CN103937478B - 一种用于提高原油采收率的纳米流体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高原油采收率的纳米流体的制备方法，取2.0‑4.0g的纳米粉体，加入去离子水60‑80mL，室温超声分散30‑60min；另取硅烷偶联剂2.0g溶解无水乙醇30‑60mL；将纳米基液与硅烷偶联剂乙醇溶液放入三口烧瓶中混合，边搅拌边加热到70‑75℃，反应4‑6h后，过滤用无水溶剂洗涤数次，将其置于60‑70℃真空干燥箱中干燥12h后，得到改性的纳米粒子；取0.1‑0.5g纳米粒子放入三口烧瓶，加水200‑300mL，水浴升温到60‑75℃，将表面活性剂与PEG混合，并添加其混合溶液100mL，机械搅拌6‑8h，将搅拌后的分散液进行洗涤2‑3次，再将pH值调节至8‑9，并加入去离子水至1L，得到水基纳米流体。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，特别是涉及一种纳米流体用于提高原油采收率方法。
背景技术
世界上许多油藏中，大约三分之二的油不能由常规生产方法开采。因此，在成熟油田中，提高采收率技术（EOR）存在很大潜力。水驱提高采收率方法是相对经济的，但是在主要在开采初期，提高采收率方法中水驱是较为合理的选择。水驱产时间水驱后，可以选择添加一些化学剂，如碱、表面活性剂和聚合物来增加水驱过程的效率。将这些化学物质加入到注入水中，岩石表面的润湿性变为更亲水状态。聚合物的注入会增加注入水的粘度，改善非均质和粘性油藏的波及系数。表面活性剂主要有用于降低界面张力，从而使因毛细管力束缚作用在基质孔隙中的油流动。
在油藏中使用聚合物的主要困难是聚合物的化学降解和热降解。此外，典型聚合物分子量为1000~2500万聚合物很难注入到低渗透油藏中。另外，高温和高盐使表面活性剂驱油过程具有挑战性，会给表活剂驱油效率造成损失和形成堵塞，而碱的加入导致矿场试验中出现采油井井筒结垢严重、采出液处理困难等问题。此外，传统的表面活性剂对水解也较为敏感。因此，有必要开发在储层中能耐温、耐盐具有经济效益的新材料。
纳米技术可以作用于更高效，更便宜，更环保的提高石油采收率（EOR）方法。常用油藏孔隙的直径一般都在微米级；因此，纳米颗粒可以在其中流动。此外，纳米颗粒的一个重要特性是表面效应，随着粒径减少，微粒的表面积急剧变大，当纳米微粒的粒径达到10nm时，比表面积为90m2/g，粒径为5nm时，比表面积为180 m2/g，粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450 m2/g。很大的比表面积致使表面原子数迅速增加，位于颗粒表面的原子占相当大的比例，键态严重失配，造成原子配位不足及高的表面能，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡、非整数配位的化学价，这导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别。
纳米颗粒由于表面积和体积比比较大，从而增加了表面的能量。在固体表面上的活性物质的吸附作用可以改变表面能量和体系的润湿性。从而大大降低了油水界面张力，使得注入流体在孔隙驱替过程中，使原油易于剥落成小油滴，而被驱替液驱替出来。此外，纳米流体颗粒对储层小孔道有暂时堵塞作用，从而扩大了波及体积，使孔隙中未被波及到的原油驱替出来，达到了提高采收率、降压增注的目的，因此，开展纳米流体提高原油采收率研究工作对油田生产具有直接的生产意义，特别是对一些低渗透油田更具有实际意义。
有学者开发出一种分散于水中的金属(W, Ni, 和Mo)纳米胶体粒子催化剂进行沥青开采。有纳米催化剂和无纳米颗粒作用下的沥青粘度进行对比结果表明，纳米催化剂对降低沥青的粘度是有效的。Ponnapati等人发现了可溶于水的二氧化硅-氧化乙烯型纳米聚合物。虽然这些纳米复合物在确定的浓度没有产生高粘度，作者认为较高分子量的聚合物和较高的接枝密度可以改进粘度。
Ju等人进行疏脂性和亲水性的多晶硅纳米粒子的吸附试验来验证砂岩表面的湿润性变化。观察亲水性硅纳米颗粒在尺寸范围10 - 500 nm与纯水相比可以提高原油采收率约9%，多晶硅纳米颗粒对水驱提高采收率技术是有效的。
Hendraningrat等人研究使用亲水性二氧化硅纳米粒子，对提高原油采收率的影响，包括纳米粒子的大小和浓度、初始的润湿性以及温度等参数的影响。结果表明，通过提高温度，降低纳米颗粒尺寸和降低纳米流体注入率可以提高原油采收率。此外，还实现了岩石从中间润湿状态下，获得了最高原油采收率和驱油效率。并且发现原油采收率和纳米流体浓度不成正比，也就是纳米流体浓度增加时采油增强，但是当浓度低于一个临界值时，采收率会降低。
Karimi等人通过实验研究了氧化锆纳米流体对碳酸盐岩储层的润湿性改变的影响。实验结果表明，纳米流体可以将岩石的润湿性从强油湿变成强水湿。
Giraldo等人研究氧化铝纳米流体在改变砂岩岩心的润湿性与诱导亲油的润湿性的有效性。研究表明，纳米流体可以改变砂岩岩心的润湿性使岩石由油湿变为水湿。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种用于提高原油采收率的纳米流体的制备方法，包括如下步骤：
1）制备纳米基液：取2.0-4.0g的纳米粉体，加入去离子水60-80 mL，室温超声分散30-60min；
2）另取硅烷偶联剂2.0g溶解无水乙醇30-60mL；
3）改性纳米粒子：将纳米基液与硅烷偶联剂乙醇溶液放入三口烧瓶中混合，边搅拌边加热到70-75℃，反应4-6h后，过滤用无水溶剂洗涤数次，将其置于60-70℃真空干燥箱中干燥12h后，得到改性的纳米粒子；
4）水基纳米流体：取0.1-0.5g纳米粒子放入三口烧瓶，加水200-300mL，水浴升温到60-75℃，将表面活性剂与PEG混合，并添加其混合溶液100mL，机械搅拌6-8h，将搅拌后的分散液进行洗涤2-3次，再将pH 值调节至8-9，并加入去离子水至1L，得到水基纳米流体。
所述的纳米粉体为：纳米TiO2、氧化锌、纳米Fe3O4、纳米SiO2粉体中的至少一种。
所述的硅烷偶联剂选用：硅烷偶联剂KH-570，硅烷偶联剂KH-56或十六烷基三甲氧基硅烷。
具体的，所述的制备纳米TiO2采用硅烷偶联剂KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)；制备纳米氧化锌纳米流体采用硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚丙氧基三甲氧基硅烷) ；制备纳米Fe3O4采用硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚丙氧基三甲氧基硅烷)；制备纳米SiO2流体采用十六烷基三甲氧基硅烷。
所述的无水溶剂为：无水乙醇或无水正己烷。
所述的表面活性剂为：十二烷基苯磺酸钠、油酸纳或烷基芳基磺酸钠。
具体的，所述的制备纳米TiO2采用表活剂十二烷基苯磺酸钠；制备纳米氧化锌纳米流体采用表活剂为油酸纳；制备纳米Fe3O4纳米流体采用表活剂为油酸纳；制备纳米SiO2纳米流体采用表活剂为烷基芳基磺酸钠。
一种用于提高原油采收率的纳米流体的使用方法，将制备的纳米流体，在长度为8.2-9.5cm，直径为2.5cm，渗透率为1.42-1.51μm2 的人造岩心上进行室内物理模拟驱油实验；
将岩心放于夹持器中，抽真空6小时，饱和模拟地层水，测定岩心饱和度及渗透率；油驱水，测定原始含油饱和度；恒温干燥箱设置温度45℃下恒温12h，首先进行水驱油至含水92-93%，测得水驱驱油效率为41.5-42.8%，再转注0.3pV的纳米流体，然后后续水驱出***水率为98-100%，测得纳米流体的驱油效率比水驱水驱驱油效率提高了13.5-16.8%。
本发明的技术方案针对现有技术中含表面活性剂、聚合物的驱油剂存在高温高盐条件下驱油效率差，使用浓度高以及碱对地层和油井带来的腐蚀和积垢伤害等的不足，通过本发明提供的技术方案可以获得分散性好、稳定的纳米流体，该方法工艺简单、条件温和、原料利用率高、成本低、易于产业化。
附图说明
图1为经高分辨电镜(HRTEM) 检测，催化剂表面的镇颗粒尺寸在20-50nm 之间的水基纳米TiO2流体的TEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明做详细的描述。
实施例1
取2.0g的纳米TiO2粉体，加入去离子水60 mL，室温超声分散30min，另取硅烷偶联剂KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷) 2.0g溶解无水乙醇40mL，将纳米TiO2基液与硅烷偶联剂KH-560乙醇溶液混合，放入三口烧瓶中，边搅拌边加热到70℃温度，过滤用无水乙醇洗涤数次，将其置于60℃真空干燥箱中干燥后，得到改性的TiO2纳米粒子。
取0.5g TiO2纳米粒子放入三口烧瓶，加水300mL，水浴升温到70℃，添加2g 十二烷基苯磺酸钠和2g PEG-4000 混合溶液100mL，机械搅拌8h，将搅拌后的分散液进行洗涤三次，再将pH 值调节至8 ，并加入去离子水至1L，得到TiO2水基纳米流体。
图1为水基纳米TiO2流体的TEM图，由图1可见，纳米TiO2粒子在如此密集的状态依然能够保持单个粒子不团聚，说明制备的纳米粒子能够达到不团聚的目的。
实施例2
取2.0g的纳米氧化锌粉体，加入去离子水80 mL，室温超声分散60min，另取硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚丙氧基三甲氧基硅烷) 2.0g溶解无水乙醇30mL，将纳米氧化锌基液与硅烷偶联剂KH-560乙醇溶液混合，放入三口烧瓶中，边搅拌、边加热到70℃温度，反应4h后，过滤用无水乙醇洗涤数次，将其置于60℃真空干燥箱中干燥后，得到改性的氧化锌纳米粒子。
取0.5g氧化锌纳米颗粒放入三口烧瓶，加去离子水200mL，水浴升温到70℃，添加1g 油酸纳和1g PEG-4000 混合溶液100mL，机械搅拌8 h，将搅拌后的分散液进行洗涤三次，再将pH 值调节至8，并加入去离子水至1L，得到氧化锌水基纳米流体。
实施例3
取纳米Fe3O4粉末4g，加入去离子水80 mL，室温超声分散40min，另取硅烷偶联剂KH-560(γ-缩水甘油醚丙氧基三甲氧基硅烷) 2g溶解无水乙醇30mL，将纳米Fe3O4基液与硅烷偶联剂KH-560乙醇溶液混合放入三口烧瓶中搅拌，在70℃水浴反应8h后，真空抽滤得到固体，放入恒温鼓风干燥箱中干燥12小时，得到改性的Fe3O4粒子。
取0.1g纳米Fe3O4颗粒放入三口烧瓶，加水300mL，水浴升温到60℃，添加1g油酸纳和1g PEG-4000(聚乙烯二醇) 混合溶液100mL，机械搅拌6h，将搅拌后的分散液进行洗涤三次，再将pH值调节至8，并加入去离子水至100mL，得到Fe3O4水基纳米流体。
实施例4
取2.0g的纳米SiO2粉体，加入去离子水60 mL，室温超声分散30min，另取硅烷偶联剂 (十六烷基三甲氧基硅烷) 2.0g溶解无水乙醇60mL，将纳米SiO2基液与硅烷偶联剂(十六烷基三甲氧基硅烷)乙醇溶液混合，放入三口烧瓶中，边搅拌边加热到75℃温度，过滤用无水正己烷洗涤数次，将其置于70℃真空干燥箱中干燥后，得到改性的SiO2纳米粒子。
取0.5g SiO2纳米粒子放入三口烧瓶，加水300mL，水浴升温到75℃，添加2g烷基芳基磺酸钠和2g PEG-4000 混合溶液100mL，机械搅拌8h，将搅拌后的分散液进行洗涤2次，再将pH 值调节至9 ，并加入去离子水至1L，得到SiO2水基纳米流体。
实施例5
将实施例1中合成的可大幅度提高采收率的纳米流体，在长度为8.2cm，直径为2.5cm，渗透率为1.42μm2 的人造岩心上进行室内物理模拟驱油实验。先水驱至含水93%，测得水驱能提高原油采收率42.6%，再转注0.3pV (孔隙体积)的纳米流体，水驱至含水98%，测得在水驱基础上可以再提高原油采收率16.8%。
实施例6
将实施例2中合成的可大幅度提高采收率的纳米流体，在长度为8.6cm，直径为2.5cm，渗透率为1.48μm2 的人造岩心上进行室内物理模拟驱油实验。先水驱至含水92%，测得水驱能提高原油采收率41.5%，再转注0.3pV (孔隙体积)的纳米流体，水驱至含水100%，测得在水驱基础上可以再提高原油采收率14.9%。
实施例7
将实施例3中合成的可大幅度提高采收率的纳米流体，在长度为8.7cm，直径为2.5cm，渗透率为1.51μm2 的人造岩心上进行室内物理模拟驱油实验。先水驱至含水93%，测得水驱能提高原油采收率41.5%，再转注0.3pV (孔隙体积)的纳米流体，水驱至含水98%，测得在水驱基础上可以再提高原油采收率14.3%。
实施例8
将实施例4中合成的可大幅度提高采收率的纳米流体，在长度为9.5cm，直径为2.5cm，渗透率为1.5μm2 的人造岩心上进行室内物理模拟驱油实验。先水驱至含水92%，测得水驱能提高原油采收率42.8 %，再转注0.3pV (孔隙体积)的纳米流体，水驱至含水98%，测得在水驱基础上可以再提高原油采收率13.5%。
Claims (3)
1.一种用于提高原油采收率的纳米流体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）制备纳米基液：取2.0-4.0g的纳米粉体，加入去离子水60-80 mL，室温超声分散30-60min；
2）另取硅烷偶联剂2.0g溶解无水乙醇30-60mL；
3）改性纳米粒子：将纳米基液与硅烷偶联剂乙醇溶液放入三口烧瓶中混合，边搅拌边加热到70-75℃，反应4-6h后，过滤用无水溶剂洗涤数次，将其置于60-70℃真空干燥箱中干燥12h后，得到改性的纳米粒子；
4）水基纳米流体：取步骤（3）改性的纳米粒子0.1-0.5g放入三口烧瓶，加水200-300mL，水浴升温到60-75℃，将表面活性剂与PEG混合，并添加其混合溶液100mL，机械搅拌6-8h，将搅拌后的分散液进行洗涤2-3次，再将pH 值调节至8-9，并加入去离子水至1L，得到水基纳米流体；所述的纳米粉体为：纳米TiO2、氧化锌、纳米Fe3O4、纳米SiO2粉体中的至少一种；所述的硅烷偶联剂选用：硅烷偶联剂KH-570，硅烷偶联剂KH-56或十六烷基三甲氧基硅烷；所述的制备纳米TiO2采用硅烷偶联剂KH-570；制备纳米氧化锌纳米流体采用硅烷偶联剂KH-560 ；制备纳米Fe3O4采用硅烷偶联剂KH-560；制备纳米SiO2流体采用十六烷基三甲氧基硅烷；所述的无水溶剂为：无水乙醇或无水正己烷；所述的表面活性剂为：十二烷基苯磺酸钠、油酸钠或烷基芳基磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高原油采收率的纳米流体的制备方法，其特征在于：所述的制备纳米TiO2采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠；制备纳米氧化锌纳米流体采用表面活性剂为油酸钠；制备纳米Fe3O4纳米流体采用表面活性剂为油酸钠；制备纳米SiO2纳米流体采用表面活性剂为烷基芳基磺酸钠。
3.一种用于提高原油采收率的纳米流体的使用方法，其特征在于：
通过上述权利要求1制备方法获得的纳米流体，其使用方法为：在长度为8.2-9.5cm，直径为2.5cm，渗透率为1.42-1.51μm2 的人造岩心上进行室内物理模拟驱油实验；
将岩心放于夹持器中，抽真空6小时，饱和模拟地层水，测定岩心饱和度及渗透率；油驱水，测定原始含油饱和度；恒温干燥箱设置温度45℃下恒温12h，首先进行水驱油至含水92-93%，测得水驱驱油效率为41.5-42.8%，再转注0.3pV的纳米流体，然后后续水驱出***水率为98-100%，测得纳米流体的驱油效率比水驱水驱驱油效率提高了13.5-16.8%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170222 |