稠油纳米复合材料降粘剂的合成与研究

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石油是非常重要的能源资源,占全球总资源消费的近一半。伴随工业的扩张,对石油资源缺口越来越大,资源的储量急剧减少。目前的工业生产以“稀油”为主,稠油开发利用较少。稠油有着储量高、分布广泛的优点,但也因主要成分为蜡质、胶质和沥青质,造成了稠油的凝点高、粘度差的特点,开发和利用产生了很多问题。是以通过减少稠油的粘度,提升稠油开发和利用效率,已是油气开发利用的重点题目。世界研究的稠油降粘课题中,具有用量少、操作简单、能源消耗低、没有后期处理等特点的化学降粘剂法,已被认为是稠油降粘的最好方法。纳米复合材料降粘剂是化学降粘剂的一类,降粘机理是:使用特效表面纳米材料可以作为网状晶体成核蜡表面吸附沉淀结晶,改变蜡晶体三维网络结构,使纳米颗粒表面强极性基团、胶体通过氢键吸附,沥青质溶解形成的外表上,这两种物质可以防止水晶蜡面的联系形成一个类似网状构造,胶质和沥青质重新形成重叠结构,进而使稠油粘度变小。纳米KH550-C18/SiO2复合材料降粘剂是利用硅烷偶联剂KH550和十八酸对纳米二氧化硅通过两次接枝改性而研制的。多次实验表明:在KH550用量为SiO2 16%和十八酸用量为SiO2 20%的情况下,接枝效率最高。纳米PSMA-AM/SiO2复合材料降粘剂是通过聚合等结构上的反应,将接枝单体硅烷偶联剂KH570、甲基丙烯酸十八酯和丙烯酰胺通过接枝在纳米二氧化硅外部而研制。两种纳米复合降粘剂通过实验得出:在性质和结构方面,纳米二氧化硅都由亲水疏油性变为疏水亲油性,分子间集聚变小,能均匀分布在二甲苯等溶剂中。不同之处在于,纳米PSMA-AM/SiO2复合材料比与纳米KH550-C18/SiO2复合材料水的接触角大,接枝率高。以大庆高蜡稠油为例,改变各种条件,两种纳米复合材料降粘剂与EVA降粘剂做比较。三种降粘剂降粘率均随添加量的增大而提高,但添加量满足一定量时基本维持不变。纳米KH550-C18/SiO2在最佳值为:加入量700ppm,析蜡点下降3.8℃,40℃C的表观降粘率为67.23%,净降粘率为39.84%;纳米PSMA-AM/SiO2最佳值为:加入500ppm,析蜡点下降5.8℃,40℃降粘效果为71.8%,纯降粘效率为47.53%。三种降粘剂的降粘率为纳米PSMA-AM/SiO2最为明显,纳米KH550-C18/SiO2次之,EVA效果最差。三种降粘剂还表现为,因外界温度的增高,降粘剂的降粘效果急剧降低,在50℃-60℃时,EVA的降粘效率不足15%,而纳米复合降粘剂降粘效率为28%左右,说明了纳米复合降粘剂可在一定的高温环境中降粘。
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