稳定化的包含离子的纳米粒子组合物制造技术

本发明专利技术公开了：一种组合物，其包含包覆纳米粒子和离子，其中包覆纳米粒子包含纳米粒子、连接体和稳定化基团；制造和使用该组合物的方法；和包含该组合物的系统。所述连接体包含结合基团、间隔部分和端基。结合基团共价键合到纳米粒子并且端基中的至少一个共价键合到至少一个稳定化基团。本发明专利技术还公开了：一种组合物，其包含交联的包覆纳米粒子和离子，其中交联的包覆纳米粒子包含纳米粒子和包覆层，包覆层包含连接体、交联剂和稳定化基团；制造和使用该组合物的方法；和包含该组合物的系统。

A stable nanoparticle composition containing ions

The invention is disclosed: a composition comprising coated nanoparticles and ions, in which coated nanoparticles include nanoparticles, connections and stabilizing groups; methods for making and using the composition; and systems containing the composition. The connector comprises a binding group, a spacer portion and an end group. The group covalently bonded to the nanoparticles and at least one covalent bond of the terminal group to at least one stabilizing group. The invention also discloses a composition comprising a crosslinked encapsulated nanoparticles and ions, in which the crosslinked coated nanoparticles contain nanoparticles and a coating, and the cladding includes a connecting body, a crosslinker and a stabilizing group, a method for making and using the composition, and a system containing the composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稳定化的包含离子的纳米粒子组合物
本申请要求在2015年7月13日提交的美国临时申请序列号62/191,871的申请日权益。美国临时申请序列号62/191,871的内容通过引用以其全部结合作为本申请的一部分。
本文件涉及在地下地层的处理中使用的用于增强烃流体采收的方法和组合物。概述在本公开中提供了一种处理地下地层的方法。所述方法包括在地下地层中放置组合物，所述组合物包含包覆纳米粒子和离子。所述包覆纳米粒子包含纳米粒子、连接体和稳定化基团。所述连接体包含结合基团、间隔部分和端基。而且，所述结合基团共价键合到所述纳米粒子并且所述端基中的至少一个共价键合到至少一个稳定化基团。在一些实施方案中，所述组合物还包含水性液体。所述水性液体可以包括水、卤水、产出水、返排水、微咸水、淡水、Arab-D-卤水、海水、矿泉水和其他各不相同的盐度和矿物浓度的水中的至少一种。所述水性液体可以包括钻井液、压裂液、导流液、注入液(injectionfluid)和循环漏失处理液中的至少一种。在一些实施方案中，所述方法还包括获得或提供所述组合物。所述组合物的所述获得或提供可以发生在地表上方。所述组合物的所述获得或提供可以发生在所述地下地层中。在一些实施方案中，所述方法是对所述地下地层钻井的方法。在一些实施方案中，所述方法是对所述地下地层压裂的方法。在一些实施方案中，所述方法是性能控制(conformancecontrol)的方法。在一些实施方案中，所述方法是对所述地下地层进行地下成像的方法。在一些实施方案中，所述方法是在所述地下地层中的含水层修复(aquiferremediation)的方法。在一些实施方案中，所述包覆纳米粒子具有大于90℃的低临界溶解温度(“LCST”)。在一些实施方案中，所述包覆纳米粒子具有小于约100纳米(nm)的流体力学半径。在一些实施方案中，当在合成海水中浓度为约2,000份/百万(ppm，如本文所使用的1ppm等于1mg/L)时，所述包覆纳米粒子当在所述合成海水中在90℃加热8天后具有小于约250nm的流体力学半径。在一些实施方案中，当在合成Arab-D卤水中浓度为约2,000ppm时，所述包覆纳米粒子当在该2,000ppm浓度的合成Arab-D卤水中在90℃加热8天后具有小于约250nm的流体力学半径。在一些实施方案中，当在合成Arab-D卤水中浓度为约1,000ppm时，所述包覆纳米粒子当在该1,000ppm浓度的合成Arab-D卤水中在90℃加热8天后具有小于约250nm的流体力学半径。在一些实施方案中，在类似条件下，在类似组合物中，所述包覆纳米粒子的流体力学半径小于没有所述一个或多个稳定化基团的类似纳米粒子的流体力学半径。例如，在合成海水或合成Arab-D卤水中的类似组合物中，所述包覆纳米粒子的流体力学半径可以小于没有所述一个或多个稳定化基团的类似纳米粒子的流体力学半径。在一些实施方案中，所述纳米粒子选自由以下各项组成的组：二氧化硅纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、上转换纳米粒子、超顺磁纳米粒子、和它们的混合物。在一些实施方案中，所述纳米粒子可以包含金属氧化物。例如，所述纳米粒子可以包含磁性金属氧化物。在一些实施方案中，所述纳米粒子包含氧化铁、氧化镍、氧化钴、磁铁矿、铁氧体、或它们的组合。在一些实施方案中，所述纳米粒子包含含有选自由以下各项组成的组中的原子的金属氧化物：Zn、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Gd、Pr、Nd、Ni、In、Pr、Sm、Tb、Tm、以及它们的组合。在一些实施方案中，所述纳米粒子是二氧化硅纳米粒子。例如，所述纳米粒子可以是荧光二氧化硅纳米粒子。在一些实施方案中，所述纳米粒子具有约10nm至约100nm的平均粒度。在一些实施方案中，所述连接体包含聚乙烯亚胺。例如，纳米粒子以及共价键合的连接体可以通过将三甲氧基甲硅烷基丙基改性的聚乙烯亚胺与所述纳米粒子反应获得。在一些实施方案中，所述连接体间隔部分包含亚单元：变量R1可以选自由-H、或被0、1、2、3、4、5、6、7、8或9个取代或未取代的氮原子中断的直链或支链的(C1-C20)烷基组成的组。波浪线标记的1指示与另一个在所述包覆纳米粒子上的连接体的附接的点。变量A是被0、1、2、3或4个氧原子或取代或未取代的氮原子中断的(C1-C10)烷基。在一些实施方案中，所述连接体端基是-ORA2、-SRA2、-N-NRA2、O-NRA2或NRA2。变量RA在每次出现时均独立地选自-H或波浪线标记的2指示与所述稳定化基团的附接的点。在一些实施方案中，所述稳定化基团包含-OH、-CO2H、-CO2CH3、膦酸根、磷酸根、磺酸根或硫酸根中的一种或多种。例如，所述稳定化基团可以包含选自由以下各项组成的组的官能团：以及它们的组合。波浪线指示与所述连接体端基的附接的点。在一些实施方案中，所述包覆纳米粒子具有正的ξ电位。在一些实施方案中，约5％至约95％的端基共价键合到稳定化基团。在一些实施方案中，所述离子包含锂离子、钠离子、钾离子、银离子、镁离子、钙离子、钡离子、锌离子、铝离子、铋离子、铜(I)离子、铜(II)离子、铁(II)离子、铁(III)离子、锡(II)离子、锡(IV)离子、铬(II)离子、铬(III)离子、锰(II)离子、锰(III)离子、汞(I)离子、汞(II)离子、铅(II)离子、铅(IV)离子、钴(II)离子、钴(III)离子、镍离子(II)、镍(IV)离子、钛离子和钛(IV)离子中的一种或多种。例如，所述离子可以包含钙离子。在一些实施方案中，所述提供或获得所述组合物包括确定在地下地层中的水的至少一种离子的存在和浓度并且用所确定的离子掺杂所述组合物。所述方法可以还包括确定在地下地层中的水的至少一种离子的浓度并且增加在所述组合物中所确定的离子的量，以使得在所述组合物中所确定的离子的摩尔浓度是在所述地下地层中的所述水的所述至少一种离子的摩尔浓度的至少10％。在一些实施方案中，所述组合物还包括创建秩序的(kosmotropic)离子。所述方法可以还包括通过加入创建秩序的离子使在所述地下地层中的所述包覆纳米粒子聚集，或聚集和沉淀。在一些实施方案中，所述组合物还包含破坏秩序的(chaotropic)离子。在一些实施方案中，所述方法还包括将所述组合物与水性或油基流体混合以形成混合物，所述水性或油基流体包括钻井液、增产处理液、压裂液、解卡液、排液液、完井液、补救处理液、井废弃液(abandonmentfluid)、小段塞、酸化液、注水泥液、封隔液、成像液或它们的组合，其中所述在地下地层中放置所述组合物包括在所述地下地层中放置所述混合物。在一些实施方案中，在所述在地下地层中放置组合物之前、期间和之后中的至少一种，在地下地层中所述组合物以单独地和与其他材料组合中的至少一种的方式被用作钻井液、增产处理液、压裂液、解卡液、排液液、完井液、补救处理液、井废弃液、小段塞、酸化液、注水泥液、封隔液、成像液、或它们的组合。在一些实施方案中，所述组合物还包括盐水、碱水溶液、油、有机溶剂、合成液油相、水溶液、醇或多元醇、纤维素、淀粉、碱度控制剂、酸度控制剂、密度控制剂、密度调节剂、乳化剂、分散剂、聚合稳定剂、交联剂、聚丙烯酰胺、聚合物、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理地下地层的方法，所述方法包括：在地下地层中放置组合物，所述组合物包含：包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含：纳米粒子；连接体，所述连接体包含结合基团、间隔部分和端基；并且其中所述结合基团共价键合到所述纳米粒子并且所述端基中的至少一个共价键合到稳定化基团，和离子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.13 US 62/191,8711.一种处理地下地层的方法，所述方法包括：在地下地层中放置组合物，所述组合物包含：包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含：纳米粒子；连接体，所述连接体包含结合基团、间隔部分和端基；并且其中所述结合基团共价键合到所述纳米粒子并且所述端基中的至少一个共价键合到稳定化基团，和离子。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物还包含水性液体。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述水性液体包括水、卤水、产出水、返排水、微咸水、淡水、Arab-D-卤水、海水、矿泉水和其他各不相同的盐度和矿物浓度的水中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述水性液体包括钻井液、压裂液、导流液和循环漏失处理液中的至少一种。5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述方法还包括获得或提供所述组合物，其中所述组合物的所述获得或提供发生在地表上方。6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述方法还包括获得或提供所述组合物，其中所述组合物的所述获得或提供发生在所述地下地层中。7.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法是对所述地下地层钻井的方法。8.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法是对所述地下地层压裂的方法。9.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法是性能控制的方法。10.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法是对所述地下地层地下成像的方法。11.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述方法是在所述地下地层中的含水层修复的方法。12.权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述包覆纳米粒子具有大于90℃的低临界溶解温度。13.权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述包覆纳米粒子具有小于100nm的流体力学半径。14.权利要求1-13中任一项所述的方法，其中在合成海水中浓度为约2,000ppm的所述包覆纳米粒子在所述合成海水中在90℃加热8天之后具有小于250nm的流体力学半径。15.权利要求1-14中任一项所述的方法，其中在合成Arab-D卤水中浓度为约2,000ppm的所述包覆纳米粒子在所述合成Arab-D卤水中在90℃加热8天之后具有小于250nm的流体力学半径。16.权利要求1-15中任一项所述的方法，其中在类似条件下，在类似组合物中，所述包覆纳米粒子的流体力学半径小于没有所述一个或多个稳定化基团的类似纳米粒子的流体力学半径。17.权利要求1-16中任一项所述的方法，其中在合成海水或合成Arab-D卤水中的类似组合物中，所述包覆纳米粒子的流体力学半径小于没有所述一个或多个稳定化基团的类似纳米粒子的流体力学半径。18.权利要求1-17中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子选自由以下各项组成的组：二氧化硅纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、上转换纳米粒子、超顺磁纳米粒子和它们的混合物。19.权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子包含金属氧化物。20.权利要求1-19中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子包含超顺磁金属氧化物。21.权利要求1-20中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子包含选自由以下各项组成的组中的金属氧化物：氧化铁、氧化镍、氧化钴、磁铁矿、铁氧体、以及它们的组合。22.权利要求1-21中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子包含含有选自由以下各项组成的组中的原子的金属氧化物：Zn、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Gd、Gd、Pr、Nd、In、Pr、Sm、Tb、Tm、以及它们的组合。23.权利要求1-22中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子是二氧化硅纳米粒子。24.权利要求1-23中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子是荧光二氧化硅纳米粒子。25.权利要求1-24中任一项所述的方法，其中所述纳米粒子具有10至100nm的粒度。26.权利要求1-25中任一项所述的方法，其中所述结合基团是硅烷。27.权利要求1-26中任一项所述的方法，其中所述连接体包括聚乙烯亚胺。28.权利要求1-27中任一项所述的方法，其中共价键合到所述连接体的所述纳米粒子是通过将三甲氧基甲硅烷基丙基改性的聚乙烯亚胺与所述纳米粒子反应获得的。29.权利要求1-28中任一项所述的方法，其中所述连接体间隔部分包含亚单元：其中R1选自由-H、或被0、1、2、3、4、5、6、7、8或9个取代或未取代的氮原子中断的直链或支链的(C1-C20)烷基组成的组，其中波浪线标记的1指示与另一个在所述包覆纳米粒子上的连接体的附接的点；并且A是被0、1、2、3或4个氧原子或取代或未取代的氮原子中断的(C1-C10)烷基。30.权利要求1-29中任一项所述的方法，其中所述连接体端基是ORA2、-SRA2、-N-NRA2、O-NRA2或NRA2，其中在每次出现时R2均独立地选自-H或其中波浪线标记的2指示与所述稳定化基团的附接的点。31.权利要求1-30中任一项所述的方法，其中所述稳定化基团包含-OH、-CO2H、-CO2CH3、磷酸根或硫酸根中的一种或多种。32.权利要求1-31中任一项所述的方法，其中所述稳定化基团包含选自由以下各项组成的组中的官能团：以及它们的组合。33.权利要求1-32中任一项所述的方法，其中所述包覆纳米粒子具有正的ξ电位。34.权利要求1-33中任一项所述的方法，其中5％至95％的端基被共价键合到稳定化基团。35.权利要求1-34中任一项所述的方法，其中所述离子包括锂离子、钠离子、钾离子、银离子、镁离子、钙离子、钡离子、锌离子、铝离子、铋离子、铜(I)离子、铜(II)离子、铁(II)离子、铁(III)离子、锡(II)离子、锡(IV)离子、铬(II)离子、铬(III)离子、锰(II)离子、锰(III)离子、汞(I)离子、汞(II)离子、铅(II)离子、铅(IV)离子、钴(II)离子、钻(III)离子、镍离子(II)、镍(IV)离子、钛离子和钛(IV)离子中的一种或多种。36.权利要求1-35中任一项所述的方法，其中所述离子包括钙离子。37.根据权利要求5-36所述的方法，其中所述提供或获得所述组合物包括确定在地下地层中的水的至少一种离子的存在和浓度以及用所确定的离子掺杂所述组合物。38.根据权利要求37所述的方法，其中用所确定的离子掺杂所述组合物包括增加在所述组合物中所确定的离子的量，以使得在所述组合物中所确定的离子的摩尔浓度是在所述地下地层中的所述水的所述至少一种离子的摩尔浓度的至少10％。39.权利要求1-38中任一项所述的方法，其中所述组合物还包括创建秩序的离子。40.权利要求1-39中任一项所述的方法，所述方法还包括通过加入创建秩序的离子使在所述地下地层中的所述包覆纳米粒子聚集和沉淀。41.权利要求1-40中任一项所述的方法，其中所述组合物还包含破坏秩序的离子。42.权利要求1-41中任一项所述的方法，所述方法还包括将所述组合物与水性或油基流体混合以形成混合物，所述水性或油基流体包括钻井液、增产处理液、压裂液、解卡液、排液液、完井液、补救处理液、井废弃液、小段塞、酸化液、注水泥液、封隔液、成像液或它们的组合，其中所述在地下地层中放置所述组合物包括在所述地下地层中放置所述混合物。43.权利要求1-42中任一项所述的方法，其中在所述在地下地层中放置所述组合物之前、期间和之后中的至少一种，在地下地层中所述组合物以单独方式和与其他材料组合的方式中的至少一种用作钻井液、增产处理液、压裂液、解卡液、排液液、完井液、补救处理液、井废弃液、小段塞、酸化液、注水泥液、封隔液、成像液、或它们的组合。44.权利要求1-43中任一项所述的方法，其中所述组合物还包括盐水、碱水溶液、油、有机溶剂、合成液油相、水溶液、醇或多元醇、纤维素、淀粉、碱度控制剂、酸度控制剂、密度控制剂、密度调节剂、乳化剂、分散剂、聚合稳定剂、交联剂、聚丙烯酰胺、聚合物、抗氧化剂、热稳定剂、泡沫控制剂、发泡剂、溶剂、稀释剂、增塑剂、填充剂、无机粒子、颜料、染料、沉淀剂、流变调节剂、油-润湿剂、缓凝添加剂、表面活性剂、腐蚀抑制剂、气体、减重添加剂、加重添加剂、堵漏材料、过滤控制添加剂、盐、纤维、触变添加剂、破胶剂、交联剂、气体、流变调节剂、固化加速剂、固化减速剂、pH改性剂、螯合剂、防垢剂、酶、树脂、控水材料、聚合物、氧化剂、标志剂、波特兰水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高氧化铝含量水泥、矿渣水泥、硅石水泥、飞灰、偏高岭土、页岩、沸石、晶态二氧化硅化合物、非晶态二氧化硅、纤维、水合性粘土、微球、火山灰石灰、或它们的组合。45.权利要求1-44中任一项所述的方法，其中在所述地下地层中放置所述组合物包括：将所述地下地层的至少一部分压裂，以形成至少一个地下裂隙。46.权利要求1-45中任一项所述的方法，其中所述组合物还包括支撑剂、树脂包覆支撑剂、或它们的组合。47.权利要求1-46中任一项所述的方法，其中在所述地下地层中在所述地下地层中放置所述组合物包括：将所述组合物泵送通过安置在井眼中的钻柱，通过在钻柱的井下端部处的钻头，以及通过环状空间回到地表上方。48.权利要求47所述的方法，所述方法还包括用至少一个流体加工单元加工退出所述环状空间的所述组合物以生成清洁过的组合物，并且将所述清洁过的组合物通过所述井眼再循环。49.一种处理地下地层的方法，所述方法包括：在地下地层中放置组合物，所述组合物包含：包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含：二氧化硅纳米粒子；连接体，所述连接体包含硅烷结合基团和聚乙烯亚胺；和稳定化基团，所述稳定化基团包含丙基1，2二醇，其中所述连接体被共价键合到所述纳米粒子并且所述聚乙烯亚胺的至少一个胺被共价键合到所述丙基1，2二醇稳定化基团，和钙离子。50.一种包覆纳米粒子组合物，所述包覆纳米粒子组合物包含：包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含：纳米粒子；连接体，所述连接体包含硅烷结合基团、间隔部分和端基；稳定化基团其中所述硅烷结合基团被共价键合到纳米粒子核并且所述端基中的至少一个被共价键合到所述稳定化基团；和离子。51.权利要求50所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述组合物还包含水性液体，所述水性液体包括水、卤水、产出水、返排水、微咸水、淡水、Arab-D-卤水、海水、矿泉水和其他各不相同的盐度和矿物浓度的水中的一种或多种。52.权利要求50或权利要求51所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述纳米粒子选自由以下各项组成的组：二氧化硅纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、上转换纳米粒子、超顺磁纳米粒子、和它们的混合物。53.权利要求50-52中的任一项所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述纳米粒子是二氧化硅纳米粒子。54.权利要求50-53中的任一项所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述连接体包含聚乙烯亚胺。55.权利要求50-54中的任一项所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述稳定化基团包含选自由以下各项组成的组中的官能团：以及它们的组合。56.权利要求50-55中的任一项所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述离子包括锂离子、钠离子、钾离子、银离子、镁离子、钙离子、钡离子、锌离子、铝离子、铋离子、铜(I)离子、铜(II)离子、铁(II)离子、铁(III)离子、锡(II)离子、锡(IV)离子、铬(II)离子、铬(III)离子、锰(II)离子、锰(III)离子、汞(I)离子、汞(II)离子、铅(II)离子、铅(IV)离子、钴(II)离子、钴(III)离子、镍离子(II)、镍(IV)离子、钛离子和钛(IV)离子中的一种或多种。57.权利要求50-56中的任一项所述的包覆纳米粒子组合物，其中所述离子包括钙离子。58.一种包覆纳米粒子组合物，所述包覆纳米粒子组合物包含：包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含：二氧化硅纳米粒子；连接体，所述连接体包含硅烷结合基团和聚乙烯亚胺；和稳定化基团，所述稳定化基团包含丙基1，2二醇，其中所述连接体被共价键合到所述纳米粒子并且所述聚乙烯亚胺的至少一个胺被共价键合到所述丙基1，2二醇稳定化基团；和钙离子。59.一种包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含：纳米粒子；连接体，所述连接体包含硅烷结合基团、间隔部分和端基；稳定化基团，其中所述硅烷结合基团被共价键合到所述纳米粒子核并且所述端基中的至少一个被共价键合到所述稳定化基团。60.一种包覆纳米粒子，所述包覆纳米粒子包含二氧化硅纳米粒子；连接体，所述连接体包含硅烷结合基团和聚乙烯亚胺；和稳定化基团，所述稳定化基团包含丙基1，2二醇，其中所述连接体被共价键合到所述纳米粒子并且所述聚乙烯亚胺的至少一个胺被共价键合到所述丙基1，2二醇稳定化基团。61.一种处理地下地层的方法，所述方法包括：在地下地层中放置组合物，所述组合物包含：离子，和交联的包覆纳米粒子，所述交联的包覆纳米粒子包含：纳米粒子；和包覆层；其中所述包覆层包含连接体、交联剂和稳定化基团。62.根据权利要求61所述的方法，其中所述离子包括锂离子、钠离子、钾离子、银离子、镁离子、钙离子、钡离子、锌离子、铝离子、铋离子、铜(I)离子、铜(II)离子、铁(II)离子、铁(III)离子、锡(II)离...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·R·考克斯，德米特里·科辛金，胡思翁·欧，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA