[發明專利]一種耐高溫壓裂液用納米纖維素交聯劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011115225.3
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112251204B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王彥玲;張傳保;王東英;梁雷;孫金聲;劉斌;湯龍皓;鞏錦程;許寧
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C09K8/575
• 分類號: C09K8/575;C09K8/88;C08B15/05
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發明涉及一種耐高溫壓裂液用納米纖維素交聯劑及其制備方法與應用。所述納米纖維素交聯劑為表面修飾有含無機硼酸基團的納米纖維素粉體；制備方法包括：用硅烷偶聯劑將納米纖維素進行表面改性的步驟，將硅烷改性的納米纖維素粉體加入到無機硼化合物、異丙醇和乙二醇的溶液中反應，制得納米纖維素交聯劑。本發明簡化了納米交聯劑的制備條件，降低用量，且對于在中性條件下的胍膠基液可以交聯挑掛，形成的壓裂液凝膠具有優異的耐溫耐剪切性能。

技術領域

本發明涉及一種耐高溫壓裂液用納米纖維素交聯劑及其制備方法與應用，屬于油田化學助劑技術領域。

背景技術

水力壓裂是開發低滲透油藏的有效技術，常用的水基壓裂液具有懸砂能力強，低濾失量和低摩擦力等特性。胍膠及其衍生物是水力壓裂液常用的稠化劑，包括胍膠原粉、羥丙基胍膠、羧甲基胍膠，其中經過環氧丙烷氧化時，添加的羥丙基基團會在空間上封閉胍膠骨架上的氫鍵結合位點，并減少胍膠分子之間的氫鍵吸引力，因此得到的羥丙基胍膠具有更好的水分散性和溫度穩定性。壓裂液凝膠是通過將交聯劑(包括硼酸，硼酸鹽和硼衍生物)和鋯、鈦復合物與增稠劑混合而形成的，而硼交聯劑因對地層傷害小而被廣泛使用，但是其存在高pH環境下使用以及耐溫性能較差的缺點。此外，傳統的硼交聯劑是通過B(OH)₄^-離子與胍膠半乳糖側鏈中存在的3，4-順式羥基形成氫鍵而形成交聯網絡，由于交聯劑的尺寸小而導致交聯位點少，因此需要大量的稠化劑和交聯劑才能達到施工要求。

納米顆粒由于其獨特的性質而被廣泛使用，利用納米顆粒表面上的活性基團進行表面改性可以形成納米功能化合物。例如，使用硅烷偶聯劑修飾納米粒子的表面，然后結合有機硼交聯劑以獲得納米硼交聯劑，CN111139053A提供了一種納米二氧化硅有機硼交聯劑及其制備方法。通過對納米二氧化硅改性，將苯硼酸修飾到表面，形成多個交聯位點，從而改善交聯性能，減少胍膠用量而降低壓裂成本。但是該交聯劑用于制備胍膠凍膠或羥丙基胍膠凍膠仍然存在高pH環境下使用以及耐溫性能不理想的缺點。

在已知的研究中，除了納米鈦和納米硅之外，很少有其他類型的納米顆粒用于研究納米硼交聯劑。并且，現有的納米硼交聯劑仍然對基礎液的pH值有很強的依賴性，在中性條件下的交聯效果較差。因此，本發明提出納米纖維素交聯劑。

發明內容

針對現有納米交聯劑研究的不足和存在的問題，本發明提供一種耐高溫壓裂液用納米纖維素交聯劑及其制備方法與應用。

本發明合成的納米纖維素交聯劑簡化了納米交聯劑的制備條件，能降低胍膠用量和交聯劑用量，并且對于在中性條件下的胍膠基液可以交聯挑掛，形成的壓裂液凝膠具有優異的耐溫耐剪切性能，耐溫可達166℃。

術語說明：

交聯比：是指胍膠基液與交聯劑的質量比。

本發明的技術方案如下：

一種納米纖維素交聯劑，其為表面修飾有含無機硼酸基團的硅烷改性的納米纖維素。

根據本發明，所述硅烷改性的納米纖維素是棒狀顆粒粉體，棒狀顆粒尺寸為：直徑10-40nm，長度為80-150nm。比現有的交聯劑交聯位點更多，且對pH依賴性小，可以用于中性交聯環境。進一步優選的，棒狀顆粒尺寸為：直徑20-30nm，長度為100-120nm或110-130nm。

根據本發明，所述無機硼酸基團與所述納米纖維素通過氫鍵方式結合。

一種納米纖維素交聯劑的制備方法，包括：

用硅烷偶聯劑將納米纖維素進行表面改性的步驟，制備硅烷改性的納米纖維素粉體；

將硅烷改性的納米纖維素粉體加入到無機硼化合物、異丙醇和乙二醇的透明溶液中，在70-85℃溫度下反應，制得納米纖維素交聯劑。