[发明专利]用于油田应用的降解化学物质的纳米管介导

说明书

在管壁的内部和外部具有靶向或选择性氧化水平和/或含量的离散的个体化碳纳米管可用于纳米管介导的用于油田钻探应用的降解分子如氧化剂和酶的受控递送。还可以使用用于碳纳米管的使用最少酸氧化的制造方法，其与其他已知的制造方法相比提供了更高水平的氧化。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月7日提交的美国申请序列号(USSN)62/319,599和2016年11月21日提交的USSN 62/424,606的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。本申请还涉及2015年2月21日提交的USSN14/628,248，以及2011年6月20日提交的USSN13/164,456及其后续申请；2011年8月9日提交的USSN13/140,029及其后续申请，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及新型的离散碳纳米管组合物，其允许如用于油田应用的降解的、粘度降低的分子如酶和氧化剂的纳米管介导的受控递送。本申请还包括使用最少酸氧化的所述碳纳米管的制备。

背景技术与发明内容

碳纳米管可以通过管中的壁数来分类：单壁、双壁和多壁。目前，碳纳米管被制造为附着于基底的附聚纳米管球、束或丛。在弹性体、热塑性或热固性聚合物复合材料中使用碳纳米管作为增强剂是其中预计碳纳米管具有显著效用的领域。然而，由于通常不能可靠地生产个体化的碳纳米管以及将个体化的碳纳米管分散在聚合物基质中的能力，因此在这些应用中碳纳米管的利用受到了阻碍。Bosnyak等人在各个不同的专利申请(例如，US2012-0183770A1和US2011-0294013A1)中通过慎重地基本上同时使用氧化和剪切力制造离散的碳纳米管，从而氧化纳米管的内表面和外表面，通常在内表面和外表面上达到大致相同的氧化程度，形成个体的或离散的管。

本发明可以使用那些之前的Bosnyak等的申请和公开内容的管，但也使用新的靶向氧化离散管。本发明描述了离散的个体化的碳纳米管的组合物，其在管壁的外部和/或内部具有靶向或选择性的氧化水平和/或氧含量。这种新型碳纳米管可以几乎没有或没有内管表面氧化，或者在管的内表面和外表面之间的氧化量和/或类型不同。这些离散管可用于许多应用，包括增塑剂，然后可将其在弹性体、热塑性和热固性复合材料的配混和配制中用作添加剂，以改善机械、电和热性能。特别地，本申请公开了一种使用最少酸氧化的碳纳米管的新型制造方法。

本申请还公开了碳纳米管在用于油田应用的工业上称为“破胶剂”的降解化学物质，如酶和氧化剂的纳米管介导的控制递送中的新用途。用于刺激来自碳氢化合物储层的生产的水力压裂是通过将水力压裂液注入井中并对压裂液施加足够的压力以引起地层破裂以及随之产生的一个或多个裂缝来实现的。裂缝可以是水平的或垂直的，后者通常是主要的，并且随着地层深度的破裂，垂直裂缝取向的趋势增加。通常将相对于压裂液的总重量正常浓度范围为0.12重量％至0.96重量％(参见，例如，Barati，R.等人A Review ofFracturing Fluid Systems Used for Hydraulic Fracturing of Oil and GasWells.J.Appl.Polym.Sci.Vol.131,40375(2014))并具有支撑剂的凝胶、乳液或泡沫，例如悬浮在其中的沙子或其他颗粒材料，引入该裂缝中。支撑剂可包括本文所述的离散碳纳米管和组合物。支撑剂沉积在裂缝中并用于在压力释放之后保持裂缝打开且压裂液被抽回到井中。压裂液具有足够高的粘度渗透到地层中以实现压裂并将支撑剂保持在悬浮液中或至少降低支撑剂由压裂液沉降出来的趋势。通常，胶凝剂和/或乳化剂用于使压裂液凝胶化或乳化，以提供实现压裂过程的最大益处所需的高粘度。

在将高粘度压裂液泵送到地层中并且地层压裂已经完成之后，当然希望去除或降低来自地层的流体粘度以允许通过新的裂缝生产烃。通常，这通过“破坏”或降解凝胶或乳液来实现，或换言之，通过降解凝胶或其他增稠剂将压裂液转化为低粘度流体。通常通过在所需时间将“破胶剂”，即降粘剂添加到地下地层中来获得破碎凝胶化的乳化压裂液。降低的粘度有利于流回到表面并且产生的流体流过支撑剂充填层朝向井眼流动。