用于油田应用的降解化学物质的纳米管介导制造技术

在管壁的内部和外部具有靶向或选择性氧化水平和/或含量的离散的个体化碳纳米管可用于纳米管介导的用于油田钻探应用的降解分子如氧化剂和酶的受控递送。还可以使用用于碳纳米管的使用最少酸氧化的制造方法，其与其他已知的制造方法相比提供了更高水平的氧化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于油田应用的降解化学物质的纳米管介导相关申请的交叉引用本申请要求2016年4月7日提交的美国申请序列号(USSN)62/319,599和2016年11月21日提交的USSN62/424,606的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。本申请还涉及2015年2月21日提交的USSN14/628,248，以及2011年6月20日提交的USSN13/164,456及其后续申请；2011年8月9日提交的USSN13/140,029及其后续申请，其全部公开内容通过引用并入本文。
本申请涉及新型的离散碳纳米管组合物，其允许如用于油田应用的降解的、粘度降低的分子如酶和氧化剂的纳米管介导的受控递送。本申请还包括使用最少酸氧化的所述碳纳米管的制备。
技术介绍
与
技术实现思路
碳纳米管可以通过管中的壁数来分类：单壁、双壁和多壁。目前，碳纳米管被制造为附着于基底的附聚纳米管球、束或丛。在弹性体、热塑性或热固性聚合物复合材料中使用碳纳米管作为增强剂是其中预计碳纳米管具有显著效用的领域。然而，由于通常不能可靠地生产个体化的碳纳米管以及将个体化的碳纳米管分散在聚合物基质中的能力，因此在这些应用中碳纳米管的利用受到了阻碍。Bosnyak等人在各个不同的专利申请(例如，US2012-0183770A1和US2011-0294013A1)中通过慎重地基本上同时使用氧化和剪切力制造离散的碳纳米管，从而氧化纳米管的内表面和外表面，通常在内表面和外表面上达到大致相同的氧化程度，形成个体的或离散的管。本专利技术可以使用那些之前的Bosnyak等的申请和公开内容的管，但也使用新的靶向氧化离散管。本专利技术描述了离散的个体化的碳纳米管的组合物，其在管壁的外部和/或内部具有靶向或选择性的氧化水平和/或氧含量。这种新型碳纳米管可以几乎没有或没有内管表面氧化，或者在管的内表面和外表面之间的氧化量和/或类型不同。这些离散管可用于许多应用，包括增塑剂，然后可将其在弹性体、热塑性和热固性复合材料的配混和配制中用作添加剂，以改善机械、电和热性能。特别地，本申请公开了一种使用最少酸氧化的碳纳米管的新型制造方法。本申请还公开了碳纳米管在用于油田应用的工业上称为“破胶剂”的降解化学物质，如酶和氧化剂的纳米管介导的控制递送中的新用途。用于刺激来自碳氢化合物储层的生产的水力压裂是通过将水力压裂液注入井中并对压裂液施加足够的压力以引起地层破裂以及随之产生的一个或多个裂缝来实现的。裂缝可以是水平的或垂直的，后者通常是主要的，并且随着地层深度的破裂，垂直裂缝取向的趋势增加。通常将相对于压裂液的总重量正常浓度范围为0.12重量％至0.96重量％(参见，例如，Barati，R.等人AReviewofFracturingFluidSystemsUsedforHydraulicFracturingofOilandGasWells.J.Appl.Polym.Sci.Vol.131,40375(2014))并具有支撑剂的凝胶、乳液或泡沫，例如悬浮在其中的沙子或其他颗粒材料，引入该裂缝中。支撑剂可包括本文所述的离散碳纳米管和组合物。支撑剂沉积在裂缝中并用于在压力释放之后保持裂缝打开且压裂液被抽回到井中。压裂液具有足够高的粘度渗透到地层中以实现压裂并将支撑剂保持在悬浮液中或至少降低支撑剂由压裂液沉降出来的趋势。通常，胶凝剂和/或乳化剂用于使压裂液凝胶化或乳化，以提供实现压裂过程的最大益处所需的高粘度。在将高粘度压裂液泵送到地层中并且地层压裂已经完成之后，当然希望去除或降低来自地层的流体粘度以允许通过新的裂缝生产烃。通常，这通过“破坏”或降解凝胶或乳液来实现，或换言之，通过降解凝胶或其他增稠剂将压裂液转化为低粘度流体。通常通过在所需时间将“破胶剂”，即降粘剂添加到地下地层中来获得破碎凝胶化的乳化压裂液。降低的粘度有利于流回到表面并且产生的流体流过支撑剂充填层朝向井眼流动。多年来，酶已成功地用作压裂液的破胶剂。酶是聚合物特异性的，环境友好，易于处理，可与流体混溶，设备友好且不会由于它们充当催化剂而消耗。酶能够催化聚合物如多糖的解聚。酶的主要限制是它们在高温和碱性pH环境中的变性。氧化剂如过氧化物也用作压裂液的破胶剂。当使用氧化剂作为破乳剂时，酶的一些优点不存在，因为氧化剂不是环境友好、设备友好的并且在降解反应过程中被消耗。然而，氧化剂比酶更耐用，能够在极端温度和pH环境下降解粘性压裂液。在一些应用中，使用粘弹性表面活性剂如粘弹性季铵作为增稠剂，并且使用掺入醇、胺或羧酸或二羧酸的长烃链作为表面活性剂的破胶剂。先前将酶或破胶剂或氧化剂带入到流体中的尝试使用颗粒物，例如炭黑。然而，本文所述的碳纳米管的极端强度为运输的酶提供了独特的保护水平；此外，本文所述的碳纳米管的尺寸和形状使得能够更好地进入纳米多孔页岩地层，从而允许在移除之前更好地分解粘性压裂液。本专利技术适用于从地下地层中回收烃使用的许多流体，如钻井液、完井液、入井液、封隔液、压裂液、导引液、酸化液、一致性或渗透率控制液等。本专利技术的一个实施方案是一种用于处理水力压裂液的组合物，优选至少一种水性流体，其包含多个离散的碳纳米管和至少一种附着在多个离散碳纳米管的内表面或外表面上的降解分子，优选离散的多壁碳纳米管，其中所述离散的碳纳米管包含内表面和外表面，各表面包含内表面氧化物质含量和外表面氧化物质含量。优选地，降解分子是至少一种酶，尤其是其中酶通过范德华键、离子键或共价键连接。降解分子可以是至少一种氧化剂，优选其中氧化剂通过范德华键、离子键或共价键连接。优选地，氧化剂选自过氧化物、氯化物、硫酸盐和过硫酸盐。本专利技术的另一方面是一种用于处理水性流体的组合物，其包含多个离散的碳纳米管，其中所述离散的碳纳米管包含内表面和外表面，各表面包含内表面氧化物质含量和外表面氧化物质含量，以及至少一种附着在多个离散碳纳米管的内部或外部的杀生物剂。本专利技术的其他方面包括使用包含降解分子的本专利技术组合物作为地下水修复中的靶向、隔离和/或标记试剂和/或作为地下油田中的靶向、隔离和/或标记试剂和/或在所述钻井作业中地下水修复的用途。本文所述的组合物可用作离子传输。可以使用证明这种离子传输效应的各种种类或类别的化合物/药物/化学物质，包括离子、一些非离子化合物、疏水或亲水化合物。本文公开的新的碳纳米管也可用于地下水修复，其中纳米管可以在内壁内携带化学物质，一旦纳米管在地下就可以释放，从而避免由于地面材料的吸收而导致的化学物质损失，直到化学物质在需要它们的位置。包含新型离散靶向氧化碳纳米管的组合物也可用作传感器中的组件或作为传感器。本文公开的组合物还可以用作药物递送或控制释放制剂中的组分。纳米管内的氧化量影响可以加载到碳纳米管内的药物的量，这取决于药物的结构。药物的pH影响可以加载的药物量，这取决于pH和药物的化学结构以及纳米管的内部。包含本文公开的组合物的电池也是有用的。这种电池包括锂型、镍镉型或铅酸型。包含本文公开的组合物的制剂可进一步包含环氧、聚氨酯或弹性体。这些制剂可以是分散体的形式。所述制剂还可以还可包括纳米片结构。该组合物可进一步包含至少一种与至少一个内表面接触的疏水材料。具有特定性能的离散碳纳米管也可用于有效负载或药物分子递送，特别是用于人体。端部开放的多壁离散碳纳米管优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理水力压裂液的组合物，其包含多个离散的碳纳米管和至少一种附着在多个离散碳纳米管的内表面或外表面上的降解分子，其中所述离散的碳纳米管包含内表面和外表面，所述内表面包含内表面氧化物质含量，所述外表面包含外表面氧化物质含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.07 US 62/319,599;2016.11.21 US 62/424,6061.一种用于处理水力压裂液的组合物，其包含多个离散的碳纳米管和至少一种附着在多个离散碳纳米管的内表面或外表面上的降解分子，其中所述离散的碳纳米管包含内表面和外表面，所述内表面包含内表面氧化物质含量，所述外表面包含外表面氧化物质含量。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述水力压裂流体包含水。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述降解分子包含至少一种酶。4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述酶通过范德华键、离子键、共价键或其组合连接。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述降解分子包含氧化剂。6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述氧化剂通过范德华键、离子键、共价键或其组合连接。7.根据权利要求3所述的组合物，其中所述酶选自半纤维素酶、包封的酶断裂剂、GBW-12CD、LEB-H、gammanase、内切甘露聚糖酶、β-甘露聚糖酶、果胶酶和EconoGelbreak-EL2X，及其混合物。8.根据权利要求1所述的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱斯·丹尼尔·斯特蒂文特，奥古斯特·查尔斯·克虏伯，
申请(专利权)人：钢筋分子设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US