[发明专利]一种水基纳米聚硅微粒及其制备方法和应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种水基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，低渗透油藏岩石孔隙喉道细小，孔隙度小，渗透性很差。低渗油井注水压力高、注水量小、注采不平衡，油井产量迅速递减。

纳米聚硅是近年来发展的新型增注技术，有效期长，有效率高。但是目前纳米聚硅产品均为亲油疏水材料，在下井过程中需要用柴油或混苯和水的混合体系作为携带剂。由于携带剂用量大，每口井需消耗数十吨，柴油成本高，混苯等有机溶剂存在毒性大、易对油层造成二次污染的问题，运输、储存、使用等方面存在安全问题。因此有机携带剂已成为推广应用纳米聚硅增注剂的障碍。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种水基纳米聚硅微粒及其制备方法，所述纳米聚硅微粒可以均匀稳定地分散在水中。

本发明采用的技术方案如下：

一种水基纳米聚硅微粒，以二氧化硅为核，表面修饰带有疏水性、助吸附性和亲水性基团的有机化合物，粒径为2～100nm；二氧化硅与带有疏水性基团的有机化合物的摩尔比为2～20∶1，带有疏水性、助吸附性和亲水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1％～25％、0％～7％和5％～85％。

进一步，粒径为5～20nm。

所述的带有疏水性、助吸附性基团的有机化合物以化学键结合在纳米聚硅表面，是带有功能性基团的碳原子数为1～20的碳链化合物，疏水性功能基团为三甲基、二甲基、乙基、乙烯基、氟代烷基中的一种或几种，助吸附性功能基团为羟基、羧基、环氧基、胺基中的一种或几种；带有亲水性基团的有机化合物为含有羟基、羧基、胺基之一种或几种的有机胺化合物和/或表面活性剂，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。

更进一步，阴离子表面活性剂可选择如硫酸酯盐ROSO₃M、磺酸盐R-SO₃M，R为碳数在8-20的碳链；非离子表面活性剂可选择聚氧乙烯烷基醚、山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。

本发明还提供了所述的水基纳米聚硅微粒的制备方法：

方法一如下：

C1～C6的硅酸酯与有机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水基纳米聚硅微粒；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；所述的修饰剂包括疏水性修饰剂、助吸附性修饰剂和亲水性修饰剂，硅酸酯在反应介质中的浓度为0.1～4.0mol/L，硅酸酯与疏水性修饰剂以及助吸附性修饰剂的摩尔比为1∶0.05～0.5∶0～0.05，所含二氧化硅与亲水性修饰剂的重量比为1∶0.2～20。

方法二如下：

硅酸钠或偏硅酸钠于反应介质中进行水解，水解产物再与有机修饰剂在反应介质中反应，反应产物干燥即得所述的水基纳米聚硅微粒；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；所述的修饰剂包括疏水性修饰剂、助吸附性修饰剂和亲水性修饰剂，硅酸钠或偏硅酸钠在反应介质中的浓度为0.1～4.0mol/L，硅酸钠或偏硅酸钠与疏水性修饰剂∶助吸附性修饰剂的摩尔比为1∶0.05～0.5∶0～0.05，二氧化硅与亲水性修饰剂的重量比为1∶0.2～20。

两方法中，所述的疏水性修饰剂以及助吸附性修饰剂为有机硅化合物和/或有机酸化合物，有机硅化合物为碳链长度为1～20的烷氧基硅烷、氯硅烷或硅氮烷；有机酸分子式为RCOOH，其中R的碳链长度为2～20；所述的疏水性修饰剂带有三甲基、二甲基、乙基、乙烯基、氟代烷基中的一种或几种，所述的助吸附性修饰剂带有羟基、羧基、环氧基或胺基中的一种或几种；所述的亲水性修饰剂为含有羟基、羧基、胺基之一种或几种的有机胺化合物和/或表面活性剂，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂。

所述的有机胺化合物优选二元胺、胺基酸、醇胺、三聚氰胺；阴离子表面活性剂优选硫酸酯盐ROSO₃M、磺酸盐R-SO₃M，R为碳数在8-20的碳链，M可以是Na，K，NH₄；非离子表面活性剂优选为聚氧乙烯烷基醚、山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。

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。