本發(fā)明屬于油氣田壓裂改造，具體涉及一種大位阻納米二氧化硅及其制備和使用方法。

背景技術：

1、隨著能源需求的不斷增長和傳統(tǒng)油氣資源的逐漸減少，非常規(guī)油氣藏已成為我國油氣資源重要的接替領域。據(jù)統(tǒng)計，我國非常規(guī)油氣資源占探明可采儲量的40％以上，開發(fā)潛力巨大。水力壓裂技術是高效開發(fā)非常規(guī)儲層的關鍵技術手段。壓裂液具有傳遞壓力和攜帶支撐劑的作用，是水力壓裂的核心。國內(nèi)外學者針對水力壓裂中壓裂液導致的儲層傷害進行了大量的研究工作，但主要都聚焦在水敏、水鎖、殘渣傷害等方面，對于壓裂液中的稠化劑分子在巖石多孔介質(zhì)中的吸附滯留所造成的滲透率傷害關注較少。經(jīng)調(diào)研，室內(nèi)實驗及現(xiàn)場實際施工中壓裂液中的稠化劑在巖石多孔介質(zhì)中的吸附滯留是導致儲層傷害的重要原因。目前對于稠化劑在巖石多孔介質(zhì)中的吸附滯留機理和規(guī)律認識不清，使得壓裂液中稠化劑的吸附滯留傷害得不到有效控制，制約著頁巖油氣、致密油氣等非常規(guī)油氣資源的開發(fā)效果。

2、稠化劑是水溶性的高分子化合物，分子鏈上含有大量的親水基團，與巖石表面有較強的吸附作用，會導致稠化劑在儲層中大量滯留無法排出，降低壓后通道的流動能力，嚴重影響壓裂改造效果。返排階段，入井的稠化劑分子在破膠劑作用下被打碎為較小的分子，隨著流體在壓差作用下返排回地面。破膠后的稠化劑分子在流動狀態(tài)下大多可保持線性結構，容易通過微小孔道。但稠化劑分子一旦發(fā)生吸附附著在孔道的巖石壁面，由于分子間基團的相互作用，分子鏈會纏繞形成大的分子團，堵塞孔道。

3、現(xiàn)有技術如中國專利cn?102352233?a公開了一種低傷害小分子瓜膠壓裂液，其利用小分子瓜膠分子量較小的特點，在壓裂施工結束后稠化劑分子鏈被氧化劑打斷后形成更小的分子鏈，從而一方面可以減少胍膠的加入量，另一方面可以使得進入地層的稠化劑分子盡可能的返排出地層，以減少對地層的傷害。但是，基于業(yè)內(nèi)對低滲致密儲層孔喉及流體特征的研究(參見《石油實驗地質(zhì)》，2014年，36卷，第1期披露的“川西新場須四段致密砂巖儲層微觀孔喉與可動流體變化特征”)、以及對聚合物吸附滯留規(guī)律的研究(參見《石油與天然氣化工》，2011年，40卷，第6期披露的“聚合物吸附滯留規(guī)律及性能變化研究”)，發(fā)現(xiàn)壓裂液在致密儲層中的傷害主要是因為高分子聚體在巖石孔喉發(fā)生吸附作用，而導致巖石孔喉半徑減小，這是壓裂液在低滲儲層傷害的主要來源。因而，該技術雖然減少了高分子稠化劑-胍膠的加入量、并提高了其返排量，但是，其并不能破壞壓裂液中高分子化合物的稠化劑在儲層巖石上的吸附堵塞，亦就不能有效地降低巖石孔喉處吸附的高分子聚體的技術問題，從而不能有效地改善儲層的油氣滲透通道環(huán)境。因此，為促進非常規(guī)油氣資源的高效開發(fā)，亟需解決稠化劑對儲層的傷害問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種大位阻納米二氧化硅及其制備和應用方法，以克服上述技術缺陷。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、本發(fā)明首先公開了一種大位阻納米二氧化硅，按重量份計，包括以下組分：納米二氧化硅8～15份，內(nèi)層改性劑1～3份，外層改性劑8～17份。

4、作為優(yōu)選，所述納米二氧化硅的粒徑為3～10nm。

5、作為一種優(yōu)選方案，所述內(nèi)層改性劑為二甲氧基苯基甲基硅烷。

6、作為本發(fā)明的又一優(yōu)選方案，所述外層改性劑為2，5-二羥基-1，4-苯喹酮、糖類多羥基化合物中的一種或其混合物。

7、作為進一步的優(yōu)選方案，所述糖類多羥基化合物為葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖、纖維二塘中的一種或幾種。

8、本發(fā)明進一步公開了一種大位阻納米二氧化硅的制備方法，包括以下步驟：

9、s1，將8～15重量份的納米二氧化硅放入反應容器中，加入40～65重量份正己烷，攪拌至納米二氧化硅完全懸浮在正己烷中；

10、s2，然后加入1～3重量份的內(nèi)層改性劑，于室溫下攪拌反應30～60min；

11、s3，再加入8～17重量份的外層改性劑，待滴加完畢后升溫至50～60℃，在攪拌條件下反應60～70min；

12、s4，最后通過低壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，用無水乙醇清洗三次，過濾并在90℃條件下干燥，得改性納米二氧化硅，即為目標產(chǎn)物。

13、作為進一步的優(yōu)選方案，步驟s1中，攪拌速度為120-300r/min。

14、優(yōu)選地，內(nèi)層改性劑為二甲氧基苯基甲基硅烷。

15、作為進一步的優(yōu)選方案，所述內(nèi)層改性劑的滴加時間應控制在5min內(nèi)。

16、優(yōu)選地，所述外層改性劑為2，5-二羥基-1，4-苯喹酮、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖、纖維二塘中的一種或任意幾種以任意比例混合的混合物。

17、作為進一步的優(yōu)選方案，所述外層改性劑的滴加時間應控制在30min內(nèi)。

18、本發(fā)明進一步公開了任一種所述的大位阻納米二氧化硅或由上述制備方法制備的大位阻納米二氧化硅的使用方法：將該大位阻納米二氧化硅與現(xiàn)場實施壓裂液一同注入地層，其中大位阻納米二氧化硅的用量為現(xiàn)場實施壓裂液質(zhì)量的0.05～0.1％。

19、采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下的有益效果：

20、1.本發(fā)明所制備的降低高分子化合物纏繞的大位阻納米二氧化硅，具有改變接觸角、改善稠化劑分子柔順性、破壞氫鍵、形成空間位阻占據(jù)吸附位點等作用，能夠促進壓裂液的返排、顯著增加返排液中剩余聚合物濃度、有效降低聚合物在儲層的吸附滯留傷害，充分釋放壓后產(chǎn)能，明顯提升壓裂改造效果。

21、2.改變接觸角：改性后的納米二氧化硅即所述大位阻納米二氧化硅的親水性降低，接觸角測試結果表明，含改性納米二氧化硅的清水浸泡后的巖樣薄片接觸角增加30°以上。

22、3.改善分子柔順性：稠化劑分子因其分子間存在氫鍵作用發(fā)生卷曲、纏繞成團，導致破膠后水合半徑較大，容易堵塞改造后油氣流動通道，改性納米二氧化硅即本發(fā)明所述大位阻納米二氧化硅能夠屏蔽分子間的氫鍵作用，增強破膠后稠化劑分子的柔順性，使其保持線性結構，有效降低稠化劑水合半徑。

23、4.降低巖心傷害率：本發(fā)明所制備的大位阻納米二氧化硅能有效的降低稠化劑在巖石表面的附著，并避免其分子鏈的纏繞、聚集，保證通道具有較好流動性，使破膠液對巖心的傷害率降低幅度達20％以上。

24、5.促進返排作用：將本發(fā)明所提供的制備方法制備的大位阻納米二氧化硅進行現(xiàn)場應用，應用井的最終返排率提升幅度為66.4％。

25、6.剩余聚合物濃度：與對比井比較結果顯示，常規(guī)聚合物壓裂液返排液中剩余聚合物平均濃度為960mg/l，含所制產(chǎn)品即大位阻納米二氧化硅的聚合物低傷害壓裂液返排液平均濃度為1488mg/l，提高了35.5％。

26、上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚的了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

技術特征：

1.一種大位阻納米二氧化硅，其特征在于，按重量份計，包括以下組分：納米二氧化硅8～15份，內(nèi)層改性劑1～3份，外層改性劑8～17份。

2.如權利要求1所述的大位阻納米二氧化硅，其特征在于：所述納米二氧化硅的粒徑為3～10nm。

3.如權利要求1所述的大位阻納米二氧化硅，其特征在于：所述內(nèi)層改性劑為二甲氧基苯基甲基硅烷。

4.如權利要求1所述的大位阻納米二氧化硅，其特征在于：所述外層改性劑為2，5-二羥基-1，4-苯喹酮、糖類多羥基化合物中的一種或其混合物。

5.如權利要求1所述的大位阻納米二氧化硅，其特征在于：所述糖類多羥基化合物為葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖、纖維二塘中的一種或幾種。

6.一種大位阻納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.如權利要求6所述的大位阻納米二氧化硅的制備方法，其特征在于：所述步驟s2中，內(nèi)層改性劑為二甲氧基苯基甲基硅烷，且內(nèi)層改性劑的滴加時間應控制在5min內(nèi)。

8.如權利要求6所述的大位阻納米二氧化硅的制備方法，其特征在于：所述步驟s3中，外層改性劑為2，5-二羥基-1，4-苯喹酮、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖、纖維二塘中的一種或任意幾種以任意比例混合的混合物。

9.如權利要求6所述的大位阻納米二氧化硅的制備方法，其特征在于：所述步驟s3中，外層改性劑的滴加時間應控制在30min內(nèi)。

10.一種大位阻納米二氧化硅的應用，包括權利要求1-5任意一項所述的大位阻納米二氧化硅或由權利要求6-9任意一項所述制備方法制備的大位阻納米二氧化硅，其特征在于，所述使用方法為：將大位阻納米二氧化硅與現(xiàn)場實施壓裂液一同注入地層，其中大位阻納米二氧化硅的用量為現(xiàn)場實施壓裂液質(zhì)量的0.05～0.1％。

技術總結
本發(fā)明公開了一種大位阻納米二氧化硅及其制備方法和應用，該大位阻納米二氧化硅按重量份計包括：納米二氧化硅8～15份，內(nèi)層改性劑1～3份，外層改性劑8～17份。本發(fā)明通過在小直徑的納米二氧化硅顆粒表面接枝、改性，使納米二氧化硅的親水性基團密度降低，同時接枝上的長鏈基團有助于納米二氧化硅在巖石表面的附著，大量占據(jù)巖石表面，減少稠化劑在巖石表面的附著；改性納米二氧化硅表面大位阻基團，可以有效的減少納米二氧化硅的用量，避免小粒徑的二氧化硅將稠化劑分子聚集，使稠化劑能保持舒展狀態(tài)，有利于其在微小孔道中流動，提升壓裂改造效果。

技術研發(fā)人員：馬風杰,左挺,張冕,張云逸,歐陽偉平,高燕,吳濤,王改紅,李燕紅,王孟玉
受保護的技術使用者：中國石油天然氣集團有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/19