一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法，該納米磁流體是以經(jīng)表面修飾劑修飾的Fe3O4粒子為磁性顆粒，水為載液組成的；本發(fā)明還涉及上述納米磁流體的制備方法。本發(fā)明的納米磁流體水化穩(wěn)定性較好，粒徑分布窄，摩爾磁化率較高，制備原料低廉，制備工藝簡易，適于工業(yè)化生產，可用于儲層或裂縫監(jiān)測領域。
【專利說明】一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水力壓裂過程中，用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法，屬于材料制備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]全球許多大型高滲油氣田已經(jīng)進入開采后期，低滲透油氣田的油氣資源有望成為世界未來能源和經(jīng)濟發(fā)展的持續(xù)動力，而這些致密儲層中的油氣需要經(jīng)過水力壓裂才能夠實現(xiàn)經(jīng)濟有效地開采。油氣井經(jīng)過水力壓裂作業(yè)后，油氣產量得到有效提升。為了評估壓裂作業(yè)后實際的裂縫狀態(tài)和指導優(yōu)化以后的壓裂作業(yè)工藝，作業(yè)公司需要獲得水力裂縫延伸狀況，幾何形態(tài)和尺寸、方位等諸多信息，所以裂縫監(jiān)測是一種十分有效的方法。
[0003]現(xiàn)有用于壓裂監(jiān)測的主要手段是微地震技術。這種方法主要利用的是壓裂中裂縫延伸過程中產生的地震波，監(jiān)測到的裂縫數(shù)據(jù)并不是十分準確。為此，國內外研究人員開展了大量工作，致力于研究出一種更加準確裂縫監(jiān)測方法。例如CN103244103A提出一種利用納米磁流體進行水力裂縫實時監(jiān)測的方法，將納米磁流體和壓裂液混合注入裂縫中，利用井下和地面的發(fā)射和接受裝置發(fā)射接收信號，根據(jù)電磁感應原理監(jiān)測出飽和納米磁流體裂縫的參數(shù)，如形態(tài)、尺寸、方位等。這種方法可以精確定量地確定裂縫參數(shù)，有著較好的應用前景。
[0004]現(xiàn)有納米磁流體制備方法中，步驟復雜，需求高溫高壓儀器設備，產量小，成本較高，不適合裂縫監(jiān)測中需要大量使用的情況。目前，沒有專門用于壓裂裂縫監(jiān)測用納米磁流體的制備技術。因此，需要一種制備過程簡單，設備要求簡易，原材料便宜，制備成本低的可用于大規(guī)模生產的方法。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體及其制備方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0007]一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，是以經(jīng)表面修飾劑修飾的Fe3O4粒子為磁性顆粒，水為載液組成的；所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為10?25nm，所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為290?450cm3/mol,所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為18?30wt.% ;所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；所述的表面修飾劑與Fe3O4粒子的摩爾比為(0.1?0.8):1。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為12?15nm。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為420?450cmVmol。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為20?22wt.%。
[0011]一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，包括步驟如下:
[0012](I)按Fe2+/Fe3+摩爾比例為0.6?0.8將二價鐵鹽和三價鐵鹽溶于去離子水中攪拌均勻，所述的Fe3+的濃度為0.15~0.25mol/L ；
[0013](2)攪拌條件下按0H7Fe3+摩爾比為4.2~4.6加入堿溶液進行沉淀，40~50°C反應20~40min，調節(jié)pH至5~7，得Fe3O4粒子；
[0014](3)按表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.1~0.8):1加入表面修飾劑溶液，80~90°C熟化0.5~2h，所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；磁力分離出固相顆粒，移去上清液，將固相顆粒去離子水洗滌后分散在去離子水中，攪拌均勻，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中所述的Fe2YFe3+摩爾比例為0.7，所述的Fe3+的濃度為0.2mol/L，所述的二價鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或硫酸亞鐵銨，所述的三價鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵，所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中所述的0H7Fe3+摩爾比為4.4，反應溫度為50°C，攪拌速率為800r/min。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中所述的表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.2~
0.4):1，85°C熟化 Ih ；
[0018]更優(yōu)選的，磁力分離磁納米粒子，用去離子水洗滌磁納米粒子3~5遍，按磁納米粒子的濃度為20wt.%均勻分散于去離子水中，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
[0019]本發(fā)明所述的納米磁流體作為造影劑用于壓裂裂縫監(jiān)測。
[0020]本發(fā)明納米磁流體注入儲層或裂縫中可以大大增強納米磁流體覆蓋區(qū)域的磁化系數(shù)，作為一種造影劑用于表征儲層或裂縫的一系列特征，包括儲層參數(shù)，層間非均質性，裂縫尺寸、形狀、走向等特征。表面修飾劑的作用在于通過吸附到Fe3O4粒子表面，表面修飾劑上所帶電荷因靜電排斥作用保持Fe3O4粒子的穩(wěn)定。
[0021]納米磁流體的制備原理:
[0022]將反應物二價鐵鹽和三價鐵鹽溶于水中，維持在一定的溫度下。緩慢加入沉淀劑，在一定的攪拌速率下保證生成的磁性粒子粒徑維持在一個較窄的分布范圍內。反應完全后,加入表面修飾劑對磁性粒子的表面進行改性,使其具有強親水性和較好的穩(wěn)定性。
[0023]納米Fe3O4化學共沉淀反應的基本方程式為:
[0024]2Fe3++Fe2++80r=Fe3O4 丨 +4H20
[0025]納米磁流體作為造影劑的原理:
[0026]將納米磁流體注入地層或裂縫中，可以增強覆蓋區(qū)域的相對磁導率，更容易對外加磁場作出響應。
[0027]當納米磁流體的固相體積分數(shù)較小時(<5%)，為了簡便計算可以忽略顆粒之間的相互作用。納米磁流體的磁化系數(shù)可用Langevin公式計算，
[0028]
【權利要求】
1.一種用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于該納米磁流體是以經(jīng)表面修飾劑修飾的Fe3O4粒子為磁性顆粒，水為載液組成的；所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為10?25nm，所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為290?450cm3/mol，所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為18?30wt.%;所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；所述的表面修飾劑與Fe3O4粒子的摩爾比為(0.1?0.8):1。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于所述的Fe3O4粒子的粒徑范圍為12?15nm。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于所述的Fe3O4粒子的摩爾磁化率為420?450cm3/mol。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體，其特征在于所述的Fe3O4粒子的粒子濃度為20?22wt.%。
5.一種權利要求1?4任一項所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，包括步驟如下: (1)按Fe27Fe3+摩爾比例為0.6?0.8將二價鐵鹽和三價鐵鹽溶于去離子水中攪拌均勻，所述的Fe3+的濃度為0.15?0.25mol/L ； (2)攪拌條件下按0H7Fe3+摩爾比為4.2?4.6加入堿溶液進行沉淀，40?50°C反應20?40min,調節(jié)pH至5?7,得Fe3O4粒子； (3)按表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.1?0.8):1加入表面修飾劑溶液，80?90°C熟化0.5?2h，所述的表面修飾劑為檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉、油酸鈉或十二烷基硫酸鈉；磁力分離出固相顆粒，移去上清液，將固相顆粒去離子水洗滌后分散在去離子水中，攪拌均勻，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的Fe2YFe3+摩爾比例為0.7，所述的Fe3+的濃度為0.2mol/L，所述的二價鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或硫酸亞鐵銨，所述的三價鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵，所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水。
7.根據(jù)權利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的0H7Fe3+摩爾比為4.4，反應溫度為50°C，攪拌速率為800r/min。
8.根據(jù)權利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的表面修飾劑/Fe3O4粒子摩爾比為(0.2?0.4):1，85°C熟化Ih。
9.根據(jù)權利要求5所述的用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體的制備方法，其特征在于步驟(3)中磁力分離磁納米粒子后，用去離子水洗滌磁納米粒子3?5遍，按磁納米粒子的濃度為20wt.%均勻分散于去離子水中，即得用于壓裂裂縫監(jiān)測的納米磁流體。
10.權利要求1?4任一項所述的納米磁流體作為造影劑用于壓裂裂縫監(jiān)測。
【文檔編號】G01V3/08GK103824671SQ201410091172
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2014年3月12日
【發(fā)明者】羅明良, 孫濤, 溫慶志, 劉飛, 郭燁, 楊國威, 呂子龍, 李楠 申請人:中國石油大學(華東)