[发明专利]用于油井流体的增粘剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于油井流体比如压裂液、钻井液、堵水液、隔离液、提高油回收率(EOR)的流体和油井固井浆料的增粘剂。

背景技术

纤维素为高等植物细胞壁的主要组分和地球上最丰富的有机化合物之一。木材含有约50%纤维素、30%半纤维素和20%木质素。在制浆过程中，纤维素以纤维形式与木质素和半纤维素分离，并纯化、干燥和以大型轧辊运送。纤维素已经使用了数千年，但是其化学像所有其它生物聚合物一样于上世纪初被发现和探索。今天提取和纯化的纤维素及其衍生物广泛用于几种不同的工业应用比如纺织、造纸、油漆和涂料、食品、制药和石油工业。

在过去的三十年，采用高剪切方法比如高压均质化及其它方法将纤维素纤维进行原纤分离为具有小于1μm直径的微米或纳米纤维已经吸引了大量兴趣。这些纤维称为微纤纤维素(MFC)。纤维素原纤分离可经如自文献中已知的各种方法实施。例如其可通过对任何纤维素原料比如漂白和未漂白纸浆、蔬菜和水果、小麦和稻秸秆、大麻和亚麻、竹子、甜菜和甘蔗或者苎麻和棉花施加纯机械剪切来实施。已知在机械处理之前的化学或酶处理纤维素原料大大减少原纤分离过程期间的能量消耗。

由Henriksson提出了一种用于酶辅助制备MFC纳米纤维的方法(“一种用于酶辅助制备微纤化纤维素(MFC)纳米纤维的环境友好的方法(Anenvironmentallyfriendlymethodforenzyme-assistedpreparationofmicrofibrillatedcellulose(MFC)nanofibers)”，Henrikssonetal,Europeanpolymerjournal(2007),43:3434-3441)。在2006年，Saito²等报导了天然纤维素使用TEMPO催化的氧化来产生微纤丝(“来自天然纤维素的TEMPO催化氧化的个性化微纤丝的均匀悬浮液(HomogeneousSuspensionsofIndividualizedMicrofibrilsfromTEMPO-CatalyzedOxidationofNativeCellulose)”，Saito,Biomacromolecules(2006),1687-1691)。

在TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)方法中，自由基用于氧化纤维素结构中6位的伯羟基，并使其转化为羧基，后者提供纤丝之间的斥力。在这个过程中破坏和削弱纤丝之间的键合(比如范德华力和氢键)，并且这促进原纤分离过程。所分离的初级微纤维具有在5-100nm范围内的直径和可能在1-100μm范围内变化的长度。纤丝的直径可通过在原纤分离之前采用期望的能量输入以及通过调节处理条件来进行控制，然而纤维的长度更难以控制。原纤分离的纤维素纤维的尺寸取决于处理条件。

原纤分离之前的另一种化学处理可为纤维素纤维的羧甲基化以产生羧甲基化的MFC(CM-MFC)(“微纤化纤维素和阳离子聚电解质的聚电解质多层的建立(Thebuild-upofpolyelectrolytemultilayersofmicrofibrillatedcelluloseandcationicpolyelectrolytes)”,L.Wagbergetal.,Langmuir(2008)24(3),784-795)。

羧甲基化和TEMPO处理两者在纤丝表面引入除了已经存在于纤维素纤丝上的羟基外的阴离子变化。如果在原纤分离过程期间加入任何阳离子添加剂比如阳离子型表面活性剂或聚合物或无机盐，那么MFC可为带阳离子电荷的。

具有高纵横比的这种超细纤丝具有非凡的流变和机械性能，并且正进行大量研究来开发这种材料的应用。

细菌的微纤纤维素通过不同种类的醋菌属微生物产生。细菌产生的纤维素(BPC)的合成可描述为由下而上合成方式，其中微生物自单体香料(葡萄糖单位)构建新型聚合材料(纤维素纤维)。BPC在纤维形态和尺寸方面与以上讨论的原纤分离纤维素纤维(MFC)在某种程度上具有类似的形态学，但是在纯度和结晶度方面不同。BPC由于其可用于许多应用比如生物医学应用、造纸业、纳米复合材料、电子和音响设备以及食品的卓越性能而在最近二十年已经吸引了很多的关注。然而，BPC由于生产的复杂性而不能大量地以合理价格市售得到，但是其已经在一些应用中以小量使用。US5350528公开了BPC在由细菌纤维素和交联剂组成的压裂液范围内的用途。