[发明专利]一种三维卷曲PVA纤维及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及PVA(聚乙烯醇)纤维，具体涉及一种三维卷曲PVA纤维及其制备方法和用途。

背景技术

我国低渗透油气资源量巨大，占已探明总储量的70％以上，是我国未来增储上产的主要潜力工区。这类油气资源具有三低的特点，即探明率低，自然投产率低，采收率低。压裂是油气田增产、注水井增注的一项重要技术措施。压裂液性能的好坏是压裂成败的关键因素。目前，国内外常用的压裂液为水基型压裂液，其中以天然植物胶为稠化剂的水基压裂液应用最广。但是，由于天然植物胶含有6％～8％的水不溶物，使水基压裂液破胶不彻底，导致滞留地层的残渣较多，对地层造成伤害，严重影响了储层的改造效果。

为了降低压裂液对储层的伤害，常采用降低稠化剂浓度的方法，但随着稠化剂浓度的降低，压裂液的性能也发生了变化，尤其是其携砂性能变差，影响了压裂效果。因此如何在降低压裂液中稠化剂的浓度后，不改变压裂液的携砂能力，已成为业界关注的焦点。

PVA纤维是一类性能优异的高分子材料，纤维强度高，分子中含有大量羟基结构，具有极好的亲水性能，且PVA纤维耐酸碱性、耐光性、耐气候性和耐腐蚀性能极佳，广泛用作浅海紫菜养殖用网、高性能绳索、轮胎帘子线、产业用布、水泥增强材料，以及塑料、橡胶增强材料等，具有广阔的市场潜力。

近年来，国内外研究者围绕油气田压裂技术开展了大量研究， CN200610063700.0公开了一种复合压裂液，其复配成胶剂为压裂液质量的0.4～1.0wt％，金属交联剂为压裂液质量的0.05～0.7wt％，氧化破胶剂为压裂液质量的0.05～0.5wt％，其余为水。CN201510078854.6公开了一种提高压裂液携砂能力的方法及其含纤维压裂液，其压裂液中纤维的添加量为0.3～0.8重量份，纤维的抗拉强度为20～300MPa，真实密度为0.98～1.33g/cm3，长度为3～15mm，直径为25～150μm，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维和聚酯纤维中的一种或多种。尽管国内外同行做了很多努力，但是迄今为止，现有的压裂技术仍然不能很好地达到既可降低压裂液对储层的伤害，又能提高携砂性能的目的。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，根据本发明的第一方面，本发明提供一种PVA纤维，该纤维为三维卷曲PVA纤维。

本发明所述百分比在无特殊说明的情形下均为质量百分比。

本发明的目的是通过如下技术措施实现：

一种PVA纤维，其特征在于，所述PVA纤维由聚合度为1000～2500，醇解度为90～99.9(mol)％的聚乙烯醇纺丝制得，所述PVA纤维在空间呈三维卷曲状，卷曲数≥3个/25mm。

根据本发明的一个实施方案，上述PVA纤维呈三维卷曲状，是相对于纤维二维卷曲状而言的，即指本发明所述PVA纤维是立体卷曲的，而不是平面卷曲的。

根据本发明的一个实施方案，上述PVA纤维的形貌结构中，轴向为皮芯结构，皮层厚度1.0～10μm，皮层有破裂缺口≥5个。

根据本发明的一个实施方案，上述PVA纤维的轴向断面呈茧形、椭圆形、圆形、蚕豆形等。

根据本发明的第二方面，本发明提供上述PVA纤维的制备方法。

根据本发明的一个实施方案，上述PVA纤维的制备方法采用如下步骤：

(1)纺丝原液的制备：将聚合度为1000～2500，醇解度为94.0～99.9(mol)％的PVA边搅拌边溶于水中配成纺丝原液，PVA在原液中的质量浓度为10～20％，将原液升温至90～110℃，保持压力0.05～0.15MPa，溶解3～20小时即进入纺丝工序。

(2)纺丝：将PVA原液用计量泵送至纺丝组件，让PVA原液通过喷丝板进行喷丝，丝条进入凝固浴中成型；所述凝固浴包括硫酸钠、硫酸锌、硫酸铵和硫酸，其中硫酸钠在凝固浴中的浓度为220～400g/l，硫酸锌在凝固浴中的浓度为5～30g/l，硫酸铵在凝固浴中的浓度为120～300g/l，硫酸加入后调节凝固浴液的PH＝2.8～5.0，PVA经喷丝板喷丝后在凝固浴中停留8～25s，制得初生纤维；

(3)后处理：将初生纤维经中和、水洗、干热牵伸后，放入60～90℃的热水中进行卷曲，用于卷曲的热水中添加有硫酸钠、氯化钠、硝酸钠、氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的一种或多种化合物的组合物，最后制得三维卷曲PVA纤维。

上述第(3)步中，在进行热水卷曲前还可以先对PVA纤维进行醛化处理。

根据本发明的第三方面，本发明提供上述PVA纤维在油田压裂中的用途。