一种碳纳米管复合稠化剂及其制备方法技术

一种碳纳米管复合稠化剂及制备方法，该稠化液物质组成质量份数如下：粘弹性表面活性剂1％～5％，改性碳纳米管颗粒0.05-0.4％，反离子盐0-8％，助剂0％～3％，其余加水至100％，将以上组分按配比混合搅拌均匀既可制成一种碳纳米管复合稠化剂；本发明专利技术的碳纳米管复合稠化剂具有碳纳米管和表面活性剂用量低，粘弹性能较高，耐温、耐剪切及抗滤失性能较好，制备方法简单的优点，可用于油气田开发的酸化液、压裂液、钻井液、防砂液及堵水调剖等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气田开发
，特别涉及-一种碳纳米管复合稠化剂及其制备方 法。
技术介绍
稠化液在油气田开发中应用十分广泛，可用于钻井、完井、压裂、酸化、防砂及堵水 调剖等方面，是一种重要的油田工作液。传统稠化液常用聚合物增稠剂配制而成，但因其含 残渣残留物，对地层渗透率伤害较大，加之具有较高的摩阻压力，限制了聚合物稠化液的进 一步应用。近年来，粘弹性表面活性剂流体体系由于其独特的增稠性质受到人们的极大关 注，被广泛用于油气增产工作液中。它由特种表面活性剂在水中形成蠕虫状缠绕网状结构， 相比一般高分子具有更好的固体颗粒悬浮性能。该体系作为小分子缔合体系，还具有抗剪 切、无残渣、对地层伤害小等优异性能。然而，常规的粘弹性表面活性剂流体体系中表面活 性剂用量较大，一般化学剂成本比传统的聚合物体系要高，加之其耐温性较差及在中高渗 储层中滤失量大等缺点，限制了其在现场的应用。 为了解决常规粘弹性表面活性剂稠化液体系耐温性差、用量大的问题，以往一般 多采用开发新分子，如长链或双子型表面活性剂，但存在合成原理和制备工艺较为复杂，且 价格较高，产品普适性较差而影响了在油田的推广应用。 近年来人们又发展了纳米拟交联技术，将纳米材料与粘弹性表面活性剂复配制得 稠化液，利用纳米颗粒特殊的表面性质和高表面活性，通过吸附作用和静电作用与表面活 性剂蠕虫状胶束形成二维的拟交联网状结构，有利于改善体系的粘弹性能和耐温性能。同 时该体系可在油气藏岩石表面形成伪滤饼，降低液体的滤失量，且形成的滤饼容易破胶返 排，不会伤害地层。在众多纳米材料中，碳纳米管（CNT)及其衍生物由于具有高的比表面 积、优异的电学性质和非同寻常的力学性质，越来越受到人们的关注。正是因为这些优点使 得碳纳米管在特种材料和油气田开发等方面有极大的应用。已有的研宄结果显示中国专利 CN201410355821. 7公开了一种含纳米碳管和粘弹性阴离子表面活性剂的压裂液，专利中 采用纳米碳管与粘弹性阴离子表面活性剂复合，可以显著改善压裂液的粘弹性能和耐温性 能，同时使压裂液的滤失量明显减少。 显然，碳纳米管这种新型纳米材料对于阴离子粘弹性表面活性剂类稠化剂性能改 善方面具有独特之优势，但在应用过程中发现目前使用的碳纳米管由于分散性较差，有效 浓度低，加之表面功能官能团种类单-一，不能充分碳纳米管的优异性能，致使碳纳米管用量 较大，增加了稠化剂成本。另外，由于市场上应用的阴离子粘弹性表面活性剂稠化剂种类有 限，如何利用碳纳米管改善阳离子、两性类粘弹性表面活性剂稠化性能，扩大该类稠化剂的 应用范围，也是目前亟待解决的一个问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种碳纳米管复合稠化剂 及其制备方法，该碳纳米管复合稠化剂采用改性碳纳米管材料，能够有效发挥碳纳米管的 对粘弹性表面活性剂流体性能的改善效果，其特点是碳纳米管和表面活性剂用量低、配制 简单、性能优异。 为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下： -一种碳纳米管复合稠化剂，原料组成按质量百分数如下： 所述的改性多壁碳纳米管是工业级碳纳米管在2mol/L的NaOH溶液中，90-IliTC 加热回流2h,冷却至室温，过滤洗涤至中性，于KKTC下干燥2h得到预处理的碳纳米管产 品；所得预处理品再经体积比为3:1的浓硝酸和浓硫酸于50-70°C加热回流0. 5h，冷却至室 温，过滤洗涤至中性,于KKTC下千燥2h得到改性多壁碳纳米管产品。这种改性多壁碳纳米 管材料直径小于5nm，长度小于2μιη，表面修饰有大量羟基、羧基亲水官能团，在水中分散 性良奸，可以保持稳定20h，在表面活性剂浴液中稳定时间更长。 所述的表面活性剂为：阳离子表面活性剂烷基季铵盐，烷基碳链长度16-22 ;或阴 离子表面活性剂脂肪酸酰胺基磺酸钠盐、脂肪酸甲酯磺酸钠盐，脂肪酸碳链长度为18-22 ; 或两性表面活性剂烷基甜菜碱，烷基酰胺丙基甜菜碱，烷基碳链长度为18-22。 所述的反离子盐为水杨酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵中的-一种。 所述的助剂为十二醇、十二烷基硫酸钠中的一种。 上述碳纳米管复合稠化剂的制备方法如下： 常温下按以下质量百分数配比将表面活性剂加入到水中搅拌配置成水溶液，然后 依次加入碳纳米管颗粒、反离子盐及助剂，搅拌均匀，即可得到碳纳米管复合稠化剂： 改性多壁碳纳米管0. 05-0. 4% ;表面活性剂1-5% ;反离子盐0-8% ; 助剂0-3 % ;水余量。 本专利技术所依据的技术原理： 本专利技术采用的的表面活性剂在水中能够形成蠕虫状胶束缠绕结构，加入改性碳纳 米管颗粒后，碳纳米管粒子和蠕虫状胶束发生交联作用，可以形成动态网状胶束结构如图 1模型，提高复合体系的力学性能；同时改性碳纳米管表面引入的羟基、羧基等功能官能团 具有提高交联程度的作用。此外，加入适量的反离子盐和助剂有利蠕虫状胶束的进一步的 生长和体系粘弹性的改善，依靠这些协同作用可以有效改善粘弹性表面活性剂稠化剂的耐 温、耐剪切和抗滤失性能。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术采用改性的碳纳米管与粘弹性表面 活性剂复配，碳纳米管和表面活性剂用量少，大大降低了稠化剂的成本；另外，本专利技术的碳 纳米管复合稠化剂可选择的表面活性剂种类大为增加，包括了常用的阳离子和两性类粘弹 性表面活性剂，进一步提高了该技术的适用性和应用范围。【附图说明】图1是粘弹性表面活性剂胶束与改性碳纳米管颗粒交联结构模型。【具体实施方式】 下面通过实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。 实施例-- 本实施例提供了一种碳纳米管复合稠化剂，以质量百分数计， 制备方法如下： 常温下按以上配比将十六烷基三甲基氯化铵加入到水中搅拌配置成水溶液，然后 依次按比例加入碳纳米管颗粒及反离子盐，搅拌均匀，即可得到碳纳米管复合稠化剂。采用 MCR102流变仪测试IOOs4下不同温度时的稠化剂粘度如表1所示。 表1.不同温度下表面活性剂和改性碳纳米管复合体系的粘度表 从表中可以看出，向粘弹性表面活性剂流体中加入少量改性碳纳米管材料后，复 合体系的粘度增加幅度显著，耐温性能也明显得到提高。 实施例二 本实施例提供了一种碳纳米管复合稠化剂，以质量百分数计，[0当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管复合稠化剂，其特征在于，原料组成按质量百分数如下：所述的改性多壁碳纳米管是工业级碳纳米管在2mol/L的NaOH溶液中，90‑110℃加热回流2h,冷却至室温，过滤洗涤至中性，于100℃下干燥2h得到预处理的碳纳米管产品；所得预处理品再经体积比为3:1的浓硝酸和浓硫酸于50‑70℃加热回流0.5h，冷却至室温，过滤洗涤至中性，于100℃下干燥2h得到改性多壁碳纳米管产品，这种改性多壁碳纳米管材料直径小于5nm，长度小于2μm；所述的表面活性剂为：阳离子表面活性剂烷基季铵盐，烷基碳链长度16‑22；或阴离子表面活性剂脂肪酸酰胺基磺酸钠盐、脂肪酸甲酯磺酸钠盐，脂肪酸碳链长度为18‑22；或两性表面活性剂烷基甜菜碱，烷基酰胺丙基甜菜碱，烷基碳链长度为18‑22；所述的反离子盐为水杨酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵中的一种；所述的助剂为十二醇、十二烷基硫酸钠中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文龙，肖曾利，蔡文斌，杨江，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61