一种适用于致密油藏的纳米驱油剂及制备方法

摘要

本发明提供一种纳米驱油剂，按重量组分计，包括纳米复合材料0.1～1份，NaCl溶液99～99.9份。本发明提供一种应用于该驱油剂中的纳米复合材料的制备方法，步骤如下：将钛酸四丁酯与无水乙醇混合,得到第一溶液；将聚丙烯酰胺与HNO

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种适用于致密油藏的纳米驱油剂及制备方法。

背景技术

目前，全球的非常规油气勘探正处于高速发展阶段，从战略和长远角度看，非常规油气资源扮演着愈发重要的角色。中国非常规油气资源潜力巨大，但油气地质条件复杂，在地质理论和勘探技术上存在较大的挑战性。近10年为中国致密气、致密油“开创性发展的探索十年”。中国致密油资源虽然丰富，但是存在以下劣势：致密油气储集层物性性能非常差，基质渗透率低，油层压力系数高；孔喉半径小，毛细管压力高；油层砂泥交互，非均质性严重；天然裂缝相对发育；油层受岩性控制，水动力联系差；单井一般无自然产能或自然产能低于工业油流下限。通常情况下，可以采用包括酸化压裂、多级压裂、水平井、多分枝井等措施获得工业石油产量，这些方法尽管都取得了一定的成效，但是具有开采难道大、成本高、开采效率低下的缺点，采收率的提高难有突破。

纳米材料是近三十年来最受关注的新兴材料，由于构成物质的基本颗粒在达到纳米尺寸后，其性能会产生一系列变化，表现出许多不同于常规材料的新奇特性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种价格低廉、安全环保和驱油效率高的适用于致密油藏的纳米驱油剂，本发明还提供了一种制备过程简单的纳米驱油剂的制备方法及应用于该纳米驱油剂中的纳米复合材料的制备方法。

本发明提供一种适用于致密油藏的纳米驱油剂，按重量组分计，包括纳米复合材料0.1～1份，NaCl溶液99～99.9份。

进一步地，所述NaCl溶液的质量分数为0.3％。

进一步地，所述纳米复合材料的粒径为5～25nm。

进一步地，所述纳米复合材料为纳米TiO₂/PAM，所述纳米复合材料的制备方法包括水热合成法和超声合成法。

本发明还提供一种应用于上述纳米驱油剂中的纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S501，将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇中，滴加的同时进行搅拌，然后超声10min,得到第一溶液；

S502，将聚丙烯酰胺与HNO₃溶液混合，得到第二溶液；

S503，在冰浴装置中，将第一溶液缓慢滴加到第二溶液中进行冰浴反应，然后在80℃下反应4h，得到溶胶；

S504，将溶胶加入到反应釜中进行水热反应，然后析出沉淀物，利用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀物，离心，干燥，得到纳米复合材料。

进一步地，步骤S502中，所述HNO₃溶液的浓度为0.1mol/L，所述第二溶液的质量浓度为0.6％；步骤S503中，冰浴反应的时间为0.5～1h；步骤S504中，水热反应的反应温度为180℃，水热反应的反应时间为6～8h。

本发明还提供一种应用于上述纳米驱油剂中的纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S701，将二氧化钛颗粒加入到去离子水中，得到悬浮液；

S702，将聚丙烯酰胺与HNO₃溶液混合，得到第三溶液；

S703，将悬浮液缓慢滴加到第三溶液中，超声2h，然后利用磁力搅拌器进行搅拌，干燥，得到纳米复合材料。

进一步地，步骤S702中，所述HNO₃溶液的浓度为0.1mol/L，所述第三溶液的质量浓度为0.6％；步骤S703中，在60℃下进行干燥。

本发明还提供一种上述适用于致密油藏的纳米驱油剂的制备方法，包括以下步骤：将所述纳米复合材料加入到NaCl溶液中，超声分散，得到纳米驱油剂。

进一步地，超声分散的时间为15～30min。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1.本发明中的纳米复合材料，其聚合物与纳米二氧化钛以共价键键合，能够降低水界面张力，具有良好的热稳定性和分散性，可以广泛应用在复杂的地层环境中；

2.本发明中的纳米复合材料的粒径与致密油藏喉道相适宜，不会引起地层的堵塞；

3.本发明提供的纳米驱油剂的制备方法简单、生产成本低、工艺流程少，容易实现规模化生产；

4.本发明提供的纳米驱油剂驱油效果良好，能够提高驱油效率5％～15％。

附图说明

图1是TiO₂和本发明实施例1中的纳米复合材料的X射线衍射图。

图2是本发明实施例1中制得的纳米复合材料的透射电镜图。

图3是本发明一实施例中利用超声合成法制得的纳米复合材料的透射电镜图。

图4是本发明实施例1中制得的纳米复合材料的样品接触角图。

图5是本发明一实施例中制得的纳米复合材料的红外谱图。

图6是本发明使用的驱油装置的示意图。

图7是本发明的纳米驱油剂动态驱替后采收程度变化示意图。

图8是本发明的纳米驱油剂动态驱替压力变化示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

本发明的实施例提供了一种适用于致密油藏的纳米驱油剂，按重量组分计，其包括纳米复合材料0.1～1份，NaCl溶液99～99.9份，其中，NaCl溶液的质量分数为0.3％，纳米复合材料的粒径为5～25nm。

纳米复合材料为纳米TiO₂/PAM，其制备方法包括水热合成法和超声合成法。

利用水热合成法制备纳米复合材料包括以下步骤：

S501，将钛酸四丁酯滴加到无水乙醇中，滴加的同时进行搅拌，超声10min,得到第一溶液；

S502，将聚丙烯酰胺(PAM)与0.1mol/L的HNO₃溶液混合，得到质量浓度为0.6％的第二溶液；

S503，在冰浴装置中，将第一溶液缓慢滴加到第二溶液中进行冰浴反应0.5～1h，然后在80℃下反应4h，得到溶胶；

S504，将溶胶加入到反应釜中进行水热反应，在180℃下反应6～8h后析出沉淀物，利用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀物，离心，干燥，得到纳米复合材料。

利用超声合成法制备纳米复合材料包括以下步骤：

S701,将二氧化钛颗粒加入到去离子水中，得到悬浮液；

S702,将聚丙烯酰胺与0.1mol/L的HNO₃溶液混合，得到质量浓度为0.6％的第三溶液；

S703,将悬浮液缓慢滴加到第三溶液中，超声2h，然后利用磁力搅拌器进行搅拌，在60℃下进行干燥，得到纳米复合材料。

本发明的实施例还提供了一种适用于致密油藏的纳米驱油剂的制备方法，包括以下步骤：将纳米复合材料加入到NaCl溶液中，超声分散15min～30min，得到纳米驱油剂。

本发明的纳米驱油剂在流动的过程中，会在储层微孔道中产生楔形压力作用，然后将附着在储层岩石表面的原油剥离并携带出来，从而产生驱油的效果。

下面给出本发明的纳米驱油剂的制备方法及应用于该纳米驱油剂中的纳米复合材料的制备方法的实施例，结合该实施例对上述制备方法进行举例说明。

实施例1

量取4ml钛酸四丁酯滴加到60ml无水乙醇中，边滴加边搅拌，超声10min，得到第一溶液；称取0.0606g PAM溶解在0.1mol/L的HNO₃溶液中，得到第二溶液；在冰浴装置中，将第一溶液缓慢滴加到第二溶液中进行冰浴反应1h，然后在80℃下反应4h，得到溶胶；将溶胶加入到反应釜中在180℃下进行水热反应8h，析出沉淀物，利用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀物，离心，干燥，即得到纳米复合材料；称取0.1g纳米复合材料加入到33g>

图1为TiO₂和利用实施例1制得的纳米复合材料的X射线衍射(X-raydiffraction，XRD)图，从图1可以看出，TiO₂在PAM的修饰下，粒径大小由9.67nm降为7.57nm。

图2为利用实施例1制得的纳米复合材料的透射电镜图，图3为一实施例中利用超声合成法制得的纳米复合材料的透射电镜图，从图2和图3看出，纳米复合材料中的PAM修饰在TiO₂表面，抑制了TiO₂的生长和粒子间的团聚。

图4为利用实施例1制得的纳米复合材料的样品接触角图，从图4可以看出，纳米复合材料的接触角为25.5°，说明其具有良好的亲水性。

图5为一实施例中制得的纳米复合材料的红外谱图，从图5可以看出，PAM在反应过程中发生部分水解，且与TiO₂之间存在相互作用。

下面通过驱油性试验来说明本发明的纳米驱油剂的性能。

驱油性试验的原理为：为了模拟驱油过程，利用人造岩心或天然岩心代表地层，模拟周期注水的采油过程，通过监测含水率、采收率及驱替压力的变化来评价驱油效果。

参考图6，驱油性试验所用驱油装置包括高压平流泵1、手动计量泵2、六通阀3、水容器4、驱油剂容器5、压力表6、岩心夹持器7、流出物接收器8、压力传感器9、压力显示仪10、压力记录仪11和恒温箱12，水容器4和驱油剂容器5上均设有压力表6，水容器4、驱油剂容器5、岩心夹持器7、流出物接收器8均位于恒温箱12内，水容器4和驱油剂容器5分别与岩心夹持器7连接，岩心夹持器7还与手动计量泵2连接。

试验一：

驱油性试验一具体包括以下步骤：

岩心选用人造柱形岩心，利用卡尺测量岩心的高度及直径，然后测量岩心的气测渗透率。

利用分析天平称取岩心的原始质量m₀，将岩心放入抽滤瓶中，用手动计量泵2抽至抽滤瓶内的压力为0.1kPa，在压力为0.1kPa下连续抽取8h，然后关闭手动计量泵2，在抽滤瓶内吸入地层水，继续利用手动计量泵2抽取4h直至抽滤瓶内无气泡，然后将经过处理的岩心取出，并称取岩心的最终质量m，利用公式计算岩心的孔隙体积V_p，岩心的孔隙体积V_p的计算公式为：

V_p＝(m-m₀)/ρ，

式中，V_p为岩心的孔隙体积，V_p的单位为cm³，ρ为水的密度，ρ的单位为g/cm³。

将岩心安装在岩心夹持器7上，记录驱替压力及驱替流速，利用达西公式计算水驱渗透率。

将岩心用饱和水流程饱和油，至出油量为饱和油量的两倍；将已饱和油的岩心装入岩心夹持器7，向已造缝的岩心中重新流程饱和油，24h后进行驱油。

本发明的试验一选用水作为对比实验：

水驱油的周期注水过程如下：

1.1在水容器4内加入水，通过水驱油流程注水驱油，至产出液含水率达98％；

1.2 24h后重复步骤1.1，反复重复，直到不再出油为止。

纳米驱油剂驱油的周期注水过程如下：

2.1在驱油剂容器5内加入纳米驱油剂，通过驱油剂流程注纳米驱油剂驱油，至产出液含水率达98％；

2.2 24h后重复步骤2.1，反复重复，直到不再出油为止。

表1为试验一中分别利用水和纳米驱油剂进行岩心动态驱替实验的结果，从表1可以看出，利用纳米驱油剂驱油采收率明显提高，驱油效果好。

表1利用水和纳米驱油剂进行岩心动态驱替实验的结果

试验二：

试验二选用长庆油田低渗透岩心进行岩心动态驱替实验，恒温箱12的温度设定为70℃，试验二的驱油过程为：先进行水驱，然后采用本发明制备的纳米驱油剂进行驱替试验。

通过试验二获得的原油采收程度如图7所示，图7表明注入水驱后，原油采收程度为46％，再注入本发明的纳米驱油剂驱替后，实验结束时，原油采收程度为58％，说明相对于注入水驱，利用本发明的纳米驱油剂能有效提高采收率。

图8为试验二的驱替过程压力变化示意图，从图8可以看出，注入水驱后接替进行本发明的纳米驱油剂驱替，压力会发生细微的变化，说明采用本发明的纳米驱油剂进行驱替没有对地层造成堵塞损害。

本发明中的纳米复合材料，其聚合物与纳米二氧化钛以共价键键合，能够降低水界面张力，具有良好的热稳定性和分散性，可以广泛应用在复杂的地层环境中；本发明中的纳米复合材料的粒径与致密油藏喉道相适宜，不会引起地层的堵塞；本发明提供的纳米驱油剂的制备方法简单、生产成本低、工艺流程少，容易实现规模化生产；本发明提供的纳米驱油剂驱油效果良好，能够提高驱油效率5％～15％。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。