碳基活性纳米颗粒及其制备方法以及碳基活性纳米流体及应用技术

本发明专利技术涉及纳米颗粒与高效驱油剂技术领域，公开了一种碳基活性纳米颗粒及其制备方法以及碳基活性纳米流体及应用。所述碳基活性纳米颗粒包括碳骨架以及连接在所述碳骨架上的功能基团，所述功能基团包括

【技术实现步骤摘要】
碳基活性纳米颗粒及其制备方法以及碳基活性纳米流体及应用


[0001]本专利技术涉及纳米颗粒与高效驱油剂
，具体涉及一种碳基活性纳米颗粒及其制备方法以及碳基活性纳米流体及应用。

技术介绍

[0002]在新增油气资源储量占比中，低渗/特低渗油藏为重要的接替能源。然而，低渗/特低渗油藏存在低孔(<10％)、低渗(<10mD)、基质孔喉细小(原油主要赋存空间直径<1μm)等问题，致使微纳尺度孔喉内原油动用困难。纳米颗粒可以降低油水界面张力、改善润湿性、产生结构分离压等作用，使得纳米流体驱油在低渗/特低渗油藏具有广阔的应用前景。
[0003]然而，常规纳米颗粒粒径普遍大于15nm，表面活性位点单一改性受限，改性后耐温不超过120℃，耐盐不超过8
×
104ppm，且不耐硬水。碳基纳米颗粒由碳碳共价键构成，键可弯曲，使其具有超小尺寸(<10nm)；且化学键能较高，在高温下大分子链不易断裂，可耐200℃高温。表面亲水基团种类丰富，密度高，便于功能化的同时使其可耐20
×
104mg/L矿化度水。所以，针对高温高盐特低渗等苛刻条件，碳基纳米颗粒较常规纳米颗粒更具优势。
[0004]报道中针对碳基纳米颗粒的合成方法有很多，比如电弧放电法、激光消融法、电化学法、模板法、微波法等。其中，电弧放电法副反应产物较多；激光消融法仪器昂贵，且后续纯化困难；电化学法产物易团聚；模板法所用模板与碳基纳米颗粒后续分离困难；微波法产物尺寸不均。<br/>[0005]水热法可以一步反应得到碳基纳米颗粒，且由于其原料来源广、操作简单、产率高、流程短、合成产物粒径均一、可公斤级量产，在油田开发领域具有非常广阔的工业化应用前景。
[0006]CN108690609A公开了一种水溶或油溶性碳点及荧光碳点的合成方法，以有机酸、有机胺、醇/酚、烯/炔、噻吩、吡咯等各种有机分子为碳源或杂原子前体，采用离子热法，在邮件溶剂中，以无水氯化锌为热解促进剂，以类似有机合成的方式制备水溶或油溶性碳点；通过调控反应前体，直接得到近紫外、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色等不同发光的碳点。但是，所合成碳点并未应用于石油工程领域，且并未对碳点的耐温抗盐性做过多研究。
[0007]常规方法合成的碳基纳米颗粒表面亲水基团种类丰富，密度高，使其具有本征分散性与耐盐性，但耐高价钙镁能力有待进一步提升；同时表面强亲水性限制了其油水界面活性。因此，通过官能团调控碳基纳米颗粒表面物化性质与亲水/亲油平衡，专利技术一种抗高温高盐、高界面活性、小尺寸自分散碳基纳米流体，对低渗/特低渗高温高盐油田高效开发具有重要意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的碳基纳米流体耐温性能差、耐盐性能尤其是耐高价阳离子性能差，油水界面活性低的问题，提供一种碳基活性纳米颗粒及其制备
方法以及碳基活性纳米流体及应用，该碳基活性纳米流体填补了在采油领域应用的空白，且能够提高低渗、特低渗高温高盐油藏采收率。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种碳基活性纳米颗粒，其中，所述碳基活性纳米颗粒包括碳骨架以及连接在所述碳骨架上的功能基团，所述功能基团包括
‑
CON(C2H4NH2)H或
‑
CON(C4H8N2H4)2、式(1)所示的基团和式(2)所示的基团中的一种或多种；
[0010][0011]其中，R1为C7‑
C
11
的亚烷基，R2为C
10
‑
C
14
的次烷基；
[0012][0013]其中，R3为C
14
‑
C
20
的烷基。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种碳基活性纳米颗粒的制备方法，其中，所述的制备方法包括：
[0015](1)以超纯水作为溶剂，碳源、氮源作为溶质，在水热反应釜中进行接触反应，得到暗红棕色生成物溶液；所述碳源具有式(5)和/或式(6)所示的单体，所述氮源具有式(7)和/或式(8)所示的单体；
[0016](2)将所述生成物溶液超声后进行过滤和透析处理，得到式(9)所示的中间产物碳基纳米颗粒；
[0017](3)将式(9)所示的中间产物与瓢儿菜酰胺丙基甜菜碱和/或十八烷基二甲基甜菜碱进行改性处理，得到碳基活性纳米颗粒；
[0018][0019][0020]本专利技术第三方面提供了一种由前述所述的制备方法制备得到的碳基活性纳米颗粒。
[0021]本专利技术第四方面提供了一种碳基活性纳米流体，其中，所述的碳基活性纳米流体包括前述所述的碳基活性纳米颗粒。
[0022]本专利技术第五方面提供了一种前述所述的碳基活性纳米流体在低渗/特低渗油藏高效驱油中的应用。
[0023]通过上述技术方案，本专利技术具有如下的有益效果：
[0024]1)本专利技术的碳基活性纳米颗粒尺寸超小，平均粒径在10nm以下；
[0025]2)本专利技术的碳基活性纳米颗粒能够耐盐20
×
104mg/L的NaCl，8000mg/L的CaCl2和2000mg/L的MgCl2；
[0026]3)本专利技术的碳基活性纳米流体能够将胜利油田原油的油水界面张力降低至10
‑2mN/m，具有较高的油水界面活性；
[0027]4)本专利技术揭示了表面亲水基团的丰富程度对耐盐性能的影响；亲水基团种类数≥4时，可耐21
×
104mg/L的盐；
[0028]5)本专利技术揭示了只水解不电离的非离子基团，如
‑
CON(C2H4NH2)H具有更高的耐盐性能；
[0029]6)本专利技术揭示了反应条件的改变对产物的耐温耐盐性有一定影响。反应温度≥200℃，时间≥12h，可保证产物的耐温抗盐性；
[0030]7)本专利技术揭示了低含氧亲水基团(如
‑
CON(C2H4NH2)H、
‑
CONH2)较其他亲水基团耐温抗盐性能更好，当未改性的碳基纳米颗粒表面
‑
CON(C2H4NH2)H或
‑
CON(C4H8N2H4)2的个数优选为13
‑
18％时，或者，当碳基活性纳米颗粒表面
‑
CON(C2H4NH2)H或
‑
CON(C4H8N2H4)2的数量在碳基活性纳米颗粒表面占比优选达到8
‑
12％时，可保证产物的耐温抗盐性更优。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例1中步骤(1)制备的未改性的碳基纳米颗粒的透射电镜图以及局部放大的透射电镜图；
[0032]图2是本实施例1步骤(1)制得的未改性的碳基纳米颗粒的粒径分布示意图；
[0033]图3是本专利技术实施例1中步骤(1)制备的未改性的碳基纳米颗粒的红外光谱图；
[0034]图4是本专利技术实施例1中步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基活性纳米颗粒，其特征在于，所述碳基活性纳米颗粒包括碳骨架以及连接在所述碳骨架上的功能基团，所述功能基团包括
‑
CON(C2H4NH2)H或
‑
CON(C4H8N2H4)2、式(1)所示的基团和式(2)所示的基团中的一种或多种；其中，R1为C7‑
C
11
的亚烷基，R2为C
10
‑
C
14
的次烷基；其中，R3为C
14
‑
C
20
的烷基。2.根据权利要求1所述的碳基活性纳米颗粒，其中，R1为C8‑
C
10
的亚烷基；R2为C
11
‑
C
13
的次烷基；R3为C
16
‑
C
18
的烷基。3.根据权利要求1或2所述的碳基活性纳米颗粒，其中，所述功能基团还包括
‑
OH、
‑
N2H、
‑
CONH2、式(3)所示的基团和/或式(4)所示的基团中的一种或多种，以及可选的
‑
COOH基团；COOH基团；4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的碳基活性纳米颗粒，其中，所述碳基活性纳米颗粒的表面上，以所述表面上的基团总数量为基准，式(3)所示基团和/或式(4)所示基团的个数为18
‑
24％，优选为19
‑
22％；
‑
CON(C2H4NH2)H或
‑
CON(C4H8N2H4)2的个数为8
‑
15％，优选为8
‑
12％；
‑
N2H的个数为34
‑
40％，优选为36
‑
38％；
‑
CONH2的个数为24
‑
32％，优选为26
‑
30％；
‑
OH的个数为2
‑
6％，优选为3
‑
5％；
‑
COOH的个数为0
‑
5％，优选为0
‑
4％。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的碳基活...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琳，孙玥，戴彩丽，吴一宁，赵明伟，杨向东，翟慎德，
申请(专利权)人：海域泰和山东能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：