[发明专利]一种非氟硅超临界二氧化碳流体增黏剂、制备方法及应用

说明书

本发明属于增黏剂技术领域，公开了一种非氟硅超临界二氧化碳流体增黏剂、制备方法及应用，以环糊精及其衍生物作为主体化合物，以烷基、芳香基或者醚类化合物作为客体化合物；合成具有合适骨架单元和亲二氧化碳单元的聚合物；分别接枝主体单元和客体单元，分别得到主体聚合物和客体聚合物；主体聚合物与客体聚合物自组装合成主客体聚合物，获得非氟硅型超临界二氧化碳流体增黏剂。本发明可以将温室效应气体CO₂资源化利用，变废为宝、创造经济；可以提高油气钻探开发综合效益，包括通过提高钻井速度降低损失，通过保护储层和提高油气采收率增加油气产量。因此，产业化后预期的经济、社会效益可观。

技术领域

本发明属于增黏剂技术领域，尤其涉及一种非氟硅超临界二氧化碳流体增黏剂、制备方法及应用。

背景技术

目前，最接近的现有技术：随着国民经济对油气资源需求量的急剧增长以及国家油气能源新战略的实施，我国正加大致密油气藏、页岩气、煤层气和稠油等非常规油气资源的勘探开发力度。超临界二氧化碳流体具有密度接近于水、扩散系数大于水、表面张力接近于零、溶剂化能力强等特性，可显著提高机械钻速、对储层无损害和污染、易进入储层毛细管孔隙中驱替及置换甲烷、返排能力强、可溶解重油组分，因此被国内外专家认为是连续管钻井技术，页岩气储层、致密油气藏压裂技术，稠油甚至常规砂岩油藏驱替等增产技术最适合的工作流体。

2018年，我国CO₂年排放量达100亿吨，其中有15％左右来自气田开采，但大量的CO₂没有被回收利用，一个主要原因是回收的CO₂没有市场，直接埋存又没有经济价值，无法刺激回收企业的积极性。如果能成功应用于油气钻井、压裂和驱替等油田施工中，将是很大的一个市场，不仅能促进CO₂回收行业的快速发展，还能在提高油气田开发效益的同时将CO₂埋存在地下，实现减排增效和化石能源的绿色开发。

但在将超临界CO₂流体用于油气钻井和开采中还存在以下技术瓶颈：①由于黏度较低，钻井中的环空携岩能力以及压裂中的携砂能力有待加强，驱替中容易引起“指进”；②CO₂具有温室效应，施工中需增加回收循环利用装置等。针对超临界CO₂流体黏度低，携岩、悬砂能力不足的技术难题，国外专家开展过相应的解决措施，先后研选出可用于超临界CO₂流体增黏提切的高分子聚合物、碳氟表面活性剂和碳硅表面活性剂。但这两类超临界CO₂流体增黏提切剂的增黏提切能力有待进一步提高，且高分子聚合物不利于提高机械钻速、对储层伤害性大、不利于CO₂分离回收，碳氟和碳硅表面活性剂用量大、成本高，不具备工业使用价值。

超临界二氧化碳流体增黏之所以困难，是由于超临界二氧化碳具有较弱的范德华力和较低的介电常数，绝大多数高聚物和表面活性剂(特别是离子表面活性剂)在超临界二氧化碳中的溶解度极低，不能在超临界二氧化碳流体中形成网架结构。极性助表面活性剂能使极性化合物在非极性的超临界CO₂中溶解度增大，表面活性剂与共溶剂之间的相互作用起了重要作用，尤其是它们之间形成的氢键，可使溶解度显著提高。当CO₂在分散体系中作为连续相时，要求表面活性剂在超临界CO₂中具有一定的溶解性，其尾部能够被二氧化碳充分溶剂化，以减小液滴间相互作用。表面活性剂在超临界CO₂体系中的相态研究表明，在表面活性剂的尾部结合一个低溶解度参数、低极性或电子给予作用的Lewis碱性基团(CO₂是一个弱Lewis酸)可提高其溶解性。含有这些特性的亲二氧化碳官能团包括硅氧烷、全氟化醚和全氟烷烃、叔胺、脂肪醚、炔醇和炔二醇等。

因此，增黏提切能力强、对储层伤害性小、利于提高机械钻速、价格低廉的超临界二氧化碳流体增黏剂的研制及其作用机理的探讨对于将超临界二氧化碳用于连续管欠平衡钻井、油气层(特别是页岩气和致密油气藏)压裂、二氧化碳驱等方面，具有重要的理论与技术价值。