CN102838981A

CN102838981A - 一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102838981A
Application number: CN201210327713XA
Authority: CN
Inventors: 李俊华; 李俊莉; 周会强; 王佳
Original assignee: Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry
Current assignee: Shaanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明涉及一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂及其制备方法。该纳米减阻剂是由5%～15%硅烷偶联剂修饰的纳米二氧化硅材料、25%～50%表面活性剂及40%～70%辅助表面活性剂三种组份组成，其中表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂的一种或两种。该纳米减阻剂能与水以一定比例混合形成均一透明微乳状液，施工过程中用水替了柴油，大大降低了施工成本；同时该剂可牢固吸附在岩石表面，形成一层强纳米疏水膜，有效降低地层水的流动阻力，提高注水开发效果。

Description

一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田化学品技术领域，特别是一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂及其制备方法，是一种能减小注水井近井地带水流阻力的化学添加剂，尤其适用于低渗透油田注水开发。

背景技术

石油作为一种不可替代的基础能源，在国民经济中占有十分重要的战略地位。据有关资料统计，截止到2002年底，在我国已探明的石油储量中，低渗透油藏的地质储量约占30.9%，并且随着油气资源勘探技术的不断发展提高，低渗透油藏石油资源的比例逐步提高，低渗油藏将是今后相当一个时期我国油气稳产和增产的重要后备资源。

目前，我国的大部分低渗透油田仍以注水开发为主，实际上注水井近井地带的岩石孔道表面长期经水流冲刷，润湿性已由最初的亲油性转变为亲水性，形成较厚的水化膜。这种水化膜使岩石孔道的有效直径变小，水流阻力大幅度提高，具体的表现为注水压力大幅度上升，注水效率快速降低，不能正常配注，甚至使油田的采油速度降低。石油工程中通常采用酸化、酸压和水力压裂等措施对地层的进行处理，扩大地层的孔道，提高泄流面积，降低岩石孔道内的水流阻力，这三种方法见到了一定的效果，但存在有效期短、效果差等问题。因此，如何解决突破孔道表面水膜的排斥力，使水流阻力下降，提高低渗透油藏采收率已成为当前亟待研究的重要课题。

纳米技术的发展为解决这一问题提供了新的思路。聚硅纳米材料是SiO₂利用射线放射性激活的添加剂来进行化学改性的产品,具有极强的憎水亲油能力。聚硅材料可通过小尺寸效用、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等多种纳米效应,吸附在油层岩石表面,使岩石表面由水湿变为油湿,降低水的流动阻力,提高水相渗透率,从而降低注水压力,改善吸水能力和注水开发效果。将纳米材料用于降压增注的研究始于俄罗斯，20世纪90年代以后，国内对其降压增注性能的研究也逐渐展开。有关纳米减阻增注剂的专利仅查到两例，专利201010138382.6中涉及一种纳米聚硅微粒及其制备方法和应用，制成的纳米聚硅微粒粒径小，分布均匀，疏水性好，在有机介质中具有很好的分散性，作为减阻增注剂对低渗透油田或超低渗油田注水井有很好的应用效果；缺点是入井过程需柴油携带，成本高，并且存在运输、储存和使用等方面的安全问题。专利200910200548.X涉及一种基于纳米材料的水基油田增注剂及其制备方法，采用特定工艺将该增注剂与水以一定比例混合后注入到油田后，可显著降低注水压力，水在经纳米水基增注剂溶液处理后的岩心表面的接触角均大于90°，但缺点是疏水性不足，限制了在油田注水中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂及其制备方法，该减阻剂能够分散在水中形成均一透明微乳状液。将该剂用于油田注水开发后，可吸附在注水井近井地带岩石表面，显著改变岩石表面的润湿性，利用其超强的疏水性能及纳米材料分子表面的光滑性，大大降低注入水通过孔隙时的流动阻力，从而降低注水压力，提高注水开发效果。

本发明采用的技术方案如下：

一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂，由硅烷偶联剂修饰的纳米二氧化硅材料、表面活性剂及辅助表面活性剂组成。以总重量100计，纳米二氧化硅材料占5%~15%，表面活性剂占25%~50%，辅助表面活性剂占40%~70%。

所述硅烷偶联剂的分子式为Y(CH₂)nSiX₃，碳链长度n为0~3，X基团为氯基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基中的一种或几种，Y基团为乙烯基、丙烯基、苯乙烯基、氨基、环氧基、氯基、巯基、脲基中的一种或几种。

所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂的一种或两种。

所述阴离子表面活性剂为C₇~C₁₇高级脂肪羧酸盐、C₆~C₁₆烷基醇醚羧酸盐、C₁₀~C₂₀α-烯烃磺酸盐或C₈~C₁₈烷基苯磺酸盐表面活性剂的一种，阳离子表面活性剂为C₁₂~C₁₈季铵盐类表面活性剂，非离子表面活性剂为OP或TX系列、平平加O、Span系列、Tween系列、氟碳系列、平均分子质量为1500~5000的PO-EO共聚物系列中的一种或几种，两性表面活性剂为C₁₂~C₁₈烷基甜菜碱型两性表面活性剂。

所述辅助表面活性剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙醇胺、异丙醇中的一种或几种。

所述一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂制备方法为：按配比称取一定量的表面活性剂和辅助表面活性剂，两者混合后在常温下机械搅拌5min~20min，然后将此混合液倒入混调器中，在转速为3000r/min~6000r/min下缓慢加入纳米二氧化硅材料，全部加完后持续搅拌5min~15min，停止搅拌；将上述溶液在水浴30℃~65℃下恒温20min~30min后，倒入高压均质器中分散、均质和乳化形成均匀的微乳状液，即得砂岩表面预处理用纳米减阻剂。

本发明相对于现有技术，具有的优点及效果体现在：

①该剂能与水以一定比例混合形成均一透明微乳状液；

②该剂可牢固吸附在岩石表面，形成一层强纳米疏水膜，有效降低地层水的流动阻力，提高注水开发效果；

③施工过程中用水替了柴油，大大降低了施工成本；

④该剂制备过程简便易行，便于工业化生产。

具体实施方式

下面以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

将表面活性剂十四碳α-烯烃磺酸盐125g、OP-1030g、分子量为2400的PO-EO共聚物65g和辅助表面活性剂丙二醇150g和三乙醇胺100g倒入混调器中，常温下机械搅拌8min，搅拌均匀后在转速5000r/min下缓慢加入30gγ-（2，3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，全部加完后持续搅拌10min，然后在水浴60℃恒温20min，倒入高压均质器中分散、均质和乳化即得500g砂岩表面预处理用纳米减阻剂1。

实施例2

将表面活性剂十二烷基苯磺酸盐60g、OP-1060g、Span-8055g和辅助表面活性剂异丙醇160g和丙三醇140g倒入混调器中，常温下机械搅拌12min，搅拌均匀后在转速3000r/min下缓慢加入15gγ-（2，3环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅和10gγ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，全部加完后持续搅拌8min，然后在水浴60℃恒温20min，倒入高压均质器中分散、均质和乳化即得500g砂岩表面预处理用纳米减阻剂2。

实施例3

将表面活性剂十六烷基季铵盐80g、OP-1045g、Tween-8040g和辅助表面活性剂乙二130g醇和丙三醇170g倒入混调器中，常温下机械搅拌10min，搅拌均匀后在转速6000r/min下缓慢加入25g N-β（氨乙基）γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅10gγ-氯丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，全部加完后持续搅拌10min，然后在水浴60℃恒温30min，倒入高压均质器中分散、均质和乳化即得500g砂岩表面预处理用纳米减阻剂3。

实施例4

将表面活性剂十四烷基甜菜碱80g、TX-1050g、Tween-6030g和辅助表面活性剂乙二醇150g和三乙醇胺150g倒入混调器中，常温下机械搅拌15min，搅拌均匀后在转速4000r/min下缓慢加入20g N-β（氨乙基）γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅20gγ-丙烯基丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，全部加完后持续搅拌10min，然后在水浴65℃恒温25min，倒入高压均质器中分散、均质和乳化即得500g砂岩表面预处理用纳米减阻剂4。

实施例5

将表面活性剂十四烷基甜菜碱55g、平平加O 50g、分子量为2400的PO-EO共聚物30g和辅助表面活性剂乙二醇120g、丙三醇120g和85g的异丙醇倒入混调器中，常温下机械搅拌5min，搅拌均匀后在转速5000r/min下缓慢加入15g N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅25gγ-巯基丙基三甲氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，全部加完后持续搅拌8min，然后在水浴40℃恒温30min，倒入高压均质器中分散、均质和乳化即得500g砂岩表面预处理用纳米减阻剂5。

分散性实验：在带有刻度的100mL具塞量筒中称取2g砂岩表面预处理用纳米减阻剂，用蒸馏水稀释至刻度，充分摇晃使其充分溶解，放置20min。使用紫外/可见光分光光度计，以蒸馏水为参比，在640nm波长处，用1cm比色皿测定透光率。测定结果如表1所示。

表1纳米减阻剂的透光率

由表1可知，2%砂岩表面预处理用纳米减阻剂1~5的透光率均大于95%，表明该纳米减阻剂在水中的分散性良好。将其在室温下静置30天，其水溶液仍均匀透明，未见明显的沉淀产生，表明该纳米减阻剂在水中具有良好的稳定性。

润湿性实验：参照石油天然气行业标准SY/T 5153-2007油藏岩石润湿性测定方法中第5条接触角法，选用长6油藏天然砂岩岩心和长6油层水，在温度为30℃时测定2%砂岩表面预处理用纳米减阻剂处理前后的油藏岩石的润湿性，测定结果见表2。

表2纳米减阻剂对油藏岩石的润湿性

注：0°≤θ<75°，亲水；75°≤θ≤105°，中间润湿；105°<θ≤180°，亲油。

表2实验结果可知，经2%砂岩表面预处理用纳米减阻剂浸泡36h后，岩心的接触角均大于150°，润湿性均发生了显著的反转，由强亲水变成强疏水状态。

岩心驱替实验：首先配制2%砂岩表面预处理用纳米减阻剂溶液，在温度为30℃及注入排量为2mL/min下，在岩心流动实验上测定天然砂岩岩心（空气渗透率为6~22×10^-3um²）经过纳米减阻剂溶液处理前后的注入压力，结果见表3。

表3减阻效果对比表

由表3结果可知，在注入排量为2mL/min时，采用砂岩表面预处理用纳米减阻剂处理后的注入压力较处理前下降率均大于20%，表明砂岩表面预处理用纳米减阻剂具有明显的减阻效果。

Claims

1.一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂，其特征是由硅烷偶联剂修饰的纳米二氧化硅材料、表面活性剂及辅助表面活性剂组成。以总重量100计，纳米二氧化硅材料占5%～15%，表面活性剂占25%～50%，辅助表面活性剂占40%～70%。

2.根据权利要求书1所述的一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂，其特征在于所述硅烷偶联剂的分子式为Y(CH₂)nSiX₃，碳链长度n为0～3，X的基团为氯基、甲氧基、乙氧基、乙酰氧基中的一种或几种，Y的基团为乙烯基、丙烯基、苯乙烯基、氨基、环氧基、氯基、巯基、脲基中的一种或几种。

3.根据权利要求书1所述的一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂，其特征在于所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂的一种或两种。

4.根据权利要求书3所述的一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂，其特征在于所述阴离子表面活性剂为C₇～C₁₇高级脂肪羧酸盐、C₆～C₁₆烷基醇醚羧酸盐、C₁₀～C₂₀α-烯烃磺酸盐或C₈～C₁₈烷基苯磺酸盐表面活性剂的一种，阳离子表面活性剂为C₁₂～C₁₈季铵盐类表面活性剂，非离子表面活性剂为OP或TX系列、平平加O、Span系列、Tween系列、氟碳系列、平均分子质量为1500～5000的PO-EO共聚物系列中的一种或几种，两性表面活性剂为C₁₂～C₁₈烷基甜菜碱型两性表面活性剂。

5.根据权利要求书1所述的一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂，其特征在于所述辅助表面活性剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙醇胺、异丙醇中的一种或几种。

6.制备如权利要求书1所述的一种砂岩表面预处理用纳米减阻剂的方法，其特征在于：按配比称取一定量的表面活性剂和辅助表面活性剂，两者混合后在常温下机械搅拌5min～20min，然后将此混合液倒入混调器中，在转速为3000r/min～6000r/min下缓慢加入纳米二氧化硅材料，全部加完后持续搅拌5min～15min，停止搅拌；将上述溶液在水浴30℃～65℃下恒温20min～30min后，倒入高压均质器中分散、均质和乳化形成均匀的溶液，即得砂岩表面预处理用纳米减阻剂。