一种两亲纳米SiO2的制备方法

一种两亲纳米sio2的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种两亲纳米sio2的制备方法，属于油田化学技术领域。


背景技术：

2.随着全球经济的快速增长，各领域对石油的需求与日俱增。因此，为了满足人们对石油的需求，最大限度地提高现有油田的产量显得格外重要。据估计，一次采油和二次采油只能开采三分之一的地层原油，无法满足油田的实际产量要求。化学驱作为一种三次采油技术，能有效地回收地层中的剩余油和残余油，从而大幅提高油田的采收率。然而，传统的化学驱药剂存在耐温抗盐性差、用量大、吸附损耗、损害地层等缺点。因此，研发一种新型的化学驱药剂用于提高采收率十分必要。
3.近年来，纳米材料因其超小尺寸效应和表面效应等特性，其在提高采收率领域备受关注。研究表明，纳米材料具有稳定乳液、降低油水界面张力、改变岩石润湿性、形成分离压力等性能，从而起到提高采收率的作用。球状纳米材料(sio2、tio2、al2o3等)是用于纳米流体驱中的常用纳米颗粒，其中，纳米sio2具有价格便宜、密度适中、粒径和分布可控、分散性能优良、表面容易被修饰等优点，是提高原油采收率领域最常用的纳米材料，得到了广泛的研究和应用。在此过程中，一系列改性纳米sio2被研发出来，人们发现，具有janus结构的两亲纳米颗粒，具有十分优异的稳定乳状液的能力，在驱油、稠油降粘、调剖等方面具有很好的应用前景。
4.乳状液的类型包括油包水和水包油两种，在纳米颗粒稳定的乳状液体系中，纳米颗粒的两亲性能决定了乳状液的类型，纳米颗粒更亲和的相将成为连续相。对于纳米sio2而言，由于本身具有较强亲水性，因此，改性纳米sio2往往容易形成亲水性更强的两亲材料，适合作为稳定水包油乳状液的乳化剂。然而，目前在制备亲油性更强的两亲纳米sio2方面，还缺乏简便易行的方法，稳定的油包水乳状液在石油开采中存在潜在的应用环境，比如低渗透油藏开发等。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种两亲纳米sio2的制备方法。
6.发明概述
7.本发明通过加入无机盐、聚乙二醇调控水溶液的极性，从而控制溶液在亲水纳米sio2表面的润湿情况，使得颗粒表面的部分区域被水溶液覆盖，在此基础上，将纳米颗粒分散于油相中，通过长链烷基硅酸酯对于余下区域进行亲油修饰，制备具有janus结构的两亲纳米sio2。结果测试表明，在低浓度下，两亲纳米sio2在原油和模拟矿化水中，具有很好的形成和稳定油包水乳液的能力。
8.发明详述
9.本发明的技术方案如下。
10.一种两亲纳米sio2的制备方法，包括步骤如下：
11.(1)水相的配制
12.将一价无机盐、二价无机盐、聚乙二醇加入去离子水中，搅拌、溶解，即得；聚乙二醇的分子量为1000～300000g/mol，去离子水、一价无机盐、二价无机盐、聚乙二醇的质量比为1:(0.01～0.3):(0.01～0.2):(0.01～0.15)；
13.(2)油相的配制
14.将疏水改性剂、有机胺加入有机溶剂中，搅拌、溶解，即得；有机溶剂、疏水改性剂、有机胺的质量比为1:(0.01～0.3):(0.001～0.05)；
15.(3)纳米sio2改性物的制备
16.将亲水纳米sio2、水相加入到装有搅拌器的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀后，加入油相，搅拌速度控制在600～2400rpm，温度为10～60℃，反应1～10h，随后将产物过滤、乙醇洗涤三次、干燥，即得；亲水纳米sio2的平均粒径为1～1000nm，亲水纳米sio2、水相、油相的质量比为1:(0.01～3):(5～200)。
17.根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的一价无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种或者两种以上混合物；
18.优选的，所述的二价无机盐为氯化钙、氯化镁中的一种或者两种的混合物；
19.优选的，聚乙二醇的分子量为3000～100000g/mol；
20.优选的，去离子水、一价无机盐、二价无机盐、聚乙二醇的质量比为1:(0.15～0.3):(0.05～0.2):(0.04～0.12)。
21.根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的疏水改性剂为辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的一种或者两种以上混合物；
22.优选的，所述的有机胺为三乙胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺、三己胺中的一种；
23.优选的，所述的有机溶剂为白油、煤油、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、液体石蜡、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷中的一种；
24.优选的，有机溶剂、疏水改性剂、有机胺的质量比为1:(0.01～0.15):(0.005～0.05)。
25.根据本发明，优选的，步骤(3)中亲水纳米sio2的平均粒径为1～300nm；
26.优选的，亲水纳米sio2、水相、油相的质量比为1:(0.03～1.5):(10～120)；
27.优选的，搅拌速度控制在600～1800rpm，温度控制在25～50℃，反应1～5h。
28.本发明的优良效果如下：
29.1.本发明原料易得，反应条件温和，过程简单安全，可实现大规模工业生产。
30.2.本发明通过水相在纳米sio2表面的润湿，实现颗粒表面的部分区域覆盖，而在非覆盖区域进行疏水修饰，最终形成janus型结构。
31.3.本发明通过无机盐和聚乙二醇的种类和浓度的变化，调控水相在纳米sio2表面的润湿能力，从而调节改性纳米sio2的两亲能力，适用于不同油水体系的乳化。
32.4.本发明制备的两亲纳米sio2尺寸可控，同时还具有非对称的亲水-亲油结构，因此，具有优良的稳定油包水乳液的性能。
33.5.本发明产品与常规驱油聚合物和表面活性剂的配伍性能好。
34.6.本发明制备的产品储存方便，符合环保方面的要求。
具体实施方式
35.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
36.下述实施例中所用的纳米sio2为市购气相法制备的亲水型纳米sio2，其余原料均为常规市购产品。
37.下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于此。
38.实施例1：
39.(1)水相的配制
40.将2g氯化钠、1.5g氯化钙、0.8g聚乙二醇(分子量为10000g/mol)加入10g去离子水中，搅拌、溶解，得到水相；
41.(2)油相的配制
42.将12g十六烷基三甲氧基硅烷、2.5g三丙胺加入100g二甲苯中，搅拌、溶解，得到油相；
43.(3)纳米sio2改性物的制备
44.将10g亲水纳米sio2(平均粒径为30nm)、5g水相加入到装有搅拌器的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀后，加入500g油相，搅拌速度控制在1200rpm，温度为35℃，反应3h，随后将产物过滤、乙醇洗涤三次、干燥，得到纳米sio2改性物。
45.实施例2：
46.如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中一价无机盐为氯化铵，加量为2.5g。
47.实施例3：
48.如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中二价无机盐为氯化镁，加量为1g。
49.实施例4：
50.如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中聚乙二醇(分子量为6000g/mol)的加量为1.1g。
51.实施例5：
52.如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中聚乙二醇(分子量为50000g/mol)的加量为0.6g。
53.实施例6：
54.如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中疏水改性剂为十二烷基三乙氧基硅烷，加量为15g。
55.实施例7：
56.如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中疏水改性剂为十八烷基三甲氧基硅烷，加量为9g。
57.实施例8：
58.如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中有机胺为三戊胺，加量为3g。
59.实施例9：
60.如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中有机溶剂为液体石蜡。
61.实施例10：
62.如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中亲水纳米sio2的平均粒径为15nm。
63.实施例11：
64.如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中亲水纳米sio2的平均粒径为120nm。
65.实施例12：
66.如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中水相的加量为3g。
67.实施例13：
68.如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中油相的加量为800g。
69.实施例14：
70.如实施例1所述，所不同的是步骤(3)中搅拌速度为800rpm，反应温度为45℃，反应时间为1.5h。
71.性能评价
72.按照表1的组成配制模拟矿化水。将实施例1～14按照500mg/l的浓度加入渤海油田原油(密度，0.83g/cm3；80℃粘度，9.2mpa
·
s)中，超声分散10min，得到纳米分散液。将50ml模拟矿化水与50ml纳米分散液混合，通过乳化机搅拌10min，制备乳状液，通过电导率仪测定，所有乳状液均为油包水型乳状液。将乳化液置于具塞量筒中，分别在30℃、80℃下静置，测试乳状液的稳定性随时间的变化规律。乳状液的稳定性以乳化指数衡量，其计算公式如下。
[0073][0074]
式中，ei-乳化指数，(％)；
[0075]v1-油水乳化体系的体积，(ml)；
[0076]v0-油水总体系的体积，(ml)。
[0077]
表1模拟矿化水的组成
[0078][0079]
表2不同静置时间下油水混合体系的乳化指数
[0080][0081]
由表2可以看出，两亲纳米sio2具有良好的稳定油包水乳状液的性能，在低浓度下即可达到长期稳定乳状液的效果。此外，两亲纳米sio2的耐温、抗盐性能优良，在80℃下老化30天后，乳化指数仍可以保持在60％以上。

技术特征：
1.一种两亲纳米sio2的制备方法，包括步骤如下：(1)水相的配制将一价无机盐、二价无机盐、聚乙二醇加入去离子水中，搅拌、溶解，即得；聚乙二醇的分子量为1000～300000g/mol，去离子水、一价无机盐、二价无机盐、聚乙二醇的质量比为1:(0.01～0.3):(0.01～0.2):(0.01～0.15)；(2)油相的配制将疏水改性剂、有机胺加入有机溶剂中，搅拌、溶解，即得；有机溶剂、疏水改性剂、有机胺的质量比为1:(0.01～0.3):(0.001～0.05)；(3)纳米sio2改性物的制备将亲水纳米sio2、水相加入到装有搅拌器的圆底烧瓶中，搅拌混合均匀后，加入油相，搅拌速度控制在600～2400rpm，温度为10～60℃，反应1～10h，随后将产物过滤、乙醇洗涤三次、干燥，即得；亲水纳米sio2的平均粒径为1～1000nm，亲水纳米sio2、水相、油相的质量比为1:(0.01～3):(5～200)；所述的一价无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种或者两种以上混合物；所述的二价无机盐为氯化钙、氯化镁中的一种或者两种的混合物；所述的疏水改性剂为辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的一种或者两种以上混合物；所述的有机胺为三乙胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺、三己胺中的一种；所述的有机溶剂为白油、煤油、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、液体石蜡、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷中的一种。2.根据权利要求1所述的两亲纳米sio2的制备方法，其特征在于，步骤(1)中聚乙二醇的分子量为3000～100000g/mol。3.根据权利要求1所述的两亲纳米sio2的制备方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水、一价无机盐、二价无机盐、聚乙二醇的质量比为1:(0.15～0.3):(0.05～0.2):(0.04～0.12)。4.根据权利要求1所述的两亲纳米sio2的制备方法，其特征在于，步骤(2)中有机溶剂、疏水改性剂、有机胺的质量比为1:(0.01～0.15):(0.005～0.05)。5.根据权利要求1所述的两亲纳米sio2的制备方法，其特征在于，步骤(3)中亲水纳米sio2的平均粒径为1～300nm。6.根据权利要求1所述的两亲纳米sio2的制备方法，其特征在于，步骤(3)中亲水纳米sio2、水相、油相的质量比为1:(0.03～1.5):(10～120)。7.根据权利要求1所述的两亲纳米sio2的制备方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌速度控制在600～1800rpm，温度控制在25～50℃，反应1～5h。

技术总结
本发明涉及一种两亲纳米SiO2的制备方法，属于油田化学技术领域。通过加入无机盐、聚乙二醇调控水溶液的极性，从而控制溶液在亲水纳米SiO2表面的润湿情况，使得颗粒表面的部分区域被水溶液覆盖，在此基础上，将纳米颗粒分散于油相中，通过长链烷基硅酸酯对于余下区域进行亲油修饰，制备具有Janus结构的两亲纳米SiO2。结果测试表明，在低浓度下，两亲纳米SiO2在原油和模拟矿化水中，具有很好的形成和稳定油包水乳液的能力。本发明制备的两亲纳米材料，在调剖堵水、低渗透油藏开发等方面，具有广阔的应用前景。阔的应用前景。


技术研发人员：曹杰 赵尚 徐静思 王新铭 柳春林 陈英鹏
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/20