[發明專利]一種交聯劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610580841.3
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN107641507B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 趙夢云;崔佳;蘇建政;張汝生;趙崇鎮;馬玉生;鄭承綱;張鎖兵;黃志文
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/035;C09K8/68;C09K8/512
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建

本發明提供一種交聯劑，包括：納米核體和接枝在所述納米核體上的交聯官能基團R⁴，其中，R⁴選自硼酸酯基、鉻酸酯基、鈦酸酯基、鋯酸酯基、鋁酸酯基和氨基中的至少一種。本發明還進一步提供了所述交聯劑的制備方法，及其在油氣開發中的應用。根據本發明所制備的交聯劑可與各種稠化劑發生高效交聯反應，在極低稠化劑濃度下即可生成交聯凍膠，使油氣井工作液在油藏條件下的流變性能根據需要調節，以滿足采油工程的需要。能夠顯著提高油氣井工作液中的交聯劑和稠化劑的有效交聯率，從而降低了交聯劑和稠化劑的使用量，節約了油氣田的開發成本，提升了油氣田的生產效益。

技術領域

本發明涉及油氣開采領域，具體涉及一種交聯劑及其制備方法和應用。

背景技術

在油氣開采過程中，通過勘探確定井位并鉆完井后，需要進行壓裂、酸化、注水、堵水、調剖和驅油等作業過程，期間會用到多種工作流體，如：壓裂液、酸化酸壓液、隔離液、礫石充填液、修井液、堵水劑、調剖劑和驅替液等，這些工作流體統稱為油氣井工作液。

為了實現造縫、攜砂和驅油等功能，需要油氣井工作液在地下的高溫高壓條件下具有較高的黏度和粘彈性，并且其流變性易于調節，以滿足油氣開采的不同要求。因此油氣井工作液中普遍使用稠化劑與交聯劑相互反應，構成交聯體系來實現較為經濟有效的增粘和增稠效果。

現有技術中，油氣開采領域使用的壓裂液、酸化酸壓液、隔離液、礫石充填液、修井液、堵水劑、調剖劑和驅替液等各種工作液體，都是依靠化學交聯技術來提升工作液的流變學性能，滿足施工技術要求，例如：壓裂液通常采用植物膠或植物膠衍生物作為稠化劑、硼酸鹽、鋯酸鹽等物質作為交聯劑，利用稠化劑與交聯劑之間發生的交聯反應，使壓裂液中的稠化劑分子的線性溶膠轉變為具有空間交聯網絡的體型凍膠，從而使壓裂液在高溫高壓下具有很好的粘彈性，可以完成造縫、攜砂等功能；酸化酸壓液中使用聚合物/鋯(鈦)酸鹽交聯體系來增稠提黏；礫石充填液中使用植物膠或聚合物/硼(鋯)酸鹽交聯體系來增稠提黏；堵水劑和調剖劑中使用聚合物/鋁(鉻、鋯、鈦)酸鹽或酚醛、烏洛托品等組成交聯體系；驅替液中使用聚合物/鋁酸鹽組成交聯體系。

但是，由于稠化劑分子和交聯劑分子在水溶液中的水化體積的差別巨大，即R_{稠化劑分子半徑}:R_{交聯劑分子半徑}≈10⁴:1，存在著數個數量級的差異，導致分子內交聯現象頻發，而真正能夠建立空間交聯網絡的分子間交聯反應的數量卻很少，造成交聯效率低下，不僅浪費大量昂貴的稠化劑和交聯劑，還存在殘渣增加、堵塞油氣層等問題。以壓裂液為例，瓜膠-有機硼交聯體系在全世界范圍內廣泛應用，僅瓜膠的使用量就達50萬噸左右，而近期美國萊斯大學納米科學技術中心Bishop教授的研究卻發現：壓裂液的瓜膠-有機硼交聯體系中，有效交聯率僅為1wt％(參見Dalton Trans,2004，2621-2634頁)。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種交聯劑，通過改變交聯劑和稠化劑的尺度比例，從而在大幅度降低交聯劑和稠化劑用量的情況下，交聯劑能夠高效率地與油氣井工作液中使用的稠化劑進行交聯反應，調控其流變性能，滿足油田應用要求。

本發明提供的交聯劑，是基于交聯反應的尺度效應機理，通過將交聯官能基團接枝在三維尺度為納米范圍的核體上，從而成百倍、千倍地增加交聯劑粒徑，減小其與稠化劑分子大小的差異，有效減少稠化劑分子內交聯反應的發生，顯著提升稠化劑和交聯劑之間的交聯反應有效率，降低交聯劑和稠化劑的使用量，在降低油氣田開發成本的同時提升油氣田生產效益。

需要說明的是，在本申請中，尺度效應是指在交聯反應中，由于參與反應物料分子尺寸(或參與反應最小單元尺寸)的變化，引起交聯反應機理、反應規律以及交聯凍膠性能表現出與常規交聯反應顯著差別的現象。