[发明专利]纳米材料在清洁压裂液中的分散方法

说明书

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C_nH_2n-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。