一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法，該納米磁流體是以經(jīng)表面修飾劑修飾的Fe3O4粒子為磁性顆粒，水為載液組成的；本發(fā)明還涉及上述納米磁流體的制備方法。本發(fā)明的納米磁流體水化穩(wěn)定性較好，粒徑分布窄，摩爾磁化率較高，制備原料低廉，制備工藝簡易，適于工業(yè)化生產(chǎn)，可用于儲(chǔ)層或裂縫監(jiān)測領(lǐng)域。
【專利說明】一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水力壓裂過程中，用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法，屬于材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]全球許多大型高滲油氣田已經(jīng)進(jìn)入開采后期，低滲透油氣田的油氣資源有望成為世界未來能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的持續(xù)動(dòng)力，而這些致密儲(chǔ)層中的油氣需要經(jīng)過水力壓裂才能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效地開采。油氣井經(jīng)過水力壓裂作業(yè)后，油氣產(chǎn)量得到有效提升。為了評(píng)估壓裂作業(yè)后實(shí)際的裂縫狀態(tài)和指導(dǎo)優(yōu)化以后的壓裂作業(yè)工藝，作業(yè)公司需要獲得水力裂縫延伸狀況，幾何形態(tài)和尺寸、方位等諸多信息，所以裂縫監(jiān)測是一種十分有效的方法。
[0003]現(xiàn)有用于壓裂監(jiān)測的主要手段是微地震技術(shù)。這種方法主要利用的是壓裂中裂縫延伸過程中產(chǎn)生的地震波，監(jiān)測到的裂縫數(shù)據(jù)并不是十分準(zhǔn)確。為此，國內(nèi)外研究人員開展了大量工作，致力于研究出一種更加準(zhǔn)確裂縫監(jiān)測方法。例如CN103244103A提出一種利用納米磁流體進(jìn)行水力裂縫實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，將納米磁流體和壓裂液混合注入裂縫中，利用井下和地面的發(fā)射和接受裝置發(fā)射接收信號(hào)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理監(jiān)測出飽和納米磁流體裂縫的參數(shù)，如形態(tài)、尺寸、方位等。這種方法可以精確定量地確定裂縫參數(shù)，有著較好的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有納米磁流體制備方法中，步驟復(fù)雜，需求高溫高壓儀器設(shè)備，產(chǎn)量小，成本較高，不適合裂縫監(jiān)測中需要大量使用的情況。目前，沒有專門用于壓裂裂縫監(jiān)測用納米磁流體的制備技術(shù)。因此，需要一種制備過程簡單，設(shè)備要求簡易，原材料便宜，制備成本低的可用于大規(guī)模生產(chǎn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，是以經(jīng)表面修飾劑修飾的Fe3O4粒子為磁性顆粒，水為載液組成的；所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為10?25nm，所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為290?450cm3/mol,所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為18?30wt.% ;所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；所述的表面修飾劑與Fe3O4粒子的摩爾比為(0.1?0.8):1。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為12?15nm。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為420?450cmVmol。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為20?22wt.%。
[0011]一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，包括步驟如下:
[0012](I)按Fe2+/Fe3+摩爾比例為0.6?0.8將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽溶于去離子水中攪拌均勻，所述的Fe3+的濃度為0.15~0.25mol/L ；
[0013](2)攪拌條件下按0H7Fe3+摩爾比為4.2~4.6加入堿溶液進(jìn)行沉淀，40~50°C反應(yīng)20~40min，調(diào)節(jié)pH至5~7，得Fe3O4粒子；
[0014](3)按表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.1~0.8):1加入表面修飾劑溶液，80~90°C熟化0.5~2h，所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；磁力分離出固相顆粒，移去上清液，將固相顆粒去離子水洗滌后分散在去離子水中，攪拌均勻，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中所述的Fe2YFe3+摩爾比例為0.7，所述的Fe3+的濃度為0.2mol/L，所述的二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或硫酸亞鐵銨，所述的三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵，所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中所述的0H7Fe3+摩爾比為4.4，反應(yīng)溫度為50°C，攪拌速率為800r/min。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中所述的表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.2~
0.4):1，85°C熟化 Ih ；
[0018]更優(yōu)選的，磁力分離磁納米粒子，用去離子水洗滌磁納米粒子3~5遍，按磁納米粒子的濃度為20wt.%均勻分散于去離子水中，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
[0019]本發(fā)明所述的納米磁流體作為造影劑用于壓裂裂縫監(jiān)測。
[0020]本發(fā)明納米磁流體注入儲(chǔ)層或裂縫中可以大大增強(qiáng)納米磁流體覆蓋區(qū)域的磁化系數(shù)，作為一種造影劑用于表征儲(chǔ)層或裂縫的一系列特征，包括儲(chǔ)層參數(shù)，層間非均質(zhì)性，裂縫尺寸、形狀、走向等特征。表面修飾劑的作用在于通過吸附到Fe3O4粒子表面，表面修飾劑上所帶電荷因靜電排斥作用保持Fe3O4粒子的穩(wěn)定。
[0021]納米磁流體的制備原理:
[0022]將反應(yīng)物二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽溶于水中，維持在一定的溫度下。緩慢加入沉淀劑，在一定的攪拌速率下保證生成的磁性粒子粒徑維持在一個(gè)較窄的分布范圍內(nèi)。反應(yīng)完全后,加入表面修飾劑對磁性粒子的表面進(jìn)行改性,使其具有強(qiáng)親水性和較好的穩(wěn)定性。
[0023]納米Fe3O4化學(xué)共沉淀反應(yīng)的基本方程式為:
[0024]2Fe3++Fe2++80r=Fe3O4 丨 +4H20
[0025]納米磁流體作為造影劑的原理:
[0026]將納米磁流體注入地層或裂縫中，可以增強(qiáng)覆蓋區(qū)域的相對磁導(dǎo)率，更容易對外加磁場作出響應(yīng)。
[0027]當(dāng)納米磁流體的固相體積分?jǐn)?shù)較小時(shí)(<5%)，為了簡便計(jì)算可以忽略顆粒之間的相互作用。納米磁流體的磁化系數(shù)可用Langevin公式計(jì)算，
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于該納米磁流體是以經(jīng)表面修飾劑修飾的Fe3O4粒子為磁性顆粒，水為載液組成的；所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為10?25nm，所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為290?450cm3/mol，所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為18?30wt.%;所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；所述的表面修飾劑與Fe3O4粒子的摩爾比為(0.1?0.8):1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為12?15nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為420?450cm3/mol。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為20?22wt.%。
5.一種權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，包括步驟如下: (1)按Fe27Fe3+摩爾比例為0.6?0.8將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽溶于去離子水中攪拌均勻，所述的Fe3+的濃度為0.15?0.25mol/L ； (2)攪拌條件下按0H7Fe3+摩爾比為4.2?4.6加入堿溶液進(jìn)行沉淀，40?50°C反應(yīng)20?40min,調(diào)節(jié)pH至5?7,得Fe3O4粒子； (3)按表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.1?0.8):1加入表面修飾劑溶液，80?90°C熟化0.5?2h，所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；磁力分離出固相顆粒，移去上清液，將固相顆粒去離子水洗滌后分散在去離子水中，攪拌均勻，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的Fe2YFe3+摩爾比例為0.7，所述的Fe3+的濃度為0.2mol/L，所述的二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或硫酸亞鐵銨，所述的三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵，所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的0H7Fe3+摩爾比為4.4，反應(yīng)溫度為50°C，攪拌速率為800r/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.2?0.4):1，85°C熟化Ih。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(3)中磁力分離磁納米粒子后，用去離子水洗滌磁納米粒子3?5遍，按磁納米粒子的濃度為20wt.%均勻分散于去離子水中，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
10.權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的納米磁流體作為造影劑用于壓裂裂縫監(jiān)測。
【文檔編號(hào)】G01V3/08GK103824671SQ201410091172
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】羅明良, 孫濤, 溫慶志, 劉飛, 郭燁, 楊國威, 呂子龍, 李楠 申請人:中國石油大學(xué)(華東)