CN114315937A - 一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂及其制备方法和应用，属于压驱、压裂油气资源的开采技术领域，解决了目前大多数应用油气资源的开采压驱、压裂领域的增渗剂存在增渗能力弱、污染严重等技术问题。制备时，将蔗糖溶解在水中，加入溶剂乙酸乙酯和缚酸剂，在低温条件下缓慢滴加三氯氧磷，滴加完成后控制温度继续反应一段时间，待反应结束将反应液浓缩、纯化分离、真空干燥得到一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。该生物质纳米增渗剂在高温下能分解出磷酸和蔗糖，能够充分渗透进地层环境中，制造出水润湿环境为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力，其具有良好的耐温性能和高的增渗率，并且其无生物毒性、可生物降解。
Description
技术领域
本发明属于压驱、压裂油气资源的开采技术领域，具体涉及一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂及其制备方法和应用。
背景技术
非常规油气的开发在过去十年中取得了重大突破，最具有代表性的技术为水力压裂和水平钻井技术的结合。尽管如此，目前可以依靠天然能量的衰竭式开发方式采出的原油量仍旧较低，在致密储层中仍存在大量剩余油可供开采。但是非常规油气整体资源品位低，储集层致密，地质结构较复杂，低孔低渗，这些特点大幅度影响了油气资源的开采效率。
非常规低渗油藏的主要流动通道是裂缝，因此，产出(或注入)的流体大多通过水力压裂裂缝流动，油气的开采大都也局限于裂缝网络附近的低渗储层。近些年，在压裂过程中往往会添加表面活性剂等多种化学组分，将合成的纳米增渗剂加入压裂液前置液中，利用压裂液将地层压裂出多条裂缝，纳米增渗剂在压裂的富余压力下进入地层较大的裂缝孔隙中。但是目前大多数应用油气资源的开采压驱、压裂领域的增渗剂存在增渗能力弱、污染严重等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂及其制备方法和应用，用以解决目前大多数应用油气资源的开采压驱、压裂领域的增渗剂存在增渗能力弱、污染严重等技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂，所述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的结构式如下：
本发明还公开了上述一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，包括以下步骤：
将蔗糖溶解在水中，然后加入乙酸乙酯和缚酸剂，形成混合溶液，再向混合溶液中滴加三氯氧磷进行反应，滴加完成后控制温度继续反应，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩、纯化分离、真空干燥后得到一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
进一步地，所述向混合溶液中滴加三氯氧磷进行反应的反应时间为0.5～1h。
进一步地，所述滴加完成后控制温度为25～35℃，继续反应的反应时间为4～6h。
进一步地，所述纯化分离的方法为甲苯柱层析法。
进一步地，所述蔗糖、三氯氧磷和水的摩尔比为1:(4～4.3):(10～15)。
进一步地，所述三氯氧磷和缚酸剂的摩尔比为1:(2～3)；所述缚酸剂为三乙胺。
进一步地，所述乙酸乙酯添加量为蔗糖、三氯氧磷和水总质量的3～8倍。
本发明还公开了上述一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的应用，所述一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂作为油气资源开采的压驱或压裂过程中的化学剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂，采用蔗糖和三氯氧磷为主要原料，合成了具有特定结构的生物质纳米增渗剂。根据相关实验结果表表明，本发明公开的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂，在高温下能分解出磷酸，溶蚀裂缝从而进一步增加渗透率；同时能分解出蔗糖能够充分渗透进地层环境中，制造出水润湿环境为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力；并且，所述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂具有良好的耐温性能，并且其无生物毒性、可生物降解，对环境友好，具有高的增渗能力，是一种功能优异的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
本发明还公开了上述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，该方法操作简单，只需简单的混合反应，不需要额外的大型仪器，所用试剂无毒无害、环境友好，经济效益好，能大规模生产，具有广阔的应用前景。
本发明还公开了上述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂作为油气资源开采的压驱或压裂过程中的化学剂的应用，由于所述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂在高温下可以分解出磷酸和蔗糖，使其具有高的增渗能力和高渗吸能力，制造出水润湿环境为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力，其具有良好的耐温性能，同时其无毒无放射性，可有效解决现有应用油气资源的开采压驱、压裂领域的增渗剂存在增渗能力弱、污染严重等技术问题，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明公开的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的合成及应用机理图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
本发明公开的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂及其制备方法和应用，，所述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂具有以下结构式：
图1所示为本发明公开的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的合成及应用机理图，在制备时，将一定量的蔗糖溶解在水中，然后加入溶剂乙酸乙酯和缚酸剂三乙胺，在冰浴条件下缓慢滴加三氯氧磷，控制时间为0.5～1h。滴加完成后控制反应温度为25～35℃，反应4～6h。其中蔗糖、三氯氧磷和水的摩尔比为1:(4～4.3):(10～15)，三氯氧磷和缚酸剂三乙胺的摩尔比为1:(2～3)，溶剂乙酸乙酯添加量为蔗糖、三氯氧磷和水总质量的3～8倍。待反应结束后浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物是压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
上述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂在高温下可分解出磷酸，溶蚀裂缝从而进一步增加渗透率；分解出的蔗糖能够充分渗透进地层环境中，制造出水润湿环境为水溶液在地层微孔环境中的前进降低阻力，其具有良好的耐温性能，并且其无生物毒性、可生物降解，因而对环境友好，是一种功能优异的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
具体分解反应方程为：
实施例1
一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，包括以下步骤：
将17.1g的蔗糖溶解在10.8g的水中，然后加入296.5g的溶剂乙酸乙酯和45.6g的缚酸剂三乙胺，形成混合溶液，在冰浴条件下在混合溶液中缓慢滴加31.4g的三氯氧磷进行反应，控制反应时间为1h。滴加完成后控制反应温度为25℃，继续反应6h，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
实施例2
一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，包括以下步骤：
将20.5g的蔗糖溶解在15.1g的水中，然后加入300.0g的溶剂乙酸乙酯和54.7g的缚酸剂三乙胺，形成混合溶液，在冰浴条件下在混合溶液中缓慢滴加37.7g的三氯氧磷进行反应，控制反应时间为0.8h。滴加完成后控制反应温度为30℃，继续反应6h，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
实施例3
一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，包括以下步骤：
将13.7g的蔗糖溶解在10.0g的水中，然后加入320.0g的溶剂乙酸乙酯和36.5g的缚酸剂三乙胺，形成混合溶液，在冰浴条件下在混合溶液中缓慢滴加25.1g的三氯氧磷进行反应，控制反应时间为0.5h。滴加完成后控制反应温度为35℃，继续反应4h，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
实施例4
一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，包括以下步骤：
将18.8g的蔗糖溶解在13.8g的水中，然后加入204.0g的溶剂乙酸乙酯和58.3g的缚酸剂三乙胺，形成混合溶液，在冰浴条件下在混合溶液中缓慢滴加35.3g的三氯氧磷进行反应，控制反应时间为1h。滴加完成后控制反应温度为30℃，继续反应5h，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
实施例5
一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，包括以下步骤：
将23.9g的蔗糖溶解在17.6g的水中，然后加入341.6g的溶剂乙酸乙酯和72.5g的缚酸剂三乙胺，形成混合溶液，在冰浴条件下在混合溶液中缓慢滴加43.9g的三氯氧磷进行反应，控制反应时间为0.8h。滴加完成后控制反应温度为25℃，继续反应6h，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得到最终产物一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
为了表征该压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的各项性能，对实施例1～5中合成的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的界面张力、润湿性能、自吸能力、岩心渗透率进行了测试，结果见表1。由表1可知，本发明的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂具有较低的界面张力，可以起到润湿作用，0.3％的水溶液具有明显的毛管自吸能力。在80℃下浸泡岩心，岩心渗透率明显升高，这是由于该生物质纳米增渗剂在高温下能分解出磷酸，溶蚀裂缝从而进一步增加渗透率。综合评价是一种功能优异的压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
其中测试参照标准为：
界面张力参照GB/T 38722-2020表面活性剂界面张力的测定(拉起液膜法)；
润湿性测试参照GB/T 11983-2008表面活性剂润湿力的测定方法(浸没法)；
自吸能力参照JB/T 6664.3-2004自吸泵第3部分:自吸性能试验方法；
岩心渗透率参照SY/T5802-1993致密岩渗透率测定法(稳态法)。
表1压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的性能
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂，其特征在于，所述压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的结构式如下：
2.权利要求1所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将蔗糖溶解在水中，然后加入乙酸乙酯和缚酸剂，形成混合溶液，再向混合溶液中滴加三氯氧磷进行反应，滴加完成后控制温度继续反应，反应结束后得到反应液，将反应液浓缩、纯化分离、真空干燥后得到一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂。
3.根据权利要求2所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，所述向混合溶液中滴加三氯氧磷进行反应的反应时间为0.5～1h。
4.根据权利要求2所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，所述滴加完成后控制温度为25～35℃，继续反应的反应时间为4～6h。
5.根据权利要求2所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，所述纯化分离的方法为甲苯柱层析法。
6.根据权利要求2所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，所述蔗糖、三氯氧磷和水的摩尔比为1:(4～4.3):(10～15)。
7.根据权利要求2所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，所述三氯氧磷和缚酸剂的摩尔比为1:(2～3)；所述缚酸剂为三乙胺。
8.根据权利要求2所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的制备方法，其特征在于，所述乙酸乙酯添加量为蔗糖、三氯氧磷和水总量的3～8倍。
9.权利要求1所述的一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂的应用，其特征在于，所述一种压驱、压裂用生物质纳米增渗剂作为油气资源开采的压驱或压裂过程中的化学剂。
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