一种超小尺寸活性纳米流体及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种超小尺寸活性纳米流体及其制备方法与应用，属于油气田开发工程技术领域。

背景技术

我国已探明石油储量中低渗透油藏储量的比重较大，全国累积探明石油地质储量约287亿吨，其中低渗透油藏储量约141亿吨，占比达到49％。石油剩余资源量799亿吨，其中低渗透油藏431亿吨，占剩余石油资源总量的比例达到54％，同时原油产量中低渗透油藏所占比例逐年攀升。

低渗透油藏的储层物性、原油物性相对较差，含油区域受到多种地质因素的控制，油气水分布、油层物性、原油性质和裂缝发育程度在不同区域具有很大的差异性。由于低渗透储层基质孔隙喉道多为微纳米尺度(50nm～900nm)，毛管效应显著，而且限域空间内油/水/固界面效应突出，流体流动阻力大，基质能量难以补充，表现出“注不进、采不出”，导致基质孔隙原油动用效率低。且随着深层低渗透油藏所占比重逐年增加，油藏条件具有在高温高盐的苛刻特征，低渗透油藏高效开发面临巨大的挑战。

我国低渗透油藏资源量丰富，但由于其存在孔隙度低，孔隙喉道细小，渗流能力差等特点，常规化学驱难以适用，例如聚合物分子尺寸大，易造成孔喉严重堵塞；高温下的热降解及化学降解造成聚合物粘度严重损失；表面活性剂地层吸附量大，并对于高温、高矿化度储层存在敏感性，且易水解，导致有效性难以发挥。因此，亟需寻找新的高效能材料解决上述问题，以适用于高温、高矿化度等复杂情况的低渗透油藏的高效开发。

纳米材料由于其性能特殊，特别是自身的纳米效应，可解决传统石油开采领域所不能解决或难以解决的工程问题。纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、润湿特性和剪切增稠特性，以及独有的热、力、磁、化学等属性，在提高油气采收率领域具有广泛应用前景。其主要机理是产生结构分离压，改变岩石润湿性，降低油水界面张力，抑制颗粒运移等。纳米颗粒不仅具有良好的耐温、耐盐性，而且其粒径尺寸为纳米级，能够通过低渗透油藏纳米级别的孔隙喉道，纳米颗粒的这些独有特性正好能够较好地解决常规化学驱存在的问题，使得纳米颗粒在低渗透油藏提高采收率技术的应用中显示出巨大潜力。

发明内容

针对现有技术不足，本发明公开了一种超小尺寸活性纳米流体及其制备方法与应用。本发明发挥纳米流体的驱油作用，为低渗透油藏提高采收率提供一种新的解决方案。

超小尺寸活性纳米硅点较常规纳米SiO

技术方案：一种超小尺寸活性纳米流体，由以下物质组成：

超小尺寸活性纳米硅点，含量为0.05～0.2wt％；

其余为水。

进一步地，所述的水是含K

进一步地，所述超小尺寸活性纳米硅点的含量为0.1wt％，水的含量为99.9wt％。

进一步地，所述超小尺寸活性纳米硅点的粒径为3～5nm。

一种超小尺寸活性纳米流体的制备方法，包括以下步骤：

(1)、制备超小尺寸活性纳米硅点固体粉末；

(2)、将超小尺寸活性纳米硅点固体粉末溶于水中，配制超小尺寸活性纳米硅点母液，备用；

(3)、将超小尺寸活性纳米硅点母液在搅拌条件下加水，稀释至0.05～0.2wt％的浓度。

更进一步地，以质量份计，步骤(1)包括：

(11)将0.3～0.5份柠檬酸三钠溶于7～9份超纯水中，通入氮气保护，接着再加入1.5～2.5份3-氨丙基三甲氧基硅烷，室温搅拌均匀得到混合液；将混合液加入到高压反应釜中，升温到100～240℃，反应1.5～48h后得到超小尺寸纳米硅点溶液；

(12)将8～12份的浓度为20～30wt％戊二醛水溶液和2～4份对苯二胺加入35～45份超纯水中，室温搅拌5～10h后，加入步骤(11)所得的超小尺寸纳米硅点溶液，继续室温搅拌5～10h得到混合液；

(13)将4～6份对氨基苯磺酸钠和8～12份戊二醛加入步骤(12)所得的混合液，继续室温搅拌5～10h，冷冻干燥后即得到超小尺寸活性纳米硅点固体粉末。

上述的超小尺寸活性纳米流体用于低渗透油藏驱油剂的用途。

更进一步地，所述低渗透油藏的油藏温度为60～120℃。

本发明提供的适用于低渗透油藏驱油的超小尺寸活性纳米流体，即具有以下特征：粒径3～5nm，超小尺寸与低渗透油藏的纳微孔喉匹配性高，较高的界面活性，能够降低油水界面张力，增强界面膜的粘弹性模量；油膜剥离效率较水能提高40％，能提高低渗透油藏采出程度15％以上。

有益效果：本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的适用于低渗透油藏驱油的活性纳米流体驱油剂，具有超小尺寸的特征(粒径为3-5nm)，与低渗透油藏纳微孔喉匹配性高，易进入纳微孔喉，对孔喉伤害小。

(2)本发明提供的适用于低渗透油藏驱油的活性纳米流体驱油剂，具有高界面活性，可以显著降低油水界面张力，提高低渗透油藏的采出程度。

(3)本发明提供的适用于低渗透油藏驱油的活性纳米流体驱油剂，油膜剥离效率较纯水提高60％以上，较表面活性剂提高20％以上。

(4)本发明提供的适用于低渗透油藏驱油的超小尺寸活性纳米流体，环境友好型，自分散，易配制。

附图说明

图1是超小尺寸活性纳米硅点的XPS能谱图。

图2是超小尺寸活性纳米硅点的红外光谱图。

图3是超小尺寸活性纳米硅点的高分辨率的透射电镜图(HRTEM)。

图4是超小尺寸活性纳米硅点的动态光散射纳米粒度分析图(DLS)。

图5是超小尺寸活性纳米流体的油膜剥离测试结果示意图。

图6是超小尺寸活性纳米流体和模拟油的界面张力与超小尺寸活性纳米流体浓度的关系图。

图7是超小尺寸活性纳米流体和模拟油的粘弹性模量与超小尺寸活性纳米流体浓度的关系图。

图8a是超小尺寸活性纳米流体的岩心驱替过程示意图。

图8b是超小尺寸活性纳米流体的岩心驱替的实验结果示意图。

图9是超小尺寸活性纳米流体驱油过程的低场核磁测试结果示意图。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式详细说明。

下述实例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下面实例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种超小尺寸活性纳米流体，由以下物质组成：超小尺寸活性纳米硅点，含量为0.1wt％；

其余为水。

所述的水是含K

实施例2

一种超小尺寸活性纳米流体，由以下物质组成：超小尺寸活性纳米硅点，含量为0.05wt％；

其余为水。

所述的水是含K

实施例3

一种超小尺寸活性纳米流体，由以下物质组成：超小尺寸活性纳米硅点，含量为0.2wt％；

其余为水。

所述的水是含K

实施例4：低渗透油藏驱油的超小尺寸活性纳米硅点表征

通过XPS、红外光谱对超小尺寸活性纳米硅点固体粉末进行表征，分析超小尺寸活性纳米硅点的元素组成以及超小尺寸活性纳米硅点表面基团组成，如图1、2所示；

通过实施例1配制的0.1wt％的超小尺寸活性纳米流体，测试HRTEM、DLS，分析超小尺寸活性纳米硅点的微观形貌及粒径分布，见图3、4，其HRTEM的粒径为2～4nm，且呈球形结构，水化粒径为3～5nm。

实施例5：低渗透油藏驱油的超小尺寸活性纳米流体油膜剥离评价

分别配制超纯水、浓度为0.1wt％石油磺酸钠、0.1wt％AES、0.1wt％十二烷基苯磺酸钠、0.1wt％超小尺寸活性纳米流体五种驱油剂，在50℃条件下，用高清摄像机记录不同时刻的油膜剥离实验现象，利用image J计算油膜剥离效率。油膜剥离结果如表1和图5所示。

表1

从表1和图5可知：超小尺寸活性纳米流体的油膜剥离效率较同浓度的表面活性剂有着更高的剥离速率，并且最终的油膜剥离率较同浓度表面活性剂高25％以上，表现出更高的提高原油采收率的潜力。

实施例6：超小尺寸活性纳米流体的界面活性

配制浓度为0wt％、0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％的超小尺寸活性纳米流体，在60℃条件下，测试模拟油、正己烷与不同浓度的超小尺寸活性纳米流体界面张力，见表3和图6。

在60℃下，测试模拟油与不同浓度(0，0.01wt％，0.1wt％，0.5wt％)的超小尺寸活性纳米流体的界面弹性模量，结果如图7所示。

表3

从表3和图6、图7可知，超小尺寸活性纳米流体能降低油水界面张力，能提高油水界面的粘弹性模量，有较好的界面活性。

实施例7：超小尺寸活性纳米流体岩心驱替实验

用文献中自发渗吸方法评价渗吸排油能力，

实验步骤为：

①露头低渗岩心分别称干质量、气测其渗透率及孔隙度；

②抽真空饱和地层饱和模拟油；

③露头岩心分别称湿质量；

④在60℃条件下，先注入水进行驱替，待水驱结束后；

⑤注入0.1wt％％的超小尺寸活性纳米流体进行驱替。驱替流程图如图8a所示；

⑥读取不同时间的驱出油体积，计算采收率。实验结果图8b。

结果表明，岩心的采收率较水提高15.8％，显示出较好的驱油能力，能显著提高低渗透油藏的采收率。

实施例8：超小尺寸活性纳米流体的低场核磁实验

如实施例7饱和岩心方法一致，用重水配制0.1wt％的超小尺寸活性纳米流体，通过在线低场核磁测试不同驱替时刻的T2谱的变化；实验结果如图9所示。实验结果表示：超小尺寸活性纳米流体可以有效动用中小孔隙中的原油，从而有效提高低渗油藏的采收率。

实施例9

一种超小尺寸活性纳米流体的制备方法，包括以下步骤：

(1)、制备超小尺寸活性纳米硅点固体粉末；

(2)、将超小尺寸活性纳米硅点固体粉末溶于水中，配制超小尺寸活性纳米硅点母液，备用；

(3)、将超小尺寸活性纳米硅点母液在搅拌条件下加水，稀释至0.05wt％的浓度。

更进一步地，以质量份计，步骤(1)包括：

(11)将0.3份柠檬酸三钠溶于7份超纯水中，通入氮气保护，接着再加入1.5份3-氨丙基三甲氧基硅烷，室温搅拌均匀得到混合液；将混合液加入到高压反应釜中，升温到100℃，反应48h后得到超小尺寸纳米硅点溶液；

(12)将8份的浓度为20wt％戊二醛水溶液和2份对苯二胺加入35份超纯水中，室温搅拌5h后，加入步骤(11)所得的超小尺寸纳米硅点溶液，继续室温搅拌5h得到混合液；

(13)将4份对氨基苯磺酸钠和8份戊二醛加入步骤(12)所得的混合液，继续室温搅拌5h，冷冻干燥后即得到超小尺寸活性纳米硅点固体粉末。

上述的超小尺寸活性纳米流体用于低渗透油藏驱油剂的用途。

更进一步地，所述低渗透油藏的油藏温度为60℃。

实施例10

一种超小尺寸活性纳米流体的制备方法，包括以下步骤：

(1)、制备超小尺寸活性纳米硅点固体粉末；

(2)、将超小尺寸活性纳米硅点固体粉末溶于水中，配制超小尺寸活性纳米硅点母液，备用；

(3)、将超小尺寸活性纳米硅点母液在搅拌条件下加水，稀释至0.2wt％的浓度。

更进一步地，以质量份计，步骤(1)包括：

(11)将0.5份柠檬酸三钠溶于9份超纯水中，通入氮气保护，接着再加入2.5份3-氨丙基三甲氧基硅烷，室温搅拌均匀得到混合液；将混合液加入到高压反应釜中，升温到240℃，反应48h后得到超小尺寸纳米硅点溶液；

(12)将12份的浓度为30wt％戊二醛水溶液和4份对苯二胺加入45份超纯水中，室温搅拌10h后，加入步骤(11)所得的超小尺寸纳米硅点溶液，继续室温搅拌10h得到混合液；

(13)将6份对氨基苯磺酸钠和12份戊二醛加入步骤(12)所得的混合液，继续室温搅拌10h，冷冻干燥后即得到超小尺寸活性纳米硅点固体粉末。

上述的超小尺寸活性纳米流体用于低渗透油藏驱油剂的用途。

更进一步地，所述低渗透油藏的油藏温度为120℃。

实施例11

一种超小尺寸活性纳米流体的制备方法，包括以下步骤：

(1)、制备超小尺寸活性纳米硅点固体粉末；

(2)、将超小尺寸活性纳米硅点固体粉末溶于水中，配制超小尺寸活性纳米硅点母液，备用；

(3)、将超小尺寸活性纳米硅点母液在搅拌条件下加水，稀释至0.1wt％的浓度。

更进一步地，以质量份计，步骤(1)包括：

(11)将0.4份柠檬酸三钠溶于8份超纯水中，通入氮气保护，接着再加入2份3-氨丙基三甲氧基硅烷，室温搅拌均匀得到混合液；将混合液加入到高压反应釜中，升温到160℃，反应24h后得到超小尺寸纳米硅点溶液；

(12)将10份的浓度为25wt％戊二醛水溶液和3份对苯二胺加入40份超纯水中，室温搅拌8h后，加入步骤(11)所得的超小尺寸纳米硅点溶液，继续室温搅拌8h得到混合液；

(13)将5份对氨基苯磺酸钠和10份戊二醛加入步骤(12)所得的混合液，继续室温搅拌7h，冷冻干燥后即得到超小尺寸活性纳米硅点固体粉末。

上述的超小尺寸活性纳米流体用于低渗透油藏驱油剂的用途。

更进一步地，所述低渗透油藏的油藏温度为90℃。

上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。