CN107216863A - 一种应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂，解决了现有表面活性剂类渗吸剂的不足。所述渗吸剂为有机氯硅烷改性纳米SiO₂。同时提供了所述渗吸剂的制备方法。有机氯硅烷改性纳米SiO₂具有大量的亲水的羟基官能团，同时，又具有部分亲油的有机官能团。有机氯硅烷改性后的纳米SiO₂吸附在油湿表面产生润湿性反转从而达到储层改变储层润湿性的目的。同时，有机氯硅烷改性纳米SiO₂会存在于油水界面，改变原油性质，从而提高原油流动性及渗吸效率。且改性纳米SiO₂成本低廉、来源广泛，且其对储层界面改性效果较好，可以广泛用于三次采油领域，具有良好的应用前景。

Description

一种应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油藏采油工程领域，具体的是一种低渗透油藏渗吸采油用渗吸剂。

背景技术

低渗透石油探明储量和原油产量逐年增多，截至2010年，中国石油天然气股份公司（简称中石油）累计低渗透石油储量占总探明石油储量的40.6%，近3年的73%新增石油储量为低渗透储量。在全国石油远景剩余资源中，低渗透储量也占剩余资源总量的54%。低渗透储量已成为目前新区产能建设和油田上产的主体。

低渗透油藏具有储层孔隙度低、渗透率差、流体流动能力差等特点，因而其用常规方法开采效果相较于中高渗油藏普遍较差。自发渗吸是低渗透油藏开发的重要手段。渗吸采收速度和渗吸最终采收率受储层岩石特性（如润湿性、孔隙结构、原油流动性）等诸多因素的影响。储层岩石与经过原油饱和并长时间老化后，原油中的有机酸吸附在固体界面，同时增加胶质沥青质的吸附量，使岩心呈现油湿状态，Treiber,Archer等人的统计发现，对于碳酸盐油藏，油湿占84%，中性润湿占8%,水湿占8%。而对于砂岩油藏（硅酸盐油藏）水湿占43%，中性润湿占7%，并且微孔道中原油流动性较差，导致渗吸效率较差。

自上世纪50年代将“渗吸”概念引入油田开发以来，国内外学者的研究多集中在渗吸方式、渗吸微观理论、渗吸影响因素的数值分析等方面。在渗吸剂的研制方面几乎没有专门的针对性的报道。国外仅有的几个应用主要使用阳离子型表面活性剂作为润湿反转剂，力图通过剂的吸附将岩石表面的润湿性由油湿变为水湿以降低毛管阻力来提高渗吸效率，实际也取得了一定效果。国内近年来开始陆续有研究报道，也是利用渗吸剂的润湿反转作用改善岩石的润湿性以提高渗吸效率。室内研究主要是对单一的活性剂商品的性能比较和作用效果的探索。如魏发林,岳湘安等在“表面活性剂对低渗油湿灰岩表面性质及渗吸行为的影响”（油田化学2004，No.1）中采用大港油田渗透率为12-20mD的岩心，对阳离子活性剂CTAB和阴离子活性剂SDBS两种剂对灰岩表面润湿性的影响及渗吸效率进行了对比实验，发现CTAB具有较好的润湿反转能力。中国石油勘探开发研究院采收率所针对砂岩油藏室内合成了一种阴离子型渗吸剂，室内效果较好。中科院渗流所李继山等人利用不同活性剂进行渗吸实验发现：表面活性剂可以降低油水界面张力，使粘附功降低，洗油效率增加。但其会降低界面张力从而使毛管力，甚至会使逆向渗吸变为顺向渗吸，抑制渗吸强度。在目前的国际国内低油价环境下，采用表面活性剂作为渗吸剂无疑会增加采油成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性纳米SiO₂渗吸剂，代替现有的表面活性剂类渗吸剂。经过改性的纳米级SiO₂具有小尺度、大比表面积、双重润湿性、能够进入低渗透油藏纳微米级孔喉的特点，所以改性纳米SiO₂可以作为渗吸剂吸附在油湿表面，达到润湿反转的目的，从而提高渗吸采收率。又因二氧化硅来源广泛、成本廉价、对环境友好，所以使用改性纳米SiO₂作为低渗透油藏开采的渗吸剂会降低采油成本。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂，其特征在于：所述渗吸剂为有机氯硅烷改性纳米SiO₂。

优选渗吸剂为二氯二甲基硅烷改性纳米SiO₂。

上述渗吸剂的制备方法如下：

1）将纳米SiO₂粉体真空干燥，除去吸附水；

2）将干燥后的纳米SiO₂搅拌并均匀分散在有机溶剂中，制成质量浓度为1%-5%的纳米SiO₂分散乳液；

3）在纳米SiO₂分散乳液中加入有机氯硅烷改性剂，恒沸回流2-4h；

4) 将乳液抽滤，并将滤饼干燥至恒重，研磨得有机氯硅烷改性纳米SiO₂。

上述渗吸剂的制备方法中，优选步骤1）中的真空干燥温度>100℃。

优选步骤2）中的有机溶剂为无水乙醇或丙酮。

优选步骤3）中，在纳米SiO₂分散乳液中加入有机氯硅烷改性剂，加量为纳米SiO₂质量的2%～4%。

优选步骤3）中，恒沸回流时间为3h，恒沸回流温度为80℃。

优选步骤4）中，滤饼在80℃恒温箱中干燥至恒重。

发明的效果：纳米SiO₂具有颗粒尺寸小、粒径分布窄、微孔多、比表面积大、表面羟基含量高等特点，这为其化学改性提供了可能。有机氯硅烷改性纳米SiO₂既具有大量的亲水的羟基官能团，又具有部分亲油的有机官能团。有机氯硅烷改性后的纳米SiO₂吸附在油湿表面产生润湿性反转从而达到储层改变储层润湿性的目的。同时，有机氯硅烷改性纳米SiO₂会存在于油水界面，改变原油性质，从而提高原油流动性及渗吸效率。另外，改性纳米SiO₂成本低廉、来源广泛，且其对储层界面改性效果较好，可以广泛用于三次采油领域，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是实施例1改性纳米SiO₂储层表面吸附前矿物表面SEM照片。

图2 是实施例1改性纳米SiO₂储层表面吸附后矿物表面SEM照片。

实施例

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种应用于低渗透油藏渗吸采油的改性纳米SiO₂及其制备方法及其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

改性纳米SiO₂制备：

（1）选取的纳米SiO₂基本参数如下表1；经红外光谱分析，纳米SiO₂表面存在大量的羟基和不饱和残键，并偏离了稳态的硅氧结构；用Omnisorp100CX比表面和孔隙率分析仪测得纳米SiO₂的表面含有许多纳米级微孔，其孔隙率达0.611ml/g。称取15g纳米SiO₂置于恒温箱中101℃下干燥，除去吸附水。

表1 所用纳米SiO₂基本参数

（2）将干燥后的纳米SiO₂分散在300ml无水乙醇中，在4000r/min 的转速下高速搅拌1h，制成浓度为5%的乳液；

（3）按照纳米SiO₂ 质量百分比分别为1%～7% 的投料比加入改性剂二氯二甲基硅烷，在80℃的温度下恒沸回流3h；

(4) 将改性反应后的乳液分别抽滤，滤饼在恒温箱80℃干燥至恒重，取出研磨即得改性纳米SiO₂；

（5）将上述7份已经改性后的纳米SiO₂用压片机分别压成薄片，用接触角法来表征亲疏水性能，各接触角大小随改性剂用量的变化见下表2。

表2 改性纳米SiO₂接触角大小

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渗吸驱油实验：

（1）本实施例中采用的岩心为低渗透天然露头岩心，长度为5～6cm，直径2.5cm，原油和地层模拟水分别为长庆油田原油和水，长庆油田水矿化度为30000mg/L、地层原油黏度为3.2mpa.s(70℃)，亲水（接触角<5°）。

表3 所用亲水性岩心基本参数

（2）采用接触角为60.8°的改性纳米SiO₂渗吸剂，用地层模拟水在4000r/min 的转速下高速搅拌1h，制成质量浓度分别为0.03%、0.05%、0.08%、0.1%的改性纳米SiO₂渗吸液；

（3）采用称重法渗吸实验方法，将饱和油后的岩心放入自发渗吸装置中，分别倒入配制好的浓度分别为0.03%、0.05%、0.08%、0.1%的改性纳米SiO₂渗吸液至完全浸没岩心，定时记录岩心质量变化、计算渗吸采收率；

（4）渗吸采收率的计算

渗吸效果用岩心的渗吸采收率来表示岩心吸水排油，由于水的密度大于原油密度，质量增加。岩心渗吸采收率=（岩心增加质量/（油水密度差×岩心饱和原油的原始体积值））×100%。渗吸提高采收率是指改性纳米材料体系渗吸采收率比注入水渗吸采收率的增加值，渗吸提高采收率=改性纳米材料渗吸采收率－模拟地层水渗吸采收率。

表4渗吸提高采收率

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吸附实验：

纳米SiO₂具有较大的比表面，容易吸附在储层表面，从而达到储层改性的目的，为了表征纳米SiO₂在储层表面的吸附状态，采用长庆天然岩心的铸体薄片进行纳米SiO₂吸附，并在SEM电镜下观察吸附状态，具体如图1及图2所示。这两张图是在纳米材料吸附前后的扫描电镜图片，图中所示矿物种类相同。

由图1 结合图2 SEM照片可以看出，吸附前矿物表面光滑，改性纳米SiO₂吸附后，矿物表面呈现较多凸起，根据比例尺可以推测凸起在纳米级，表明改性纳米SiO₂对储层具有较好的吸附性能。

改变润湿性能力评价实验：

将岩心薄片处理为疏水表面，并测量接触角。将处理后的岩心薄片分别浸泡在不同浓度的改性纳米SiO₂（选取接触角为60.8°的改性纳米SiO₂）渗吸液中一定时间，取出烘干，分别测量接触角大小见下表5。

表5 改性纳米SiO₂对接触角的影响

可以看出，随着渗吸液浓度的增大，改性纳米SiO₂接触角越大，表明其疏水性越强，二氯二甲基硅烷对纳米SiO₂具有良好的改性效果。

由渗吸驱油实验及吸附实验表明，改性纳米SiO₂能够吸附在储层表面，并且具有良好的改变储层润湿性的效果。

实施例2

（1）选取的纳米二氧化硅基本参数如下表6；经红外光谱分析，纳米氧化硅表面存在大量的羟基和不饱和残键，并偏离了稳态的硅氧结构；用Omnisorp100CX比表面和孔隙率分析仪测得纳米氧化硅的表面含有许多纳米级微孔，其孔隙率达0.611ml/g。称取15g纳米二氧化硅置于恒温箱中101℃下干燥，除去吸附水。

表6 所用纳米SiO₂基本参数

（2）按照无水乙醇5%质量分数的投料比，将干燥后的纳米SiO₂分散在300ml无水乙醇中，在4000r/min 的转速下高速搅拌1h，制成浓度为5%的乳液；

（3）按照纳米SiO₂质量百分比分别为1%～7% 的投料比加入改性剂二氯二甲基硅烷，在80℃的温度下恒沸回流3h；

（4）将改性反应后的乳液分别抽滤，滤饼在恒温箱80℃干燥至恒重，取出研磨即得改性纳米SiO₂；

（5）将上述7份已经改性后的纳米SiO₂用压片机分别压成薄片，用接触角法来表征其亲疏水性能（各接触角随改性剂用量的变化如表7），筛选合适的改性纳米SiO₂进行渗吸驱油实验。

表7 改性纳米SiO₂接触角大小

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渗吸驱油实验：

（1）本实施例中采用的岩心为低渗透天然露头岩心，长度为5～6cm，直径2.5cm，原油和地层模拟水分别为长庆油田原油和水，长庆油田水矿化度为30000mg/L、地层原油黏度为3.2mpa.s(70℃)，亲油（接触角>120°）。

表8 所用亲油性岩心基本参数

（2）采用接触角为60.8°的改性纳米SiO₂渗吸剂，用地层模拟水在4000r/min 的转速下高速搅拌1h，制成质量浓度分别为0.03%、0.05%、0.08%、0.1%的改性纳米SiO₂渗吸液；

（3）采用渗吸实验方法中的称重法，将饱和油后的岩心放入自发渗吸装置中，分别倒入配制好的浓度分别为0.03%、0.05%、0.08%、0.1%的改性纳米SiO₂渗吸液至完全浸没岩心，定时记录岩心质量变化、计算渗吸采收率；

（4）渗吸采收率的计算

渗吸效果用岩心的渗吸采收率来表示岩心吸水排油，由于水的密度大于原油密度，质量增加。岩心渗吸采收率=（岩心增加质量/（油水密度差×岩心饱和原油的原始体积值））×100%。渗吸提高采收率=改性纳米材料渗吸采收率－模拟地层水渗吸采收率。

表9渗吸提高采收率

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综上所述，本发明提供的改性纳米SiO₂渗吸剂，具有组分简单、配制方便、成本廉价、来源广泛，可形成均一溶液，且对环境友好，能够吸附在储层矿物表面，有效地改善储层润湿性。静态渗吸实验表明改性纳米SiO₂对于水湿油藏的渗吸采收率增值能达到2.5%，对于油湿油藏的渗吸采收率增值能达到4%，其在超低渗砂岩油藏上具有很好的应用前景。

Claims (7)

1.一种应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂，其特征在于：所述渗吸剂为有机氯硅烷改性纳米SiO₂。

2.根据权利要求1所述的应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂，其特征在于：所述渗吸剂为二氯二甲基硅烷改性纳米SiO₂。

3.权利要求1所述的应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂的制备方法是：

1）将纳米SiO₂粉体在真空干燥箱中干燥，除去吸附水；

2）将干燥后的纳米SiO₂搅拌并均匀分散在有机溶剂中，制成质量浓度为1%-5%的纳米SiO₂分散乳液；

3）在纳米SiO₂分散乳液中加入有机氯硅烷改性剂，加量为纳米SiO₂质量的2%～4%，恒沸回流2-4h；

4) 将乳液抽滤，滤饼在恒温箱中干燥至恒重，取出研磨即得有机氯硅烷改性纳米SiO₂。

4.根据权利要求3所述的应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂的制备方法，其特征在于： 所述步骤1）的干燥温度>100℃。

5.根据权利要求3所述的应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中的有机溶剂为无水乙醇或丙酮。

6.根据权利要求3所述的应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中恒沸回流时间为3h，恒沸回流温度为80℃。

7.根据权利要求3所述的应用于低渗透油藏渗吸采油的渗吸剂的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中滤饼在80℃恒温箱中干燥至恒重。