介孔和空心纳米颗粒的制备及稳泡性能研究

作     者：孟丽慧 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王继刚;田建龙

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：泡沫驱 介孔纳米SiO2颗粒 空心纳米SiO2颗粒 表面改性 稳定泡沫 

摘      要：泡沫驱在石油开采中得到广大油田开发者的青睐,但泡沫是热力学不稳定体系,当泡沫接触到油相后,会因为液膜上的表面活性剂在油/水界面吸附而使泡沫破裂。因此,研究具有超强稳定能力的泡沫流体是泡沫驱技术的关键。相比较表面活性剂而言,纳米颗粒因其具有一定的界面吸附性能而吸附在泡沫的液膜之间,达到增强液膜的韧性和机械强度的效果并增强了泡沫的稳定性。介孔纳米颗粒和空心纳米颗粒不仅具有传统实心纳米颗粒在稳泡方面的优势,还可以以其超低密度的优势更稳定的存在于泡沫体系中,这为本文提供了一个新的思路。实验室内通过模板法分别合成介孔纳米二氧化硅(Si O)和空心纳米二氧化硅颗粒。通过对实验条件优化,最终合成了粒径为35 nm,孔径为4.5 nm,比表面积为790 m/g的介孔Si O和粒径为43 nm,内核为35 nm,比表面积为430 m/g的空心Si O。并采用三氯丙基三甲氧基硅烷(CPTMO)对合成的介孔和空心纳米颗粒进行了表面改性处理。采用Waring Blender法进行泡沫流体制备实验,选定十二烷基硫酸钠(SDS)加量为0.288 wt%进行发泡实验研究。通过研究三种纳米颗粒:实心纳米Si O颗粒、介孔纳米Si O颗粒、空心纳米Si O颗粒不同加量的发泡实验,最终得到纳米颗粒加量为0.1 wt%时泡沫稳定性能最好,且介孔纳米Si O颗粒和空心纳米Si O颗粒对泡沫的稳定性能都优于实心纳米Si O颗粒,对泡沫的稳定性分别提高了8.7%和11.3%。用CPTMO对合成的两种纳米Si O颗粒进行改性,得到改性产物介-2、介-3、空-2和空-3用于发泡实验研究,其润湿角分别为80°、105°、83°和108°。相比较不加颗粒的发泡体系,加入改性的介孔或空心纳米Si O的发泡体系发泡体积影响不大,但是泡沫半衰期有了明显提高,泡沫综合指数分别提高了10.9%和14.9%;在油水发泡体系中,泡沫综合指数分别提高了38.4%和40.3%,有效地提高了泡沫的抗油性。实验最终得出介孔和空心纳米颗粒具有更好的稳泡性能,从而优化了传统的实心纳米颗粒稳泡实验,具有一定的应用价值。