CN111454707A - 一种2d纳米片驱油剂的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2D纳米片驱油剂的制备方法及其应用，涉及驱油剂技术领域，本发明将现有纳米技术和微乳液技术结合，对改性MoS₂纳米片体系和微乳液体系进行复配得到2D纳米片驱油剂体系，使纳米油核周围均匀分布纳米片和表面活性剂；驱油过程中纳米片利用润湿反转、楔形渗透等综合机理“铲掉”壁面油膜进入体相，纳米级油核不断吸收体相中小油滴使油核增长，从而使驱油剂体系对原油的增溶能力不断增强，油水不断混相，纳米片与油水界面的“面‑面”接触使混相前缘接触面积增大，界面性质增强，对油水流动产生润滑效应，提高原油流动能力；纳米片的动态吸附效应可以减少表面活性剂和助表面活性剂在岩石表面上的吸附量，从而减少成本。

Description

一种2D纳米片驱油剂的制备方法及其应用

技术领域：

本发明涉及驱油剂技术领域，具体涉及一种2D纳米片驱油剂的制备方法及其应用。

背景技术：

在我国探明石油储量中，非常规低渗透油藏储量约占总储量60％，但低渗透储层孔喉尺寸小、孔隙结构复杂、天然微裂缝发育，裂缝和孔隙吼道的空间尺度分布范围广，裂缝尺度在微米级别，孔喉尺度在纳米级别。注水、注气开发时，注入介质易沿着裂缝通道发生水窜、气窜现象，波及效率低；传统驱替介质无法有效进入纳米级孔喉置换原油，洗油效率低。储层存在多种复杂粘土使常规注水开发的过程中出现速敏、水敏等现象，膨胀后的黏土矿物堵塞粒间孔隙，对储层造成严重的伤害。储层的非均质性同时对毛细管力也有较大影响，造成驱替前缘不均一，形成绕流和卡断的现象，导致大量剩余油滞留。因此，适应低渗透油藏苛刻条件，探索形成提高采收率新理论与新方法，解决低渗透油藏“控不住水、采不出油”的难题，是构建全面开放条件下的油气安全保障体系的当务之急。

从上世纪80年代开始，纳米技术在各个领域都备受青睐，并且都取得了较好的应用效果。受到纳米材料多种优异性能的吸引，石油工作者将纳米材料引入油气田开发过程中，不断研究和现场试验表明，纳米材料具有降低界面张力、改变岩石润湿性、增强泡沫及乳状液稳定性等优异性能，在注水开发过程中具有降压增注的效果。至此，纳米驱油技术已成为油气田开发中不可或缺的一项重要技术。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种2D纳米片驱油剂的制备方法，将MoS₂纳米片体系和微乳液体系进行复配，首创了2D纳米片驱油剂体系，该体系具有强的洗油能力、增溶原油能力、混相能力和波及能力等综合效果，能够有效解决低渗透油藏“控不住水、采不出油”的难题，进而改善低渗透油藏开发效果，大幅度提高低渗透油藏采收率。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种2D纳米片驱油剂的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)改性MoS₂悬浮液的配制：用去离子水溶解钼源和硫源，在180-220℃、压力2MPa下高温反应18h，溶液冷却至室温，洗涤，并用超纯水透析，得到MoS₂纳米片；将制备的MoS₂纳米片和地层水按比例混合，并加入烷基酚聚氧乙烯醚，得到改性MoS₂悬浮液；

(2)微乳液的配制：将表面活性剂、油相和助表面活性剂按比例配成微乳浓缩液，然后将微乳浓缩液与地层水按比例混合，得到微乳液；

(3)2D纳米片驱油剂的制备：将上述改性MoS₂悬浮液和微乳液按比例复配，得到2D纳米片驱油剂。

所述钼源选自七钼酸六铵、四硫代钼酸铵、乙酸钼(II)二聚体中的一种。

所述硫源选自硫脲、硫粉、硫氰化钾中的一种。

所述钼源和硫源的摩尔比为1:7。

所述MoS₂纳米片与地层水以0.005wt％的比例混合。

所述MoS₂纳米片、烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为1:2。

所述表面活性剂为AEO9。

所述油相为正己烷。

所述助表面活性剂为丙二醇丁醚、三乙二醇和乙酸丁酯按比例10:5:2配制。

所述表面活性剂、油相和助表面活性剂按质量比5.8:2.5:1.7。

所述浓缩液与地层水以0.2wt％比例混合。

所述改性MoS₂悬浮液和微乳液的质量比为1:1。

上述2D纳米片驱油剂在油田开发中的应用。

本发明改性MoS₂纳米片具有亲水-亲油两亲性质，能够感应界面能量波动，吸附在油-水界面，改变界面性质，发挥智能找油的功能。改性MoS₂纳米片动态吸附在岩石表面，改变岩石壁面润湿性，降低油相从壁面脱落所需的脱附功。改性MoS₂纳米片具有极强的渗透能力，渗透至岩石表面，在岩石-油相-水相之间形成楔形膜产生结构分离压力，利用结构分离压力将油膜从岩石壁面“铲掉”进入体相，随着改性MoS₂纳米片流体的运移，油膜逐渐形成油墙，增加后续驱替介质的流动阻力，迫使改性MoS₂纳米片进入次级通道，进一步提高改性MoS₂纳米片流体的宏观波及和微观洗油效率。配制的微乳液体系热力学稳定，具有超低界面张力、极小的纳米微乳核和超强的增溶油能力。微乳液一方面将处于体相中的原油增溶进纳米油核中，另一方面将改性MoS₂纳米片从岩石壁面剥离的油膜增溶进纳米油核中，防止原油与壁面的再次接触。在改性MoS₂纳米片和微乳液的共同作用下，将大量原油采出，大幅度提高原油采收率。

本发明首次通过纳米片和微乳液稀释体系复配得到2D纳米片驱油剂体系，相较于MoS₂悬浮液和微乳液单体系，2D纳米片驱油剂体系中纳米油核周围均匀分布MoS₂纳米片和表面活性剂分子，协同效应使其具有：(1)原本表面具有单边接枝的硫化钼与微乳液混合复配后，与微乳液中的表面活性剂和助表面活性剂发生四边接枝，作为体系中纳米级油核的胶束外壳，其界面性质和驱油机理远远不同于单纯表面活性剂分子形成的胶束外壳；(2)界面张力进一步降低，有效解决低渗透油藏“控不住水、采不出油”的难题；(3)耐酸、耐碱，耐温(140℃)、耐盐(24×10⁴mg/L)、耐剪切能力相对单独体系有一定提升和优化，适用于高温和高矿化度油藏开发；(4)2D纳米片驱油剂体系中改性MoS₂纳米片利用其润湿反转、楔形渗透等机理将壁面原油“铲掉”进入体相，微乳液进一步将体相中的原油增溶进纳米油核中，防止原油与壁面接触，形成大面积混相带，在改性MoS₂纳米片和微乳液的共同作用下将大量原油从地层中采出；(5)2D纳米片驱油剂体系制备过程中所使用的化学试剂、实验仪器和机械设备对人体安全无害，该体系绿色环保，进入地层后对地层无损害；(6)2D纳米片驱油剂体系动态驱油时，改性MoS₂纳米片首先动态吸附在岩石表面，减少表面活性剂和助表面活性剂在岩石表面的吸附损失，降低成本，提高效益。

本发明的创新点如下：

(1)2D纳米片驱油剂体系粘度低，易注入低渗透油藏，改性MoS₂纳米片在驱油过程中动态吸附在岩石表面，改变岩石壁面润湿性，一方面降低油相从壁面脱落所需的脱附功，另一方面减少表面活性剂和助表面活性剂在岩石壁面的吸附损失，节约成本，提高效益。

(2)2D纳米片驱油剂体系中表面活性剂分子在助表面活性剂作用下形成超低界面张力和强增溶油能力的纳米级胶束，改性MoS₂纳米片发挥智能找油功能，在油水界面形成“面-面”接触，改变界面性质，使储层中的油相能够快速被2D纳米片驱油剂体系识别，提高2D纳米片驱油剂体系的使用效率。

(3)改性MoS₂纳米片在岩石-油相-水相之间形成楔形膜产生结构分离压力，利用结构分离压力将油膜从岩石壁面“铲掉”进入体相，“铲掉”的油膜及时被增溶进纳米级油核中，纳米级油核不断增大，在储层中形成大面积混相带，在改性MoS₂纳米片和微乳液的共同作用下将大量原油从地层中采出。

(4)改性MoS₂纳米片渗透至岩石壁面，综合润湿反转、楔形渗透等机理剥离壁面油膜，油膜在流动通道内聚并成油墙，增大后续驱替介质的流动阻力，迫使后续液体智能转向进入次级通道。由于微乳液尺寸小，能迅速有效地进入小孔喉，发挥体系超低界面张力的作用，进一步提高2D纳米片驱油体系的宏观波及和微观洗油效率。

(5)改性MoS₂纳米片和微乳液稀释体系都可以与多种溶剂配制，且复配得到的体系不会产生絮凝、沉淀等情况，配伍性好，能在地层水、原油、土酸、聚合物、活性水、压裂液等多种有机溶剂中均匀分散；同时驱油剂体系能够耐酸、耐碱，耐温(140℃)、耐盐(24×10⁴mg/L矿化度)，能适用于多种恶劣储层环境。

本发明的有益效果是：本发明将现有纳米技术和微乳液技术结合，对改性MoS₂纳米片体系和微乳液体系进行复配得到2D纳米片驱油剂体系，使纳米油核周围均匀分布纳米片和表面活性剂；驱油过程中纳米片利用润湿反转、楔形渗透等综合机理“铲掉”壁面油膜进入体相，纳米级油核不断吸收体相中小油滴使油核增长，从而使驱油剂体系对原油的增溶能力不断增强，油水不断混相，纳米片与油水界面的“面-面”接触使混相前缘接触面积增大，界面性质增强，对油水流动产生润滑效应，提高原油流动能力；纳米片的动态吸附效应可以减少表面活性剂和助表面活性剂在岩石表面上的吸附量，从而减少成本，提高效益。

附图说明：

图1为MoS₂纳米片原子力显微镜示意图；

图2为改性MoS₂纳米片的静态接触角；

图3为微乳液的粒度分布图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

(1)改性MoS₂悬浮液的配制：在35mL去离子水中溶解摩尔比1:7的七钼酸六铵和硫脲，然后在220℃下高温反应18h，溶液冷却至室温后，分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，最后再水洗一次，并用超纯水进行透析，以去除未反应的试剂和杂质，得到MoS₂纳米片；将制备的MoS₂纳米片和地层水按0.005wt％的比例混合，向分散液中加入烷基酚聚氧乙烯醚，其中MoS₂纳米片与烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为1:2，在超声波作用下震荡10min，得到改性MoS₂悬浮液。

①改性MoS₂微观表征：通过FE-SEM显微镜观察发现MoS₂纳米片面积约60nm×80nm，通过原子力显微镜以及纳米片的相应高度分布得知MoS₂纳米片平均厚度约为1.2nm，即MoS₂纳米片的尺寸约为60nm×80nm×1.2nm(图1)。

②改性MoS₂润湿接触性：采用装有光学成像系统的固定液滴测角仪(KSV CAM200)来确定表面的接触角。首先，使用溶剂沉积/蒸发方法在所需表面(玻璃、二氧化硅、橡胶或纸张)上沉积MoS₂。每次测量以5秒为间隔进行三次，其中考虑了平均值。使用自动分配器，在记录数据之前，液滴(体积为5uL)被允许停留在涂有MoS₂的基板上。实验结果表明，将5μL水滴在MoS₂纳米片上的静态接触角为91°，根据接触角与润湿性的关系可知，当接触角等于90°时，呈现中性润湿状态，所以MoS₂纳米片具有中性湿润的特性，这说明MoS₂纳米片在油/水中具有两亲的潜力，能够实现强亲油-亲水性质，随注水井注入油藏后发挥“智能找油”功能，在离散化的油水界面形成稳定的吸附层，并聚集微油滴形成油墙。润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程，通过测量水滴在改性MoS₂纳米片体系的静态接触角可知其润湿性如图2。其中，θ为接触角时，且当θ≈90°时，水滴在改性MoS₂纳米片上达到平衡，在气-液-固三相交界处，沿气/液界面做切线，该切线与固体间呈近似法线垂直，θ为接触角，改性MoS₂纳米片体系与岩石表面水滴呈中性润湿状。

(2)微乳液的配制：将表面活性剂、油相和助表面活性剂按质量比5.8：2.5：1.7的比例配成微乳浓缩液，用超声波仪器边超声边搅拌，直至浓缩液澄清透明，然后将微乳浓缩液与地层水按0.2％的比例混合，放入超声波搅拌器中边震荡边搅拌，直至溶液澄清透明，得到微乳液。

①微乳液外观结构特征：通过超声震荡形成澄清透明溶液，体系均一、热力学稳定，流动性良好，体系中存在纳米尺度的油核，通过利用纳米粒度及Zeta电位分析仪测量纳米微乳液的油核粒径，确定纳米微乳液的油核尺寸在8nm左右(如图3)。

②微乳液增溶性能：纳米微乳液中的每个油核能够吸收原油而增加油核尺寸，大幅度提高原油在微乳液中的溶解程度。纳米油核遇油增大，增溶原油形成混相前缘，混相前缘粘度的增大迫使后续驱替相转向进入次级通道，扩大波及，形成均衡驱替。

(3)2D纳米片驱油剂的制备：将上述改性MoS₂悬浮液和微乳液按质量比1:1的比例复配，得到2D纳米片驱油剂。

①2D纳米片驱油剂稳定性:MoS₂纳米片和微乳液能够均一、稳定存在，常温下放置30天无絮凝、无明显沉降等现象，且配制过程只需超声波搅拌震荡即可发生分子间无规则扩散的布朗运动形成稳定状态。

②配伍性：制备完成的2D纳米片驱油剂采用不同矿化度下的地层水进行复配，其pH值均稳定在7左右，2D纳米片驱油剂粘度1mPa·s，且该体系均无出现沉淀、絮凝、变色等现象。可得，2D纳米片驱油剂与不同矿化度水的配伍性良好，测试数据如表1所示。

表1 2D纳米片驱油剂的基本性能

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

(1)改性MoS₂悬浮液的配制：用去离子水溶解钼源和硫源，在180-220℃、压力2MPa下高温反应18h，溶液冷却至室温，洗涤，并用超纯水透析，得到MoS₂纳米片；将制备的MoS₂纳米片和地层水按比例混合，并加入烷基酚聚氧乙烯醚，得到改性MoS₂悬浮液；

(2)微乳液的配制：将表面活性剂、油相和助表面活性剂按比例配成微乳浓缩液，然后将微乳浓缩液与地层水按比例混合，得到微乳液；

(3)2D纳米片驱油剂的制备：将上述改性MoS₂悬浮液和微乳液按比例复配，得到2D纳米片驱油剂。

2.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述钼源选自七钼酸六铵、四硫代钼酸铵、乙酸钼(II)二聚体中的一种。

3.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述硫源选自硫脲、硫粉、硫氰化钾中的一种。

4.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述钼源和硫源的摩尔比为1:7。

5.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述MoS₂纳米片与地层水以0.005wt％的比例混合。

6.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述MoS₂纳米片、烷基酚聚氧乙烯醚的质量比为1:2。

7.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为AEO9，所述油相为正己烷，所述助表面活性剂为丙二醇丁醚、三乙二醇和乙酸丁酯按比例10:5:2配制。

8.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂、油相和助表面活性剂按质量比5.8:2.5:1.7，所述浓缩液与地层水以0.2wt％比例混合。

9.权利要求1所述的2D纳米片驱油剂的制备方法，其特征在于：所述改性MoS₂悬浮液和微乳液的质量比为1:1。

10.权利要求1-9任一项制备的2D纳米片驱油剂在油田开发中的应用。

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