一种高熵催化乳液降黏体系及降黏方法

本发明属于原油降黏领域，涉及一种原油催化降黏技术，具体涉及一种高熵催化乳液降黏体系及降黏方法。

背景技术：

1、稠油通常指沥青质核胶质含量较高、密度核黏度较大的原油，是一种复杂的多组分的复杂烃类混合物，由烷烃、芳烃、胶质核沥青质组成，其中，胶质和沥青质为高分子量组分，含有金属和非金属如硫、氮、氧等杂原子，沥青质是原油中结构最复杂、相对分子量最大、相对密度最大的组分。高黏度和高密度是其主要特征，也是稠油区别于普通轻质原油的主要指标。其黏度对温度敏感，随温度的增加，黏度急剧下降。对于深层稠油与浅层稠油，均存在黏度大，流动性差的共性问题，明确稠油的致黏机理是解决问题的关键。据分析，黏度贡献较大的是胶质与沥青质两个组分。胶质含有稠油、脂环、侧链构成的凝聚环状体系，并含有氮、硫、氧等杂原子。沥青质是由多种稠环芳烃、环烷烃、连烷烃以及金属、非金属组成的复杂混合物，杂原子含量较高、氢碳原子比较低。其中，沥青质是稠油致黏的关键因素。而沥青质结构与金属含量、杂原子含量、分子间作用力大小及相对分子质量等因素有关。通过前期探究，可利用催化氧化技术从杂原子含量及分子间作用力入手，通过催化反应降低杂原子含量及减弱分子间作用力，进而有利于降低稠油黏度。

2、高熵氧化物(heos)是一种新型材料，由几种金属酸盐混合，在一定温度下进行溶液烧灼反应制备而成。高熵氧化物作为一种新兴材料，其中含有等原子比的多组分(通常≥5)，具有熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应、鸡尾酒效应四种固有特性。由于五种或更多组分的随机/均匀混合，它们具有新特性。heo已被证明具有广泛的显著力学性能、介电性能和超导性能。高熵氧化物合成及催化应用的研究进展(游子娟等，材料导报，2023，37(24)：22090127)中介绍了高熵氧化物的多种合成方法和用途，主要用于热催化、电催化和光催化中的应用，在热催化中的一氧化碳氧化、二氧化碳加氢、脱硫、甲烷和vocs催化氧化等反应中具有良好的性能。但是还没有人将高熵氧化物用于原油降黏方面的尝试，因此进行相关研究可能会得到新的降黏催化剂，极大拓展了高熵氧化物的使用范围。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术问题，开发一种高熵催化乳液降黏体系，利用表面活性剂调节高熵氧化物与氧化剂的hlb值伍配为稠油催化降黏体系，其中，氧化剂为有机过氧化物，高熵氧化物提高催化效率，本发明将催化氧化技术与乳化降黏技术进行搭配，首先利用催化氧化法降黏的原理，使稠油中的胶质与沥青质分子中的稠环芳烃大分子在高熵氧化物催化剂的作用下，发生氧化反应，断开含杂原子侧链，利用活性氧物质(氧化剂分解出来的活性氧)进行封端，形成具有分散性的含有醇基、羰基及羧基的有机分子。借助于这些具有分散性的有机分子的同时，再二次利用体系所含表面活性剂进行乳化，使催化与乳化顺序发生，实现稠油改质降黏。

2、一方面，本发明提供一种高熵催化乳液降黏体系，采用表面活性剂调节将高熵氧化物、氧化剂混合后调整hlb值为7-14的乳液降黏体系，其中，所述氧化剂为有机过氧化物。

3、进一步优选，所述该高熵氧化物为从过渡金属fe、mn、co、cr、ni、mo、cu、yb、la、gd、y、ti、ca、mg、nd中任意选取五种及五种以上组合的氧化物。

4、进一步优选，高熵氧化物选取五种过渡金属组成，化学通式记为：(m10.25m20.25m30.25m40.25m50.25)3o4，其中，m1、m2、m3、m4、m5.分别为一种过渡金属元素，五种过渡金属采用等摩尔比分配原则设计。

5、本发明高熵氧化物中含有五种及以上不同的过渡金属，每种过渡金属均含有不同d轨道电子结构，受到鸡尾酒效应，活性得以叠加，亲电性强，可高效进攻稠油稠环芳烃的c-s、c-n键，实现稠油降黏的目的。

6、本发明通过表面活性剂将高熵氧化物、氧化剂伍配为乳液降黏体系，高熵氧化物分散在乳液的油水界面处，氧化剂在乳液的油相中，乳液中存在大量的水，其目的在于利用水的冷却特性，即水具有较高的比热容(4.2kj·kg-1·k-1)且随温度变化不大的特性。一为防止氧化剂受热分解而释放活性氧，二为降低体系在井筒的摩擦阻力，避免氧化剂残留于井筒壁。直至进入油藏处于温度恒定的140℃环境下发生乳液破乳，高熵氧化物与氧化剂接触，通过形成过氧络合物过渡态物质，携带活性氧攻击稠油稠环芳烃侧链及含杂原子碳侧链，发生氧化反应，并以活性氧物质进行封端形成醇、酮及羧酸，实现稠油的氧化，再二次利用体系所含表面活性剂进行乳化，使催化与乳化顺序发生。

7、本发明降黏原理如下：

8、本发明降黏是催化氧化降黏和乳化降黏的复合利用，催化氧化降黏利用高熵催化剂使稠油转化为具有含氧基团的氧化油及具有含杂原子的氧化产物，乳化降黏利用催化氧化产物及催化乳液所含的表面活性剂使氧化油成为水包油型氧化油乳液。

9、催化氧化技术：催化降黏体系中的氧化剂被催化剂中的过渡金属中心形成过氧络合物，针对稠油中稠环芳烃的杂原子侧链进行亲电进攻，断开c-s键，由含氧基团(-oh)进行封装并进行深度氧化，使含氧基团以羧基(-cooh)为主，得到稠油氧化油，以及含杂原子的氧化产物，如磺酸基、二甲亚砜等。

10、乳化技术：利用催化氧化技术产生的具有分散性的含有醇基、羰基、羧基、磺酸基的有机分子的有机分子。借助于这些具有分散性的有机分子的同时，再二次利用催化体系所含表面活性剂对氧化稠油进行乳化，是稠油实现稠油改质降黏。

11、进一步地，所述有机过氧化物为氢过氧化物、二烷基过氧化物、二酰基过氧化物、过氧酯、过氧化碳酸酯及酮过氧化物中的任意一种。

12、更进一步地，所述有机过氧化物为过氧化苯甲酸、过氧化苯甲酰和过氧化氢。

13、进一步地，高熵催化乳液降黏体系中，催化剂和氧化剂的质量比为1:1～1:5。

14、进一步地，所述表面活性剂为亲水性表面活性剂和亲油性表面活性剂组成的复合表面活性剂。

15、更进一步地，所述亲水性表面活性剂和亲油性表面活性剂均为非离子型表面活性剂；其中，亲水性的非离子表面活性剂包括聚氧乙烯型、多元醇型、烷醇酰胺型、聚醚型、氧化胺型表面活性剂，具体可以为司班-(山梨醇酐单月桂酸酯)；所述亲油型的非离子型表面活性剂包括吐温-(聚山梨醇酯)。

16、另一方面，本发明提供一种利用上述高熵催化乳液降黏体系降低稠油黏度的方法，包括以下步骤：

17、将高熵氧化物、氧化剂混合后加入表面活性剂，得到乳液降黏体系；

18、将乳液降黏体系与稠油混合后加热到催化反应温度反应，反应结束后完成对稠油降黏。

19、进一步地，以高熵氧化物计算，乳液降黏体系的加入量，为稠油质量的0.02％-2％。

20、进一步地，催化反应温度根据过渡金属类型选择，一般为50℃-180℃，反应时间为1-48小时。

21、与现有技术相比，本发明有效果如下：

22、不同现有技术中稠油的低温催化降黏方法中采用注空气法并结合碱液及表面活性剂，将氧化产物羧酸经碱处理形成石油羧酸盐，以羧酸盐为活性剂进行稠油降黏开采。本发明在油藏环境下(50～180℃)以氧化剂为氧源，利用过渡金属催化活性相断开稠油含杂原子侧链化学键，经氧化剂封端形成氧化稠油，再二次利用体系所含表面活性剂进行乳化，实现稠油改质降黏的目的。

23、不同于传统催化剂采用单一金属作为活性中心，而高熵氧化物含有多种过渡金属组分，可针对不同稠油油藏所含元素特点，实现性能调控，比如：a.替换某些元素。为了得到所需要的性能，可以尝试替换高熵氧化物中的某些元素，再制备出新型的高熵氧化物材料，即进行有针对性的性能调控和优化。b.调整高熵氧化物中过渡金属元素比例。可增加亲电性过渡金属的组分，对于稠油重组分中c-s和c-n键有更强的进攻效果，从而达到断键的目的，提高催化效果。