[发明专利]一种超临界二氧化碳增稠剂及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于油田化学品的技术领域，涉及一种超临界二氧化碳增稠剂及其制备与应用。

背景技术

页岩气作为一种高效、清洁的能源，蕴藏着巨大的经济和环境效益，根据世界资源研究所(WRI,2014)的研究报告，我国页岩气技术可采储量位居世界第一，约是美国的两倍；2014年国土资源部中国地质调查局发布的《中国页岩气资源调查报告》也指出我国页岩气资源潜力巨大，可采资源潜力达到25万亿方。

页岩气藏具有低孔隙度、低渗透率的特征，必须经过储层改造以沟通天然裂缝才能够实现游离气、溶解气和吸附气的释放。水力压裂虽是页岩气商业化开采的核心技术之一，但该技术也存在例如耗水量高、环境污染等难以克服的缺陷。且根据WRI公布的数据，世界上38％的页岩气资源分布在干旱或高到极高基线水压力的地区，中国有超过60％的页岩气场位于水资源缺乏区域，水力压裂作业在国内面临种种难题。因此，近年来，无水压裂作为页岩气开发过程中的一项前瞻技术，由于其在压裂效果、环境友好等方面具有显著优势而被广泛关注。主流的无水压裂技术包括液化石油气(LPG)压裂和超临界二氧化碳(SC-CO₂)压裂，其中SC-CO₂压裂具有显著的自身特色，如：①不会使页岩产生黏土膨胀、水锁等效应，对储层无伤害；②造缝能力强，易返排；③可以节约大量水资源；④压裂过程可以同时实现CO₂的埋存，并借助页岩对CO₂更强的吸附能力从而实现对气藏中吸附态甲烷的驱替。

超临界二氧化碳压裂经过多年的发展，已被初步证实其具备工程及产能提升的可行性，前人的研究成果为后续工作的开展奠定了良好的基础。目前制约技术进一步发展的核心问题之一是在地层条件下，二氧化碳黏度较低(0.02～0.1mPa·s)，携砂效果较差。解决这一问题的最直接方法是向超临界二氧化碳中添加增稠剂，提升二氧化碳粘度从而有效提高其携砂能力。最早的有关超临界二氧化碳增稠剂的研究可追溯到20世纪80年代，Heller等(Heller J P.Socorro:New Mexico Petroleum Recovery Research Centre,New Mexico Institute of Mining and Technology,1986)开展了聚合物增稠剂的研究，然而由于其所使用的增稠剂在超临界二氧化碳中溶解度较低，因此增粘效果有限。在随后的十几年里，随着对亲二氧化碳官能团认识的逐渐深入以及相关分子动力学模拟研究的深入，基于聚合物分子的增稠剂研究取得了一些进展，美国北卡罗来纳大学的DeSimone教授(Desimone J M.Science,1992,257:945-947；Disimone J M,Guan Z,Combes J.Macromolecules,1993,26:2663-2669)首先发现在一定压力和温度条件下，硅氧烷和含氟聚合物在二氧化碳中表现出高于无氟聚合物的溶解度，并借此设计了在适当压力下无需共溶剂即可溶于超临界二氧化碳的高分子聚合物1H,1H-全氟辛烯丙烯酸酯(PFOA)，显著增加了超临界二氧化碳的粘度，但该体系的单位成本和使用浓度较高，从而限制了其规模化的应用。1990年，Bae等(Bae J H,Irani C A.SPE 20467,1993)发现一定浓度的聚二甲基硅氧烷、甲苯和超临界二氧化碳形成的混合体系粘度较高，达到1.2mPa·s，相比纯的超临界二氧化碳有近百倍的提升，但该体系中高毒性的甲苯用量较大，不适合在油田大规模使用。其他超临界二氧化碳增稠剂还包括Huang Z H等(Huang Z H,Shi C M,Xu J H,et al.Macromolecules,2000,33(15):5437～5442)制备的1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯与苯乙烯的共聚物，Sarbu等(Sarbu T,Styranec T,Beckman E J.Nature,2000,405(6783):165-168)报道的聚甲基丙烯酸酯和聚醋酸乙烯酯体系，但上述体系都不能同时满足环境友好和高效增粘的要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳增稠剂及其制备与应用，制备获得一种新型超临界二氧化碳聚合物增稠剂，该增稠剂既能在较低压力和温度条件下溶解于二氧化碳，又能显著的增加二氧化碳的粘度，可用于CO₂压裂等页岩油气资源开采领域。