一種驅(qū)油用添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種添加了親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系及其制備方法，屬于油氣田開發(fā)工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]化石燃料的燃燒將產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，而二氧化碳的隨意排放將導(dǎo)致溫室效應(yīng)，危害著人類的氣候安全。隨著人們對于二氧化碳減排要求的日益提高，二氧化碳的埋存與利用技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注。
[0003]二氧化碳與地層中的原油能夠發(fā)生相互作用，起到降低原油粘度、提高原油彈性能量的作用，且相比氮氣、空氣及甲烷氣體，二氧化碳與原油的混相壓力低，在油田開發(fā)領(lǐng)域中是一種較為理想的驅(qū)油劑。因此，將二氧化碳利用到原油的開采過程中，既可以起到減排的作用，又能提高原油的采收率，具有良好的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。而由于二氧化碳在地層條件下粘度低，與原油的流度比大，加之許多地層具有非均質(zhì)的特征，因此在驅(qū)油過程中易發(fā)生氣竄現(xiàn)象，造成對地層中原油的波及系數(shù)低，從而降低了二氧化碳的驅(qū)油效率。泡沫可以降低氣體的流度，且對高滲地層具有選擇性封堵的作用，能夠較好的解決以上問題。常規(guī)的二氧化碳泡沫起泡劑主要成分為表面活性劑，而普通表面活性劑的耐溫、耐鹽性能較差，在地層中的高溫高礦化度條件下穩(wěn)定性較差，不能形成質(zhì)量較高的二氧化碳泡沫。劉燁，華慶長油藏0)2驅(qū)泡沫體系評價研究，西安石油大學(xué)，2012年，該論文研究了溫度、礦化度等因素對由表面活性劑產(chǎn)生的二氧化碳泡沫穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，表面活性劑ZY-1產(chǎn)生的二氧化碳泡沫在氯化鈉(NaCl)濃度為1%時半衰期為9.17min，在溫度為60°C時半衰期僅為6.67min。
[0004]針對這一問題，有研究者提出通過添加疏水型納米顆粒來提高二氧化碳泡沫在地層中的穩(wěn)定性。李兆敏等，S12納米顆粒與SDS對CO2泡沫的協(xié)同穩(wěn)定作用，東北石油大學(xué)學(xué)報，2014年6月，第3期，該文獻(xiàn)研究了疏水型二氧化硅納米顆粒與陰離子型表面活性劑對二氧化碳泡沫的穩(wěn)定效果。結(jié)果表明，在S12質(zhì)量濃度為1.5%，SDS濃度為0.25時得到的二氧化碳泡沫半衰期可達(dá)到37.2min。然而，疏水型納米顆粒成本較高，且由于疏水程度強(qiáng)，在水中分散難度大，制備成的起泡劑溶液分散穩(wěn)定性較差，因此在油田現(xiàn)場應(yīng)用中可能將面臨諸多施工工藝問題。
[0005]單一親水型納米顆粒分散液無法起到穩(wěn)定泡沫的作用，但由于其表面能夠被部分表面活性劑吸附而產(chǎn)生協(xié)同作用，因此在與部分表面活性劑合適的配比下，親水型納米顆粒也能夠起到提高二氧化碳泡沫耐溫、耐鹽性能的作用。此外，由于親水型納米顆粒成本遠(yuǎn)低于疏水型納米顆粒，且易于在水中分散，因此，在油田現(xiàn)場中實用價值較高，具有較好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系及其制備方法。
[0007]術(shù)語說明:
[0008]親水型二氧化硅納米顆粒:二氧化硅納米顆粒表面使用硅烷醇進(jìn)行改性，改性后使得納米顆粒表面帶有不同密度的硅烷醇基團(tuán)，從而呈現(xiàn)出不同程度的疏水性能，硅烷醇密度越大，顆粒親水性能越強(qiáng)，該親水型二氧化硅納米顆粒為常規(guī)市購產(chǎn)品。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系，包括原料質(zhì)量份組成如下:
[0011]非離子表面活性劑0.1-0.3份，親水型納米顆粒1-2份，無機(jī)鹽0.01-0.2份，二氧化碳0.2-0.8份，水100份。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的非離子表面活性劑為月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(C12E9P3)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的親水型納米顆粒為親水型二氧化硅納米顆粒；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的親水型納米顆粒粒徑為15-50nm，表面硅烷醇基團(tuán)密度l-2/nm2，與水的接觸角為 38-60° ο
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的無機(jī)鹽為氯化鈉。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系，包括原料質(zhì)量份組成如下:
[0016]月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1-0.3份，親水型二氧化硅納米顆粒1-2份，氯化鈉0.01-0.2 份，二氧化碳 0.2-0.8 份，水 100 份。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系，包括原料質(zhì)量份組成如下:
[0018]月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1份，親水型二氧化硅納米顆粒1.5份，氯化鈉0.2份，二氧化碳0.2-0.8份，水100份。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，上述添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系的制備方法，包括步驟如下:
[0020](I)按照配比將親水型納米顆粒加入到水中并攪拌均勻，然后依次加入非離子表面活性劑和無機(jī)鹽，超聲分散3-5min ;
[0021](2)向步驟(I)得到的體系中持續(xù)通入二氧化碳2-5min，然后以7000_9000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3-5min min，即得。
[0022]本發(fā)明所述的親水型二氧化硅納米顆粒，可市場購得，也可按現(xiàn)有技術(shù)制備得到。
[0023]本發(fā)明的原理:
[0024]親水型納米顆粒由于親水性能過強(qiáng)，大部分位于液相中，不能吸附到氣液界面，因而無法起到穩(wěn)定泡沫的作用。月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的極性基團(tuán)與納米顆粒表面的硅羥基可通過氫鍵作用形成吸附，使得納米顆粒疏水性能增強(qiáng)，能夠吸附到氣液界面上，從而對泡沫起到穩(wěn)定作用。而當(dāng)月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚濃度過高時，在范德華力的作用下，表面活性劑之間會在顆粒表面形成雙層吸附，使得顆粒親水性能增強(qiáng)，失去了穩(wěn)泡的作用。因此，只有在合適的配比下，二者才能對二氧化碳泡沫起到協(xié)同穩(wěn)定的作用。
[0025]相比氮氣及空氣，二氧化碳在水中的溶解度較大，在液相中擴(kuò)散速度較快，加劇了二氧化碳泡沫的歧化作用，導(dǎo)致二氧化碳泡沫相比氮氣及空氣泡沫更為不穩(wěn)定。而納米顆粒由于尺寸遠(yuǎn)大于表面活性劑，當(dāng)其吸附到氣液界面上時能夠減小二氧化碳與液相的接觸面積，從而減弱了歧化作用，增強(qiáng)了泡沫的穩(wěn)定性。此外，納米顆粒的加入能夠增加液相的粘度，從而減緩了泡沫的排液速度。而適量氯化鈉的加入能夠降低納米顆粒的表面電勢，減小了顆粒間的靜電斥力，使得顆粒在氣液界面上的排布更加緊密，進(jìn)一步提高了二氧化碳泡沫的穩(wěn)定性。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)良技術(shù)效果:
[0027]1、通過與非離子表面活性劑的復(fù)配，使無法獨立穩(wěn)泡的親水型納米顆粒獲得穩(wěn)泡性能。二氧化碳在液相中擴(kuò)散速率較快，因此二氧化碳泡沫的歧化作用相比其他氣體形成的泡沫更為明顯，而由于納米顆粒相比于表面活性劑的尺寸較大，當(dāng)其吸附于氣液界面時能夠減小二氧化碳與液相的接觸面積，減弱了泡沫的歧化作用，大幅提升了二氧化碳泡沫的穩(wěn)定性。
[0028]2、親水型納米顆粒具有固體顆粒的特點，耐溫、耐鹽性能較強(qiáng)，使二氧化碳泡沫在高溫、高鹽的地層條件下依然具有較好的穩(wěn)定性，發(fā)揮其驅(qū)油的優(yōu)勢。
[0029]3、親水型納米顆粒相比地層孔喉尺寸較小，能夠自由運移，不會對地層造成傷害；此外，親水型納米顆粒易于在水中分散，起泡劑體系制備方法及現(xiàn)場施工工藝簡單，且相比疏水性納米顆粒成本低廉，更易于在油田推廣應(yīng)用。
【具體實施方式】
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[0030]以下為結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做的進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例所涉及的范圍。
[0031]實施例中所用原料均為常規(guī)原料，所用設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備。
[0032]其中:親水型二氧化硅納米顆粒，廣州市華立森貿(mào)易有限公司有售。
[0033]實施例1:
[0034]—種添加親水型納米顆粒的二氧化碳泡沫體系，包括原料質(zhì)量份組成如下:
[0035]月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(C12E9P3)0.15g，親水型二氧化硅納米顆粒(平均粒徑16nm，表面硅烷醇密度1.5/nm2，與水的接觸角為38.8° ) 1.5g，氯化鈉(NaCl) 0.2g，二氧化碳0.5g，蒸饋水10g0
[0036]制備方法如下:
[0037](I)將親水型二氧化硅納米顆粒加入到蒸餾水中并攪拌均勻，依次加入月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(C12E9P3)和氯化鈉(NaCl)，使用超聲波分散儀對混合體系進(jìn)行超聲分散3min ；
[0038](2