納米纖維素在作為或制備驅油劑中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及納米纖維素在作為或制備驅油劑中的應用。
【背景技術】
[0002] 石油開采過程分一次采油、二次采油和三次采油三個階段。一次和二次采油均為 物理方法采油，通常可以采出30%~40%的原油。我國的主要油田（大慶、勝利、遼河等） 已經進入二次采油的后期階段，并逐步向三次采油階段過渡。因此，三次采油中驅油劑的研 發也越來越引起科研工作者的關注。
[0003] 目前，驅油劑主要包括表面活性劑、聚合物、堿、氣體及其復配體系等。表面活性劑 驅在化學驅中占有重要地位，表面活性劑無論是作為主劑還是作為助劑驅油，對大幅度提 高采收率均起到不可估量的作用，其主要機理是通過降低油水界面張力提高洗油效率。堿 驅：由于堿對地層溶蝕使地層變得更不均質，它使地層和產出系統結垢并使乳化原油脫水 困難，所以驅油劑傾向于不用堿或使用弱堿、潛在堿、有機堿和緩沖堿。氣驅主要包括天然 氣、二氧化碳、氮氣、煙道氣等，但空氣是很有發展前景的氣驅用氣，它通過低溫氧化機理提 高采收率，特別適用于高溫、高壓的輕油油藏。聚合物驅是指在注入水中加入水溶性的高相 對分子質量的聚合物，增加水相粘度并降低水相滲透率，改善油水粘度比，從而擴大體積波 及系數，達到提高原油采收率的方法。聚合物驅油劑的主要性質就是它能夠在石油開發的 控制條件下，以低的聚合物濃度而保持高的粘度。
[0004] 在我國，表面活性劑和聚合物是應用最為廣泛的兩種驅油體系，并且為達到較好 的驅油效果，通常將表面活性劑和聚合物復配使用，即二元體系，該體系既可以提高波及系 數，又可改善洗油效率。但是該體系存在以下問題：一，現有聚合物多為基于丙烯酰胺單體 的合成類聚合物，對環境危害大；二，二元體系在多孔介質中流動時會發生色譜分離效應， 影響其構效關系。迄今為止，并無同時解決這兩個難題的有效方法，因此，研發一種對環境 無污染且不會發生色譜分離效應的驅油劑是亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005] 針對上述現有技術，本發明為解決環境污染和色譜分離效應這兩個難題，從分子 結構與性能關系入手，發現了一種具有表面活性的生物聚合物分子一一納米纖維素，并首 先將其應用于三次采油中，全面評價了其驅油潛力，該技術可以同時解決現有驅油體系污 染和色譜分離兩個問題。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0007] 納米纖維素在作為或制備驅油劑中的應用。
[0008] 優選的，所述納米纖維素為低電荷納米纖維素（0. 72meq/g)或高電荷納米纖維素 (I. 5meq/g)，其結構式均如下式所示：
[0009]
[0010] 納米纖維素可通過常規市場購買得到。本發明的發明人進行實驗所用的納米纖維 素均購自天津浩加納米纖維素科技有限公司，產品名稱為微纖化纖維素 NFC，其中，低電荷 納米纖維素的商品型號為LC-NFC ;高電荷納米纖維素的商品型號為HC-NFC，其直徑都在2 納米左右，長度為0. 8~I. 1微米。
[0011] 具體應用時，納米纖維素可以作為驅油劑直接進行應用；在條件允許的情況下，也 可以將其與其它驅油劑復配使用，例如，與堿、表面活性劑等復配使用。本發明首次將具有 表面活性的納米纖維素應用于三次采油中，相對于現有的驅油體系，該材料具有無污染，可 降解等特點，并有效避免了聚表二元驅中的色譜分離效應（同時具有粘彈性能和活性），可 以有效解決當前驅油體系的兩大問題，可以有效提高原油采收率。
【附圖說明】
[0012] 圖1 :納米纖維素的結構式。
[0013] 圖2 :不同濃度的高、低電荷兩種納米纖維素在不同剪切速率下的粘度情況，其 中，A :低電荷納米纖維素在不同剪切速率下的粘度情況；B :高電荷納米纖維素在不同剪切 速率下的粘度情況；C :高、低電荷兩種納米纖維素的濃度與粘度的關系示意圖。
[0014] 圖3 :不同濃度的高、低電荷納米纖維素的儲能模量和損耗模量隨頻率變化的關 系示意圖，其中，A :低電荷納米纖維素的儲能模量與濃度的關系示意圖；B :低電荷納米纖 維素的損耗模量與濃度的關系示意圖；C :高電荷納米纖維素的儲能模量與濃度的關系示 意圖；D :高電荷納米纖維素的損耗模量與濃度的關系示意圖。
[0015] 圖4 :納米纖維素的乳化過程，其中，并列的兩根試管中，左側試管內是低電荷納 米纖維素，右側試管內是高電荷納米纖維素。
[0016] 圖5 :納米纖維素乳化能力的分析示意圖。
[0017] 圖6 :納米纖維素油水界面張力隨時間的變化關系，其中，A :高電荷納米纖維素油 水界面張力隨時間的變化關系；B :低電荷納米纖維素油水界面張力隨時間的變化關系。
[0018] 圖7 :不同濃度高、低電荷納米纖維素油水界面張力比較。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0020] 下述實施例中所涉及的儀器、試劑、材料等，若無特別說明，均為現有技術中已有 的常規儀器、試劑、材料等，可通過正規商業途徑獲得。下述實施例中所涉及的實驗方法，檢 測方法等，若無特別說明，均為現有技術中已有的常規實驗方法，檢測方法等。
[0021] 實驗納米纖維素作為驅油劑的應用
[0022] 本實驗涉及兩種納米材料，低電荷納米纖維素和高電荷納米纖維素，其化學結構 如圖1所示，這兩種納米纖維素均購自天津浩加納米纖維素科技有限公司，產品名稱為微 纖化纖維素 NFC，其中，低電荷納米纖維素的商品型號為LC-NFC ;高電荷納米纖維素的商品 型號為HC-NFC ;其直徑都在2納米左右，長度為0. 8~I. 1微米。活性基團含量可由陰離 子電荷密度表示，高：1. 5meq/g ;低：0. 72meq/g。本發明對其進行了一系列性能評價（評價 所用方法均為常規方法，在此不再贅述），如下所述。
[0023] 圖2展示出了不同濃度（質量濃度，下同）的高、低電荷兩種新型驅油劑（納米纖 維素）在不同剪切速率下的粘度情況。從圖2中可以看出，隨剪切速率的增大，驅油劑粘度 呈逐漸減小趨勢，在IOOs 1后開始回升；隨著驅油劑濃度的增加，粘度不斷上升，且高電荷 型比低電荷型上升更為迅速。納米纖維素具有較好的增粘效果。
[0024] 圖3展示了高、低電荷驅油劑（納米纖維素）的儲能模量和損耗模量隨頻率變化 的關系。由圖可見，納米纖維素體系表現出較高的粘彈性，并隨濃度的升高而升高。
[0025] 圖4展示的是高、低電荷驅油劑（納米纖維素）的乳化過程，具體的乳化能力如圖 5所示。從圖4中不難看出，低電荷型驅油劑乳化后恢復迅速，油水快速分層，乳化能力低 下；而高電荷型驅油劑則在乳化后油水分層恢復緩慢。圖5表明，在乳化后前30min，油水分 層尤為迅速，低電荷型驅油劑幾乎完全恢復，高電荷水相體積占比大致恢復到50% ;低電荷 型驅油劑在2h時油水便完全的分離，而高電荷型驅油劑在隨后的25h過程中才逐漸分層， 水相體積恢復到90 %以上，說明高電荷型驅油劑有著良好的乳化能力。
[0026] 圖6展示了高、低電荷驅油劑（納米纖維素）油水界面張力隨時間的變化關系。圖 7是不同濃度高、低電荷驅油劑（納米纖維素）的界面張力比較。圖6表明不同濃度的高、 低電荷型驅油劑油水界面張力均在20min時趨于穩定，后續90min內不斷地小幅波動。從 圖7可以看出，隨著驅油劑濃度的增加，油水界面總體呈不斷降低趨勢，相同濃度下高電荷 型驅油劑的油水界面張力更低，在濃度為1%時，可以達到10 iN/m數量級，可見其具有較 低的油水界面張力。
[0027] 綜合以上評價，可以認為，本實驗涉及的高、低電荷兩種納米纖維素，均可以單獨 作為驅油劑進行應用。
[0028] 上述雖然結合實施例對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護 范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員 不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1. 納米纖維素在作為或制備驅油劑中的應用。2. 根據權利要求1所述的應用，其特征在于：所述納米纖維素低電荷納米纖維素或高 電荷納米纖維素。3. 根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于：具體應用時，納米纖維素作為驅油劑 直接進行應用。
【專利摘要】本發明公開了納米纖維素的新用途——在作為或制備驅油劑中的應用。具體應用時，納米纖維素可以作為驅油劑直接進行應用，也可以將其與其它驅油劑復配使用,例如，與堿、表面活性劑等復配使用。本發明首次將具有表面活性的納米纖維素應用于三次采油中，相對于現有的驅油體系，該材料具有無污染，可降解等特點，并有效避免了聚表二元驅中的色譜分離效應(同時具有粘彈性能和活性)，可以有效解決當前驅油體系的兩大問題，可以有效提高原油采收率。
【IPC分類】C09K8/588, C09K8/584
【公開號】CN105062454
【申請號】CN201510519103
【發明人】魏兵, 蒲萬芬, 王崇陽
【申請人】西南石油大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月21日