[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201680030593.3
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN107709662A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.阿-巴古里
• 申請（專利權(quán)）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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(diào)節(jié)劑的用途。

背景技術(shù)

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(xué)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(diào)節(jié)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(chǎn)的情況下，聚合物也被用作粘度調(diào)節(jié)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(wěn)定性而在更寬的溫度范圍內(nèi)使用。

納米原纖化纖維素(NFC)是由可再生資源產(chǎn)生的一類新材料，并且它具有作為用于油田應(yīng)用的有用添加劑的潛能。非常關(guān)注使用可再生資源來替代來自石化工業(yè)的化學(xué)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(yōu)異的剪切稀化性質(zhì)，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(wěn)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(zhì)纖維素的原材料來生產(chǎn)NFC，并且其特性可被定制。對NFC的大多數(shù)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(zhì)纖維素生物質(zhì)代替提純漿粕作為原料來生產(chǎn)納米原纖化木質(zhì)纖維素(NFLC)是經(jīng)濟(jì)有利的。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的來源很多，諸如木材、禾稈、農(nóng)業(yè)廢棄物諸如甘蔗渣和甜菜漿等。這僅可在最終應(yīng)用耐受在最終產(chǎn)物中存在木質(zhì)素的情況下適用。

植物細(xì)胞壁主要由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)組成，所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。這三種主要組分的比率和它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性根據(jù)植物的類型而顯著變化。一般地，纖維素是植物細(xì)胞壁中的最大組分并且其在干物質(zhì)重量的35-50%范圍內(nèi)，半纖維素在15-30%范圍內(nèi)且木質(zhì)素在10-30%范圍內(nèi)。作為用于油田應(yīng)用的其它大分子，在使用后去除NFLC是合意的。幸運(yùn)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(zhì)纖維素生物質(zhì)的酶促降解，因為它是由生物質(zhì)產(chǎn)生生物燃料中的主要步驟。通過優(yōu)化酶效率、找到對目標(biāo)生物質(zhì)的最佳酶組合、對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理使其可易于被酶接近以及找到最優(yōu)降解條件，最近的發(fā)展實現(xiàn)了酶促降解總成本的顯著降低。

通過選擇原材料，或通過調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)，或通過對生產(chǎn)的原纖維進(jìn)行后處理，可產(chǎn)生具有寬范圍的物理化學(xué)性質(zhì)的NFC或NFLC。例如，NFC原纖維的尺寸可變化以適于應(yīng)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(nèi)，具有0.5-4 mm范圍內(nèi)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(yù)處理，纖維的直徑可減至納米數(shù)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(yīng)用。此外，從文獻(xiàn)中熟知的是可采取各種方式將纖維素分子化學(xué)改性，以獲得所需化學(xué)性質(zhì)。可采取相同方式調(diào)整NFC的表面化學(xué)性質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)的最常用的方法。

NFC的性質(zhì)允許定制其物理化學(xué)性質(zhì)以匹配在油田流體中使用。可調(diào)節(jié)原纖維形態(tài)和原纖維的化學(xué)性質(zhì)兩者以適應(yīng)應(yīng)用要求。

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

巖芯驅(qū)替(core flooding)試驗是用于研究流體流動至多孔介質(zhì)中的常用方法。該試驗方法提供關(guān)于流體及其組分與代表目標(biāo)儲層的巖芯樣本的相互作用的有用信息。使用該技術(shù)來評估流體對油/氣儲層的地層破壞潛能，還在EOR應(yīng)用的情況下評價聚合物至儲層中的穿透性。通常設(shè)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(yīng)用條件。