纳米二氧化硅分散液的制备及其驱油性能研究

发布时间：2020-04-14 10:42

【摘要】：我国日益增长的原油对外依存度严重威胁了国家能源安全,高效开发,降低原油对外依存度,成为保障国家能源安全的关键。我国多数已探明油藏处于高含水或特高含水、高采出程度的 双高‖时期,传统驱油技术开采效率逐渐下降,开发新型高效率、低成本、环境友好型纳米驱油剂是石油开采的研究热点与应用亟需。研究纳米分散液驱油性能与作用机制是三次采油技术发展的重要需求。在课题组前期工作的基础之上,本论文利用微乳液分散理论,以功能性纳米二氧化硅,与表面活性剂、助表面活性剂、水构成类“微乳液”分散体系,建立疏水性纳米二氧化硅的稳定水分散方法,研究了纳米颗粒浓度与润湿性对驱油性能影响,并探讨了其驱油作用机制。主要研究内容和结论如下:1.纳米二氧化硅分散液的制备及其驱油性能研究:选用DNS-118F纳米二氧化硅为功能性驱油颗粒,通过调控表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、助表面活性剂十八醇的配比,制备了一系列纳米二氧化硅分散液,测试了分散液的耐温耐盐性;并利用多功能岩芯驱替实验装置研究了驱油性能。结果表明,在常温下,由纯水配制的纳米二氧化硅分散液可稳定分散12天,且调节十八醇用量可将分散液耐温性提升,将纳米二氧化硅分散液适用温度由60 °C提升至80 °C,并显著提升分散液的耐盐性。多功能岩芯驱替实验评价结果表明:当纳米二氧化硅浓度为2000 ppm时,可使原油采收率提升至17.4%,高于油藏驱油用表面活性剂SDS-十八醇体系(未加纳米二氧化硅)7.4%的采收率,展现出了良好的提升采收率性能。2.纳米二氧化硅表面修饰剂用量对驱油性能的影响及作用机制研究:选用表面修饰含有不同修饰剂量的纳米二氧化硅(DNS-1型)为功能添加剂,制备了系列水分散液,考察了其对原油采收率的影响。结果显示,纳米二氧化硅表面修饰剂量会对采收率造成影响,随表面修饰剂量增加,采收率呈现先增长后降低的趋势;其中表面纳米SiO_2与修饰剂质量比为50:9的DNS-118F水基分散液可以提升采收率17.4%。进一步研究了DNS-118F型疏水性纳米二氧化硅提升采收率作用机制,考察了纳米颗粒浓度对岩石表面润湿性、液体(水滴)完全润湿时间及毛细管润湿性转变等方面的影响。结果表明二氧化硅分散液可将表面润湿性由疏水性转变为亲水性,使水相毛管力由阻力转变为动力。同时,二氧化硅的加入可将油水界面张力由3.9 mN/m降低至1.2 mN/m,表面润湿性改变及界面张力降低的协同作用增加了水驱毛管数,提升了微观驱油效率;另外驱替过程中纳米液注入压力的增大显示出驱替液的波及体积的扩大。因此纳米二氧化硅的加入可以提升驱替液的微观驱油效率和宏观波及体积,从而显著提升原油采收率。3.不同亲水/疏水性纳米二氧化硅的制备及表征:以六甲基二硅氮烷作为表面改性剂,通过调控改性剂的用量,制备了一系列表面具有不同亲疏水性的H系列纳米二氧化硅,考察纳米SiO_2表面修饰剂用量差异导致的亲疏水性不同对原油采收率的影响。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱学(FT-IR)、热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、激光粒度分析、全自动接触角仪等分析测试手段对表面改性不同亲水/疏水性纳米二氧化硅进行了结构表征。结果表明:随着修饰剂添加量增加,水接触角(WCA)逐渐增大,纳米二氧化硅疏水性逐渐增强;FT-IR、TG图谱表明改性剂有效接枝到了SiO_2表面;XRD图谱结果显示制备的纳米二氧化硅为无定形态;TEM结果显示SiO_2一次粒径为15 nm左右,在水溶液中以聚集态存在,粒径分布在4μm左右。考察了不同亲水/疏水性纳米SiO_2对采收率的影响,H-141F最高采收率为17.2%,并初步分析了驱油作用机制。结合前期工作,在表面活性剂SDS-助表面活性剂十八醇-纳米二氧化硅体系中,当二氧化硅水接触角范围为139°-152°强疏水性时,提升原油采收率效果最佳。油膜剥离实验证明烷烃修饰后纳米SiO_2烷基化修饰部分侵入油相,与油相相互作用,剥离力升高;配合润湿性反转、驱替液的波及体积的扩大,提升采收率。
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第一章 绪论第一章 绪论1 引言周知，能源是国家可持续发展的动力，其决定了一个国家的竞争实及其综合国力[1]。石油作为重要的基础化工原料和重要的国家战略界各国不可或缺的最重要的能源物资，有“黑色金子”之称。其开受到了全世界各个国家的普遍重视[2, 3]。

= ， 式 1-3经过一次采油和二次采油之后，60％ 70％的原油在毛细管力作用下被油藏截留，在不连续相中形成油滴残留在油藏中，此时用物理、化学等先进的工艺技术围绕岩石-原油和注入流体三相界面之间效应以提高注入流体对原油的剥离效率，提升驱替效率，采出残余油的方法称之为三次采油（EOR），，亦称之为提高原油采收率[19-21]。三次采油采收率η由式 1-4 计算 = 采进 原始= 原始 ( 未波及 波及区残余) 原始= 波及 波及区残余 原始= = 宏观波及系数 微观驱油效率式 1-4
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TE357.46;TQ423

【参考文献】

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本文编号：2627210