[發明專利]在用于一次采油的流體中使用的納米原纖化纖維素

在審

• 申請號: 201680030593.3
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN107709662A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: M.阿-巴古里
• 申請（專利權）人: 埃爾凱姆有限公司
• 主分類號: D21H11/18
• 分類號: D21H11/18;C09K8/10;C09K8/20;C08B15/08;C09K8/514;C09K8/90
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張慧,李炳愛

技術領域

本發明涉及納米原纖化纖維素(NFC)作為鉆井液、壓裂液、隔離液等中的粘度調節劑的用途。

背景技術

大分子(聚合物材料)，特別是水溶性大分子屬于用于從地下地層提取烴的最常用的化學品。無論提取是一次提取還是三次提取，聚合物被用于各種功能。例如，在油氣井鉆探中，聚合物被用作粘度調節劑、分散劑或用于過濾控制目的。在通過酸處理或水力壓裂使井增產的情況下，聚合物也被用作粘度調節劑以及用作過濾控制添加劑。

在采油中使用的聚合物是生物基材料或化石基材料。一般地，在<150℃的低溫至中溫下使用生物聚合物。合成聚合物由于其高熱穩定性而在更寬的溫度范圍內使用。

納米原纖化纖維素(NFC)是由可再生資源產生的一類新材料，并且它具有作為用于油田應用的有用添加劑的潛能。非常關注使用可再生資源來替代來自石化工業的化學品，以減少碳足跡。在WO 2014148917中公開了NFC或微原纖化纖維素(MFC)作為用于諸如壓裂液、鉆井液、隔離液和EOR液的油田流體的增粘劑的用途。用NFC增粘的流體顯示優異的剪切稀化性質，并且這歸因于納米原纖維>100的高長徑比。原纖維的長徑比是原纖維的長度除以直徑(長度/直徑)。另外，與諸如黃原膠和瓜爾膠、纖維素以及淀粉衍生物等的天然聚合物相比，NFC更加熱穩定。此外，取決于其表面電荷，與市售可得的生物聚合物或合成聚合物相比，NFC具有高耐鹽性。

可通過各種方法由任何含纖維素或含木質纖維素的原材料來生產NFC，并且其特性可被定制。對NFC的大多數研究集中于使用漂白漿粕作為原料來制備NFC。然而，使用木質纖維素生物質代替提純漿粕作為原料來生產納米原纖化木質纖維素(NFLC)是經濟有利的。木質纖維素生物質的來源很多，諸如木材、禾稈、農業廢棄物諸如甘蔗渣和甜菜漿等。這僅可在最終應用耐受在最終產物中存在木質素的情況下適用。

植物細胞壁主要由木質纖維素生物質組成，所述木質纖維素生物質由纖維素、半纖維素和木質素組成。這三種主要組分的比率和它們的結構復雜性根據植物的類型而顯著變化。一般地，纖維素是植物細胞壁中的最大組分并且其在干物質重量的35-50%范圍內，半纖維素在15-30%范圍內且木質素在10-30%范圍內。作為用于油田應用的其它大分子，在使用后去除NFLC是合意的。幸運的是，存在借助酶促降解或氧化降解的兩種可能的解決方案來去除或降解NFLC。大量研究了木質纖維素生物質的酶促降解，因為它是由生物質產生生物燃料中的主要步驟。通過優化酶效率、找到對目標生物質的最佳酶組合、對生物質進行預處理使其可易于被酶接近以及找到最優降解條件，最近的發展實現了酶促降解總成本的顯著降低。

通過選擇原材料，或通過調節生產參數，或通過對生產的原纖維進行后處理，可產生具有寬范圍的物理化學性質的NFC或NFLC。例如，NFC原纖維的尺寸可變化以適于應用的目的。一般地，在植物中由原纖維束組成的纖維素纖維的直徑在20-40μm范圍內，具有0.5-4 mm范圍內的長度。可由纖維素纖維的完全解原纖獲得的單根纖維素原纖維具有幾納米(大約3 nm)的直徑和1-100μm的長度。取決于解原纖的能量輸入和解原纖之前的預處理，纖維的直徑可減至納米數量級(5-500 nm)。另外，可在一定程度上控制原纖維長度以使它適合于所需應用。此外，從文獻中熟知的是可采取各種方式將纖維素分子化學改性，以獲得所需化學性質。可采取相同方式調整NFC的表面化學性質以滿足最終使用需要。通常，在表面上用羥基中和纖維素分子的表面電荷，但羥基可轉化成陰離子或陽離子電荷。醚化和酯化屬于用以改變纖維素表面性質的最常用的方法。

NFC的性質允許定制其物理化學性質以匹配在油田流體中使用。可調節原纖維形態和原纖維的化學性質兩者以適應應用要求。

具有高木質素含量的NFLC的熱穩定性是不令人滿意的。然而，包含基于干物質計至多20重量%木質素的NFLC具有在鉆井液中使用的可接受的熱穩定性。

巖芯驅替(core flooding)試驗是用于研究流體流動至多孔介質中的常用方法。該試驗方法提供關于流體及其組分與代表目標儲層的巖芯樣本的相互作用的有用信息。使用該技術來評估流體對油/氣儲層的地層破壞潛能，還在EOR應用的情況下評價聚合物至儲層中的穿透性。通常設定諸如溫度壓力、流體組成、巖芯類型和流速的試驗條件來模擬油田和應用條件。