一种原位模拟低矿化度水驱过程的方法

技术领域

本发明涉及一种原位模拟低矿化度水驱过程的方法。

背景技术

石英晶体微天平(QCM)是适用于称量微小物质质量的天平，甚至可用来测量纳克级的质量变化，测量精度高。石英晶体微天平还可以通过监测芯片的震动频率和耗散的变化实时监测实现质量的变化，无论质量增加或下降，它都可以敏锐地捕捉到与质量变化相关联的极其微弱的变化。因此，石英晶体微天平已被广泛用于表面科学、材料科学和生命科学等领。我们发现通过监测质量的变化可以用来证实相互作用的发生，以表面的粘附作用为例，如果没有检测到质量增加，便可以认为没有相互作用的发生，即没有分子粘附在表面上，反之亦然。因此，利用QCM监测表面质量的实时变化，可以定性和定量地研究分子和表面之间相互作用。

近年来，在石油开采的技术领域，经过几十年的发展，低矿化度水驱的技术已经成为一种被普遍接纳并广泛采用的驱油手段。研究表明，油层构造十分复杂且具有非均质性，注入低矿化度水后会形成一种复杂的油/水/岩石三相体系，而它们之间复杂的相互作用将直接影响实际采收率。提高原油采收率的关键在于如何利用各种技术手段将粘附在岩石表面的原油剥离下来。

但是，低矿化度水驱的技术的驱油机理却仍然没有统一的认识，这主要是因为传统的宏观实验无法探测低矿化度水驱过程中原油在岩石表面上的微观吸附或脱附行为，无法从根本上研究其驱油的机理，因此，建立一种能够从微观层面上原位模拟低矿化度水驱过程的方法至关重要。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位模拟低矿化度水驱过程的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种原位模拟低矿化度水驱过程的方法，包括准备模拟油相、模拟岩石相和模拟水相，构建油/水/岩石三相系统模型；利用耗散型石英晶体微天平实时监测记录所述模拟油相在所述模拟岩石相的表面的吸附过程和所述模拟油相自所述模拟岩石相的表面脱附过程的对应参数信息。

本发明所述的原位模拟低矿化度水驱过程的方法实现了在分子尺度上原位在线模拟低矿化度水驱过程，为深度研究低矿化度水驱过程、提出改善原油开采率的技术方案奠定基础。

作为一种实施方式，所述模拟油相为沥青质的模型化合物，或者是由原油中提取得到的沥青质，所述模拟水相为离子水溶液。

作为一种实施方式，所述模拟油相选自模型化合物C5Pe或Bisa或TP或PAP，所述C5Pe的结构如下：

所述Bisa的结构如下：

所述TP的结构如下：

所述PAP的结构如下：

沥青质是原油中极性最强、分子量最大的极性组分，也是原油在岩石表面粘附的主要原因，上述模型化合物可以真实地模拟原油在岩石相上的吸附或脱附过程，从而使监测记录的参数变化数据可以有效可靠地反应原油在低矿化度水驱过程中的变化情况，为原油开采的后续研究奠定基础。

作为一种实施方式，所述模拟岩石相包括作为基底的QCM-D SiO

作为一种实施方式，将所述的QCM-D SiO

在表面润湿性不同的模拟岩石相进行实验，建立更详实的理论数据，为获知原油在低矿化度水驱过程中在岩石相上的实际变化提供更多研究依据，从而使研究的结论更贴近实际情况。

作为一种实施方式，所述功能分子与QCM-D SiO

作为一种实施方式，所述的原位模拟低矿化度水驱过程的方法包括下列步骤：

S1，准备模拟水相、模拟油相；

S2，改性修饰模拟岩石相的基底，分别得到表面润湿性不同的基底；

S3，利用耗散型石英晶体微天平分别检测记录所述模拟油相在表面润湿性不同的基底表面的吸附过程和脱附过程中的震动频率随时间变化的曲线。

作为一种实施方式，所述步骤S1中制备离子浓度不同浓度的模拟水相，所述步骤S3分别检测记录所述模拟油相在所述的不同模拟水相作用下在表面润湿性不同的基底表面的吸附过程和脱附过程中的震动频率随时间变化的曲线。

作为一种实施方式，所述步骤S2中，模拟岩石相包括作为基底的QCM-D SiO

将亲水基底浸泡于十八烷基三氯硅烷氯仿溶液中，取出后用氯仿超声清洗，干燥得到表面带有-CH

作为一种实施方式，模拟原油在基底表面的吸附过程包括：以一定速度通入乙醇作为背景溶液、通入一定浓度的原油模型化合物溶液进行吸附，通入乙醇冲掉基底表面吸附不牢固的分子；

模拟低矿化度水驱的过程包括：分批通入的模拟水相溶液，观察震动频率随时间的变化。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1a、图1b分别是改性后的具有不同润湿性的基底上的接触角测试结果；

图2a、图2b分别是本发明实施例1采用C5Pe为油相在不同基底上的原位模拟低矿化度水驱过程；

图3a、图3b分别是本发明实施例2采用Bisa为油相在不同基底上的原位模拟低矿化度水驱过程；

图4a、图4b分别是本发明实施例3采用TP为油相在不同基底上的原位模拟低矿化度水驱过程；

图5a、图5b分别是本发明实施例4采用PAP为油相在不同基底上的原位模拟低矿化度水驱过程。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

准备注入水溶液(模拟水相)：将0.58g的氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，配制成100mM的水溶液。取10mL NaCl 100mM溶液稀释至100mL得到10mM的氯化钠溶液。

准备原油的模型化合物(模拟油相)：本实施例选用沥青质模型化合物C5Pe作为模拟油相，C5Pe的化学结构如下：

准备模拟岩石相的基底：将QCM-D SiO

以上述的制备的模拟水相、模拟油相和模拟岩石相构建油/水/岩石三相系统模型，在不同离子浓度的水相作用下，分别模拟低矿化度水驱过程中原油吸附及脱附行为，具体包括：一是原油在表面的吸附过程，以30μL/min的速度通入乙醇作为背景溶液、通入浓度为10mM的原油模型化合物溶液进行吸附，再次通入乙醇冲掉表面吸附不牢固的分子；二是模拟低矿化度水驱过程，先通入100mM的氯化钠溶液，再通入10mM的氯化钠溶液，实时检测记录震动频率随时间的变化，如图2a和图2b所示。其中，图2a是在亲水基底上的震动频率变化曲线，图2b是在疏水基底上的震动频率变化曲线，频率(Δf)曲线向负方向变化代表原油在表面的吸附，曲线向正方向的变化代表原油在水驱过程中从表面脱附。

实施例2

准备注入水溶液(模拟水相)：将0.58g的氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，配制成100mM的水溶液。取10mL NaCl 100mM溶液稀释至100mL得到10mM的氯化钠溶液。

准备原油的模型化合物(模拟油相)：沥青质是原油中极性最强、分子量最大的极性组分，也是原油在岩石表面粘附的主要原因。本实施例选用沥青质模型化合物Bisa作为模拟油相，Bisa的化学结构如下：

准备模拟岩石相的基底：将QCM-D SiO

以上述的制备的模拟水相、模拟油相和模拟岩石相构建油/水/岩石三相系统模型，在不同离子浓度的水相作用下，分别模拟低矿化度水驱过程中原油吸附及脱附行为，具体包括：一是原油在表面的吸附过程，以30μL/min的速度通入乙醇作为背景溶液、通入浓度为10mM的原油模型化合物溶液进行吸附，再次通入乙醇冲掉表面吸附不牢固的分子；二是模拟低矿化度水驱过程，先通入100mM的氯化钠溶液，再通入10mM的氯化钠溶液，实时检测记录震动频率随时间的变化，如图3a和图3b所示。其中，图3a是在亲水基底上的震动频率变化曲线，图3b是在疏水基底上的震动频率变化曲线，频率(Δf)曲线向负方向变化代表原油在表面的吸附，曲线向正方向的变化代表原油在水驱过程中从表面脱附。

实施例3

准备注入水溶液(模拟水相)：将0.58g的氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，配制成100mM的水溶液。取10mL NaCl 100mM溶液稀释至100mL得到10mM的氯化钠溶液。

准备原油的模型化合物(模拟油相)：沥青质是原油中极性最强、分子量最大的极性组分，也是原油在岩石表面粘附的主要原因。本实施例选用沥青质模型化合物TP作为模拟油相，TP的化学结构如下：

准备模拟岩石相的基底：将QCM-D SiO

以上述的制备的模拟水相、模拟油相和模拟岩石相构建油/水/岩石三相系统模型，在不同离子浓度的水相作用下，分别模拟低矿化度水驱过程中原油吸附及脱附行为，具体包括：一是原油在表面的吸附过程，以30μL/min的速度通入乙醇作为背景溶液、通入浓度为10mM的原油模型化合物溶液进行吸附，再次通入乙醇冲掉表面吸附不牢固的分子；二是模拟低矿化度水驱过程，先通入100mM的氯化钠溶液，再通入10mM的氯化钠溶液，实时检测记录震动频率随时间的变化，如图4a和图4b所示。其中，图4a是在亲水基底上的震动频率变化曲线，图4b是在疏水基底上的震动频率变化曲线，频率(Δf)曲线向负方向变化代表原油在表面的吸附，曲线向正方向的变化代表原油在水驱过程中从表面脱附。

实施例4

准备注入水溶液(模拟水相)：将0.58g的氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，配制成100mM的水溶液。取10mL NaCl 100mM溶液稀释至100mL得到10mM的氯化钠溶液。

准备原油的模型化合物(模拟油相)：沥青质是原油中极性最强、分子量最大的极性组分，也是原油在岩石表面粘附的主要原因。本实施例选用沥青质模型化合物PAP作为模拟油相，PAP的化学结构如下：

准备模拟岩石相的基底：将QCM-D SiO

以上述的制备的模拟水相、模拟油相和模拟岩石相构建油/水/岩石三相系统模型，在不同离子浓度的水相作用下，分别模拟低矿化度水驱过程中原油吸附及脱附行为，具体包括：一是原油在表面的吸附过程，以30μL/min的速度通入乙醇作为背景溶液、通入浓度为10mM的原油模型化合物溶液进行吸附，再次通入乙醇冲掉表面吸附不牢固的分子；二是模拟低矿化度水驱过程，先通入100mM的氯化钠溶液，再通入10mM的氯化钠溶液，实时检测记录震动频率随时间的变化，如图5a和图5b所示。其中，图5a是在亲水基底上的震动频率变化曲线，图5b是在疏水基底上的震动频率变化曲线，频率(Δf)曲线向负方向变化代表原油在表面的吸附，曲线向正方向的变化代表原油在水驱过程中从表面脱附。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。