纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂及其制备方法.pdf

一种纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂及其制备方法，属于三次采油中的化学驱油剂，用简便、易于工业化的方法合成。首先用环烷基油在10℃～80℃下通过磺化、中和后得到磺酸盐，然后用纳米级的二氧化硅对该磺酸盐接枝改性，最后得到纳米改性环烷基磺酸盐驱油剂。环烷基磺酸盐占总质量份数的60～90，纳米二氧化硅占总质量份数的10～40。用于驱油实验，当其用量为质量分数为0.3，能使油水界面张力降低至5×10-4mN·m-1，有效降低了剩余油的粘附力，使剩余油易于变形、剥离，同时减小了毛细阻力，使得剩余油滴易于聚集而形成油墙，提高了采油效率。本发明的驱油剂价格低廉，合成工艺简单，便于推广使用。

1、  一种纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂，其特征在于，组成成分为：
a)环烷基磺酸盐，占总质量份数的60～90；
b)纳米二氧化硅，占总质量份数的10～40。

2、  根据权利要求1所述的纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂，其特征在于所合成的环烷基磺酸盐，其分子结构为：

n＝1或2
其中：R₁和R₂根据原料的不同而不同
反应路线为：

β-磺内酯

γ-磺内酯                δ-磺内酯

n＝1或2
γ或δ-羟烷基磺酸盐

3、  根据权利要求1所述的纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂，其特征在于二氧化硅颗粒大小为纳米数量级，由正硅酸乙酯或硅酸盐通过溶胶凝胶法制备得到；
制备步骤：向反应釜中加入质量份数为10～20的无水乙醇，质量份数为75～85的正硅酸乙酯或水玻璃，搅拌；然后在室温下向釜中缓慢滴加质量份数为0.03～0.04浓度为0.1mol·L^-1盐酸；滴加完毕升温至40～70℃，恒温反应1～4小时，反应完毕缓慢滴加NH₃含量25％～28％的氨水，直至反应液pH至弱碱性，这时整个反应液呈现出凝胶状态，倾出凝胶态产物，在室温下挥发掉溶剂，然后烘干，得到纳米级二氧化硅。

4、  一种纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下合成步骤：
1)环烷基油与发烟浓硫酸按质量份数比为5∶1～2.5∶1的比例加入到反应釜中，升高温度至10℃～80℃下进行磺化反应，反应时间为1～10小时；
2)磺化反应完成后，用碱水中和至物料呈弱碱性，得到环烷基磺酸盐；
3)按环烷基磺酸盐占总质量份数为60～90，纳米二氧化硅占总质量份数为10～40，加入到反应釜中，升高温度至20℃～50℃，搅拌1～4个小时，得到本发明的驱油剂，其分子结构为：

纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及纳米二氧化硅改性磺酸盐驱油剂及其制备方法，本发明的驱油剂是属于三次采油中使用的化学驱油剂。
二、技术背景
随着经济的快速发展，国家对原油的需求量越来越大，据统计，中国去年的原油消费总量已达2.7亿吨，其中净进口量超过1亿吨，约占总消费量的30％；据专家分析，一个国家的原油进口量如果超过总消费量的30％，则国际原油价格将影响该国的国民经济的发展，因此，原油已经成为制约中国经济发展的一个重要因素。
为了减少国际原油价格对中国经济发展的影响，保持经济的持续增长，采用新技术，提高现有油田原油的采收率，增加原油产量，成为了中国当务之急。
目前，在三次采油中主要是通过加入一定量的聚合物、表面活性剂、碱等物质，提高注入液的波及体积、改变原油流度、降低油水界面张力，达到调节地层表面(岩石)的润湿性，提高毛细管数，增加原油在水中的分散性，改变原油的流变性的目的，从而大幅度提高原油的采收率。而表面活性剂在三次采油中起着降低油水界面张力、提高洗油效率的重要作用。三次采油技术已经成为我国提高原油采收率的主要措施。目前三次采油中普遍使用的阴离子驱油剂中，一般都含有芳环，特别是有的还含有稠环结构，环境毒性大、生物降解性差，对环境不友好。还有的采用加低碳醇的方法配制表面活性剂驱油体系，但地层的色谱分离使其驱油能力下降。近年来有学者曾采用木质素作牺牲剂，将尿素、六偏磷酸盐配入驱油体系，以改善驱油体系的抗盐性，减少吸附损失。中石油勘探院及有关研究单位多年前已开始与美国合作研究开发降低油水界面张力达10^-4mN.m^-1数量级的超级表面活性剂，但成本较高，目前仍没有正式产品应用。有些油田在三次采油中加入驱油剂的同时加入大量的碱，这样能大幅度降低油水界面张力，但碱的加入对原油的破乳带来一定困难，加入碱后油田注入地层容易板结，封堵出油孔，不利于剩余油的进一步开采，加碱也导致地面注入系统结垢严重。所以，三次采油迫切需要开发新型的驱油剂，使其既对环境友好、易生物降解又能在不加碱的情况下大幅度降低油水界面张力，进而环保、经济地提高原油的采收率。
三、发明内容
本发明的技术方案：本发明的驱油剂由占总质量份数的60～90的环烷基油磺酸盐和占总质量份数的10～40的纳米二氧化硅组成。由于环烷基磺酸盐不含有苯、萘等芳香环且价格便宜、界面活性高、抗盐性能好，因此具有环保无毒、易于生物降解、价廉高效的优点；同时制备纳米二氧化硅工艺成熟简单，因此本发明的驱油剂具有环保、易生物降解、价廉、高界面活性、抗盐等优点。
本发明的驱油剂的制备包括以下步骤：
1、纳米二氧化硅制备
制备步骤：向反应釜中加入质量份数为10～20的无水乙醇，质量份数为75～85的正硅酸乙酯或水玻璃，搅拌。然后在室温下向釜中缓慢滴加质量份数为0.03～0.04浓度为0.1M的盐酸。滴加完毕升温至40～70℃，恒温反应1～4小时，反应完毕缓慢滴加含氨质量25％～28％的氨水，一边滴加一边用pH试纸测试反应液的pH值，直至反应液pH至弱碱性，这时整个反应液呈现出凝胶状态，倾出凝胶态产物，在室温下挥发掉溶剂，然后烘干，得到纳米级二氧化硅。
2、环烷基磺酸盐制备
1)环烷基油与发烟浓硫酸按质量比为5∶1～2.5∶1的比例加入到反应釜中，升高温度至10℃～80℃下进行磺化反应，反应时间为1～10小时；
2)磺化反应完成后，用碱水中和至物料呈弱碱性，得到环烷基磺酸盐；
3)按环烷基磺酸盐占总质量份数的60～90，纳米二氧化硅，占总质量份数的10～40，加入到反应釜中，升高温度至20℃～50℃，搅拌1～4个小时，得到本发明的驱油剂，其分子结构为：

本发明设计的三次采油用驱油剂与传统的驱油剂有着很大的区别。本发明的驱油剂是由环烷基磺酸盐和纳米数量级的二氧化硅复合而成，单独使用能降低油水界面张力至10^-4mN·m^-1以下。
四、附图说明
无附图说明
五、具体实施方式
本发明的驱油剂的制备：环烷基油与发烟浓硫酸按质量比为5∶1～2.5∶1的比例加入到反应釜中，升高温度至10℃～80℃下进行磺化反应，反应时间为1～10小时。磺化反应完成后，用碱水中和至物料呈弱碱性，得到环烷基磺酸盐；按环烷基磺酸盐占总质量份数为60～90，纳米二氧化硅占总质量份数为10～40，加入到反应釜中；升高温度至20℃～50℃，搅拌1～4个小时，得到本发明的驱油剂。
本发明的驱油剂应用：驱油剂的总质量份数为0.3-0.4，即4000mg.L^-1；油水体系为胜利油田胜一区和胜二区原油及其对应注入水；测试所用的仪器为美国彪维公司研制的tx-500界面张力仪，测试温度为70℃，转速为5000转/分钟。
降低油水界面张力的情况：本发明的驱油剂溶液与胜利油田胜一区和胜二区油水体系间的界面张力开始时下降的很快，在8min即可进入10^-4mN·m^-1数量级；随着时间的延长，油水界面张力继续降低，在10分钟左右就可以达到最低，最低油水界面张力可达5×10^-4mN·m^-1。
由以上可以看出，本发明的驱油剂能显著降低油水界面张力，能降低油水界面张力至10^-4mN·m^-1数量级。同时本发明的驱油剂价廉环保、易生物降解、生产工艺简单，因此可以在油田推广使用。