一种纳米二氧化硅驱油剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米二氧化硅驱油剂及其制备方法和应用。所述纳米二氧化硅驱油剂采用方案Ⅰ或方案Ⅱ制备而成；方案Ⅰ：将二氧化硅前驱体加入至溶剂中，加入表面活性剂并搅拌，形成稳定的分散液，然后加入有机硅修饰剂，调节pH为12‑13，并于40~80℃下反应2~5 h即得；方案Ⅱ：将表面活性剂和有机硅修饰剂依次加入到溶剂中，于20~80℃下搅拌均匀，形成稳定的分散液，然后将二氧化硅前驱体加入到其中，调节pH为12‑13，并于40~80℃下反应2~5 h即得。本发明专利技术有机硅修饰的纳米二氧化硅是具有双亲性的纳米分散液，粒径2‑10nm，用于油田（包括渗透率极低的油田）的注水井和采油井，可改变岩石的润湿性和降低油水界面张力，降压增注，提高原油采收率。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅驱油剂及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种纳米二氧化硅驱油剂及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米二氧化硅作为无机纳米颗粒中的重要一员，具有表面活性高、羟基含量多、易表面功能化和环境友好等优点，在制备Pickering乳液、三次驱油等应用领域备受科研工作者的青睐。采用液相法制备的纳米二氧化硅及以有机硅为前驱体采用气相法制备的纳米二氧化硅极易产生团聚，难以在溶液中稳定分散。利用表面改性技术可在一定程度上阻止纳米颗粒的团聚，并提升其分散性，但是改性后的纳米二氧化硅仍往往以聚集态存在(聚集尺寸>100nm)，很难实现在一些苛刻条件下的使用(如渗透率<10-3μm2的低渗透油藏)。因此需要开发小尺寸的表面改性纳米二氧化硅分散液以满足应用需求。目前，双亲性纳米二氧化硅(如Janus结构纳米材料)作为驱油剂的研究也取得了一些较好的进展，但其制备方法仍然受到界面保护、自组装等现有繁琐技术的限制，产品尺寸大且成本高。以二氧化硅为载体，通过“表面改性技术”结合“化学破碎”方法制备Janus结构材料制备双亲性的Janus结构纳米二氧化硅(申请号为201710223567.9)，但是制备过程中需要经过加酸沉淀、纯水洗涤、表面改性、加大量碱性物质化学破碎，过程复杂且造成资源浪费。本专利技术提供了一种简单的纳米驱油剂的制备方法，通对有机硅化合物与硅酸钠直接水解反应，形成部分为疏水碳链、部分为亲水硅羟基的双亲性纳米二氧化硅分散液，具有降低水油界面张力，调节岩石表面润湿性的功能，过程简单、绿色环保。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供了一种纳米二氧化硅驱油剂的制备方法。该方法将有机硅化合物接枝在硅酸酯或硅酸钠水解产生的原硅酸低聚合度的二氧化硅表面，形成部分为疏水碳链、部分为亲水硅羟基的双亲性纳米二氧化硅分散液作为驱油剂。本专利技术的纳米二氧化硅驱油剂，纳米二氧化硅颗粒很小，在表面活性剂的协助作用下，稳定分散于水基工作液中；双亲性的纳米微粒在油藏的微孔道中，可在岩石表面吸附，调节润湿性；同时具有降低油水界面张力和形成Pickering乳液的特性，可达到乳化、稳定原油目的，从而提高原油采收率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：采用以下方案Ⅰ或方案Ⅱ制备而成；方案Ⅰ：将二氧化硅前驱体加入至溶剂A中，并于20～80℃搅拌均匀；然后加入表面活性剂并搅拌，形成稳定的分散液Ⅰ；最后将有机硅修饰剂加入至所述分散液Ⅰ中，调节pH值为12-13，并于40～80℃下反应2～5h，即得；方案Ⅱ：将表面活性剂和有机硅修饰剂依次加入到溶剂B中，于20～80℃下搅拌均匀，形成稳定的分散液Ⅱ；然后将二氧化硅前驱体加入到所述分散液Ⅱ中，调控pH值为12-13，并于40～80℃下反应2～5h，即得。优选的，二氧化硅前驱体的加入量以二氧化硅计，其中二氧化硅、有机硅修饰剂及表面活性剂的摩尔比为1:(0.05～1):(0.02～0.5)。优选的，所述二氧化硅前驱体为硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸酯中的一种或两种以上。具体的，二氧化硅前驱体的加入量以二氧化硅计，水解体系中二氧化硅的浓度(即在方案Ⅰ中，二氧化硅在分散液Ⅰ中的浓度；在方案Ⅱ中，二氧化硅在分散液Ⅱ中的浓度)为0.1～1.7mol/L。进一步优选的，所述硅酸钠或偏硅酸钠模数为1～3.5；硅酸酯为Si(OR)4，其中R为C1-C4的碳链化合物。优选的，所述溶剂A或溶剂B为水、C2～C5醇中的一种或两种以上。优选的，有机硅修饰剂为一种或多种有机硅化合物，所述有机硅化合物为氯硅烷、硅氮烷或R’nSi(OR”)4-n，其中R’为甲基、乙基、乙烯基及其他含活性官能团的烷基中的一种或两种以上，R”为C1-C16的碳链化合物；如：十六烷基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、二甲基二乙基硅烷、六甲基二硅氮烷。优选的，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂，如：十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、三氯氰胺。优选的，用NaOH、NaHCO3或其他质子酸、质子碱来调控pH值。采用上述方法制备得到的纳米二氧化硅驱油剂，纳米二氧化硅的粒径为3～10nm，可稳定分散于水相中。上述纳米二氧化硅驱油剂可用于低渗透油田注水井注水采油(二次采油)，它可在油藏环境诱导下，双亲性纳米二氧化硅吸附钉扎在岩石表面，将亲水表面转变成疏水表面，从而减少注水阻力、降低注水压力，进而达到增加原油产量的目的。所述纳米二氧化硅驱油剂也可作为化学剂用于油藏的三次采油，可提高对原油的剥离效率，从而提高采收率。本专利技术所述二氧化硅前驱体分散于低表面能的分散介质中，有机修硅饰剂可与二氧化硅分散液混溶并发生脱水缩合反应，消耗二氧化硅表面部分硅羟基，二氧化硅表面部分为有机硅修饰剂改性以呈现疏水性，另一部分为保留的硅羟基以呈现亲水性，并在一定调节下(如调节pH值、接触到可与硅羟基反应的活性基团)可进一步参加缩合反应。所制备的二氧化硅具有两种不同表面性质，可在不同润湿性表面进行定向吸附，从而展现出了一些特殊性能(如Janus纳米颗粒的双向调节作用)。和现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术以硅酸钠、偏硅酸钠或硅酸酯为二氧化硅前驱体，表面活性剂用于降低分散介质表面张力，从而有利于达到有机硅修饰剂与二氧化硅的充分反应；2.本专利技术制备方法省略了常规方法先利用强酸或强酸弱碱盐中和沉淀生成纳米二氧化硅，再进行纯化、干燥和再分散等过程，可大大节省了生产成本，并无无机盐等副产物产生；3.采用本专利技术制备的纳米二氧化硅驱油剂具有很好的水分散性，在水中的粒径小于10nm，且可稳定分散30天以上；4.采用本专利技术制备的纳米二氧化硅驱油剂可在不同极性表面重新组装，将亲水性玻璃片表面润湿性转变为疏水性、疏水性玻璃片表面润湿性转变为亲水性；5.本专利技术的纳米二氧化硅驱油剂可用于调控低渗透油藏岩石孔隙表面润湿性，从而实现降压增注和高效驱油的目的；6.本专利技术的纳米二氧化硅驱油剂用于油藏的三次采油，可提高对原油的剥离效率，从而提高采收率。附图说明图1为实施例1所得到的纳米二氧化硅驱油剂及其稀释液照片；图2为实施例2所制备纳米二氧化硅驱油剂的透射电镜图；图3为实施例2和实施例3所制备纳米二氧化硅驱油剂的激光粒度分布图；图4为实施例4所制备纳米二氧化硅驱油剂的透射电镜图；图5为实施例4所制备纳米二氧化硅驱油剂的激光粒度分布图；图6为实施例4所制备纳米二氧化硅驱油剂的在亲水和疏水玻璃片表面定向吸附后的水接触角变化；图7为实施例4所制备纳米二氧化硅驱油剂的对低渗透岩心的降压增注作用图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术进行进一步说明，但所述实施例旨在解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，实施例中未注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米二氧化硅驱油剂的制备方法，其特征在于，采用以下方案Ⅰ或方案Ⅱ制备而成；/n方案Ⅰ：将二氧化硅前驱体加入至溶剂A中，并于20~80℃搅拌均匀；然后加入表面活性剂并搅拌，形成稳定的分散液Ⅰ；最后将有机硅修饰剂加入至所述分散液Ⅰ中，调节pH值为12-13，并于40~80℃下反应2~5 h，即得；/n方案Ⅱ：将表面活性剂和有机硅修饰剂依次加入到溶剂B中，于20~80℃下搅拌均匀，形成稳定的分散液Ⅱ；然后将二氧化硅前驱体加入到所述分散液Ⅱ中，调控pH值为12-13，并于40~80℃下反应2~5 h，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅驱油剂的制备方法，其特征在于，采用以下方案Ⅰ或方案Ⅱ制备而成；
方案Ⅰ：将二氧化硅前驱体加入至溶剂A中，并于20~80℃搅拌均匀；然后加入表面活性剂并搅拌，形成稳定的分散液Ⅰ；最后将有机硅修饰剂加入至所述分散液Ⅰ中，调节pH值为12-13，并于40~80℃下反应2~5h，即得；
方案Ⅱ：将表面活性剂和有机硅修饰剂依次加入到溶剂B中，于20~80℃下搅拌均匀，形成稳定的分散液Ⅱ；然后将二氧化硅前驱体加入到所述分散液Ⅱ中，调控pH值为12-13，并于40~80℃下反应2~5h，即得。


2.根据权利要求1所述纳米二氧化硅驱油剂的制备方法，其特征在于，二氧化硅前驱体的加入量以二氧化硅计，其中，二氧化硅、有机硅修饰剂及表面活性剂的摩尔比为1:（0.05~1）:（0.02~0.5）。


3.根据权利要求1所述纳米二氧化硅驱油剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅前驱体为硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸酯中的一种或两种以上。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小红，张治军，刘培松，董彦宇，牛利永，吴志申，刘维民，
申请(专利权)人：河南大学，河南河大纳米材料工程研究中心有限公司，中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41