一种驱油用添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种添加了亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系及其制备方法，属于油气田开发工程技术领域。
【背景技术】
[0002]化石燃料的燃烧将产生大量的二氧化碳气体，而二氧化碳的随意排放将导致温室效应，危害着人类的气候安全。随着人们对于二氧化碳减排要求的日益提高，二氧化碳的埋存与利用技术得到了越来越多的关注。
[0003]二氧化碳与地层中的原油能够发生相互作用，起到降低原油粘度、提高原油弹性能量的作用，且相比氮气、空气及甲烷气体，二氧化碳与原油的混相压力低，在油田开发领域中是一种较为理想的驱油剂。因此，将二氧化碳利用到原油的开采过程中，既可以起到减排的作用，又能提高原油的采收率，具有良好的社会效益与经济效益。而由于二氧化碳在地层条件下粘度低，与原油的流度比大，加之许多地层具有非均质的特征，因此在驱油过程中易发生气窜现象，造成对地层中原油的波及系数低，从而降低了二氧化碳的驱油效率。泡沫可以降低气体的流度，且对高渗地层具有选择性封堵的作用，能够较好的解决以上问题。常规的二氧化碳泡沫起泡剂主要成分为表面活性剂，而普通表面活性剂的耐温、耐盐性能较差，在地层中的高温高矿化度条件下稳定性较差，不能形成质量较高的二氧化碳泡沫。刘烨，华庆长油藏0)2驱泡沫体系评价研究，西安石油大学，2012年，该论文研究了温度、矿化度等因素对由表面活性剂产生的二氧化碳泡沫稳定性的影响。结果表明，表面活性剂ZY-1产生的二氧化碳泡沫在氯化钠(NaCl)浓度为1%时半衰期为9.17min，在温度为60°C时半衰期仅为6.67min。
[0004]针对这一问题，有研究者提出通过添加疏水型纳米颗粒来提高二氧化碳泡沫在地层中的稳定性。李兆敏等，S12纳米颗粒与SDS对CO2泡沫的协同稳定作用，东北石油大学学报，2014年6月，第3期，该文献研究了疏水型二氧化硅纳米颗粒与阴离子型表面活性剂对二氧化碳泡沫的稳定效果。结果表明，在S12质量浓度为1.5%，SDS浓度为0.25时得到的二氧化碳泡沫半衰期可达到37.2min。然而，疏水型纳米颗粒成本较高，且由于疏水程度强，在水中分散难度大，制备成的起泡剂溶液分散稳定性较差，因此在油田现场应用中可能将面临诸多施工工艺问题。
[0005]单一亲水型纳米颗粒分散液无法起到稳定泡沫的作用，但由于其表面能够被部分表面活性剂吸附而产生协同作用，因此在与部分表面活性剂合适的配比下，亲水型纳米颗粒也能够起到提高二氧化碳泡沫耐温、耐盐性能的作用。此外，由于亲水型纳米颗粒成本远低于疏水型纳米颗粒，且易于在水中分散，因此，在油田现场中实用价值较高，具有较好的应用前景。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的不足，本发明提供一种添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系及其制备方法。
[0007]术语说明:
[0008]亲水型二氧化硅纳米颗粒:二氧化硅纳米颗粒表面使用硅烷醇进行改性，改性后使得纳米颗粒表面带有不同密度的硅烷醇基团，从而呈现出不同程度的疏水性能，硅烷醇密度越大，颗粒亲水性能越强，该亲水型二氧化硅纳米颗粒为常规市购产品。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系，包括原料质量份组成如下:
[0011]非离子表面活性剂0.1-0.3份，亲水型纳米颗粒1-2份，无机盐0.01-0.2份，二氧化碳0.2-0.8份，水100份。
[0012]根据本发明，优选的，所述的非离子表面活性剂为月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(C12E9P3)。
[0013]根据本发明，优选的，所述的亲水型纳米颗粒为亲水型二氧化硅纳米颗粒；进一步优选的，所述的亲水型纳米颗粒粒径为15-50nm，表面硅烷醇基团密度l-2/nm2，与水的接触角为 38-60° ο
[0014]根据本发明，优选的，所述的无机盐为氯化钠。
[0015]根据本发明，优选的，所述的添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系，包括原料质量份组成如下:
[0016]月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1-0.3份，亲水型二氧化硅纳米颗粒1-2份，氯化钠0.01-0.2 份，二氧化碳 0.2-0.8 份，水 100 份。
[0017]根据本发明，优选的，所述的添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系，包括原料质量份组成如下:
[0018]月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚0.1份，亲水型二氧化硅纳米颗粒1.5份，氯化钠0.2份，二氧化碳0.2-0.8份，水100份。
[0019]根据本发明，上述添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系的制备方法，包括步骤如下:
[0020](I)按照配比将亲水型纳米颗粒加入到水中并搅拌均匀，然后依次加入非离子表面活性剂和无机盐，超声分散3-5min ;
[0021](2)向步骤(I)得到的体系中持续通入二氧化碳2-5min，然后以7000_9000r/min的转速搅拌3-5min min，即得。
[0022]本发明所述的亲水型二氧化硅纳米颗粒，可市场购得，也可按现有技术制备得到。
[0023]本发明的原理:
[0024]亲水型纳米颗粒由于亲水性能过强，大部分位于液相中，不能吸附到气液界面，因而无法起到稳定泡沫的作用。月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的极性基团与纳米颗粒表面的硅羟基可通过氢键作用形成吸附，使得纳米颗粒疏水性能增强，能够吸附到气液界面上，从而对泡沫起到稳定作用。而当月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚浓度过高时，在范德华力的作用下，表面活性剂之间会在颗粒表面形成双层吸附，使得颗粒亲水性能增强，失去了稳泡的作用。因此，只有在合适的配比下，二者才能对二氧化碳泡沫起到协同稳定的作用。
[0025]相比氮气及空气，二氧化碳在水中的溶解度较大，在液相中扩散速度较快，加剧了二氧化碳泡沫的歧化作用，导致二氧化碳泡沫相比氮气及空气泡沫更为不稳定。而纳米颗粒由于尺寸远大于表面活性剂，当其吸附到气液界面上时能够减小二氧化碳与液相的接触面积，从而减弱了歧化作用，增强了泡沫的稳定性。此外，纳米颗粒的加入能够增加液相的粘度，从而减缓了泡沫的排液速度。而适量氯化钠的加入能够降低纳米颗粒的表面电势，减小了颗粒间的静电斥力，使得颗粒在气液界面上的排布更加紧密，进一步提高了二氧化碳泡沫的稳定性。
[0026]本发明的优良技术效果:
[0027]1、通过与非离子表面活性剂的复配，使无法独立稳泡的亲水型纳米颗粒获得稳泡性能。二氧化碳在液相中扩散速率较快，因此二氧化碳泡沫的歧化作用相比其他气体形成的泡沫更为明显，而由于纳米颗粒相比于表面活性剂的尺寸较大，当其吸附于气液界面时能够减小二氧化碳与液相的接触面积，减弱了泡沫的歧化作用，大幅提升了二氧化碳泡沫的稳定性。
[0028]2、亲水型纳米颗粒具有固体颗粒的特点，耐温、耐盐性能较强，使二氧化碳泡沫在高温、高盐的地层条件下依然具有较好的稳定性，发挥其驱油的优势。
[0029]3、亲水型纳米颗粒相比地层孔喉尺寸较小，能够自由运移，不会对地层造成伤害；此外，亲水型纳米颗粒易于在水中分散，起泡剂体系制备方法及现场施工工艺简单，且相比疏水性纳米颗粒成本低廉，更易于在油田推广应用。
【具体实施方式】
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[0030]以下为结合具体实施例对本发明做的进一步说明，但是本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所涉及的范围。
[0031]实施例中所用原料均为常规原料，所用设备均为常规设备。
[0032]其中:亲水型二氧化硅纳米颗粒，广州市华立森贸易有限公司有售。
[0033]实施例1:
[0034]—种添加亲水型纳米颗粒的二氧化碳泡沫体系，包括原料质量份组成如下:
[0035]月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(C12E9P3)0.15g，亲水型二氧化硅纳米颗粒(平均粒径16nm，表面硅烷醇密度1.5/nm2，与水的接触角为38.8° ) 1.5g，氯化钠(NaCl) 0.2g，二氧化碳0.5g，蒸馈水10g0
[0036]制备方法如下:
[0037](I)将亲水型二氧化硅纳米颗粒加入到蒸馏水中并搅拌均匀，依次加入月桂醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚(C12E9P3)和氯化钠(NaCl)，使用超声波分散仪对混合体系进行超声分散3min ；
[0038](2