一种纳米表面活性剂及其制备方法与应用与流程

本技术涉及一种纳米表面活性剂及其制备方法与应用，属于化学驱油。

背景技术：

1、我国陆相沉积油层非均质现象比较严重，原油分布不均，前期注水开发主力油田多数已处于高含水和高采出阶段，天然能量严重不足。但油田平均采收率不到50％，大部分原油储量利用水驱技术难以采出，急需三次采油新技术来提高采收率以维持原油产量的稳定和保障国家能源安全。其中化学驱是国内三次采油方法中研究、应用最多的一种。化学驱是指在油田注入水中添加化学物质而改变驱替相性质及驱替流体与原油之间的界面性质，从而将地层中残余油釆出的方法。

2、目前油田应用的化学驱油技术主要包括聚合物驱油、表面活性剂驱油、碱驱油和复合驱。其中聚合物驱油主要是聚合物分子可在水溶液中伸展形成空间结构增加水相粘度，改善流度比，进而扩大驱替相流体的波及体积增大原油采收率；表面活性剂驱油是利用表面活性剂降低油水界面张力，使在岩石中处于高度分散状态的残余油变成流动油来提高釆收率；碱驱油主要是碱可以和原油中的石油酸反应后生成的产物的表面活性较好，最终可降低油水界面张力，生成的表面活性剂提高采收率的原理与表面活性剂驱的作用原理相同；复合驱是指由两种或者两种以上驱油成分(聚合物、表面活性剂、碱)复合而成的一种驱油技术，根据成分多少又可分为二元复合驱油技术和三元复合驱油技术两种。

3、聚合物驱中，粘度是影响聚合物驱的主要因素，聚合物粘度的大小受到聚合物自身的结构和浓度、注入水的水质、地层水矿化度、注入速度、油藏的岩石类型等因素影响比较大，普适性不强；表面活性剂驱油虽然可以大幅度的提高釆收率，但是用量较大、成本较高、容易在地层中被吸附，影响驱油效果；碱驱过程中容易在油藏及井底结垢，腐蚀设备，对矿场有较大损害。复合驱中三元复合驱的驱油效率较高，但也存在油藏伤害大，设备腐蚀严重，采出液破乳脱水困难等一系列问题。二元复合驱就是在三元的基础上去掉碱，充分发挥表面活性剂和聚合物的协同作用来提高釆收率的方法。目前二元复合驱用表面活性剂组分多，色谱分离严重，油水界面排列不紧密，无碱条件下难以达到超低界面张力，高温高盐条件下容易沉淀失去效果。因此，设计合成合适的驱油用无碱表面活性剂、提升产品耐温抗盐性、配伍性和界面活性，有利于同时提高驱油剂的波及系数及洗油效率，也是聚合物/表面活性剂二元复合驱技术成功的关键。

技术实现思路

1、根据本技术的一个方面，提供了一种纳米表面活性剂，产品为单一组分、耐温耐盐性好，稳定性佳，无碱条件下也可以和原油达到超低界面张力，可应用于二元复合驱体系的驱油剂使用，解决目前化学驱中化学剂成本高，普适性差，油藏伤害大，设备腐蚀严重，表面活性剂组分多，色谱分离严重，油水界面排列不紧密，无碱条件下难以达到超低界面张力等问题。本技术提供的纳米表面活性剂以二氧化硅纳米片层材料、小分子亲水单体，长链亲油单体为原料，通过取代、置换和催化反应得到纳米表面活性剂。利用二氧化硅纳米片层材料大的比表面积，可以在二氧化硅纳米片层材料表面接枝大量小分子亲水单体和长链亲油单体，使其具有较强的亲水亲油能力，可自发吸附在油水界面，紧密排布，显著降低油水界面张力，无碱条件下仍然可以达到超低界面张力。

2、本技术所述纳米表面活性剂为二氧化硅纳米片层材料表面接枝亲水基团和亲油基团；

3、所述纳米表面活性剂结构如下式ⅰ所示；

4、

5、式ⅰ中，r1为亲水基团，选自以下结构中任一种或多种：

6、

7、r2为亲油基团，结构如下式ⅴ所示：

8、

9、n＝6-10。

10、可选地，所述纳米表面活性剂的粒径为90-130nm。

11、可选地，所述纳米表面活性剂的粒径为95-125nm。

12、可选地，所述纳米表面活性剂的界面张力为0.0001-0.008mn/m。本技术又一方面提供了一种所述纳米表面活性剂的制备方法，包括下面步骤：

13、(1)制备二氧化硅纳米片层材料；

14、(2)在二氧化硅纳米片层材料的一侧引入亲水基团，得到亲水改性的二氧化硅纳米片层材料；

15、(3)在二氧化硅纳米片层材料的另一侧引入亲油基团；

16、所述亲水基团，选自以下结构中任一种或多种：

17、

18、所述亲油基团，结构如下式ⅴ所示：

19、

20、n＝6-10。

21、可选地，所述步骤(1)包括：将层状结构的纳米蒙脱土粉末在酸液中进行酸化处理。

22、可选地，所述酸液选自盐酸、柠檬酸、乳酸中任一种或多种。

23、可选地，所述层状结构的纳米蒙脱土选自钙基蒙脱土、钠基蒙脱土、镁基蒙脱土中任一种或多种。

24、可选地，所述层状结构的纳米蒙脱土结构如下式ⅵ所示；

25、

26、可选地，所述酸液的浓度为2-3mol/l。

27、可选地，所述酸化处理的温度为30-60℃，酸化处理的时间5-9h。

28、可选地，所述酸化处理的温度为40-50℃，酸化处理的时间6-8h。

29、可选地，所述步骤(1)包括：用去离子水配制酸液，酸液浓度为2-3mol/l，将层状结构的纳米蒙脱土粉末加入配制的酸液中进行酸化处理，酸化温度30-60℃，酸化时间5-9h，然后过滤烘干，酸化处理过程中，氢离子会替换纳米蒙脱土层间可交换的阳离子，保留二氧化硅四面体结构，得到二氧化硅纳米片层材料。

30、可选地，所述步骤(2)包括：对步骤(1)得到的二氧化硅纳米片层材料，调节ph，加入亲水单体，反应ⅰ；

31、所述亲水单体含有亲水基团。

32、可选地，调节ph至8-9。

33、可选地，反应ⅰ的温度为50-80℃，反应ⅰ的时间为1-5h。

34、可选地，反应ⅰ的温度为60-70℃，反应ⅰ的时间为2-3h。

35、可选地，使用无机碱调节ph。

36、可选地，所述无机碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

37、可选地，所述亲水单体选自2-氯乙基磺酸钠、3-氯-2-羟基丙磺酸钠、氯乙酸钠中任一种或多种。

38、可选地，所述二氧化硅纳米片层材料和亲水单体的质量比为1:10-20。

39、可选地，所述步骤(2)包括：将步骤(1)中得到的二氧化硅纳米片层材料加入三口烧瓶中，加入去离子水，搅拌分散，使用无机碱调节体系ph值为8-9；然后将含有亲水基团的小分子亲水单体溶解在去离子水中，将小分子亲水单体水溶液慢慢滴加到二氧化硅纳米片层材料分散液中，搅拌转速400r/min，反应温度50-80℃，反应时间1-5h，得到一面亲水改性的二氧化硅纳米片层材料中间体。

40、可选地，所述步骤(3)包括：将含有亲水改性的二氧化硅纳米片层材料、催化剂、有机胺化合物的混合物，反应ⅱ。

41、所述有机胺化合物含有亲油基团。

42、可选地，所述催化剂为对甲苯磺酸。

43、可选地，所述有机胺化合物选自十二胺、十六胺、十八胺中任一种或多种。

44、可选地，所述催化剂与亲水改性的二氧化硅纳米片层材料的质量比为0.001-0.002:1。

45、可选地，所述亲水改性的二氧化硅纳米片层材料和有机胺化合物的质量比为1:20-30。

46、可选地，反应ⅱ的温度为50-80℃，反应ⅱ的时间为1-5h。

47、可选地，所述步骤(3)包括：在步骤(2)中得到的亲水改性的二氧化硅纳米片层材料中加入催化剂，搅拌溶解，将含有有机胺化合物溶解在乙醇中，将有机胺化合物乙醇溶液慢慢滴加到二氧化硅纳米片层材料中间体分散液中，搅拌转速500r/min，冷凝回流，反应温度50-80℃，反应时间1-5h，得到表面接枝大量小分子亲水单体和长链亲油单体的二氧化硅纳米片。

48、可选地，所述纳米表面活性剂的制备方法还包括步骤(4)：洗涤、离心。

49、本技术又一方面提供了一种所述驱油剂，所述驱油剂为二元复合驱油剂，包括所述纳米表面活性剂和聚丙烯酰胺的水溶液。

50、可选地，所述纳米表面活性剂的浓度为0.15-0.3wt％。

51、可选地，所述聚丙烯酰胺的浓度为0.15-0.2wt％。

52、本技术能产生的有益效果包括：

53、1、和常规的表面活性剂相比，纳米表面活性剂尺寸为100nm左右，可以溶解中水中分散成很多纳米小颗粒，由于纳米颗粒表面能比较大，降低油水界面张力能力更强，同时，纳米颗粒可以更容易进入岩心小孔道中，和原油产生作用，洗油能力更强，纳米粒子具有减弱水分子间氢键缔合的作用，改变水分子的结构，可以让纳米表面活性剂水溶液更容易进入之前水驱没有波及的油藏区域，最终提高采收率。

54、2、纳米表面活性剂表面接枝了大量小分子亲水基团和亲油基团，使其具有较强的亲水亲油能力，可自发吸附在油水界面，紧密排布，显著降低油水界面张力，和不同油田原油都具有较好的界面活性剂，界面张力最低可达10-4mn/m。

55、3、纳米表面活性剂分子中刚性的二氧化硅纳米片层材料可显著提高纳米表面活性剂在地层水中的稳定性，降低地层水矿化度对纳米表面活性剂的影响，产品在高矿化度条件下，仍然具有较好的溶解性，可应用于高温高盐油藏驱油。

56、4、纳米表面活性剂为合成的单一组分，实际使用过程中不会存在色谱分离导致产品失效的问题，产品有效期更长，可在油藏中持续发挥作用，提高原油采收率可达29.3％。

57、5、本技术所述纳米表面活性剂，对原油具有较好的界面张力和洗油效果，驱油效率高。所述纳米表面活性剂对聚合物粘度无明显影响，聚合物粘度保留率90％以上。所述二元复合体系对原油具有较好的界面张力和驱油效果。