CN110373171A - 一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油气田开发技术领域，针对现有驱油乳状液热稳定性差和易出现油水分离的问题，公开了一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，包括：改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂和聚合物，其制备方法为：将改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂、聚合物和去离子水混合组成水相溶液，超声混合30‑60 min，形成混合溶液；b.把油相加入上述混合溶液中，转速均质10‑15min，得到混合均匀的油水体系，室温静置24h‑72h，分离出多余的油相和水相，即可得到成品。本发明提供一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，高温高盐条件下具有良好的稳定性，该驱油乳状液能够显著提高低渗透油藏采收率。

Description

一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液
技术领域
本发明涉及油气田开发材料技术领域，尤其是涉及一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液。
背景技术
传统的乳状液驱油是将乳化剂(表面活性剂或具有表面活性的聚合物)与原油在高速搅拌下形成的乳状液注入地层，驱替水驱后的残余油。室内及现场实践表明，乳状液驱替可以有效降低地层中的残余油量，采收率可以提高10％左右。但是由于传统乳状液的长距离运移性能以及热稳定性能较差，不能在驱油中得到广泛应用。近年来，由于纳米材料技术的进步，发展了一种由纳米固体颗粒作为乳化剂而形成的驱油乳状液，专利号CN201810462744.3，名称为一种具有磁响应性能的复合乳化剂，该发明的乳化剂包含未经任何改性的商品纳米Fe3O4颗粒和酶所组成。纳米Fe3O4颗粒的原生粒径为20～200nm，使用浓度为0.05％～5.0％(以水相为基准)；所用脂肪酶为蛋白类酶、核酸类酶，以水相为基准的使用浓度为0mg/mL～20mg/mL。该乳化剂和由其稳定的乳状液具有磁响应性能：室温下，乳状液经过具有一定磁场强度的区域，该复合乳化剂即可从乳状液界面上脱离并发生聚集，从而导致乳状液破乳，但该复合乳化剂仍具有界面活性，将分离后的体系均质可重新得到稳定的乳状液。
该发明现有驱油乳状液中纳米粒子很容易聚集和沉淀，受环境温度和物质成分影响大，并且化学稳定性低，易氧化，同时容易出现油水相分离的现象，导致原油采收效果差。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的驱油乳状液热稳定性差和易出现油水分离的问题，提供一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，高温高盐条件下具有良好的稳定性，该驱油乳状液能够显著提高低渗透油藏采收率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，包括：改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂和聚合物。
改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂和聚合物在驱油乳状液中均作为乳化剂，使乳液状态趋于稳定。
改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒在一定的润湿性下吸附于油/水界面，并在一定的相互作用力下进行重排，液滴间形成一个立体屏障，从而阻碍液膜排液和液膜破裂，即形成固体颗粒单层/多层膜，以稳定乳液。
表面活性剂分子的一端亲水，另一端亲油。在乳状液中，乳化剂分子在水、油两相的界面定向排列，极性基团指向水，非极性基团指向油，从而降低界面张力，增强乳状液的稳定性。另外，乳化剂分子紧密地定向排列在油一水界面上，形成一层保护膜，阻止了液滴的自动聚集，使乳状液趋于稳定。
聚合物溶于水相之后，由于扩散作用，会吸附到乳状液的油水界面处，导致油水界面上界面活性物质的吸附量降低，并且随着聚合物浓度的增加，更多的聚合物分子会扩散到油水界面处，进一步增加了乳状液油水界面膜的强度，使得界面张力和界面粘度都跟着增大。乳状液油水界面粘度的增大，增加了原油乳状液中分散相液滴之间的聚并难度，最终使得乳状液的稳定性增加。
作为优选，乳状液中所述磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒的浓度为0.1～1.5g/L，所述表面活性剂的浓度为0.02～0.15g/L，所述聚合物的浓度为0.1～0.75g/L。
改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒和表面活性剂的浓度过低，乳状液的乳化效果差，油相、水相容易分离，聚合物浓度过低，油水界面膜的增强的强度小。改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒和表面活性剂的浓度过高，成本高，油水界面处吸附满改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒或者表面活性剂分子后，多余的会分布在连续相中，反而降低乳状液的稳定性。聚合物浓度过高，导致油水界面膜粘度过大，不利于油水界面的稳定使得乳状液稳定性变差。
作为优选，所述改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒的制备步骤为：
(1)将NaOH溶液和FeSO4·7H2O与FeCl3·6H2O组成的盐铁混合溶液反应后，冷冻干燥制得磁性纳米Fe3O4颗粒；
(2)磁性纳米Fe3O4颗粒和去离子水配制浓度为10-30g/L的溶液，40-60℃水浴，往溶液中加入浓度为0.5-2.5mol/L的Na2SiO3溶液和浓度为0.1-0.5mol/L的H2SiO4溶液，恒温反应3-4h后，再升温至80-95℃，反应0.8～1.2h；后在磁铁作用下用去离子水洗净，搅拌煮沸1-2h，再次在磁铁作用下洗净；90～110℃真空烘烤1-2h，得到磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒；
(3)按体积比为1:20-75混合氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇溶液，往所得混合溶液中加入磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒反应，磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒浓度为10-30g/L，室温搅拌20-24h；反应结束后，磁铁作用下无水乙醇离心洗净，室温下真空干燥10-12h，得到初步改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒；
(4)将初步改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、石蜡和去离子水混合，在70-80℃下搅拌乳化1-2h，其中初步改性的Fe3O4@SiO2颗粒的浓度为20-50g/L，石蜡的浓度为100-300g/L；将所得乳状液置于冰浴中冷却1-2h，待石蜡固化后，磁铁作用下去离子水洗净，室温真空干燥10-12h，得到石蜡乳滴；将石蜡乳滴和全氟辛酸的乙醇溶液混合，室温反应70-80h；反应结束后过滤反应液得到石蜡乳滴并将其洗净；用三氯甲烷溶液与石蜡乳滴混合溶解反应1-2h，离心，在磁铁作用下用去离子水洗净，室温真空干燥10-12h，得到改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒。
步骤(3)中制备氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液作用，使SiO2表面的OH基改性成NH2；
再加入全氟辛酸，取代部分NH2基枝接到SiO2颗粒表面，使SiO2颗粒带亲水性能，石蜡中的羧基与NH2基发生支链反应，连入石蜡分子，使颗粒具备疏水性能。
作为优选，所述的表面活性剂选自石油羧酸盐、石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐和生物表面活性剂中的一种或多种。
作为优选，所述的聚合物选自聚丙烯酰胺、黄原胶、聚乙二醇、褐藻酸钠、硬葡聚糖和羧甲基纤维素中的一种或多种。
一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂、聚合物和去离子水混合组成水相溶液，超声混合30-60min，形成混合溶液；
b.把油相加入上述混合溶液中，转速均质10-15min，得到混合均匀的油水体系，室温静置24h-72h，分离出多余的油相和水相，即可得到成品。
磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒可以通过在油-水界面上的不可逆吸附直接稳定乳液，还可以通过在已吸附有表面活性剂的界面上吸附固体颗粒来达到协同稳定乳液的目的。聚合物溶于水相之后，由于扩散作用，会吸附到乳状液的油水界面处，增加了乳状液油水界面膜的强度，增加驱油乳状液的稳定性，同时可以减少油水界面上界面活性物质的吸附量，降低固体颗粒和表面活性剂的用量，节约成本。
作为优选，步骤a中所述的水相溶液中改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒浓度为0.5-3g/L。
作为优选，步骤a中水相溶液中表面活性剂的浓度为0.1-0.3g/L，聚合物的浓度为0.5-1.5g/L。
作为优选，步骤b中水相和油相的体积比为1:1-4。
作为优选，步骤b中油相选自煤油、植物油、白油、汽油和柴油中的一种或多种。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)加入稳定的改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒，不易出现聚集和沉淀现象，高温高盐条件下具有良好的稳定性；(2)加入了表面活性剂和聚合物，使得驱油乳状液的油水混合液相更稳定，不易出现分离现象；(3)该驱油乳状液具有较高的稳定性，受路径和环境温度的影响较小，能够显著提高低渗透油藏采收率。
只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，得到最优的性能驱油乳状液。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液包括：改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂和聚合物，乳状液中所述磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒的浓度为0.1～1.5g/L，所述表面活性剂的浓度为0.02～0.15g/L，所述聚合物的浓度为0.1～0.75g/L。所述的表面活性剂选自石油羧酸盐、石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐和生物表面活性剂中的一种或多种。
所述的聚合物选自聚丙烯酰胺、黄原胶、聚乙二醇、褐藻酸钠、硬葡聚糖和羧甲基纤维素中的一种或多种。
所述改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒的制备步骤为：
(1)将NaOH溶液和FeSO4·7H2O与FeCl3·6H2O组成的盐铁混合溶液反应后，冷冻干燥制得磁性纳米Fe3O4颗粒；
(2)磁性纳米Fe3O4颗粒和去离子水配制浓度为10-30g/L的溶液，40-60℃水浴，往溶液中加入浓度为0.5-2.5mol/L的Na2SiO3溶液和浓度为0.1-0.5mol/L的H2SiO4溶液，恒温反应3-4h后，再升温至80-95℃，反应0.8～1.2h；后在磁铁作用下用去离子水洗净，搅拌煮沸1-2h，再次在磁铁作用下洗净；90～110℃真空烘烤1-2h，得到磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒；
(3)按体积比为1:20-75混合氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇溶液，往所得混合溶液中加入磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒反应，磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒浓度为10-30g/L，室温搅拌20-24h；反应结束后，磁铁作用下无水乙醇离心洗净，室温下真空干燥10-12h，得到初步改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒；
(4)将初步改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、石蜡和去离子水混合，在70-80℃下搅拌乳化1-2h，其中初步改性的Fe3O4@SiO2颗粒的浓度为20-50g/L，石蜡的浓度为100-300g/L；将所得乳状液置于冰浴中冷却1-2h，待石蜡固化后，磁铁作用下去离子水洗净，室温真空干燥10-12h，得到石蜡乳滴；将石蜡乳滴和全氟辛酸的乙醇溶液混合，室温反应70-80h；反应结束后过滤反应液得到石蜡乳滴并将其洗净；用三氯甲烷溶液与石蜡乳滴混合溶解反应1-2h，离心，在磁铁作用下用去离子水洗净，室温真空干燥10-12h，得到改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒。
一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂、聚合物和去离子水混合组成水相溶液，超声混合30-60min，形成混合溶液；其中改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒浓度为0.5-3g/L；表面活性剂的浓度为0.1-0.3g/L，聚合物的浓度为0.5-1.5g/L；
b.把油相加入上述混合溶液中，水相和油相的体积比为1:1-4，转速均质10-15min，得到混合均匀的油水体系，室温静置24h-72h，分离出多余的油相和水相，即可得到成品。油相选自煤油、植物油、白油、汽油和柴油中的一种或多种。
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
对比例1(对比实施例1，石蜡浓度过低，由200g/L降到50g/L)
对比例2(对比实施例1，未进行转速均质)
对比例3(对比实施例1，改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒含量过低，从0.8g/L下降到0.05g/L)
对比例4(对比实施例3，氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇溶液体积由1：30变为1:10，乙醇溶液体积占比减小超过下限。)
对比例5(对比实施例3，聚合物浓度降低由0.7g/L下降到0.02g/L)
结论分析：
这里对驱油乳状液性能的好坏通过析水率和原油采收率来表示，析水率越高代表油相和水相分离越严重，乳状液稳定性越差，析水率数值越低代表乳状液稳定性越好；同时原油油采收率越高，代表乳状液性能越好。
由实施例1-5以及对比例1-5的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出更为准确的数据。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，其特征在于，包括：改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂和聚合物。
2.一种根据权利要求1所述的由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，其特征在于，乳状液中所述改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒的浓度为0.1~1.5g/L，所述表面活性剂的浓度为0.02~0.15g/L，所述聚合物的浓度为0.1~0.75g/L。
3.一种根据权利要求1所述的由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，其特征在于，所述改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒的制备步骤为：
（1）将NaOH溶液和FeSO4•7H2O与FeCl3•6H2O组成的盐铁混合溶液反应后，冷冻干燥制得磁性纳米Fe3O4颗粒；
（2）磁性纳米Fe3O4颗粒和去离子水配制浓度为10-30g/L的溶液，40-60℃水浴，往溶液中加入浓度为0.5-2.5mol/L的Na2SiO3溶液和浓度为0.1-0.5 mol/L的H2SiO4溶液，恒温反应3-4h后，再升温至80-95℃，反应0.8~1.2h；后在磁铁作用下用去离子水洗净，搅拌煮沸1-2h，再次在磁铁作用下洗净；90~110℃真空烘烤1-2h，得到磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒；
（3）按体积比为1:20-75混合氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇溶液，往所得混合溶液中加入磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒反应，磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒浓度为10-30 g/L，室温搅拌20-24h；反应结束后，磁铁作用下无水乙醇离心洗净，室温下真空干燥10-12h，得到初步改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒；
（4）将初步改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、石蜡和去离子水混合，在70-80℃下搅拌乳化1-2h，其中初步改性的Fe3O4@SiO2颗粒的浓度为20-50 g/L，石蜡的浓度为100-300 g/L；将所得乳状液置于冰浴中冷却1-2h，待石蜡固化后，磁铁作用下去离子水洗净，室温真空干燥10-12h，得到石蜡乳滴；将石蜡乳滴和全氟辛酸的乙醇溶液混合，室温反应70-80h；反应结束后过滤反应液得到石蜡乳滴并将其洗净；用三氯甲烷溶液与石蜡乳滴混合溶解反应1-2h，离心，在磁铁作用下用去离子水洗净，室温真空干燥10-12h，得到改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，其特征在于，所述的表面活性剂选自石油羧酸盐、石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐和生物表面活性剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液，其特征在于，所述的聚合物选自聚丙烯酰胺、黄原胶、聚乙二醇、褐藻酸钠、硬葡聚糖和羧甲基纤维素中的一种或多种。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒、表面活性剂、聚合物和去离子水混合组成水相溶液，超声混合30-60 min，形成混合溶液；
b.把油相加入上述混合溶液中，转速均质10-15min，得到混合均匀的油水体系，室温静置24h-72h，分离出多余的油相和水相，即可得到成品。
7.根据权利要求6所述的一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，步骤a中所述的水相溶液中改性的磁性纳米Fe3O4@SiO2颗粒浓度为0.5-3g/L。
8.根据权利要求6所述的一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，步骤a中水相溶液中表面活性剂的浓度为0.1-0.3g/L，聚合物的浓度为0.5-1.5g/L。
9.根据权利要求6所述的一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，步骤b中水相和油相的体积比为1:1-4。
10.根据权利要求6所述的一种由磁性纳米颗粒稳定的驱油乳状液的制备方法，其特征在于，步骤b中油相选自煤油、植物油、白油、汽油和柴油中的一种或多种。
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