一种智能纳米驱油剂及其制备方法与应用与流程

本申请涉及一种智能纳米驱油剂及其制备方法与应用，属于石油开采领域。
背景技术：
：目前，稠油热采已经成为热门研究话题，但是随着油层条件的复杂以及开采深度的增加，稠油油藏的采收率逐渐降低。如何提高石油采收率是目前的研究热点。化学驱是提高采收率的一个重要方法。目前用于稠油开采的驱油剂基本是通过复配而得到的复合型驱油剂，其缺点是不耐高温、不耐高盐且在高温高盐下粘度降低速率超快并且合成过程复杂且通过复配之后的复合型驱油剂界面张力高且原油乳化能力差，因此驱油剂应具备良好的耐温耐盐性能，超低的界面张力，超强的乳化能力等性能。此外，地层条件变化多端，导致驱油效果变差，采油率降低，成本较高。专利cn105505365a公开了一种复合驱油剂，该复合驱油剂含有：非离子型低聚表面活性剂、驱油用聚合物和水。其含有的聚醚类聚合物对地层环境污染较为严重且通过单独的复配完成。专利申请cn103422840a公开了一种采用阴、阳离子复合表面活性剂的驱油方法，可在30-150℃的驱油温度条件下，原油采收率提高10％以上，但是其采用复配表面活性剂，色谱分离现象极易发生，且驱油效果较差。专利申请cn103032055a公开了一种使用含磺酸盐阴非表活剂组合物的驱油方法，其驱油剂为烷基苯酚聚氧乙烯醚苯磺酸盐、聚合物及水配制的组合物，可适应于85℃以下的藏中，界面张力较低，但高温稠油油藏的驱油效果却并未提及。蒙脱土(montmorillonite，简称mmt)是一种天然的硅酸盐材料，来源广，成本低，性能好，能够降低聚合物表面活性剂的界面张力，甚至可直接与表面活性剂复配后用于三次采油。但是复配过程需要二次反应，蒙脱土本身不具备界面活性，降低工作效率。考虑到各种药剂之间的配伍性以及体系的稳定性，复配过程可能存在一些弊端。技术实现要素：针对现有技术存在的上述问题，根据本申请的一个方面，提供了一种智能纳米驱油剂，所述智能纳米驱油剂为一种耐高温、耐高盐、两亲性活性纳米驱油剂，能降低低渗油藏中注水压力，增加注水量，并且具有较高的乳化能力，从而可以提高采油率。一种智能纳米驱油剂，所述智能纳米驱油剂包括蒙脱土硅酸盐片层和阳离子置换层；所述阳离子置换层位于在所述蒙脱土硅酸盐片层之间；所述阳离子置换层包括亲水端和亲油端；所述亲水端靠近所述蒙脱土硅酸盐片层；所述亲油端远离所述蒙脱土硅酸盐片层；所述阳离子置换层来自季铵盐表面活性剂；所述季铵盐表面活性剂包括甜菜碱和长链烷基卤化铵。可选地，所述长链烷基卤化铵的碳原子数为4-18。可选地，所述长链烷基卤化铵选自长链烷基氯化铵、长链烷基溴化铵中的任一种。可选地，所述长链烷基卤化铵包括十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的任一种。可选地，所述甜菜碱选自十六烷基羟磺基甜菜碱、十四烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二羟乙基甜菜碱、十八烷基二甲基甜菜碱中的任一种。根据本申请的另一个方面，提供一种如上述任一项所述的智能纳米驱油剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将含有蒙脱土、甜菜碱和长链烷基卤化铵的混合物进行离子交换，即可得到所述智能纳米驱油剂。可选地，所述制备方法包括以下步骤：1)蒙脱土溶于水获得溶液ⅰ；2)长链烷基卤化铵溶于水获得溶液ⅱ；3)溶液ⅱ中加入甜菜碱获得溶液iii；4)溶液ⅰ与溶液iii混合、反应，获得智能纳米驱油剂。可选地，所述蒙脱土包括疏水纳米蒙脱土。可选地，所述步骤2)的具体步骤为：将水加热至30-80℃，加入长链烷基卤化铵，获得溶液ⅱ。可选地，所述步骤2)将水加热温度的上限选自40℃、50℃、80℃；下限选自30℃、40℃、50℃。可选地，所述步骤4)的具体步骤为：溶液ⅰ加热至30-80℃，加入溶液iii混合，反应，反应时间为6-12h，反应温度为30-80℃，得智能纳米驱油剂。可选地，所述步骤4)溶液ⅰ加热温度的上限选自50℃、70℃、80℃；下限选自30℃、50℃、70℃。可选地，所述步骤4)反应时间上限选自9h、10h、11h、12h；下限选自6h、8h、9h、10h。可选地，所述步骤4)所述溶液iii加入的方式为滴加，所述加入速率为1d/5s-1d/10s。所述1d/5s为每5s滴一滴；所述1d/10s为每10s滴一滴。可选地，所述溶液ⅰ中蒙脱土的浓度为1000-10000ppm。可选地，所述溶液ⅰ中蒙脱土的浓度上限选自5000ppm、6000ppm、8000ppm、10000ppm；下限选自1000ppm、2000ppm、3000ppm、5000、8000ppm。可选地，所述溶液iii中的长链烷基卤化铵的浓度为50-1000ppm。可选地，所述溶液iii中的长链烷基卤化铵的浓度上限选自100ppm、300ppm、500ppm、1000ppm；下限选自50ppm、100ppm、300ppm、500ppm。可选地，所述溶液iii中的甜菜碱的浓度为50-1000ppm。可选地，所述溶液iii中的甜菜碱的浓度上限选自80ppm、100ppm、600ppm、1000ppm；下限选自50ppm、80ppm、100ppm、600ppm。可选地，所述溶液ⅰ与溶液iii的体积比(ml/ml)为100：(5～20)。可选地，所述溶液ⅰ与溶液iii的体积比(ml/ml)为100：(10～20)。可选地，所述溶液ⅰ与溶液iii的体积比(ml/ml)为100：(15～20)。可选地，所述溶液ⅰ与溶液iii的体积比(ml/ml)为100：(10～15)。根据本申请的另一个方面，提供一种上述任意一项技术方案所述的智能纳米驱油剂或根据上述所述任意一项技术方案所述的制备方法制备得到的智能纳米驱油剂在提高石油采收率中的应用。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的一种智能纳米驱油剂，所述智能纳米驱油剂为一种耐高温、耐高盐、两亲性活性纳米驱油剂，能降低低渗油藏中注水压力，增加注水量，并且具有较高的乳化能力，从而可以提高采油率。2)本申请所提供的一种智能纳米驱油剂，所述智能纳米驱油剂具有两亲活性，即同时兼具亲水亲油性，能够在油藏孔道运移过程中，改变岩石的润湿性，从而降低注水压力。3)本申请所提供的一种智能纳米驱油剂的制备方法，所述制备方法具有简单、耗时短、环境污染小，所得智能纳米驱油剂活性高、乳化效果明显、界面活性较高等优点，克服了传统工艺复配存在的过程时间长，而且所得驱油剂耐温耐盐性差、驱油效果差、抗稀释性差等缺点。附图说明图1为实施例1所得的样品m1红外测试，表明插层成功。图2为实施例8所进行的乳化性能测试图，其中图2a为药剂a的乳化效果图，图2b为药剂b的乳化效果图，图2c为药剂c的乳化效果图，图2d为药剂d的乳化效果图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买，其中蒙脱土来自拓亿新材料有限公司，十二烷基三甲基溴化铵来自国药集团，甜菜碱来自国药集团。实施例11)将购买的疏水纳米蒙脱土放入烧杯中，加入水，配制疏水纳米蒙脱土浓度为10000ppm的溶液ⅰ；2)水浴加热去离子水，待温度达到30℃后，称取一定质量的十二烷基三甲基溴化铵加入去离子水中，溶解，获得溶液ii；3)十二烷基三甲基溴化铵溶解完毕后，向溶液ii中加入十六烷基羟磺基甜菜碱，通过搅拌使其更好地混合均匀，获得溶液iii，其中十二烷基三甲基溴化铵浓度为100ppm，十六烷基羟磺基甜菜碱浓度为100ppm；4)将100ml溶液ⅰ放置预先升温至80℃的油浴锅中，搅拌30min后，采用滴加的方式加入15ml的溶液iii，滴加速率为1d/5s，滴加完毕后，继续维持温度80℃反应8h，得智能纳米驱油剂，记作样品m1。实施例21)将购买的疏水纳米蒙脱土放入烧杯中，加入水，配制疏水纳米蒙脱土浓度为5000ppm的溶液ⅰ；2)水浴加热去离子水，待温度达到50℃后，称取一定质量的十二烷基三甲基溴化铵加入去离子水中，溶解，获得溶液ii；3)十二烷基三甲基溴化铵溶解完毕后，向溶液ii中加入十六烷基羟磺基甜菜碱，通过搅拌使其更好地混合均匀，获得溶液iii，其中十二烷基三甲基溴化铵浓度为300ppm，十六烷基羟磺基甜菜碱浓度为600ppm；4)将100ml溶液ⅰ放置预先升温至50℃的油浴锅中，搅拌30min后，采用滴加的方式加入15ml的溶液iii，滴加速率为1d/5s，滴加完毕后，继续维持温度50℃反应8h，得智能纳米驱油剂，记作样品m2。实施例31)将购买的疏水纳米蒙脱土放入烧杯中，加入水，配制疏水纳米蒙脱土浓度为10000ppm的溶液ⅰ；2)水浴加热去离子水，待温度达到30℃后，称取一定质量的十二烷基三甲基溴化铵加入去离子水中，溶解，获得溶液ii；3)十二烷基三甲基溴化铵溶解完毕后，向溶液ii中加入十六烷基羟磺基甜菜碱，通过搅拌使其更好地混合均匀，获得溶液iii，其中十二烷基三甲基溴化铵浓度为1000ppm，十六烷基羟磺基甜菜碱浓度为1000ppm；4)将100ml溶液ⅰ放置预先升温至80℃的油浴锅中，搅拌30min后，采用滴加的方式加入15ml的溶液iii，滴加速率为1d/5s，滴加完毕后，继续维持温度80℃反应8h，得智能纳米驱油剂，记作样品m3。实施例4、实施例5一种智能纳米驱油剂及其制备方法；除下表1所列的条件外，其余条件与实施例1的相同。实施例4中得到的智能纳米驱油剂记作样品m4。实施例5中得到的智能纳米驱油剂记作样品m5。表1实施例6结构表征(1)分别对样品m1-m5进行红外测试，结果表明：样品m1-m5均为插层成功后的样品。以样品m1为典型代表，红外测试数据如图1所示，可以看出，空白组与实验组相比，红外谱图中，显示出了酰胺键、羰基等一些重要官能团，表明插层成功。(2)取样品m1-m3上层清液稀释至50ppm，采用粒径测试仪，分别对样品m1-m3进行粒径测试，结果如表2所示，表明：粒径约为700nm,符合纳米材料定义。表2样品m1-m3粒径测试结果样品编号粒径(nm)m1700m2734m3694实施例7界面张力测试(1)将界面张力仪放在水平、平稳的台面上，使仪器水平。开启界面张力仪电源开关，稳定两分钟，开始进行调零工作。(2)对于液体表面张力，把调整到25℃的试样倒入玻璃杯中，使液体的高度为20～25mm，将玻璃杯放在升降平台上升，使铂金环深入到液体中，铂金环达到液面下4～6mm处。若此时峰值保持则按保持键，不需要则不用按，再旋转旋钮，升降平台下降，显示值将逐渐增大，最终保持在大值，若没有按保持键则显示当前张力值，该大值就是液体的实测表面张力值p，然后按键终止试验。测试结果如表3所示：表3样品m1～m3界面张力测试结果样品编号界面张力大小mn/mm10.05m20.03m30.12实施例8乳化性能测试(1)药剂配制：样品m1稀释800倍获得药剂a；药剂b为去离子水；甜菜碱稀释800倍获得药剂c；样品m1稀释200倍获得药剂d。(2)在10ml具塞试管中分别加入5ml上述药剂和5ml油样(油样以山东胜利油田原油和煤油1:2配制)；放置在50℃烘箱中加热静置30min。(3)取出试管上下倒置200次，使油水充分混合乳化；(4)继续放置在烘箱中，每隔一段时间观察并记录油水界面刻度变化，计算析水率结果如表4。图2为各药剂在60min时的乳化情况。表4乳化性能测试结果药剂编号5min15min25min30min40min50min60mina×40％60％60％60％60％72％b×40％80％80％80％80％80％c××48％56％64％72％80％d×40％40％60％60％60％60％表4数据分析：乳化效果是表面活性剂对提高原油采收率的一个重要指标，实验室一般以析水率为实验室评价指标，析水率越少说明乳化效果越好。从上表中可知，测试时间40min后，样品m1的乳化效果好于甜菜碱和水，即表格中的实验组a和d。实施例9耐温耐盐稳定性测试分别对实施例1-实施例3中得到的样品m1-m3进行耐温耐盐稳定性测试，具体步骤为：移液枪分别移取样品m1-m3各1ml放入4个离心管中，用不同矿化度(1万、5万、10万、20万)水进行稀释使溶液浓度达到50ppm，将稀释后的不同矿化度的溶液放入玻璃瓶中，再分别置于常温(25℃)和62℃的烘箱中进行耐盐性测试，观察其稳定性。结果为：样品m1-m3常温(25℃)和62℃条件下均稳定，耐温耐盐性超过7天。实施例10接触角测试分别对实施例1-实施例3中得到的样品m1-m3进行对水的接触角测试，具体步骤为：量取样品m1-m3，测定对水的接触角，配置500ppm、1000ppm、1500ppm的界面活性剂溶液，将待测溶液装入针筒中，放入样品台上，按照屏幕指示进行操作，获得接触角，结果如表5所示：表5样品m1～m3接触角测试结果样品编号接触角/°m132m228m343实施例11驱油率测试分别对实施例1-实施例3中得到的样品m1-m3进行平均驱油率测试，将样品m1-m3分别配制成1000ppm的驱替剂，装入驱剂活塞容器中。启动(溶剂)恒压恒速泵，调整流速0.3ml/min注入1pv的驱替剂。依次打开阀门。待注入端14a压力达到水驱时的最终压力时，打开夹持器两端阀门，开始剂驱油过程。每10～20min(根据出油量确定时间间隔)记录实验过程中的出水量、出油量、出液量、进口压力及驱替时间点等。随着产油量的不断下降，逐渐加长记录的时间间隔。通过出液量，计算分段含水率与分段采收率及最终剂驱采收率，最终计算样品m1-m3的平均驱油率如表6所示。表6样品m1～m3的驱油率测试样品平均驱油率(％)m18m210m315以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页1 2 3 

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