【摘 要】
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纳米颗粒驱油剂因其具有尺寸小、化学纯度高和吸附性强等性能优势,可极大提高原油采收率。纯的纳米SiO2颗粒驱油剂因其表面含有亲水基团（-OH）,且比表面积大、表面能高,分子间极易发生聚结,对储层表面润湿性改变能力有限,在应用中受到一定的限制。本课题以纳米SiO2为基础原料,利用偶联反应,以两性离子型表面活性剂与硅烷偶联剂（KH570）对纳米SiO2进行分子修饰,合成出新型纳米驱油剂,获得了最佳工艺条
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纳米颗粒驱油剂因其具有尺寸小、化学纯度高和吸附性强等性能优势,可极大提高原油采收率。纯的纳米SiO2颗粒驱油剂因其表面含有亲水基团（-OH）,且比表面积大、表面能高,分子间极易发生聚结,对储层表面润湿性改变能力有限,在应用中受到一定的限制。本课题以纳米SiO2为基础原料,利用偶联反应,以两性离子型表面活性剂与硅烷偶联剂（KH570）对纳米SiO2进行分子修饰,合成出新型纳米驱油剂,获得了最佳工艺条件,研究了分子修饰纳米流体提高采收率的机理,建立了分子修饰官能团与提高采收率之间的对应构效关系,评价了新型纳米驱油剂的提高采收率的应用效果,为纳米技术在提高石油采收率（EOR）方面的应用提供了新的方法和思路。取得了以下研究结果:成功对纳米SiO2进行了一定的分子修饰,获得了分子修饰纳米SiO2的最佳合成工艺条件,为进一步提高纳米SiO2的分散稳定性能,利用偶联反应,选用5种不同的两性离子型表面活性剂（OA-10、OA-12、OA-14、OA-16、OA-18）,以KH570为偶联剂协同改性纳米SiO2粒子,合成出5种新型的纳米SiO2驱油剂。通过考察改性剂用量、反应温度和反应时间等因素对改性效果影响,获得了最佳合成工艺条件,其最佳工艺条件为:首先,在5%的纳米SiO2悬浮液溶液中加入3%的表面活性剂,在80℃下,反应4.5h,获得中间产物,然后,加入25%的硅烷偶联剂KH570,继续反应3h,获得分子修饰纳米SiO2驱油剂。通过红外光谱（IR）、XRD对分子修饰后新型纳米SiO2的结构进行表征,并利用热重（TG）、Zeta电位、粒径分布及孔径分析（BET）对分子修饰后新型纳米SiO2的性能特点进行表征。由红外光谱和XRD实验结果可知,在1385cm-1、2950cm-1处发现了-CH2和C-H的特征峰,在1299cm-1、1720cm-1处出现了 C=O的特征峰,说明表面活性剂与硅烷偶联剂成功地接枝到到纳米SiO2粒子表面。由热重（TG）分析结果表明,包覆在纳米SiO2表面的有机链受热分解。分子修饰后的纳米SiO2产品的Zeta电位值均为负值,说明分子修饰后的纳米SiO2处于稳定的分散态。由粒径和孔径分析（BET）实验可得,分子修饰后的纳米SiO2粒度分布更加均匀,其比表面积由48.266m2g提高至297.642m2g,孔体积由0.0148cm3/g扩大至0.15cm3/g,修饰后的比表面积与孔体积极大地增加。研究了新型纳米SiO2驱油剂提高采收率的机理,考察了纳米驱油剂对表界面张力、润湿性、流度以及波及体积等方面的影响,为纳米SiO2驱油剂的应用提供依据。研究结果表明:分子修饰后的纳米SiO2驱油剂较未修饰的纳米SiO2,由于表活剂和偶联剂基团的成功引入,具有更优良的降低表界面张力的能力,其中以OA-14表面活性剂的改性效果最佳,OA-14改性后的纳米SiO2的表面张力降低了 20mN·m-1,界面张力下降了17mN·m-1。由润湿性实验结果可知纳米SiO2表面由亲水性转变为亲油性,润湿角由93°减低到81.5°,实现润湿反转,提高洗油效率。分子修饰后的纳米SiO2驱油剂的水油流度比减小,黏度增大,具有更好的提高波及体积的效果。研究了改性基团与纳米驱油剂性能的对应构效关系,利用MS软件对改性后的纳米SiO2建立构效关系模拟研究。研究结果表明:球-链构型处于完全伸展的状态,说明两性离子型表活剂接枝后的纳米颗粒静电斥力更强,在水溶液中的具有良好的分散性。由于接枝链条越长,扩散迁移力越强,与纳米颗粒的静电斥力更强,改性效果越好,但烷基链条过长,分子间发生缠结,分子修饰效果减弱。因此确定构效关系,为纳米驱油剂的合成与发展提供理论支撑。研究了纳米驱油剂提高采收率的应用效果,利用渗吸驱油和岩心流动实验,以最优的OA-14修饰的纳米SiO2进行性能评价,结果表明:纳米SiO2的最佳浓度为0.5%时,渗吸驱油效率可提高26.4%,驱油采收率达到9.44%,储层伤害减小至6.51%,表明纳米SiO2驱油剂相较于改性前对储层伤害更小,提高中、低渗透油层采油效果更明显,渗吸排驱能力更强。且在矿化度达到300000mg/L,温度为80℃时,纳米SiO2的驱油剂还具有较好的提高采收率效果,具良好的抗盐抗温性能,可作为一种新型的纳米驱油剂进行推广应用。
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