用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子及其制备方法技术

本发明专利技术属于石油化工技术领域，具体涉及一种用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子及其制备方法，粒子为纳米Ni2O、纳米Fe2O3、纳米CoFe2O4、纳米Fe3O4、纳米硅酸铁钠（NaFeSi2O6）、纳米MoO3、Co3O4、纳米WO3、纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米ZnO、纳米CuO、纳米TiO2、纳米SiO2、胺改性的鲤皂石纳米颗粒、改性的粉煤灰纳米颗粒、改性的磷灰石纳米颗粒中的一种或几种纳米粒子混合物；Ni2O粒子的制备方法：原位制备NiO纳米粒子，将2.5ml的4M硝酸镍水溶液加入到50ml油基质中，混合后不发生相分离，油基质为单相，在密封反应器单元中在300℃热处理12小时。

【技术实现步骤摘要】
用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子及其制备方法
：本专利技术属于石油化工
，具体涉及一种用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子及其制备方法。
技术介绍
：原油中含有四个不同的烃类，包括烷烃，环烷烃，芳香烃和沥青质。链烷烃，或者烷烃是饱和烃，即仅由碳和氢原子组成，具有通式CnH2n+2。碳原子间所有键均为单键，没有环状结构，构成一个简单的链，组成约30％的原油。树脂，或称为环烷烃，它们的化学结构是具有一个或多个环碳原子的分子，构成了约40％的原油。芳香族化合物或称芳烃，是碳氢化合物，它与碳原子之间以交替的单键和双键形成环，组成约15％的原油。沥青质主要由碳，氢，氮，氧和硫，以及微量的钒和镍的组成。C：H比例取决于沥青质储层物性，通常为1:1.2。沥青质被定义为正庚烷(C7H16)的不溶成分和甲苯(C6H5CH3)的可溶成分组成的碳质材料，例如原油蒸馏工序中粘的、黑色的、高黏度的残留物。它们构成了余下的原油组成，平均约为3％至15％；由于沥青质的聚集，它们是影响原油黏度的最主要的因素。沥青、稠油和超稠油中含有高浓度的沥青质，使得沥青、稠油或超稠油具有高比重和高粘度的特性并且导致它们的开采和处理复杂化。沥青质中极性官能团的存在赋予这些分子表面活性，这可能导致界面上出现表面电荷，使沥青质强烈地吸附在矿物表面和储层岩石上。在油气开采过程中，原油沥青质在储层岩石表面上的吸附会导致润湿性从亲水向亲油方向的改变，从而造成储层岩石的油相相对渗透率下降。在一定热力学条件下，沥青质会在岩石孔隙表面发生沉积，导致有机垢的生成，从而堵塞一部分储层孔喉，造成储层的绝对渗透率下降。此外，在石油开采与运输过程中，沥青质等重组分的沉积，既可能产生于油藏和井筒中，又可能生成在分离器、油泵、管道、换热器、油罐等设备中。原油在管道中流动，随着温度和压力的下降，沥青质沉积在管道底部，严重影响了管道的输油效率。即使轻微的沥青质沉积也会使开采操作变得困难，降低生产运行效率，沉积严重时会导致油井报废或管道堵塞。为了防止管道堵塞，必须加入沥青质清除剂或进行管道清理操作，使生产维修费用大幅提高，并严重影响了管道的正常运行。另外，沥青质在改质催化剂表面上的吸附使催化剂失活并且吸附的沥青质和胶质中金属杂原子导致催化剂中毒，由于轻质原油精炼时生成的汽油和柴油的百分比更高，人们也更希望得到轻质原油，导致在石油市场中轻质原油的价格高于稠油。通常，降低稠油粘度的方法是脱沥青工艺。所有沥青质在沥青混合物中有沉积过程，比如在原油中，沥青质不溶于低碳烷烃溶剂(丙烷庚烷)和其它溶剂及其混合物，导致沉积。这是因为沥青质分子的极性，不溶于非极性石蜡，最低分子量的烷烃(丙烷)有低溶解性，在庚烷中溶解性稍高一些。溶剂类型关系到原油改质的产率和质量。在一般情况下，用丙烷进行原油改质产量较低，但由于较轻的密度和较低的金属含量，使原油有更好的质量。在某些情况下，可以将溶剂进行特殊的操作而变化其溶解度和其沉淀能力。通过改变操作条件，得到了不同的产品，如胶质和沥青质，像U.S.Pat.No.4,290,880中所描述的那样。输送或泵送高粘度稠油的另一种方法是使用稀释剂。稀释剂使加入的流体变淡，或降低其黏度。例如，在油田中添加稀释剂并与稠油混合。然后将较低粘度的溶液泵送到炼油厂，存储设施或其它预期的位置，在那里所述溶液被分解，原油从稀释剂中分离出来。然后稀释剂用管道或其它方式运回再利用。然而，这种方法需要额外的工艺，如将稀释剂回收的过程是很昂贵的，另外，可用的稀释剂，如石脑油，正逐渐变得不再适用。因此，仍然需要使该过程更简单和容易地适合于油田操作，并且不需要如稀释剂等大量的添加剂。油田开采与运输过程中由于沥青质沉淀造成的危害，近十余年在国外已受到广泛重视，是研究的热点课题之一。稠油油藏含有大量的沥青质，会在多孔介质，井眼和井口设施中沉淀。此外，由于油藏在API和密度方面的不均匀性，油中沥青质的质量分数和类型可能因地而异，导致沥青质沉淀的亲和力不同。为解决沥青质沉积和沉积问题的措施，在整个开采，运输和炼油过程中，有几个措施用来消除或阻止沉积物的形成。例如机械拆除，利用超声波技术，用清洗溶剂，热流体或水蒸汽去除沉淀以及添加抑制剂与分散剂的方法。但是，这些技术或多或少的都可能导致生产停顿。实际开采过程中，一般采用化学添加剂对于沥青质沉积的抑制作用进行处理。沥青质可溶于芳族化合物如甲苯和二甲苯，最适用的如甲苯，二甲苯，苯和氯酸盐溶剂，但是这些溶剂均是易燃、致癌并且对环境有害的。相对于甲苯，二甲苯，苯和氯酸盐等化学添加剂，使用的具有环保、稳定以及在原油中能够高效溶解沥青质的物质，达到节省了成本和减轻采油过程中危害的目的。近年来随着纳米技术的进步，提出了通过注入不同种类的纳米颗粒来解决沥青质沉淀问题的可能性。纳米颗粒改善操作性能的机理包括：岩石润湿性改变，降低的界面张力，降低油的粘度，降低流动性比和渗透率变化。提高采收率的目的在于，纳米颗粒主要是金属或金属氧化物颗粒。这种纳米颗粒的特征在于：1)表面积与体积比大；2)高悬浮率；3)巨大的吸收能力和高催化活性。颗粒可以使沥青质悬浮在油中并防止其沉淀，并且还可以使用其热催化作用从表面除去沥青质沉淀。因此，纳米颗粒的功能可以分为两个作用：1)纳米颗粒的超小尺寸产生的高吸附性可以快速吸附悬浮的沥青质颗粒，大大提高了油品的流动性并防止沥青质聚集和凝结。影响沥青质吸附的参数包括接触时间，沥青质初始饱和度，大小，含水量，温度以及其它存在的分子。2)纳米颗粒改善了原油热性能，有利于缓解沥青质沉淀。通过催化氧化除去沥青质的方法实现原位稠油改质。
技术实现思路
：本专利技术目的是提供了一种用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子及其制备方法，这种用于抑制或清除稠油沥青质沉积方法用于解决现有技术中抑制或清除稠油开采过程中沥青质沉积的问题。本专利技术采用的技术方案为：一种用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，所述纳米粒子为纳米Ni2O、纳米Fe2O3、纳米CoFe2O4、纳米Fe3O4、纳米硅酸铁钠(NaFeSi2O6)、纳米MoO3、Co3O4、纳米WO3、纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米ZnO、纳米CuO、纳米TiO2、纳米SiO2、胺改性的鲤皂石纳米颗粒、改性的粉煤灰纳米颗粒、改性的磷灰石纳米颗粒中的一种或几种纳米粒子混合物。进一步地，原位制备NiO纳米粒子，将2.5ml的4M硝酸镍水溶液加入到50ml油基质中，并使用旋涡混合器混合样品4-6分钟，混合后，不发生相分离，油基质可视为单相，然后将样品引入反应器单元，在密封反应器单元中在280-320℃热处理10-14小时；通过5000rpm离心油基质18-22分钟来回收颗粒，倾析上层相并收集，用甲苯洗涤下层相，直至获得甲苯相。进一步地，通过将2ml体积的4M硝酸铁水溶液加入并混合到50ml油相中来制备油相中的10000ppm超分散Fe2O3纳米颗粒，通过保持水溶性前驱体体积为固定值，原位制备的其它浓度的纳米粒子，然后降低纳米粒子的浓度，使用涡旋混合器混合油基质，直到不能观察到相分离，将油基质看作单相；将样品转移到100mlParr反应器单元中，在密封单元中150-170℃混合后，在180-220℃下热处理3-5小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，其特征在于：所述纳米粒子为纳米Ni2O、纳米Fe2O3、纳米CoFe2O4、纳米Fe3O4、纳米NaFeSi2O6、纳米MoO3、Co3O4、纳米WO3、纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米ZnO、纳米CuO、纳米TiO2、纳米SiO2、胺改性的鲤皂石纳米颗粒、改性的粉煤灰纳米颗粒、改性的磷灰石纳米颗粒中的一种或几种纳米粒子混合物。

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，其特征在于：所述纳米粒子为纳米Ni2O、纳米Fe2O3、纳米CoFe2O4、纳米Fe3O4、纳米NaFeSi2O6、纳米MoO3、Co3O4、纳米WO3、纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米ZnO、纳米CuO、纳米TiO2、纳米SiO2、胺改性的鲤皂石纳米颗粒、改性的粉煤灰纳米颗粒、改性的磷灰石纳米颗粒中的一种或几种纳米粒子混合物。2.根据权利要求1所述的用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，其特征在于，所述的纳米Ni2O粒子是通过以下方法制备的：原位制备NiO纳米粒子，将2.5ml的4M硝酸镍水溶液加入到50ml油基质中，并使用旋涡混合器混合样品4-6分钟，混合后，不发生相分离，油基质可视为单相，然后将样品引入反应器单元，在密封反应器单元中在280-320℃热处理10-14小时；通过5000rpm离心油基质18-22分钟来回收颗粒，倾析上层相并收集，用甲苯洗涤下层相，直至获得甲苯相。3.根据权利要求1所述的用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，其特征在于，所述纳米Fe2O3粒子是通过以下方法制备的：通过将2ml体积的4M硝酸铁水溶液加入并混合到50ml油相中来制备油相中的10000ppm超分散Fe2O3纳米颗粒，通过保持水溶性前驱体体积为固定值，原位制备的其它浓度的纳米粒子，然后降低纳米粒子的浓度，使用涡旋混合器混合油基质，直到不能观察到相分离，将油基质看作单相；将样品转移到100mlParr反应器单元中，在密封单元中150-170℃混合后，在180-220℃下热处理3-5小时；通过将油相以5000rpm离心8-12分钟，并倾析上层相来完成从油相回收颗，收集下层相并用甲苯洗涤直至获得甲苯相。4.根据权利要求1所述的用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，其特征在于，所述的纳米CoFe2O4粒子是通过以下方法制备的：采用均相沉淀法，使用FeCl3溶液、CoCl2溶液和去离子水，在连续搅拌下，按照1:1比例加入FeCl3溶液和CoCl2溶液来制备钴铁氧体纳米粒子，在连续搅拌下，通过加入NaOH溶液直到pH等于13并且反应产物沉淀，之后，通过过滤获得颗粒，用水洗涤，最后在65-75℃的烘箱中干燥，所获得的粒子在180-220℃退火0.8-1.2小时后转变为尖晶石结构。5.根据权利要求1所述的用于抑制或清除稠油沥青质沉积的纳米粒子，其特征在于，所述NaFeSi2O6粒子是通过以下方法制备的：酸液制备：6g氯化铁溶于30g蒸馏水，加入8g硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵法军，田哲熙，冯进来，吴艳平，张宇飞，王大卫，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23