[发明专利]一种可降解共聚酯纳米复合材料及由其制备的暂堵剂

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料与高分子复合材料技术领域，具体涉及一种可降解共聚酯纳米复合材料的制备方法及由其制备的暂堵剂在油气层开采中的应用。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其优异的机械性能和成本优势已经成为全球产量最大的高分子聚合物之一，在高分子塑料的分类中，PET的代号是1号，用途极其广泛，可纺成聚酯纤维用于纺织领域，还可制成薄膜用于录音、录像、电影胶片等的基片，亦可吹制成各种饮料瓶等，还可用于电气插座、仪表机械零件、照明器外壳等电器领域。如此量大面广的聚酯分子链材料，因其高分子链存在难以降解的苯环结构，这使聚酯材料在使用量不断增加和累积的情形下，在给人们生活提供很多便利的同时，聚酯废弃物已成为环境污染的重要源头之一。

为了缓解因使用高分子材料尤其是聚酯材料而引起的环境污染问题，已初步建立聚酯的循环利用方法，而研究开发可降解聚酯是一种有效循环利用途径。所谓可降解聚酯是指在一定条件下，聚酯高分子在一种环境放置一段时间后，其形态、相对分子量以及化学结构发生的重大变化，使聚酯由降解前的大分子变为降解后的小分子单体、小分子含氧化合物甚至二氧化碳和水，降解形成的小分子单体可循环用于聚酯的聚合反应，形成的含氧化合物小分子则易被微生物吞噬而被利用。因此，根据降解环境与条件，聚酯材料降解过程可以分为生物降解、光降解、空气热降解和水热降解等，这些降解过程的残余物包括可循环利用的相对较小分子、易被环境或者微生物吸收的低聚物分子、其它小分子化合物、二氧化碳或水。

现有技术中，聚乳酸(PLA)是可降解高分子材料，它是以乳酸为主要原料，经聚合反应形成的可降解高分子聚合物。聚乳酸的原料即乳酸来源充足而且可以再生，聚乳酸产品经自然界的生物降解过程实现循环利用。合成乳酸的原料主要是以玉米等淀粉质的可再生农作物通过发酵法而成，该制备过程是无污染或绿色过程。此外，乳酸具有很好的生物相容性，是聚乳酸可生物降解性的主要原因。但是，纯粹聚乳酸材料的机械、加工性能较差及性能不稳定性，对其进一步应用有很大影响。因此，以综合性能更高的高分子与聚乳酸共聚、共混，已成为提高聚乳酸力学与加工性能的主要技术途径。

现有技术中，所公开的波兰专利PL171062B1，采用将PET与PLA材料共混，研制聚酯共混材料，以提高聚乳酸综合性能的方法，但是，PET与PLA材料之间的相容性差，共混材料的性能有很大局限性，尚需进一步改进。

现有技术中，公开的日本专利JPH04-5044731A，采用通过丙交酯开环聚合，制备PET和PLA的共混合金材料，但是，由于反应温度(220℃)远高于丙交酯或聚乳酸的分解温度(185℃)，使所获得的共混产物的分子量较低，产物颜色很深，限制了其进一步应用。

现有技术中，采用一种直接以对苯二甲酸、乙二醇和乳酸为原料，经过预缩聚、缩聚和固相聚合三步法，制备聚对苯二甲酸乙二醇乳酸共聚物。但是，乳酸共聚反应过程复杂、难控制且在反应过程中易热降解及生成包括交联结构的副产物，难以得到很好使用性的高分子量聚酯材料，直接影响聚酯产物使用性及降解性能。

现有技术中，通常增加乳酸在聚酯单体共聚物的含量，以提高共聚酯的降解性，但是，乳酸单体在共聚单体中的质量份达到20％以上就难以获得高分子量产品，这限制了聚乳酸共聚物在严苛环境与条件下的应用，尤其限制了它在油气开采中保护油气层的应用。

现有的油气开采技术中，由于地层具有非均质性，钻井工程所用的钻井液在井眼内循环产生渗透性，将对油气层孔道造成伤害或污染，大幅度降低油气产量。目前，我国针对油气开采过程中油层所受的伤害，主要采用屏蔽暂堵技术，即采用将颗粒材料组合物加入钻井工作液或完井工作液，在所开采施工的井壁或孔道暂时预先产生一层沉积层即封堵层，以阻止工作液或者其滤液向油气储层深部孔道的渗透或泄漏，达到保护油气层渗透率的目的。

所述的屏蔽暂堵技术的基本原理是，根据油气储层孔喉尺寸及其分布规律，在钻通油气层前的20-50分钟内，将钻井液、完井液中的固相颗粒尺寸分布调整到与孔吼尺寸分布相匹配，有意识地在很短时间内在储层距井壁很小的距离内产生严密的暂时的堵塞，使孔道的渗透率急剧下降，从而有效地阻止钻井液、滤液和后继施工对储层的继续损害，当钻进作业完成时，通过一定方式使该暂堵层解堵，以使油井流动性恢复正常水平。

所述的油气层暂堵剂同时具备暂堵和解堵功能，是油气层保护与高效开采的重要要求。但现有技术始终存在暂堵施工的封堵强度低、承压强度低、封堵层不易解堵或需反复解堵、工程成本高及暂堵废弃物对地层环境造成二次污染等诸多问题。