CN103387828A - 纳米材料在清洁压裂液中的分散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米材料在清洁压裂液中的分散方法，先将所述纳米材料加入分散助剂液态三元醇中，再将该溶液与所述清洁压裂液混合。其中所述的纳米材料种类包括但不限于MgC2O4、Al(OH)3、γ-Al2O3、SiO2、TiO2和ZnO。本发明所采用的纳米材料和分散助剂均为无毒、对环境友好且不造成二次污染的材料和试剂；本发明将纳米材料预先分散在分散助剂中，避免粉尘现象；且解决了超细纳米材料自团聚问题，有利于粉体材料在油田现场应用过程中的运输与操作；另外，本发明所述分散方法简单，现场操作性强，在油气田开发、特别是纳米材料缔合清洁压裂液的开发方面有广阔的应用前景。

Description

纳米材料在清洁压裂液中的分散方法
技术领域
本发明涉及几种纳米材料在清洁压裂液中的分散方法的建立。
背景技术
水力压裂技术在油气田开采中发挥了重要作用，是低渗特低渗储层提高单井产量的主体工艺技术。无残渣的清洁压裂液对支撑裂缝和地层伤害小，是国内外压裂液研究的发展趋势和热点。随着深井超深井油气勘探开发的深入，常规压裂液体系在高温下受热剪切黏度降低过快，无法满足超深井压裂改造的要求，因此压裂液体系耐温性能的提高将成为压裂工艺进步的技术关键。纳米材料和技术是近十几年来科技发展的前沿技术，由于组成纳米材料的微粒尺寸小使得其表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，而表现出许多不同于常规材料的新奇特性，使得纳米材料在许多领域都得到了广泛的应用。近年来，纳米材料也逐渐引起了油田开发者的注意，并在油田钻探、注采开发、油田污水处理和油气管道防护等方面得到了应用。将纳米材料引入到清洁压裂液中，形成纳米材料缔合清洁压裂液体系，以适应深井超深井高温储层清洁压裂液改造的需要。这些纳米粒子可以充当石油工业的完井和油气增产的流体的稳定剂和流体漏失控制剂，能维持流体在高温下的高黏度和降低滤失性，而不造成对油层伤害。
但是超细纳米粒子在使用过程中可能导致粉尘问题，引起粉尘爆炸，影响操作人员的身体健康，落在设备上的粉尘还会影响操作、造成电器设备失灵，引起事故，这给超细纳米粒子的处理和运输带来了困难。再者，由于纳米粒子的粒径小，自发团聚现象严重，将其直接加入到压裂液等井筒作业流体中，很难得到具有良好分散性的体系，而具有良好分散性体系的建立，是纳米材料在压裂液等井筒作业流体中发挥作用的关键。目前国内外纳米材料在压裂液等井筒作业流体中分散方法的建立还未见报道。
如中国专利申请102093874A涉及一种阴离子型纳米复合清洁压裂液及其制备方法。又如文献中国涂料选用了不同类型的分散剂对纳米TiO2粉体在水中分散性的比较，2008,23(1):43-45，其中探讨了分散剂种类及用量对纳米TiO2粉体在水相中分散稳定的影响。而文献印染助剂公布了纳米二氧化钛在整理液中的分散稳定性研究，2006,23(10):37-39，其中研究了不同分散剂在不同条件下对纳米二氧化钛粉体在整理液中分散稳定性的影响，并采用分散相的沉降高度和分散体系中粒子的粒度分布进行评价。但上述各文献中均未涉及纳米材料在清洁压裂液中的分散。
发明内容
发明的目的是开发一种分散方法，避免超细纳米粒子引起的粉尘问题，同时使得超细纳米粒子在水基清洁压裂液中得到高度分散，对于纳米材料在压裂液等井筒作业流体中的应用具有重要的理论意义和实际应用价值。
本发明提供一种纳米材料在清洁压裂液中的分散方法，先将所述纳米材料加入分散助剂液态三元醇中，再将该溶液与所述清洁压裂液混合。
根据本发明，所述液态三元醇为CnH2n-1(OH)3，其中3≤n≤6。
在本发明中，优选所述纳米材料加入分散助剂中后、其在溶液中的质量分数为0.01～40wt%，更优选0.1～20wt%。
在本发明的一个实施方案中，纳米材料与分散助剂的混合溶液与所述清洁压裂液的质量比为0.01~2∶1，优选为0.02~1∶1。
本发明中，优选所述纳米材料为MgC2O4、Al(OH)3、γ-Al2O3、SiO2、TiO2和ZnO粉体中的一种或多种。优选所述纳米材料的粒径为0.2～100nm。不管所述纳米材料是实验室自制的还是商购的，在使用本发明的分散方法时，其效果都很好。
在本发明的分散方法中，优选所述纳米材料加入分散助剂中后搅拌2~240min，且该溶液与清洁压裂液混合后再搅拌2~240min；更优选均搅拌10~60min。
本发明中所述清洁压裂液为含粘弹性表面活性剂（又称为VES或增稠剂）浓度为0.1～4wt%的水溶液。
本发明的有益效果在于：本发明所采用的纳米材料和分散助剂均为无毒、对环境友好且不造成二次污染的材料和试剂；本发明将纳米材料预先分散在分散助剂中，避免粉尘现象；且解决了超细纳米材料自团聚问题，有利于粉体材料在油田现场应用过程中的运输与操作；另外，所述分散方法简单，现场操作性强，在油气田开发、特别是纳米材料缔合清洁压裂液的开发方面有广阔的应用前景；本发明扩大了纳米材料在钻井液、完井液、压裂液等井筒作业流体中的应用范围，使纳米技术与石油工业紧密结合；且高纳米分散性的清洁压裂液技术将满足高温深井清洁压裂液改造的需要。
具体实施方式
实施例1
纳米MgC2O4在清洁压裂液中的分散方法：将0.0065g粒径为11.8nm的纳米MgC2O4粉体加入到1ml丙三醇（n=3）中，磁力搅拌30分钟，然后加入40ml含粘弹性表面活性剂浓度为0.1wt%的清洁压裂液水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米MgC2O4缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
对比例1
纳米MgC2O4在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例1基本相同，但不加入丙三醇，而是直接将纳米MgC2O4加入到含粘弹性表面活性剂浓度为0.1wt%的清洁压裂液水溶液中。粉体基本沉降，溶液分层。
实施例2
纳米Al(OH)3在清洁压裂液中的分散方法：将0.18g粒径为37.8nm的纳米Al(OH)3加入到5ml丁三醇（n=4）中，磁力搅拌30分钟，然后加入40ml含粘弹性表面活性剂浓度为1wt%的清洁压裂液水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米Al(OH)3缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
对比例2
纳米Al(OH)3在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例2基本相同，但不加入丁三醇，而是直接将纳米Al(OH)3加入到含粘弹性表面活性剂浓度为1wt%的清洁压裂液水溶液中。粉体基本沉降，溶液分层。
实施例3
纳米γ-Al2O3在清洁压裂液中的分散方法：将0.63g粒径为18.7nm的纳米γ-Al2O3加入到10ml己三醇（n=6）中，磁力搅拌30分钟，然后加入40ml含粘弹性表面活性剂浓度为2wt%的清洁压裂液水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米γ-Al2O3缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
对比例3
纳米γ-Al2O3在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例3基本相同，但不加入己三醇，而是直接将纳米γ-Al2O3加入到含粘弹性表面活性剂浓度为2wt%的清洁压裂液水溶液中。粉体基本沉降，溶液分层。
实施例4
纳米SiO2在清洁压裂液中的分散方法：将1.65g粒径为0.8nm的纳米SiO2加入到13ml丙三醇（n=3）中，磁力搅拌30分钟，然后加入40ml含粘弹性表面活性剂浓度为2.5wt%的清洁压裂液水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米SiO2缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
对比例4
纳米SiO2在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例4基本相同，但不加入丙三醇，而是直接将纳米SiO2加入到含粘弹性表面活性剂浓度为2.5wt%的清洁压裂液水溶液中。粉体基本沉降，溶液分层。
实施例5
纳米TiO2在清洁压裂液中的分散方法：将3.2g粒径为10.8nm的纳米TiO2加入到17ml丙三醇（n=3）中，磁力搅拌30分钟，然后加入40ml含粘弹性表面活性剂浓度为3wt%的清洁压裂液水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米TiO2缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
实施例6
纳米TiO2在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例5基本相同，仅将使用的纳米TiO2的粒径由10.8nm改为45.6nm，得到纳米TiO2缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
对比例5
纳米TiO2在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例5基本相同，但不加入丙三醇，而是直接将纳米TiO2加入到含粘弹性表面活性剂浓度为3wt%的清洁压裂液水溶液中。粉体基本沉降，溶液分层。
实施例7
纳米ZnO在清洁压裂液中的分散方法：将6.5g粒径为10.5nm的纳米ZnO加入到26ml戊三醇（n=5）中，磁力搅拌30分钟，然后分别加入40ml含粘弹性表面活性剂浓度为4wt%的清洁压裂液水溶液，继续搅拌30分钟，得到纳米ZnO缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
实施例8
纳米ZnO在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例7基本相同，仅将使用的纳米ZnO的粒径由10.5nm改为23.6nm，得到纳米ZnO缔合清洁压裂液体系。其为无沉降的乳白色溶液，具有良好分散性。
对比例6
纳米ZnO在清洁压裂液中的分散方法：分散方法与实施例7基本相同，但不加入戊三醇，而是直接将纳米ZnO加入到含粘弹性表面活性剂浓度为4wt%的清洁压裂液水溶液中。粉体基本沉降，溶液分层。

Claims (10)

1.纳米材料在清洁压裂液中的分散方法，其特征在于，先将所述纳米材料加入分散助剂中，再将该溶液与所述清洁压裂液混合；所述分散助剂为液态三元醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态三元醇为CnH2n-1(OH)3，其中3≤n≤6。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳米材料加入分散助剂中后、其在溶液中的质量分数为0.01～40wt%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述纳米材料加入分散助剂中后、其在溶液中的质量分数为0.1～20wt%。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，纳米材料与分散助剂的混合溶液与所述清洁压裂液的质量比为0.01~2∶1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，纳米材料与分散助剂的混合溶液与所述清洁压裂液的质量比为0.02~1∶1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米材料为MgC2O4、Al(OH)3、γ-Al2O3、SiO2、TiO2和ZnO粉体中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述纳米材料的粒径为0.2～100nm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米材料加入分散助剂中后搅拌2~240min，该溶液与清洁压裂液混合后再搅拌2~240min；优选均搅拌10~60min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洁压裂液为含粘弹性表面活性剂浓度为0.1～4wt%的水溶液。 
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