[发明专利]一种磺化二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磺化二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。该制备方法为：将二氧化硅纳米颗粒真空干燥得到预处理的二氧化硅纳米颗粒；将预处理的二氧化硅纳米颗粒超声分散到水中并搅拌；然后加入γ‑巯丙基三甲氧基硅烷升温反应得到反应产物；向反应产物中加入过氧化氢搅拌反应，然后过滤真空干燥得到磺化二氧化硅纳米颗粒。该磺化二氧化硅纳米颗粒平均粒径为100‑155nm，粒径分布较窄，分散均匀性好、稳定性高、改变润湿性能力强并且具有一定的乳化能力；将其用于改善低渗透油藏岩石润湿性，能够较好的提高原油采收率。

技术领域

本发明属于油田技术领域，具体涉及一种磺化二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

对于低渗透油藏，由于其渗透率低、油水流动通道小、毛管压力大，使得油藏注水压力高，采用传统的注水开发方法，几乎不能从油藏中采出原油。岩石的润湿性影响油水相对渗透率、储层中剩余油的分布及注水开发特征，同时决定了孔道中毛管力的大小和方向。由于油湿性低渗透油层生产能力和注水能力差，导致油井产量不高。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种磺化二氧化硅纳米颗粒及其制备方法，该制备方法能够提高二氧化硅纳米颗粒的分散性；本发明的目的还在于提供该制备得到的磺化二氧化硅纳米颗粒在改善油藏岩石润湿性中的应用，其能够使岩石表面润湿性由油湿性或混合润湿性转变为亲水性，增加毛细管力推动的自发渗吸驱油作用，改善油湿性低渗透油层水驱开发效果，可以显著提高原油采收率。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供一种磺化二氧化硅纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将二氧化硅纳米颗粒真空干燥得到预处理的二氧化硅纳米颗粒；

步骤二，将预处理的二氧化硅纳米颗粒超声分散到水中并搅拌；然后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷升温反应得到反应产物；

步骤三，向反应产物中加入过氧化氢搅拌反应，然后过滤真空干燥得到磺化二氧化硅纳米颗粒。

上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，真空干燥的温度为100-200℃，干燥时间为18-24h。

上述的制备方法中，优选地，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径范围为1-100nm。

本发明中，二氧化硅纳米颗粒是一种无机化工材料，可市售获得，其属于超细纳米级，粒径范围在1-100nm，因此具有许多独特的性质，在石油工业中的应用越来越广泛。但二氧化硅纳米颗粒表面含有大量硅羟基，易发生团聚。本发明对其进行磺化改性，磺酸基是一个强水溶性的基团，并且其电荷之间有静电斥力作用，通过磺化改性后能够提高二氧化硅纳米颗粒的分散性。

现有技术中，针对纳米二氧化硅的磺化方法包括利用硫酸、1,3-丙烷磺内酯、磺酰氯等，但这些磺化方法具有反应过程复杂、反应物毒性等问题。而本发明以硅烷偶联剂KH590(γ-巯丙基三甲氧基硅烷)为改性剂，利用其与二氧化硅纳米颗粒表面的羟基进行反应，并用过氧化氢将巯基氧化为磺酸基，得到磺化改性的二氧化硅纳米颗粒，硅烷偶联剂水解后能与纳米SiO₂表面的硅羟基作用，反应条件温和，改性效率高，改性方法简单，能够改善纳米颗粒的分散性，提高其改变润湿性的能力。

上述的制备方法中，优选地，在步骤二中，超声分散的时间为30-40min，超声功率为200-400W，超声频率为30-50Hz；搅拌的时间为30-60min。

上述的制备方法中，优选地，在步骤二中，升温反应的时间为12-18h；反应温度为30-80℃。

上述的制备方法中，优选地，在步骤二中，所述预处理的二氧化硅纳米颗粒与所述γ-巯丙基三甲氧基硅烷的质量比为(5-10):1。