详细的检索和评述。然后以大庆稠油和胜利稠油为研究对象,通过乳液聚合和酯交换方法合成了若干种纳米稠油降黏剂。对合成的纳米稠油降黏剂进行了红外光谱(拉曼光谱)、透射电镜(扫描电镜)等结构成分等方面的表征。根据《GBT265—1988石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》规定,采用毛细管法测定了大庆稠油和胜利稠油在加剂前后的运动黏度,计算了合成的纳米稠油降黏剂的表观降黏率和净降黏率,并与市售EVA进行了比较,评价了合成的纳米稠油降黏剂的降黏性能。探讨了温度、加剂量等因素对运动粘度的影响,探讨了聚合因素对降黏效率的影响。具体结果为:通过乳液聚合和酯交换方法,合成了粒径约为200nm的球状纳米聚甲基丙烯酸十八酯(NOPMA)降黏剂,将其应用于大庆稠油和胜利稠油进行降黏性能研究,结果表明,在40℃,加入最佳剂量300ppm NOPMA后,大庆稠油的表观粘度为从130.07mm2/s降为43.88mm2/s,表观降黏率为66.26%,净降黏率为37.59%;同样,在40℃,加入最佳剂量500ppm NOPMA后,胜利稠油的表观粘度从803.18mm2/s降为236.70mm2/s,表观降黏率为70.53%,净降黏率为23.04%。与市售EVA相比较,NOPMA对大庆稠油和胜利稠油的降黏效果都比EVA稍差。以二乙烯基苯和甲基丙烯酸甲酯为单体,通过乳液聚合合成了粒径约为165nm的聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸甲酯),再通过酯交换方法合成了粒径仍然约为165nm的聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十八酯)(DOA)、纳米聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十六酯)和纳米聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十四酯)三种降黏剂。将其应用于大庆稠油和胜利稠油进行降黏性能研究,结果表明,三种降黏剂以纳米聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十八酯)的降黏效果最好,纳米聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十四酯)的降黏效果最差。在40℃,加入最佳剂量1000ppmDOA后,大庆稠油的表观粘度从130.07mm2/s降为35.22mm2/s,表观降黏率为72.92%,净降黏率为49.91%;同样,在40℃、加入最佳剂量500ppm DOA后,胜利稠油的表观黏度从803.18mm2/s降为158.29mm2/s,降黏率为80.29%,净降黏率为48.54%。降黏效果均好于EVA。以丙烯酰胺、二乙烯基苯和甲基丙烯酸十八酯为单体,通过乳液聚合合成了粒径约为150nm的含有强极性酰胺基团的纳米聚(二乙烯苯-丙烯酰胺-甲基丙烯酸十八酯)(DAOA)降黏剂。主要从降黏效果考虑,通过大量筛选实验,确定纳米聚(二乙烯基苯-丙烯酰胺-甲基丙烯酸十八酯)降黏剂的最佳合成工艺条件为,甲基丙烯酸十八酯、二乙烯基苯和丙烯酰胺摩尔比为3:2:1(其中甲基丙烯酸十八酯为5g),催化剂用量为1%wt,反应溶剂体积为200mL,反应温度为70℃,反应时间为2h。将合成的DAOA应用于大庆稠油和胜利稠油进行降黏性能研究,结果表明,DAOA仅对胜利稠油有较好的降黏效果而对大庆稠油几乎没有作用。在40℃,加入最佳剂量500ppm DAOA后,胜利稠油的表观粘度从803.18mm2/s降为306.90mm2/s,表观降黏率为61.79%,净降黏率为56.98%。通过扫描电镜对加入最佳加剂量DAOA前后的胜利稠油表面进行观察发现,DAOA仍然以纳米状态存在于稠油中。上述研究结果表明,弱极性的纳米聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十八酯)降黏剂可以适用于性质差别很大的大庆稠油和胜利稠油,是一种通用性降黏剂,而含有强极性单体的纳米聚(二乙烯苯-丙烯酰胺-甲基丙烯酸十八酯)降黏剂仅适用于富含胶质和沥青质的胜利稠油而不适用于富含蜡质的大庆稠油。
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