CN115261003B - 一种两亲Janus片状材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两亲Janus片状材料及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明在碱性催化剂条件下通过硅源的溶胶‑凝胶在热可膨胀微球表面形成SiO₂层，然后含亲水基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇通过溶胶‑凝胶法接枝在SiO₂壳层上，再通过热可膨胀微球受热膨胀，得到一面接枝亲水硅烷偶联剂一面为羟基的二氧化硅Janus片，然后含亲油基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇与Janus片的羟基缩合接枝，得到一面是亲水基团一面是亲油基的两亲Janus片状材料。本发明所制备的两亲Janus片状材料具有较好的降低界面张力的性能、对低渗油藏有较好的增油效果，在提高油田采收率方面应用前景广阔。

Description

一种两亲Janus片状材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种两亲Janus片状材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前大部分油田进入高含水期，经过长期的开采，油田内部非均质性加强，石油开采难度增加。油田常用的驱油材料为聚丙烯酰胺，但是其注入性以及后期废水处理问题较为显著。使用纳米级的两亲Janus片作为驱油剂可以较好的解决注入性的问题。纳米级的两亲Janus片会在岩石/原油/注入液三相界面形成一个“楔形”状的区域，通过布朗运动和静电作用产生向前运动的推动力，有效将原油从岩石表面剥离下来，进而提高原油采收率。油藏岩石表面大多为油性润湿或混合性润湿，纳米级的两亲Janus片进入岩石内部后通常将油性润湿的岩石表面转变为水湿的岩石表面或中性润湿的表面，从而有利于水驱的进行。

中国专利CN105802662A采用Pickering乳液法通过溶胶-凝胶法制备了以石蜡为核二氧化硅为壳的核壳结构，用有机试剂除去石蜡核得到二氧化硅壳，使用硅烷偶联剂改性后将其用细胞粉碎器粉碎得到Janus片，但是使用石蜡作为内核，采用Pickering乳液法制备核壳结构实验难度较大，量产难度高。中国专利CN10995714A公开了一种两亲Janus片的制备方法，利用中空二氧化硅的特殊结构将其改性粉碎后得到Janus片。中国专利CN114210276A公开了一种两亲Janus片的制备方法，将三种硅前驱体在乳液界面溶胶凝胶，利用乳液界面材料合成内外表面化学性质不同且严格分区的二氧化硅中空球，然后通过机械破碎，得到二氧化硅Janus片。然而，中空二氧化硅制备难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两亲Janus片状材料及其制备方法和应用，所述方法简单易行，对设备要求低，且所制备的两亲Janus片状材料具有优异的降低界面张力的性能，且对低渗岩心有较好的增油效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种两亲Janus片状材料的制备方法，包括以下步骤：

将热可膨胀微球分散液、模板剂、碱性催化剂和硅源混合，进行缩聚，得到含二氧化硅壳复合物；

将所述含二氧化硅壳复合物、含亲水基团的硅烷偶联剂、第一分散剂和第一pH调节剂混合，进行接枝，得到含亲水基团复合物；

将所述含亲水基团复合物进行热膨胀，得到二氧化硅Janus片；

将所述二氧化硅Janus片、含亲油基团的硅烷偶联剂、第二分散剂和第二pH调节剂混合，进行缩合，得到两亲Janus片状材料。

优选的，所述模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵；所述碱催化剂包括氢氧化钠；所述硅源包括正硅酸乙酯。

优选的，所述热可膨胀微球分散液中热可膨胀微球和模板剂的质量比为200:(150～300)；所述热可膨胀微球、碱性催化剂和硅源的用量比为200mg:40～100μL:100～600μL；所述碱催化剂的质量浓度为30wt％，所述硅源的体积浓度为30％。

优选的，所述含亲水基团的硅烷偶联剂为X-Si(OR)₃，其中，X为亲水基团，-OR为水解基团；所述亲水基团为-NH₂、-COOH、-SOH₃、-SH；所述水解基团为-OCH₃或-OCH₂CH₃。

优选的，所述含二氧化硅壳复合物和含亲水基团的硅烷偶联剂的质量比为(0.1～5):(0.5～1)；所述接枝的温度为20～80℃，时间为2～6h，所述接枝的pH值为3.5～5.5或9.0～10.0。

优选的，所述热膨胀的温度≥所述热可膨胀微球的起始膨胀温度。

优选的，所述含亲油基团的硅烷偶联剂为Y-Si(OR)₃，其中，Y为亲油基团，-OR为水解基团；所述亲油基团为长链烷基或苯基；所述水解基团为-OCH₃或-OCH₂CH₃。

优选的，所述二氧化硅Janus片和含亲油基团的硅烷偶联剂的质量比为(0.1～5):(0.5～1)；所述缩合的温度为20～80℃，时间为2～6h，所述缩合的pH值为3.5～5.5或9.0～10.0。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的两亲Janus片状材料，包括二氧化硅片以及分布于所述二氧化硅片两侧的亲水基团与亲油基团。

本发明提供了上述技术方案所述两亲Janus片状材料在油田开采领域中的应用。

本发明提供了一种两亲Janus片状材料的制备方法，本发明在碱性催化剂条件下通过硅源的溶胶-凝胶在热可膨胀微球表面形成一层SiO₂层，得到热可膨胀微球为核、SiO₂为壳的核壳结构；然后含亲水基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇通过溶胶-凝胶法接枝在SiO₂壳层上，再通过热可膨胀微球受热膨胀，得到一面接枝亲水硅烷偶联剂一面为羟基的二氧化硅Janus片，然后含亲油基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇与Janus片的羟基缩合接枝，得到一面是亲水基团一面是亲油基团的两亲Janus片状材料。本发明的方法简单易行，对设备要求不高。且本发明所制备的两亲Janus片状材料具有较好的降低界面张力的性能、对低渗油藏有较好的增油效果，在提高油田采收率方面应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明制备两亲Janus片状材料的流程图；

图2为实施例1制备的两亲Janus片状材料的SEM图；

图3为实施例1制备的两亲Janus片状材料的油水界面张力图；

图4为单管岩心驱替实验装置图；

图5为实施例1制备的两亲Janus片状材料在渗透率为23.1mD条件下的驱替压力变化图；

图6为实施例1制备的两亲Janus片状材料在渗透率为64.3mD条件下的驱替压力变化图；

图7为实施例2制备的两亲Janus片状材料的油水界面张力图；

图8为实施例2制备的两亲Janus片状材料在渗透率为24.7mD条件下的驱替压力变化图；

图9为实施例2制备的两亲Janus片状材料在渗透率为73.8mD条件下的驱替压力变化图；

图10为实施例3制备的两亲Janus片状材料的油水界面张力图；

图11为实施例3制备的两亲Janus片状材料在渗透率为19.7mD条件下的驱替压力变化图；

图12为实施例3制备的两亲Janus片状材料在渗透率为60.7mD条件下的驱替压力变化图。

具体实施方式

本发明提供了本发明提供了一种两亲Janus片状材料的制备方法，包括以下步骤：

将热可膨胀微球分散液、模板剂、碱性催化剂和硅源混合，进行缩聚，得到含二氧化硅壳复合物；

将所述含二氧化硅壳复合物、含亲水基团的硅烷偶联剂、第一分散剂和第一pH调节剂混合，进行接枝，得到含亲水基团复合物；

将所述含亲水基团复合物进行热膨胀，得到二氧化硅Janus片；

将所述二氧化硅Janus片、含亲油基团的硅烷偶联剂、第二分散剂和第二pH调节剂混合，进行缩合，得到两亲Janus片状材料。

在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明将热可膨胀微球分散液、模板剂、碱性催化剂和硅源混合，进行缩聚，得到含二氧化硅壳复合物。

在本发明中，热可膨胀微球分散液中热可膨胀微球具有核壳结构，所述热可膨胀微球的内核填充烷烃类气体，外壳为热塑性丙烯酸聚合物。

本发明对所述热可膨胀微球的来源没有特殊的限定，本领域熟知的市售商品即可；在本发明的实施例中，具体购买于上海外电国际贸易有限公司。

本发明对所述热可膨胀微球的种类没有特殊的限定，本领域熟知的相应类型均可，更优选为120DU15、120DU25、180DU25、180DU35、200DU35或220DU30；所述热可膨胀微球的平均粒径优选为10～40μm，更优选为10～20μm；所述热可膨胀微球的起始膨胀温度优选为85～165℃，更优选为90℃。

在本发明中，所述热可膨胀微球分散液所用溶剂优选为无水乙醇；所述热可膨胀微球分散液的浓度优选为(2～4)mg/mL，更优选为2～2.5mg/mL。

在本发明中，所述模板剂优选包括十六烷基三甲基溴化铵；所述碱催化剂优选包括氢氧化钠，所述碱催化剂用于调整pH作为催化剂促进硅源水解；所述硅源优选包括正硅酸乙酯(TEOS)。

在本发明中，所述碱催化剂优选以水溶液的形式使用，所述碱催化剂的质量浓度优选为30wt％；所述硅源优选以溶液的形式使用，所述硅源的溶液所用溶剂优选为无水乙醇，所述硅源的体积浓度优选为30％。

在本发明中，所述热可膨胀微球分散液中热可膨胀微球和模板剂的质量比优选为200:(150～300)，更优选为200:(150～250)；所述热可膨胀微球、碱性催化剂和硅源的用量比优选为200mg:40～100μL:100～600μL，更优选为200mg:40～100μL:150～500μL。

在本发明中，所述热可膨胀微球分散液、模板剂、碱性催化剂和硅源混合的过程优选为将热可膨胀微球分散到溶剂中，加入模板剂超声30min，加入碱催化剂超声5min，每隔20min加入一批次硅源，所述硅源优选均分3批次加入。

在本发明中，所述缩聚优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为800rpm；所述缩聚的温度优选为室温，时间优选为24h。在所述缩聚过程中，在碱性催化剂作用下通过硅源的溶胶-凝胶在热可膨胀微球表面形成一层SiO₂层。

完成所述缩聚后，本发明优选将所得产物依次进行离心洗涤和干燥；所述离心洗涤所用试剂优选为无水乙醇；所述离心洗涤的次数优选为2～3次；所述干燥的温度优选为60℃，所述干燥的方式优选为真空干燥。

得到含二氧化硅壳复合物后，本发明将所述含二氧化硅壳复合物、含亲水基团的硅烷偶联剂、第一分散剂和第一pH调节剂混合，进行接枝，得到含亲水基团复合物。

在本发明中，所述含亲水基团的硅烷偶联剂为X-Si(OR)₃，其中，X为亲水基团，-OR为水解基团；所述亲水基团为-NH₂、-COOH、-SOH₃、-SH；所述水解基团为-OCH₃或-OCH₂CH₃；所述含亲水基团的硅烷偶联剂更优选为3-氨丙基三甲氧基硅烷或(3-巯丙基)三乙氧基硅烷。

在本发明中，所述第一分散剂优选为乙醇溶液；所述乙醇溶液中乙醇含量优选为90～98wt％。在本发明中，所述含二氧化硅壳复合物和含亲水基团的硅烷偶联剂的质量比优选为(0.1～5):(0.5～1)，更优选为(1～2.4):1。

在本发明中，所述第一pH调节剂优选为乙酸或氨水；所述氨水的质量浓度优选为25％；所述第一pH调节剂的用量优选达到所需接枝pH值即可。

在本发明中，所述含二氧化硅壳复合物、含亲水基团的硅烷偶联剂、第一分散剂和第一pH调节剂混合的过程优选为将含二氧化硅壳复合物分散到第一分散剂中，加入含亲水基团的硅烷偶联剂和第一pH调节剂。

在本发明中，所述接枝的温度优选为20～80℃，更优选为60～70℃；时间优选为2～6h，所述接枝的pH值优选为3.5～5.5或9.0～10.0，更优选为4.0；所述接枝优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为1000rpm。在所述接枝过程中，含亲水基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇，通过溶胶-凝胶法与SiO₂的硅羟基接枝在SiO₂壳层上。

完成所述接枝后，本发明优选将所得产物离心，取下层物质，依次进行洗涤和干燥，得到含亲水基团复合物；本发明对所述离心、洗涤和干燥的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。在本发明的实施例中，所述干燥的温度优选为60℃，所述干燥在真空干燥箱中进行。

得到含亲水基团复合物后，本发明将所述含亲水基团复合物进行热膨胀，得到二氧化硅Janus片。

在本发明中，所述热膨胀的温度优选≥所述热可膨胀微球的起始膨胀温度；所述热膨胀的温度优选为90～170℃，更优选为100℃；所述热膨胀的时间优选为10～30min；所述热膨胀优选在真空干燥箱中进行。

完成所述热膨胀后，本发明优选将所得产物与乙醇混合，依次进行超声和抽滤，将所得下层滤液置于60℃真空干燥箱干燥，得到二氧化硅Janus片(一面为亲水硅烷偶联剂，一面为羟基)。

得到二氧化硅Janus片后，本发明将所述二氧化硅Janus片、含亲油基团的硅烷偶联剂、第二分散剂和第二pH调节剂混合，进行缩合，得到两亲Janus片状材料。

在本发明中，所述含亲油基团的硅烷偶联剂优选为Y-Si(OR)₃，其中，Y为亲油基团，-OR为水解基团；所述亲油基团优选为长链烷基或苯基；所述水解基团优选为-OCH₃或-OCH₂CH₃；所述含亲油基团的硅烷偶联剂优选为十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷。

在本发明中，所述第二分散剂优选为乙醇溶液；所述乙醇溶液中乙醇含量优选为90～98wt％，更优选为95wt％。在本发明中，所述二氧化硅Janus片和含亲油基团的硅烷偶联剂的质量比优选为(0.1～5):(0.5～1)，更优选为(0.48～4):(0.9～1)，进一步优选为(1.25～2.4):(0.9～1)。

在本发明中，所述第二pH调节剂优选为乙酸或氨水；所述氨水的质量浓度优选为25％；所述第二pH调节剂的用量优选达到缩合所需pH值即可。

在本发明中，所述二氧化硅Janus片、含亲油基团的硅烷偶联剂、第二分散剂和第二pH调节剂混合的过程优选为将二氧化硅Janus片分散到第二分散剂中，加入含亲油基团的硅烷偶联剂和第二pH调节剂。

在本发明中，所述缩合的温度优选为20～80℃，更优选为60～70℃，时间优选为2～6h，更优选为4h，所述缩合的pH值优选为3.5～5.5或9.0～10.0，更优选为4.0。在所述缩合过程中，含亲油基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇与二氧化硅Janus片的羟基缩合接枝。

完成所述缩合后，本发明优选将所得产物依次进行离心洗涤和干燥；所述离心洗涤所用试剂优选为无水乙醇，所述离心洗涤的次数优选为2～3次；所述干燥的温度优选为60℃，所述干燥优选在真空干燥箱中进行。

图1为本发明制备两亲Janus片状材料的流程图，在碱性催化剂条件通过硅源的溶胶-凝胶在热可膨胀微球表面形成一层SiO₂层，形成热可膨胀微球为核SiO₂为壳的核壳结构；然后含亲水基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇通过溶胶-凝胶法接枝在SiO₂壳层上，热可膨胀微球受热膨胀将SiO₂层撑开，得到一面接枝亲水硅烷偶联剂一面为羟基的Janus片；然后利用含亲油基团的硅烷偶联剂的硅烷氧基水解成硅醇与Janus片的羟基缩合接枝，得到两亲Janus片状材料。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的两亲Janus片状材料，包括二氧化硅片以及分布于所述二氧化硅片两侧的亲水基团与亲油基团。

本发明提供了上述技术方案所述两亲Janus片状材料在油田开采领域中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中，热可膨胀微球购买于上海外电国际贸易有限公司。

实施例1

称取0.2g热可膨胀微球120DU15，平均粒径10～20μm，起始膨胀温度90℃，分散到80mL无水乙醇中，加入250mg CTAB超声30min，加入40μLNaOH(30wt％)溶液超声5min分散均匀，每20min加入150μL的30％(V/V)TEOS乙醇溶液合计加入3次，使用磁力搅拌器(800rpm)搅拌24h，离心，用无水乙醇洗涤，重复3次，置于60℃真空干燥箱干燥，得到含二氧化硅壳复合物；

将0.8g所述含二氧化硅壳复合物分散到100mL乙醇溶液中(乙醇含量98wt％)；取0.8g 3-氨丙基三甲氧基硅烷加入所得混合物中，用乙酸调整pH值至4.0，在60℃、1000rpm的转速下反应4h，将所得产物离心，取下层物质，洗涤后，在60℃真空干燥箱干燥，得到含亲水基团复合物；

将所述含亲水基团复合物在100℃真空干燥箱反应10min，使热可膨胀微球膨胀将壳层撑开，向所得产物中加入20mL乙醇，超声，抽滤，所得下层滤液置于60℃真空干燥箱干燥，得到二氧化硅Janus片；

将1.25g所述二氧化硅Janus片分散到100mL乙醇溶液(乙醇含量98wt％)中，向所得分散液中加入1g十二烷基三甲氧基硅烷，在60℃、pH值为4.0条件下搅拌反应4h，离心，用无水乙醇洗涤，重复3次，所得离心下层物质置于60℃真空干燥箱干燥，得到两亲Janus片状材料。

实施例2

称取0.2g热可膨胀微球120DU15，平均粒径10～20μm，起始膨胀温度90℃，分散到100mL无水乙醇中，加入300mg CTAB超声30min，加入40μLNaOH(30wt％)溶液超声5min分散均匀，每20min加入150μL的30％(V/V)TEOS乙醇溶液合计加入3次，使用磁力搅拌器(800rpm)搅拌24h，离心，用无水乙醇洗涤，重复3次，置于60℃真空干燥箱干燥，得到含二氧化硅壳复合物；

将2.4g所述含二氧化硅壳复合物分散到150mL乙醇溶液中(乙醇含量98wt％)；取1g 3-氨丙基三甲氧基硅烷加入所得混合物中，用乙酸调整pH值至4，在60℃、1000rpm的转速下反应4h，将所得产物离心，取下层物质，洗涤后，在60℃真空干燥箱干燥，得到含亲水基团复合物；

将所述含亲水基团复合物在100℃真空干燥箱反应10min，使热可膨胀微球膨胀将壳层撑开，向所得产物中加入50mL乙醇，超声，抽滤，所得下层滤液置于60℃真空干燥箱干燥，得到二氧化硅Janus片；

将2.4g所述二氧化硅Janus片分散到150mL乙醇溶液(乙醇含量98wt％)中，向其中加入2g十二烷基三甲氧基硅烷，在60℃、pH值为4条件下搅拌反应4h，离心，用无水乙醇洗涤，重复3次，所得离心下层物质置于60℃真空干燥箱干燥，得到两亲Janus片状材料。

实施例3

称取0.3g热可膨胀微球120DU15，平均粒径10～20μm，起始膨胀温度90℃，分散到120mL无水乙醇中，加入150mg CTAB超声30min，加入40μLNaOH(30wt％)溶液超声5min分散均匀，每20min加入150μL的30％(V/V)TEOS乙醇溶液合计加入3次，使用磁力搅拌器(800rpm)搅拌24h，离心，用无水乙醇洗涤，重复3次，置于60℃真空干燥箱干燥，得到含二氧化硅壳复合物；

将0.48g所述含二氧化硅壳复合物分散到120mL乙醇溶液中(乙醇含量98wt％)，使其浓度为0.5wt％；取0.8g 3-氨丙基三甲氧基硅烷加入所得混合物中，使其浓度为0.83wt％，用乙酸调整pH值至4，在70℃、1000rpm的转速下反应4h，将所得产物离心，取下层物质，洗涤后，在60℃真空干燥箱干燥，得到含亲水基团复合物；

将所述含亲水基团复合物在100℃真空干燥箱反应10min，使热可膨胀微球膨胀将壳层撑开，向所得产物中加入50mL乙醇，超声，抽滤，所得下层滤液置于60℃真空干燥箱干燥，得到二氧化硅Janus片；

将0.48g所述二氧化硅Janus片分散到120mL乙醇溶液(乙醇含量98wt％)中，向其中加入0.9g十二烷基三甲氧基硅烷，在70℃、pH值为4条件下搅拌反应4h，离心，用无水乙醇洗涤，重复3次，所得离心下层物质置于60℃真空干燥箱干燥，得到两亲Janus片状材料。

表征及性能测试

1)对实施例1制备的两亲Janus片状材料进行SEM测试，所得结果见图2；由图2可知，所制备的两亲Janus片状材料具有明显的片状结构。

2)按照石油天然气行业标准SY/T5370-1999《表面及界面张力测定方法》采用光学接触角测量仪，使用悬滴法检测界面张力，使用去离子水将两亲Janus片状材料配置成浓度1000mg/L的分散液，油相使用航空煤油，在26℃的条件下测定两亲Janus片分散液与航空煤油间的界面张力，记录20min内界面张力的最低值和稳态值，结果如图3所示。

由图3可以看出，随着时间的增加，油水的界面张力不断下降。在600s时，油水界面张力变化较小，随着时间的变化，油水界面张力最后稳定在3.1Mn/m这说明制备的两亲型Janus片具有较好的降低界面张力的性能。

3)两亲Janus片状材料的驱油性能

采用单岩心驱替实验模拟两亲Janus片状材料的驱油情况，实验用水为模拟地层水，矿化度113373.386mg/L，其主要成分及浓度见表1；实验用油为模拟用油，使用长庆油田原油与航空煤油按照体积比为1:1的比例混合所得(密度0.8893g/cm³，粘度17.9mPa·s(50℃))；岩心为石英砂环氧树脂人造均质柱状岩心，几何尺寸

表1地层水离子组成

岩心基本物性测定基本步骤：

(1)将岩心置于烘箱中干燥24h；

(2)测量岩心的干重、直径、长度；

(3)将岩心置于真空罐中负压饱和模拟地层水；

(4)取出饱和水后的岩心用滤纸擦去岩心表面的水，称量岩心的湿重。

岩心驱替实验：

(1)按照图4依次连接好实验装置，将分别装有两亲Janus片状材料、模拟地层水、模拟油的中间容器(图4中虚框)置于恒温装置中升温至60℃稳定后开始后续测量，计算渗透率(K)：

式1中，K——岩心渗透率(μm²)；

Q——通过岩心的流量(cm³/s)；

A——岩心横截面积(cm²)；

L——岩心长度(cm)；

u——液体粘度(mpa·s)；

Pr1——上游折算压力(MPa)；

Pr2——下游折算压力(MPa)；

(2)将模拟油注入岩心中，建立原始含油饱和度，打开恒速泵，以1mL/min的流速，向岩心中注入模拟地层水，水驱至出口端含水量98％，记录注入量与压差，得到一次水驱采收率，所得结果见表2。

(3)使用模拟地层水配置浓度0.1％的两亲Janus片状材料分散液，以1mL/min流速注入岩心中，待到压力稳定，驱替到经济极限，记录注入量与压差，得到两亲Janus片状材料阶段的采收率，所得结果见表2。

表2岩心的参数以及实施例1制备的两亲Janus片状材料的驱油结果

由图5(横坐标为注入量(PV)，纵坐标为注入压力)可知，随着两亲Janus片状材料的注入，其压力变化较小，甚至出现了一定程度的下降，这可能是由于油藏岩石表面大多为油性润湿或混合性润湿，纳米级的两亲Janus片状材料进入岩石内部后通常将油性润湿的岩石表面转变为水湿的岩石表面或中性润湿的表面，从而有利于水驱的进行。纳米级的两亲Janus片状材料会在岩石/原油/注入液三相界面形成一个“楔形”状的区域通过布朗运动和静电作用产生向前运动的推动力，有效的将原油从岩石表面剥离下来，进而提高原油采收率。说明两亲Janus片状材料的洗油效率较高。本发明所制备的两亲Janus片状材料对低渗岩心有较好的增油效果。

由图6可知，随着两亲Janus片状材料的注入，其压力小幅度下降，注入性较好。两亲性Janus片状材料虽然具有一定降压增注、提高洗油效率的作用，但后续水驱压力梯度太小不足以迫使后续水驱进入低渗区实现对剩余油的有效驱替，波及体积提高较小，对于中高渗油藏，提高采收率较小。图5和图6采用不同岩心渗透率，所得两亲Janus片驱油的采收率不同，由图5和图6对比可知，本发明制备的两亲Janus片驱油适合低渗油藏。

4)按照石油天然气行业标准SY/T5370-1999《表面及界面张力测定方法》采用光学接触角测量仪，使用悬滴法检测界面张力，使用去离子水将实施例2制备的两亲Janus片状材料配置成浓度1000ppm的分散液，油相使用航空煤油，在25℃的条件下测定两亲Janus片分散液与航空煤油间的界面张力，记录20min内界面张力的最低值和稳态值，结果如图7所示。由图7可以看出，随着时间的增加，油水的界面张力不断下降。在500s时，油水界面张力变化较小，随着时间的变化，油水界面张力最后稳定在4.9Mn/m这说明制备的两亲型Janus片具有较好的降低界面张力的性能。

5)按照上述3)的方法测试实施例2制备的两亲Janus片状材料的驱油性能，所得结果见表3和图8～9。

表3实施例2制备的两亲Janus片状材料的驱油结果

由表3和图8可知，随着两亲Janus片状材料的注入其压力变化较小，甚至出现了一定程度的下降这可能是由于油藏岩石表面大多为油性润湿或混合性润湿，纳米级的两亲Janus片状材料进入岩石内部后通常将油性润湿的岩石表面转变为水湿的岩石表面或中性润湿的表面，从而有利于水驱的进行。纳米级的两亲Janus片状材料会在岩石/原油/注入液三相界面形成一个“楔形”状的区域通过布朗运动和静电作用产生向前运动的推动力，有效的将原油从岩石表面剥离下来，进而提高原油采收率。说明两亲Janus片状材料的洗油效率较高。两亲Janus片状材料对低渗岩心有较好的增油效果。

由图9可知，随着两亲Janus片状材料的注入其压力小幅度下降，注入性较好。两亲性Janus片状材料虽然具有一定降压增注、提高洗油效率的作用，但后续水驱压力梯度太小不足以迫使后续水驱进入低渗区实现对剩余油的有效驱替，波及体积提高较小，对于中高渗油藏，提高采收率较小。

5)按照石油天然气行业标准SY/T5370-1999《表面及界面张力测定方法》采用光学接触角测量仪，使用悬滴法检测界面张力，使用去离子水将实施例3制备的两亲Janus片状材料配置成浓度1000ppm的分散液，油相使用航空煤油，在27℃的条件下测定两亲Janus片分散液与航空煤油间的界面张力，记录20min内界面张力的最低值和稳态值，结果如图10所示。由图10可以看出，随着时间的增加，油水的界面张力不断下降。在700s时，油水界面张力变化较小，随着时间的变化，油水界面张力最后稳定在6.9Mn/m这说明制备的两亲型Janus片状材料具有较好的降低界面张力的性能。

6)按照上述3)的方法测试实施例3制备的两亲Janus片状材料的驱油性能，所得结果见图11～12。

由图11可知，随着两亲Janus片状材料的注入其压力变化较小，甚至出现了一定程度的下降这可能是由于油藏岩石表面大多为油性润湿或混合性润湿，纳米级的两亲Janus片状材料进入岩石内部后通常将油性润湿的岩石表面转变为水湿的岩石表面或中性润湿的表面，从而有利于水驱的进行。纳米级的两亲Janus片状材料会在岩石/原油/注入液三相界面形成一个“楔形”状的区域通过布朗运动和静电作用产生向前运动的推动力，有效的将原油从岩石表面剥离下来，进而提高原油采收率。说明两亲Janus片状材料的洗油效率较高。两亲Janus片状材料对低渗岩心有较好的增油效果。

由图12可知，随着两亲Janus片状材料的注入其压力小幅度下降，注入性较好。两亲性Janus片状材料虽然具有一定降压增注、提高洗油效率的作用，但后续水驱压力梯度太小不足以迫使后续水驱进入低渗区实现对剩余油的有效驱替，波及体积提高较小，对于中高渗油藏，提高采收率较小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种两亲Janus片状材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将热可膨胀微球分散液、模板剂、碱性催化剂和硅源混合，进行缩聚，得到含二氧化硅壳复合物；所述模板剂为十六烷基三甲基溴化铵；所述热可膨胀微球分散液中热可膨胀微球具有核壳结构；所述热可膨胀微球的内核填充烷烃类气体，外壳为热塑性丙烯酸聚合物；

将所述含二氧化硅壳复合物、含亲水基团的硅烷偶联剂、第一分散剂和第一pH调节剂混合，进行接枝，得到含亲水基团复合物；

将所述含亲水基团复合物进行热膨胀，得到二氧化硅Janus片；

将所述二氧化硅Janus片、含亲油基团的硅烷偶联剂、第二分散剂和第二pH调节剂混合，进行缩合，得到两亲Janus片状材料；

所述两亲Janus片状材料包括二氧化硅片以及分布于所述二氧化硅片两侧的亲水基团与亲油基团。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱催化剂包括氢氧化钠；所述硅源包括正硅酸乙酯。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热可膨胀微球分散液中热可膨胀微球和模板剂的质量比为200:(150~300)；所述热可膨胀微球、碱性催化剂和硅源的用量比为200mg:40~100μL:100~600μL；所述碱催化剂的质量浓度为30wt%，所述硅源的体积浓度为30%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含亲水基团的硅烷偶联剂为X-Si(OR)₃，其中，X为亲水基团，-OR为水解基团；所述亲水基团为氨丙基或巯丙基；所述水解基团为-OCH₃或-OCH₂CH₃。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述含二氧化硅壳复合物和含亲水基团的硅烷偶联剂的质量比为(0.1~5):(0.5~1)；所述接枝的温度为20~80℃，时间为2~6h，所述接枝的pH值为3.5~5.5或9.0~10.0。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热膨胀的温度≥所述热可膨胀微球的起始膨胀温度。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含亲油基团的硅烷偶联剂为Y-Si(OR)₃，其中，Y为亲油基团，-OR为水解基团；所述亲油基团为长链烷基或苯基；所述水解基团为-OCH₃或-OCH₂CH₃。

8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅Janus片和含亲油基团的硅烷偶联剂的质量比为(0.1~5):(0.5~1)；所述缩合的温度为20~80℃，时间为2~6h，所述缩合的pH值为3.5~5.5或9.0~10.0。

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