CN110746954A - 一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,属于油田化学领域。一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,包括两步,首先,在氮气气氛下,通过硅烷偶联剂对纳米SiO2粉末进行改性,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;其次,在氮气气氛下,通过甲酸、甲醛在85℃~95℃下将硅烷偶联剂改性纳米SiO2进一步改性,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒,这种改性纳米SiO2颗粒对CO2/N2气体具有很好的响应性,可以循环使用,满足注入性的同时吸附CO2,适时再通入N2解析CO2,从而扩大波及效率,具有提高非常规油藏原油采收率的价值前景。
Description
技术领域
本发明属于油田化学领域,具体涉及一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法。
背景技术
随着常规油藏的不断开采而逐渐衰竭,非常规油藏已经成为人们关注的热点。CO2驱是非常规油藏提高采收率的一种主要开发方式。首先,由于CO2来源于天然气CO2气田及工业废气等,兼顾了社会环保效益与开采经济效益;其次,CO2在地层温度大于31℃,压力大于7.38MPa时能够达到超临界状态,此时,CO2可溶于原油中,降低原油黏度及表面张力,使原油体积膨胀,还可以改变储层渗透性,提高驱替效率。但CO2对管道设备有腐蚀危害,且存在波及效率低等问题,导致基质原油未能有效动用。
常规解决方法有水气交注、泡沫及凝胶等,但这些方法由于存在注入性的问题,对非常规油藏不适用。近年来,纳米驱油技术不断发展,当颗粒处于纳米级时,可以匹配低渗透油藏的孔喉直径,且纳米颗粒表面上可进行修饰,如在SiO2表面上修饰pH响应性、光响应性、CO2/N2响应性的基团等。因此,本专利研发一种具有CO2/N2响应性的纳米SiO2颗粒,满足注入性的同时吸附CO2,适时再通入N2解析CO2,从而改善CO2驱油性,达到提高非常规油藏原油采收率的价值前景。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提供了一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,这种制备方法简单,所得改性纳米颗粒一方面可以满足注入性,另一方面在满足注入性的同时吸附CO2,适时再通入N2解析CO2,从而改善CO2驱油性,以提高非常规油藏原油采收率。
本发明采用的技术方案如下:
一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法:
S1.硅烷偶联剂改性纳米SiO2:在氮气气氛下,将纳米SiO2粉末置于溶剂中搅拌溶解,再加入硅烷偶联剂搅拌反应8~14h后进行抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;
S2.CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒:在氮气气氛下,将步骤S1所得硅烷偶联剂改性纳米SiO2置于溶剂中,搅拌10~15min后再缓慢加入甲酸,随后在搅拌情况下,边升温边加入甲醛,升至85℃~95℃,停止升温,反应6~18h,然后抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥、保存,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒。
具体地,在步骤S2中,所述升温的速率为3℃/min。
优选地,在步骤S1中,所述溶剂为甲苯。
优选地,在步骤S1中,所述纳米SiO2粉末的粒径为20nm~40nm。
优选地,在步骤S1中,所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
优选地,在步骤S1中,所述纳米SiO2粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为5:2.5g/mL。
优选地,在步骤S1中,所述反应的温度为75℃~85℃。
优选地,在步骤S2中,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
优选地,在步骤S2中,所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2质量与N,N-二甲基甲酰胺体积比为1:20~60g/mL。
优选地,在步骤S2中,所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2、甲酸、甲醛的重量比为1:(5~7):6。
本发明的有益效果是:本发明的一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,所得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒对CO2/N2气体具有很好的响应性,可以循环使用,一方面可以满足注入性,另一方面在满足注入性的同时吸附CO2,适时再通入N2解析CO2,从而改善CO2驱油性,以使其具有提高非常规油藏原油采收率的价值前景。
附图说明
图1CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒核磁共振氢谱谱图;
图2CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散体系三次循环响应曲线;
图3三次循环响应Zeta电位变化图线;
图4CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散液流变曲线。
具体实施方式
实施例1
一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法:
S1.硅烷偶联剂改性纳米SiO2:在氮气气氛下,将粒径为20nm的纳米SiO2粉末置于甲苯中,搅拌10min,再加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷,在75℃下搅拌反应8h后进行抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;
S2.CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒:在氮气气氛下,将硅烷偶联剂改性纳米SiO2置于N,N-二甲基甲酰胺中,搅拌10min后再缓慢加入甲酸,随后在搅拌情况下,边升温边加入甲醛,升至85℃反应6h,然后抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥、保存,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒。
所述S1中所述纳米SiO2粉末质量与硅烷偶联剂体积比为5:2.5g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2质量与N,N-二甲基甲酰胺体积比为1:20g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2、甲酸、甲醛的重量比为1:5:6。
实施例2
一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法:
S1.硅烷偶联剂改性纳米SiO2:在氮气气氛下,将30nm的纳米SiO2粉末置于甲苯中,搅拌12min,再加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷,80℃下搅拌反应10h后进行抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;
S2.CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒:在氮气气氛下,将硅烷偶联剂改性纳米SiO2置于N,N-二甲基甲酰胺中,搅拌12min后再缓慢加入甲酸,随后在搅拌情况下,边升温边加入甲醛,升至90℃反应10h,然后抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥、保存,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒。
所述S1中所述纳米SiO2粉末质量与硅烷偶联剂体积比为5:2.5g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2质量与N,N-二甲基甲酰胺体积比为1:40g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2、甲酸、甲醛的重量比为1:6:6。
实施例3
一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法:
S1.硅烷偶联剂改性纳米SiO2:在氮气气氛下,将40nm的纳米SiO2粉末置于甲苯中,搅拌15min,再加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷,85℃下搅拌反应14h后进行抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;
S2.CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒:在氮气气氛下,将硅烷偶联剂改性纳米SiO2置于N,N-二甲基甲酰胺中,搅拌15min后再缓慢加入甲酸,随后在搅拌情况下,边升温边加入甲醛,升至95℃反应14h,然后抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥、保存,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒。
所述S1中所述纳米SiO2粉末质量与硅烷偶联剂体积比为5:2.5g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2质量与N,N-二甲基甲酰胺体积比为1:60g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2、甲酸、甲醛的重量比为1:7:6。
实施例4
一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法:
S1.硅烷偶联剂改性纳米SiO2:在氮气气氛下,将20nm的纳米SiO2粉末置于甲苯中,搅拌12min,再加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷,78℃下搅拌反应12h后进行抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;
S2.CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒:在氮气气氛下,将硅烷偶联剂改性纳米SiO2置于N,N-二甲基甲酰胺中,搅拌10~15min后再缓慢加入甲酸,随后在搅拌情况下,边升温边加入甲醛,升至88℃反应18h,然后抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥、保存,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒。
所述S1中所述纳米SiO2粉末质量与硅烷偶联剂体积比为5:2.5g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2质量与N,N-二甲基甲酰胺体积比为1:50g/mL;所述S2中所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2、甲酸、甲醛的重量比为1:6:6。
图1为CO2/N2响应性的纳米SiO2颗粒核磁共振氢谱谱图,与Si紧紧相连的亚甲基H原子,位移峰为0.95ppm左右,第二个亚甲基的峰为1.35ppm,与N原子相连接的亚甲基峰在2.08ppm,而由N原子延伸出去的两个甲基峰位移为2.23,由核磁结果可知,纳米SiO2已经成功改性。
配制1000mg/L质量浓度的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散液,装入三口烧瓶,在磁力搅拌器上以缓慢的速度搅拌,以一定的气速向三口烧瓶中通入CO2,同时记录相应数据,每30s记录一次,直至电导稳定为止;向通完CO2的分散液中用同样的方法以一定的气速通入N2,每30s记录一次数据,所得结果如图2所示,可知每次通入CO2/N2前后的电导率能够基本持平,说明CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散体系具有较好的循环响应性能,可多次循环使用。
取7根离心管清洗并烘干,配制1000mg/L的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散液200mL。取出20mL置于1号离心管中;继续向剩余分散液通CO2至饱和,取出20mL置于2号离心管中,由于CO2在样品制备到送样过程中可能会解吸,因此需使离心管上部空间保持CO2氛围;向剩余分散液通N2至饱和,取出20mL置于3号离心管中;重复上述步骤,使得4、5、6、7号依次为第二次通入CO2、第二次通入N2、第三次通入CO2、第三次通入N2的样品,测定1-7号管中分散液的Zeta电位,结果如图3所示,由此可看出,通入CO2之后的分散液稳定性高于通入之前,即可证明通入CO2之后能够提高CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散体系的稳定度。另外,图可以反映出三次循环通入CO2/N2能够较为规律地得到显示,其具有多次循环的响应性能。
1000mg/L的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒分散体系在吸收CO2之前、吸收CO2之后以及吸收N2之后的流变性变化如图4所示,可知,分散体系黏度随着剪切速率的增加大致不变,具有牛顿流体的特性,同时可看出吸收CO2至饱和之后,体系的黏度有一定增加,而通入N2之后,黏度比起通入CO2之后有所下降,但是未能降至初始状态,由此可知CO2的存在能使得体系黏度上升,这种特性使得制备的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒体系吸收CO2之后,在地层中可以起到提高驱油过程中的波及效率的作用,而CO2解吸之后黏度会降低,更利于其在孔隙间的流动。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.硅烷偶联剂改性纳米SiO2:在氮气气氛下,将纳米SiO2粉末置于溶剂中搅拌溶解,再加入硅烷偶联剂搅拌反应8~14h后进行抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥,得硅烷偶联剂改性纳米SiO2;
S2.CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒:在氮气气氛下,将步骤S1所得硅烷偶联剂改性纳米SiO2置于溶剂中,搅拌10~15min后再缓慢加入甲酸,随后在搅拌情况下,边升温边加入甲醛,升至85℃~95℃,停止升温,反应6~18h,然后抽滤、乙醇清洗,循环三次后,放入恒温烘箱中进行干燥、保存,得CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒。
2.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,所述溶剂为甲苯。
3.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,所述纳米SiO2粉末的粒径为20nm~40nm。
4.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,所述纳米SiO2粉末的质量与硅烷偶联剂的体积比为5:2.5g/mL。
6.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S1中,所述反应的温度为75℃~85℃。
7.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
8.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2质量与N,N-二甲基甲酰胺体积比为1:20~60g/mL。
9.如权利要求1所述的CO2/N2响应性的改性纳米SiO2颗粒的制备方法,其特征在于,在步骤S2中,所述硅烷偶联剂改性纳米SiO2、甲酸、甲醛的重量比为1:(5~7):6。
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