[发明专利]一种纳米聚硅微粒及其制备方法和应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种纳米聚硅微粒及其制备方法和应用。

(二)背景技术

水驱开发是低渗透油田的主要开采方式。然而，低渗透油藏地层导压能力 弱，低渗油井存在注水注入压力高、注水量小、注采不平衡等问题，从而造成 渗流阻力大，注水压力上升快，导致注水量快速降低，油井产量迅速递减。

目前，酸化是油田普遍采用的一种效果相对较好的注水井增注处理方法。 但其用于渗透率很低的油田时存在施工效果差，有效期短，施工成本很高等问 题。

纳米聚硅增注技术是近年来发展的新的减阻增注技术。纳米聚硅材料能够 吸附在岩石表面，改变岩石的润湿性，在低渗透和超低渗油田注水井中起到降 压增注作用，提高油田的产量。如俄罗斯曾报道，利用γ射线激活的添加剂对 纳米二氧化硅进行化学改性，生产出的纳米聚硅粒径分布很宽，粒径分布为 5-100nm，但其存在难以在渗透率很低的低渗透油田使用的缺陷；中国专利 ZL200410010121.0中李志伟等制备了聚合物包覆的纳米聚硅微粒，水在纳米微 粒表面的接触角可达到95°以上，但缺点是疏水性不足。因此目前纳米聚硅材 料还无法得到广泛使用。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米聚硅微粒及其制备方法，制成的纳米聚硅 微粒粒径小，分布均匀，疏水性好，对(超)低渗油田注水井具有显著的降压 增注效果。

本发明采用的技术方案如下：

一种纳米聚硅微粒，所述微粒以二氧化硅为核，表面键合含有疏水性基团 和助吸附性基团的有机化合物修饰剂，粒径为5～60nm，含疏水性基团和助吸 附性基团的有机化合物在纳米聚硅微粒中所占重量比分别为5～35％和1～ 10％。

进一步，粒径为5～25nm。

所述的疏水性基团为甲基、乙基、乙烯基、氟代烷基中的一种或几种；所 述的助吸附性基团为羟基、羧基、环氧基、胺基中的一种或几种。

本发明提供了所述的纳米聚硅微粒的制备方法，其中之一如下：C1～C6 的硅酸酯与带有疏水性和助吸附性基团的有机化合物修饰剂在反应介质中进 行水解、反应，反应产物干燥即得所述的纳米聚硅微粒；水解于PH值为8～11 的条件下进行，反应温度20～100℃，反应时间1～30小时；硅酸酯在反应介 质中的浓度为0.1～4.0mol/L，带有疏水性基团的有机化合物修饰剂和带有助 吸附性基团的有机化合物修饰剂与硅酸酯的摩尔比分别为0.1～1∶1和0.01～ 0.1∶1。

方法之二如下：硅酸钠或偏硅酸钠于反应介质中进行水解，水解产物与有 机化合物修饰剂在反应介质中反应，反应产物干燥即得所述的纳米聚硅微粒； 水解于PH值为3～11的条件下进行，反应温度20～100℃，反应时间1～30 小时；硅酸钠或偏硅酸钠在反应介质中的浓度为0.1～4.0mol/L，带有疏水性 基团的有机化合物修饰剂和带有助吸附性基团的有机化合物修饰剂与硅酸钠 或偏硅酸钠中所含SiO₂的摩尔比分别为0.1～1∶1和0.01～0.1∶1。

两种方法中，所述的反应介质为丙酮、二甲苯、水、C1～C12的醇中的一 种或几种的组合。

所述的有机化合物修饰剂为有机硅化合物和/或有机酸化合物，所述的有 机硅化合物为碳链长度1～20的烷氧基硅烷、氯硅烷或硅氮烷；有机酸分子式 为RCOOH，R的碳链长度为2～20；所述的疏水性基团为甲基、乙基、乙烯基、 氟代烷基中的一种或几种；所述的助吸附性基团为羟基、羧基、环氧基或胺基 中的一种或几种。

干燥于90～140℃进行。

具体的，水解反应pH值为3～11，用酸、氨水或铵盐的水溶液调节；水解 产物经去离子水洗涤，除去副产物；水解产物与修饰剂的反应PH值为8～11， 可用铵盐、氨水的水溶液调节；修饰剂可以在硅酸钠水解前也可以在水解完成 后加入，即修饰反应可以在硅酸钠水解过程中同时进行，也可以在水解产物洗 涤后进行。

所述的纳米聚硅微粒作为减阻增注剂有很好的应用。