[發(fā)明專利]樹枝形大分子偶聯(lián)劑改性納米材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110268069.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN115074095B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金軍斌;李舟軍;王琳;楊小華;李大奇;王海波;劉金華;韓秀貞;李凡;趙素麗
• 申請（專利權(quán)）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工程技術(shù)研究院
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/035;C09K8/42;C09K8/24;C09K8/16;C09K8/32;C08G73/02
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;楊曉

本發(fā)明公開了一種樹枝形大分子偶聯(lián)劑改性納米材料及其制備方法和應(yīng)用。其通過利用樹枝形大分子偶聯(lián)劑對無機(jī)納米材料進(jìn)行改性得到，所述樹枝形大分子偶聯(lián)劑的制備原料包括多元胺、丙烯酸酯類和硅烷偶聯(lián)劑，所述硅烷偶聯(lián)劑為含氨基硅烷偶聯(lián)劑或含環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑，所述多元胺中氨基和/或亞氨基上含有的氫原子摩爾數(shù)為a?mol，所述丙烯酸酯類的摩爾數(shù)為b?mol，其中，a：b＝1.1:1～10:1，并且，所述樹枝形大分子偶聯(lián)劑與所述無機(jī)納米材料的重量配比為0.05:1～1.5:1。本發(fā)明中，通過調(diào)整第一樹枝形大分子偶聯(lián)劑和第二樹枝形大分子偶聯(lián)劑的配比，能夠?qū)崿F(xiàn)改性納米材料的雙親性，進(jìn)而同時(shí)對水基鉆井液體系和油基鉆井液體系實(shí)現(xiàn)高效封堵。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油鉆井過程的鉆井液領(lǐng)域，具體涉及一種樹枝形大分子偶聯(lián)劑改性納米材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，頁巖氣逐漸成為了清潔能源勘探開發(fā)的熱點(diǎn)。在頁巖目的層，通常采用長水平段鉆進(jìn)，以提高后期的壓裂效果和油氣采收率。頁巖水化會導(dǎo)致井壁失穩(wěn)和周期性坍塌，這就對鉆井液隨鉆封堵微裂隙的性能提出了更高的要求。相較于本身抑制性強(qiáng)的油基鉆井液，這一需求對水基鉆井液而言顯得更加迫切。

納米和微米無機(jī)材料是常見的頁巖封堵材料，但是其在水中容易因密度差而發(fā)生沉降，或者因高表面能而發(fā)生團(tuán)聚，難以長期穩(wěn)定分散，在微裂隙中滯留性較差而容易返吐，這些都限制了納微米無機(jī)材料的適應(yīng)性和使用效果。同時(shí)，納微米無機(jī)材料通常具有表面親水的特性，在以柴油、礦物油等為連續(xù)相的油基鉆井液中上述問題更加突出，對微裂縫的封堵效果不明顯，大劑量使用的話又會增加固相的控制難度，容易造成流型惡化。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了改善納微米無機(jī)材料的分散性，調(diào)整其親水親油潤濕性的效果，往往會使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性。其中，硅烷類偶聯(lián)劑主要是小分子結(jié)構(gòu)，通式為R-Si-X₃，R為含活性官能團(tuán)，如氨基、環(huán)氧基和雙鍵等，可以參與發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；X為烷氧基，其可通過水解反應(yīng)等與無機(jī)材料表面形成化學(xué)鍵合。經(jīng)過小分子偶聯(lián)劑改性的納微米無機(jī)材料，雖然能夠提高其分散穩(wěn)定性和封堵的效果，但是改性的程度和接枝率較低，通常在5％以下，在高溫高壓的井下環(huán)境中容易從無機(jī)材料表面解吸附甚至斷鏈。并且，經(jīng)小分子偶聯(lián)劑改性后的納微米無機(jī)材料，其親水親油值比較固定，封堵材料只能適用于水基鉆井液或者油基鉆井液中的一種，使得通用性受到限制。

進(jìn)一步地，以樹枝形聚合物為主體的結(jié)構(gòu)，其分子中含有多個(gè)烷氧基的支化大分子，能夠顯著提高其對無機(jī)材料的接枝率和在高溫下的鏈接效果，并且，通過長分子鏈的物理纏結(jié)，在進(jìn)入頁巖微裂隙后緊密排列產(chǎn)生膜效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對頁巖微裂隙的高效、長時(shí)間的封堵，減少濾液侵入。再者，通過對樹枝形聚合物主體的組分配比進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而能夠調(diào)控最終材料的親水親油性能，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)雙親性。

本發(fā)明旨在提供一種以樹枝形聚合物為主體的大分子偶聯(lián)劑，對納微米無機(jī)材料進(jìn)行改性，進(jìn)而改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種樹枝形大分子偶聯(lián)劑改性納米材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明的樹枝形大分子偶聯(lián)劑改性納米材料同時(shí)具有親水親油性，能夠同時(shí)在水基鉆井液和油基鉆井液體系中起到很好的封堵頁巖目的層中微裂隙的作用。

本發(fā)明第一方面提供了一種樹枝形大分子偶聯(lián)劑改性納米材料，其通過利用樹枝形大分子偶聯(lián)劑對無機(jī)納米材料進(jìn)行改性得到，所述樹枝形大分子偶聯(lián)劑的制備原料包括多元胺、丙烯酸酯類和硅烷偶聯(lián)劑，所述硅烷偶聯(lián)劑為含氨基硅烷偶聯(lián)劑或含環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑，所述多元胺中氨基和/或亞氨基上含有的氫原子摩爾數(shù)為a?mol，所述丙烯酸酯類的摩爾數(shù)為b?mol，其中，a：b＝1.1:1～10:1，并且，所述樹枝形大分子偶聯(lián)劑與所述無機(jī)納米材料的重量配比為0.05:1～1.5:1。