[发明专利]一种碳纳米管复合稠化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种碳纳米管复合稠化剂及其制备方法。

背景技术

稠化液在油气田开发中应用十分广泛，可用于钻井、完井、压裂、酸化、防砂及堵水调剖等方面，是一种重要的油田工作液。传统稠化液常用聚合物增稠剂配制而成，但因其含残渣残留物，对地层渗透率伤害较大，加之具有较高的摩阻压力，限制了聚合物稠化液的进一步应用。近年来，粘弹性表面活性剂流体体系由于其独特的增稠性质受到人们的极大关注，被广泛用于油气增产工作液中。它由特种表面活性剂在水中形成蠕虫状缠绕网状结构，相比一般高分子具有更好的固体颗粒悬浮性能。该体系作为小分子缔合体系，还具有抗剪切、无残渣、对地层伤害小等优异性能。然而，常规的粘弹性表面活性剂流体体系中表面活性剂用量较大，一般化学剂成本比传统的聚合物体系要高，加之其耐温性较差及在中高渗储层中滤失量大等缺点，限制了其在现场的应用。

为了解决常规粘弹性表面活性剂稠化液体系耐温性差、用量大的问题，以往一般多采用开发新分子，如长链或双子型表面活性剂，但存在合成原理和制备工艺较为复杂，且价格较高，产品普适性较差而影响了在油田的推广应用。

近年来人们又发展了纳米拟交联技术，将纳米材料与粘弹性表面活性剂复配制得稠化液，利用纳米颗粒特殊的表面性质和高表面活性，通过吸附作用和静电作用与表面活性剂蠕虫状胶束形成二维的拟交联网状结构，有利于改善体系的粘弹性能和耐温性能。同时该体系可在油气藏岩石表面形成伪滤饼，降低液体的滤失量，且形成的滤饼容易破胶返排，不会伤害地层。在众多纳米材料中，碳纳米管(CNT)及其衍生物由于具有高的比表面积、优异的电学性质和非同寻常的力学性质，越来越受到人们的关注。正是因为这些优点使得碳纳米管在特种材料和油气田开发等方面有极大的应用。已有的研究结果显示中国专利CN201410355821.7公开了一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，专利中采用纳米碳管与粘弹性阴离子表面活性剂复合，可以显著改善压裂液的粘弹性能和耐温性能，同时使压裂液的滤失量明显减少。

显然，碳纳米管这种新型纳米材料对于阴离子粘弹性表面活性剂类稠化剂性能改善方面具有独特之优势，但在应用过程中发现目前使用的碳纳米管由于分散性较差，有效浓度低，加之表面功能官能团种类单一，不能充分碳纳米管的优异性能，致使碳纳米管用量较大，增加了稠化剂成本。另外，由于市场上应用的阴离子粘弹性表面活性剂稠化剂种类有限，如何利用碳纳米管改善阳离子、两性类粘弹性表面活性剂稠化性能，扩大该类稠化剂的应用范围，也是目前亟待解决的一个问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纳米管复合稠化剂及其制备方法，该碳纳米管复合稠化剂采用改性碳纳米管材料，能够有效发挥碳纳米管的对粘弹性表面活性剂流体性能的改善效果，其特点是碳纳米管和表面活性剂用量低、配制简单、性能优异。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种碳纳米管复合稠化剂，原料组成按质量百分数如下：

所述的改性多壁碳纳米管是工业级碳纳米管在2mol/L的NaOH溶液中，90-110℃加热回流2h,冷却至室温，过滤洗涤至中性，于100℃下干燥2h得到预处理的碳纳米管产品；所得预处理品再经体积比为3:1的浓硝酸和浓硫酸于50-70℃加热回流0.5h，冷却至室温，过滤洗涤至中性，于100℃下干燥2h得到改性多壁碳纳米管产品。这种改性多壁碳纳米管材料直径小于5nm，长度小于2μm，表面修饰有大量羟基、羧基亲水官能团，在水中分散性良好，可以保持稳定20h，在表面活性剂溶液中稳定时间更长。

所述的表面活性剂为：阳离子表面活性剂烷基季铵盐，烷基碳链长度16-22；或阴离子表面活性剂脂肪酸酰胺基磺酸钠盐、脂肪酸甲酯磺酸钠盐，脂肪酸碳链长度为18-22；或两性表面活性剂烷基甜菜碱，烷基酰胺丙基甜菜碱，烷基碳链长度为18-22。

所述的反离子盐为水杨酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种。

所述的助剂为十二醇、十二烷基硫酸钠中的一种。

上述碳纳米管复合稠化剂的制备方法如下：

常温下按以下质量百分数配比将表面活性剂加入到水中搅拌配置成水溶液，然后依次加入碳纳米管颗粒、反离子盐及助剂，搅拌均匀，即可得到碳纳米管复合稠化剂：

改性多壁碳纳米管0.05-0.4％；表面活性剂1-5％；反离子盐0-8％；

助剂0-3％；水余量。

本发明所依据的技术原理：