【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油藏开发压裂液领域，具体涉及一种疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子及其制备方法以及清洁压裂液。
技术介绍
1、石油是工业的血液，是工业生产中重要的化工原料。为了将石油从地下的岩石孔道中开采出来，压裂是开发的必要手段，压裂液是整个压裂过程中的核心，而黏度是评价其性能的重要指标之一。
2、智能结构是可以根据需要或环境“打开和关闭”的构造。表面活性剂由于其特殊的两亲性，可以根据环境变化在水相或油相中自由切换和自组装，并产生规则的智能微结构聚集体、胶束或反胶束。当表面活性剂浓度在高于临界胶束浓度的程度上继续增大时，表面活性剂将自组装形成球、杆、蠕虫、囊泡和片层等结构，这样的性质赋予了表面活性剂极大的应用潜力，使其在化妆品制造、生物制药和材料合成等领域有着广泛的应用。在表面活性剂组成的各种胶束中，蠕虫状胶束独特的黏弹性极大程度地满足了压裂液对黏度的要求，被广泛用作石油生产中的清洁压裂液。当反离子添加到表面活性剂溶液中时，这些胶束延长，随着盐浓度的增加，胶束之间相互重叠和扭曲，形成三维网络结构。从微观上来说，这不仅使胶束具有更大的强度，而且在宏观上大大增加了溶液的黏度。此外，清洁压裂液不仅可以循环压裂和重复使用，而且可以通过简单接触水或油快速分解破胶，不会产生任何残留物，这避免了大多数传统聚合物压裂液在破胶后残留物多、地层损害大的缺点。然而，当遇到恶劣的环境，如高温和高剪切时，胶束网络的稳定可能会被破坏。
3、因此，提高传统清洁压裂液的强度与黏度是一项艰巨的挑战。
技术实现
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的清洁压裂液的强度与黏度的缺陷问题，提供一种疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子及其制备方法以及清洁压裂液，本专利技术提供的含有疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子的清洁压裂液由于能够增加纳米粒子与蠕虫状胶束之间的结合，从而解决传统清洁压裂液强度待提高的问题，提高清洁压裂液的黏度，改善清洁压裂液的流变及其他性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子，其中，所述疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子包括海胆状介孔sio2纳米粒子以及在所述海胆状介孔sio2纳米粒子的表面形成的烷基长碳链层，所述烷基长碳链由式(1)所示的烷基硅烷偶联剂经水解后得到的烷基硅醇与所述海胆状介孔sio2纳米粒子表面的羟基发生缩合反应得到的；
3、
4、其中，在式(1)中，r1选自c5-c25的烷基，r2-r4相同或不同，各自独立的选自c1-c5的烷基。
5、本专利技术第二方面提供了一种前述所述的疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子的制备方法，其中，所述的制备方法包括：
6、(1)以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，正硅酸四乙酯为硅源，水解制备sio2纳米粒子；
7、(2)将sio2纳米粒子研磨成粉末后经焙烧处理，得到海胆状介孔sio2纳米粒子；
8、(3)在氨水催化剂下，将式(1)所示的烷基硅烷偶联剂与水接触进行水解反应，得到烷基硅醇；
9、(4)将所述烷基硅醇与所述海胆状介孔sio2纳米粒子表面的羟基发生缩合反应，在所述海胆状介孔sio2纳米粒子表面形成烷基长碳链层，得到疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子。
10、本专利技术第三方面提供了一种清洁压裂液，其中，所述清洁压裂液包括权利要求1-4中任意一项所述的疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子。
11、通过上述技术方案，本专利技术的有益效果包括：
12、(1)本专利技术制备的疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子，以十六烷基三甲基溴化铵(ctab)为模板剂，合成出的纳米粒子性质稳定、成本低廉，利于工业推广。
13、(2)本专利技术制备出的海胆状介孔sio2纳米粒子表面有许多纤维状的分支。这些分支在增加自身比表面积的同时，也减少相当大的空间体积，这不仅增加了表面活性剂对纳米粒子的吸附能力，还降低了纳米粒子与胶束结合的空间阻力，形成了更紧凑的胶束网络结构，同时避免了纳米粒子的聚沉问题。
14、(3)本专利技术加入疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子后，纳米粒子与蠕虫状胶束的末端结合，形成了胶束-纳米粒子桥，改善胶束重叠诱导的纠缠。此外，胶束-纳米粒子桥的形成可以连接更多的胶束，有效地延长胶束，产生额外的黏弹性。
15、(4)本专利技术改性后的海胆状介孔sio2纳米粒子的疏水性更强，当与蠕虫状胶束结合时，与表面活性剂的疏水链结合更强，这使得强化蠕虫状胶束的强度增大，进一步增强了体系的黏弹性。
16、(5)本专利技术疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子强化清洁压裂液与聚合物基压裂液相比，具有低伤害、无残渣、易返排、绿色环保的优势。
17、(6)本专利技术使用疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子强化的清洁压裂液与传统清洁压裂液相比，蠕虫状胶束的黏度可以从10781.7mpa·s提高到22991.9mpa·s，提高了2.13倍，具有更好的黏弹性，可以有效降低滤失量，并且在na+和mg2+浓度分别为200000mg/l和8000mg/l时，黏度可以保持不变，具有良好的耐盐性。
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1.一种疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子，其特征在于，所述疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子包括海胆状介孔SiO2纳米粒子以及在所述海胆状介孔SiO2纳米粒子的表面形成的烷基长碳链层，所述烷基长碳链由式(1)所示的烷基硅烷偶联剂经水解后得到的烷基硅醇与所述海胆状介孔SiO2纳米粒子表面的羟基发生缩合反应得到的；
2.根据权利要求1所述的疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子，其中，R1选自C8-C23的烷基，R2-R4相同或不同，各自独立的选自C1-C3的烷基；
3.根据权利要求1或2所述的疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子，其中，所述烷基硅烷偶联剂选自十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷中的至少一种；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子，其中，所述疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子的平均粒径为475-800nm；
5.一种权利要求1-4中任意一项所述的疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子的制备方法，
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，所述焙烧的条件包括：温度为550-600℃，时间为4-8h；
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，所述SiO2纳米粒子的制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，十六烷基三甲基溴化铵、尿素、正硅酸四乙酯、戊醇的用量的摩尔比为(10-15)：50：60：70；
9.一种清洁压裂液，其特征在于，所述清洁压裂液包括权利要求1-4中任意一项所述的疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子。
10.根据权利要求9所述的清洁压裂液，其中，以所述清洁压裂液的总重量为基准，所述疏水改性的海胆状介孔SiO2纳米粒子的含量为0.01-0.1wt％；
...【技术特征摘要】
1.一种疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子，其特征在于，所述疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子包括海胆状介孔sio2纳米粒子以及在所述海胆状介孔sio2纳米粒子的表面形成的烷基长碳链层，所述烷基长碳链由式(1)所示的烷基硅烷偶联剂经水解后得到的烷基硅醇与所述海胆状介孔sio2纳米粒子表面的羟基发生缩合反应得到的；
2.根据权利要求1所述的疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子，其中，r1选自c8-c23的烷基，r2-r4相同或不同，各自独立的选自c1-c3的烷基；
3.根据权利要求1或2所述的疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子，其中，所述烷基硅烷偶联剂选自十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷中的至少一种；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的疏水改性的海胆状介孔sio2纳米粒子，其中，所述疏水改性的海胆状介孔s...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵明伟，刘凯文，戴彩丽，吴一宁，高明伟，李琳，赵光，孙永鹏，刘逸飞，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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