一种氧化石墨烯基稠油破乳剂及制备方法与流程

本发明涉及一种氧化石墨烯基稠油破乳剂及制备方法，属于油田化学领域。

背景技术：

1、石墨烯是一种新型纳米材料，是由一层以六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子构成的二维碳材料，石墨烯片平均尺寸约为70×100×1.2(nm)。

2、氧化石墨烯(grapheneoxide，go)是石墨烯的一种衍生物，是由氧化石墨发生剥离而形成的单层或多层氧化石墨，具有典型的准二维空间结构。氧化石墨烯干燥样品的层间距约0.59nm～0.67nm，比公认的原始石墨层间距0.34nm大，能被小分子或者聚合物插层后剥离氧化石墨烯。氧化石墨烯具有良好的润湿性能和表面活性，在水和大多数极性有机溶剂中具有很好的分散稳定性，片层上含有很多羟基和羧基，这些条件都使得氧化石墨烯易于和与其他外来基团发生化学反应生成新的官能团，从而改变其本身的一些基本性质。氧化石墨烯具有和石墨烯类似的片状尺寸，即单层氧化石墨烯本身具有一个单层石墨烯片。通常氧化石墨烯的结构式如下：

3、

4、在本技术中以下面的更简洁形式表示氧化石墨烯：

5、其中，氧化石墨烯单层中羧基和羟基的数目分别为m个和n个，x表示氧化石墨烯中除了羧基和羟基之外的碳环组成的层状结构，氧化石墨烯的氧化度＝(m+n)/x中六元环的个数。

6、近年来，随着中国国内东部主力油田逐渐进入开发中后期，原油采出程度逐渐升高，为稳定原油产量，稠油及稠油降粘开采规模不断扩大。

7、稠油采出液存在破乳困难的缺点。稠油乳状液破乳难，首先是因为稠油粘度高，水滴聚并受阻，水滴沉降慢；其次由于稠油中胶质沥青质含量高，吸附在油水界面上形成高粘弹性界面膜，阻止水滴聚并。总体上，常规的稠油破乳剂存在加药量高、温度高、脱水时间长的缺点。

技术实现思路

1、发明目的：针对稠油油水分离中现有的破乳剂存在的加药量高、温度高、脱水时间长的不足，本发明公开了一种氧化石墨烯基稠油破乳剂及制备方法，其实现了稠油快速高效破乳。

2、技术方案：一种氧化石墨烯基稠油破乳剂，其结构式如下：

3、其中：

4、x表示氧化石墨烯中除了羧基和羟基之外的碳环组成的层状结构，m和n的取值范围与氧化石墨烯的氧化度相关，氧化石墨烯的氧化度＝(m+n)/x中六元环的个数，x中六元环的个数：m：n＝100:(8～20):(5～14)；

5、2≤p≤6；

6、2≤q≤8；

7、r1为-ch2-ch2-ch2-ch2-ch2-ch2-、中的一种；

8、r2为-hn-ch2-ch2-nh-，或者-o-ch2-ch2-o-，或者

9、一种上述的氧化石墨烯基稠油破乳剂的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)将氧化石墨烯、第一有机溶剂置于反应器中；

11、(2)在搅拌条件下，将反应器抽真空一段时间后，继续搅拌并持续通入氮气或惰性气体，并在氮气气氛或者惰性气体气氛下向反应器中加入二异氰酸酯，搅拌一段时间后得到混合浆料；

12、(3)将所述混合浆料倒入适量的第二有机溶剂中以沉淀产物，然后将沉淀物过滤，然后用第二有机溶剂洗涤固形物，并在真空下干燥，得到氧化石墨烯基异氰酸酯；

13、(4)配制氧化石墨烯基异氰酸酯分散液及聚醚分散液；

14、(5)在搅拌条件下，将所述聚醚分散液缓慢滴加到所述氧化石墨烯基异氰酸酯分散液中，然后一定温度下反应一段时间后，即得到氧化石墨烯基稠油破乳剂。

15、进一步地，所述氧化石墨烯、所述第一有机溶剂、所述二异氰酸酯的质量比为100：(50～100)：(10～30)。

16、更进一步地，步骤(3)中将步骤(2)得到的所述混合浆料倒入适量的第二有机溶剂中以沉淀产物，其中：

17、以质量计，所述第二有机溶剂的用量为所述第一有机溶剂的3～5倍。

18、进一步地，所述反应器配备有搅拌装置、抽真空装置和进料装置，且所述反应器设有进气口与出气口，且所述进气口设于所述反应器的底部。

19、进一步地，步骤(1)所述的第一有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺中的一种。

20、进一步地，步骤(2)中，待反应器内的系统压力达到-0.1mpa以下时，再在搅拌条件下持续通入氮气或惰性气体。

21、进一步地，步骤(2)中搅拌时间为12～36小时。

22、进一步地，步骤(3)所述第二有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇中的一种。

23、进一步地，步骤(4)中所述氧化石墨烯基异氰酸酯分散液的配置步骤如下：

24、将所述氧化石墨烯基异氰酸酯研磨后得到氧化石墨烯基异氰酸酯粉体；

25、将所述氧化石墨烯基异氰酸酯粉体超声分散于第一有机溶剂中，形成氧化石墨烯基异氰酸酯分散液，其中：

26、所述氧化石墨烯基异氰酸酯粉体与所述第一有机溶剂的质量比为100：(50～100)；

27、所述的第一有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺中的一种。

28、进一步地，步骤(4)中所述聚醚分散液的配置步骤如下：

29、将聚醚超声分散于第一有机溶剂中，形成聚醚分散液，其中：所述聚醚与所述第一有机溶剂的质量比为20：(10～20)；

30、所述的第一有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺中的一种。

31、更进一步地，所述聚醚为双酚a聚醚、乙二醇聚醚、乙二胺聚醚中的一种或几种的混合物。

32、进一步地，步骤(5)中，所述聚醚分散液与所述氧化石墨烯基异氰酸酯分散液的质量比为(10～30)：100。

33、进一步地，步骤(5)中反应的反应温度为50～70℃，反应时间为1～3h。

34、进一步地，步骤(2)所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种。

35、一种上述的氧化石墨烯基稠油破乳剂的制备方法，包括以下步骤：

36、s1将氧化石墨烯、第一有机溶剂置于反应器中；

37、s2在搅拌条件下，将反应器抽真空一段时间后，继续搅拌并持续通入氮气或惰性气体，并在氮气气氛或者惰性气体气氛下向反应器中加入二异氰酸酯，

38、搅拌得到混合浆料；

39、s3配置聚醚分散液；

40、s4将聚醚分散液缓慢滴加到反应浆料中，然后再在一定温度下反应一段时间后，即得到氧化石墨烯基稠油破乳剂。

41、进一步地，所述氧化石墨烯、所述第一有机溶剂、所述二异氰酸酯、所述聚醚分散液的质量比为100：(50～100)：(10～30)：(10～30)

42、进一步地，步骤s2中，待反应器内的系统压力达到-0.1mpa以下时，再在搅拌条件下持续通入氮气或惰性气体。

43、进一步地，步骤s2的搅拌时间为12～36小时。

44、进一步地，所述反应器配备有搅拌装置、抽真空装置和进料装置，且所述反应器设有进气口与出气口，且所述进气口设于所述反应器的底部。

45、进一步地，步骤s1所述的第一有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和六甲基磷酰胺中的一种。

46、进一步地，步骤s3的具体步骤如下：

47、将聚醚超声分散于第一有机溶剂中，形成聚醚分散液，其中：

48、所述聚醚与所述第一有机溶剂的质量比为20：(10～20)；

49、所述的第一有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺中的一种。

50、更进一步地，所述的聚醚为双酚a聚醚、乙二醇聚醚、乙二胺聚醚中的一种或几种的混合物。

51、进一步地，步骤s4中的反应温度为50～70℃，反应时间为1～3h。

52、进一步地，步骤s2中所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种。

53、本发明针对稠油采出液的破乳困难、复杂、破乳剂加药量高的问题，通过使用异氰酸酯类与聚醚进行联结反应，同时分子结构中引入了石墨烯片，形成的产物具有疏水和亲水基团，易于吸附在油水界面上，其中的石墨烯片与油/水界面接触形式为“面-面”结构，药剂用量大幅降低。石墨烯片具有纳米级片状结构，与胶质组分的尺寸处于同一数量级，石墨烯片渗透进入胶质沥青质片层结构中，拆散重叠堆砌的聚集体，打破其连续状态，都可实现原油粘度降低，有利于乳化水滴的运动、聚并。由于氧化石墨烯基破乳剂中具有亲水的氧丙烯、氧乙烯结构，而石墨烯片即本身具有芳香特性，因此氧化石墨烯基破乳剂在油水界面上呈现出氧丙烯、氧乙烯的亲水基团伸入水中、而芳香特性的石墨烯片则插在油水界面上活性的胶质沥青质中，使界面膜变得松散、失稳而破裂。因此氧化石墨烯基破乳剂对稠油乳状液发挥很好的破乳作用。

54、有益效果：本发明公开的一种氧化石墨烯基稠油破乳剂及制备方法具有以下有益效果：

55、1、相对于传统的破乳剂，药剂用量大幅降低；

56、2、对稠油的脱水率高，且与其它类型药剂配伍性好。