表面功能化纳米颗粒与蠕虫状胶束作用机制研究

摘要

清洁压裂液耐温性差，在高温下粘度迅速降低，滤失量变大。纳米可以提高压裂液的耐温性能，降低清洁压裂液的滤失。然而纳米粒子易团聚，难以发挥纳米材料的性能。因此对纳米粒子进行表面改性再复合清洁压裂液具有重要意义。 本论文通过3―氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550）对纳米SiO2表面进行修饰，采用电导率法研究KH550的水解工艺。通过红外光谱，Zeta电位等方式对改性效果进行了表征。结果表明KH550最佳水解条件如下：以水/乙醇混合溶液为溶剂，采用正水解方式，当KH550体积分数为10%，KH550水解效果最佳。纳米SiO2的最佳改性条件为：反应温度为70℃，SiO2与KH550物质的量之比为1:4，反应3h，此时表面羟基数最小为2.2个/nm2。 本论文采用机械搅拌法和超声波振荡法将纳米均匀分散于压裂液中，并采用流变学方法考察了温度、盐度、改性纳米加量对粘弹性表面活性剂的流变性能影响，探讨了改性纳米SiO2对粘弹性流体的作用机理。结果表明，3.0%的N-甲基油酰氨基乙基磺酸钠（JXJ209）在6.0%的KCl盐水中形成强度较高的胶束网络结构，零剪切粘度可达44.06Pa·s。而质量分数为0.3%的KH550-SiO2加入KCl质量分数为3.0%至4.0%的蠕虫状胶束可使该复合体系零剪切粘度分别提高12.6倍与3.8倍。但KCl质量分数提高至6%到7%时，纳米的增益效果开始减弱。在低振荡频率下，KH550-SiO2对JXJ209/KCl粘弹性胶束的增稠作用明显，不仅松弛时间延长，体系的粘弹性也得到改善。此外，KH550-SiO2还可以提高JXJ209/KCl蠕虫状胶束的热稳定性和抗滤失性。将配方为3%209+5%KCl+0.3%KH550-SiO2的粘弹性流体进行压裂液性能评价，该纳米复合粘弹性流体在剪切速率为170s-1，100℃时粘度仍保持在25mPa·s，破胶后粘度小于5mPa·s、岩心伤害率只有8.9%，各项压裂液性能评价均结果优良。

目录

声明

第一章 绪论

1.1表面活性剂

1.2蠕虫状胶束概述

1.3纳米材料概述

1.4国内外研究现状

1.5课题研究目的和意义

1.6本文主要研究内容

1.7技术路线

1.8本文的创新点

第二章 硅烷偶联剂修饰羟基化的纳米二氧化硅颗粒与表征

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4样品的表征

2.5本章小结

第三章阴离子蠕虫状胶束VES压裂液的配制及配方优化

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4蠕虫状胶束的表征

3.5本章小结

第四章 表面功能化纳米颗粒对蠕虫状胶束溶液的流变特性影响及机理分析

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3表面功能化纳米颗粒作用蠕虫状胶束机理分析

4.4本章小结

第五章 表面功能化纳米颗粒复合VES压裂液的性能评价

5.1实验试剂与仪器

5.2耐温性评价

5.3剪切恢复性

5.4悬砂性能评价

5.5破胶性能评价

5.6抗滤失性能评价

5.7岩心伤害实验评价

5.8本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间所发表论文