[发明专利]一种在分子尺度上原位测定低矿化度水驱过程的方法

说明书

本发明公开了一种利用耗散型石英晶体微天平(QCM‑D)在分子尺度上原位在线模拟低矿化度水驱过程的方法。选用不同模型化合物对商用QCM‑D芯片进行改性修饰，用以模拟具有不同润湿性的岩石表面。选用C5Pe、Bisa等具有代表性的模型化合物模拟原油中容易粘附在岩石表面上的极性组分。液体环境由离子种类和浓度不同的水溶液提供。本发明通过这套模拟系统，可实现在微观层面上原位在线模拟低矿化度水驱过程，从而为实际低矿化度水驱工作提供理论支持。另外，通过对比原油模拟物在不同润湿性表面上的吸附和脱附行为，还可以对低矿化度水驱的微观机理及低矿化度效应进行更深入的分析与讨论。

技术领域

本发明属于石英晶体微天平技术的应用，具体涉及一种利用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术，先构建油/水/岩石三相系统模型，再利用模型在分子尺度上原位模拟低矿化度水驱过程的方法。

背景技术

石英晶体微天平(QCM)，实质上是一个适用于称量微小物质质量的天平，甚至可来测量纳克级的质量变化。除了测量精度高以外，它还可以通过监测芯片震动频率和耗散的变化实现对质量变化的实时监测，无论质量增加或下降，它都可以敏锐的捕捉到这及其微弱的变化。自发明以来，已被广泛用于表面科学、材料科学和生命科学等领。我们发现质量的变化可以用来证实相互作用的发生。以表面的粘附作用为例，如果没有检测到质量的增加，便认为没有相互作用的发生，即没有分子粘附在表面上，反之亦然。因此，QCM更是一种通过监测表面质量的实时变化，从而定性和定量的研究分子和表面间相互作用的方法。

研究表明，油层构造十分复杂且具有非均质性，注入低矿化度水后会形成一种复杂的油/水/岩石三相体系，而它们之间复杂的相互作用将直接影响实际采收率。提高原油采收率的关键在于利用各种技术手段将更多粘附在岩石表面的原油剥离下来。经过几十年的发展，低矿化度水驱技术已经成为一种被普遍接纳并广泛采用的驱油手段。但是针对其背后的驱油机理却仍然没有统一的认识，这主要是因为传统的宏观实验几乎无法探测低矿化度水驱过程中原油在岩石表面上的微观吸附/脱附行为，因此建立一种能够从微观层面上原位模拟低矿化度水驱过程的方法就显得至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单直接，适用于多种油/水/岩石三相体系的，在分子尺度上能够原位在线模拟低矿化度水驱过程的方法。

本发明所提供的一种在分子尺度上原位模拟低矿化度水驱过程的方法，包括下述步骤：以原油中极性组分的溶液，模拟油相；以不同离子构成的盐的水溶液的注入提供液体环境，模拟水相；采用改性的基底作为模拟岩石相；将所述油相、所述水相和所述岩石相混合得到油/水/岩石三相体系；利用耗散型石英晶体微天平测定不同盐溶液浓度下频率(Δf)随时间的变化曲线，实现在分子尺度上原位在线模拟低矿化度水驱过程。

上述方法中，所述极性组分选自原油中最具代表性的极性组分——沥青模型化合物C5Pe(式I所示)、Bisa(式II所示)、TP(式III所示)、PAP(式Ⅳ所示)。

所述极性组分的溶液中的溶剂可为乙醇；所述极性组分的溶液中极性分子的浓度可为10mM。

所述离子可为钠离子、氯离子、镁离子、铝离子、硫酸根离子或钙离子。具体的，所述盐的水溶液具体可为氯化钠溶液，其浓度可为10mM-100mM。

所述基底可为商用QCM-D SiO2芯片；也可根据修饰方法的不同选用其他镀层的芯片，如镀Au芯片等。

本发明选用不同化合物对商用QCM-D SiO₂芯片进行改性修饰(使其改性形成表面富有Si-OH键的亲水基底；或者改性使其形成表面带有-CH₃的疏水基底)，用以模拟具有不同润湿性的岩石表面。

利用商用QCM-D SiO2芯片表面的Si-OH键和所选修饰分子通过硅烷化反应形成单分子吸附层。