一种压裂液用纳米复合交联剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油气开发压裂液技术领域，具体涉及一种压裂液用纳米复合交联剂及其制备方法。

背景技术

压裂是油气开采的一种工程作业过程，是利用压力设备，在高压下把具有一定粘度的液体压入地下岩石裂缝的工艺，在压裂工艺中所采用的这种具有粘度的液体就是压裂液。压裂液在高压作用下进入地层岩石，使岩石产生破裂而出现裂缝，在压裂液中加入支撑剂材料可以支撑地下裂缝的张开状态，从而在停止泵送压裂液后形成一条明显张开的岩石裂缝，提高油气层的渗透率，增加油气通过裂缝通道的流量或产量。

现有技术的压裂液主要包括稠化剂、破胶剂、交联剂。交联剂作为压裂液体系中的一种重要添加剂，其性能对整个压裂液体系的交联过程具有重要的影响。现有技术中的交联剂通常由主剂、相转移催化剂、络合剂和交联促进剂组成，其成分复杂，交联过程复杂，操作繁琐，配液复杂，不易控制，对压裂施工的要求特别高。因此研发一种配液简单、操作简单额交联剂成为了压裂液研发使用的重点之一。

发明内容

本发明针对目前压裂液交联剂成分复杂、配液复杂的问题提供了一种压裂液用纳米复合交联剂，采用金属离子与纳米碳量子点螯合形成的螯合剂作为交联剂，其成分简单、配液简单。

本发明还公开了一种压裂液用纳米复合交联剂的制备方法，其制备方法简单，易于推广使用。

本发明的具体技术方案为：一种压裂液用纳米复合交联剂，所述交联剂包括纳米碳量子点与金属离子合成的螯合物，所述螯合物的结构表达式为：

其中M代表金属离子。

在上述技术方案中，所述交联剂采用纳米碳量子点和金属离子螯合而成的螯合物，因为该交联剂的一个碳量子点上具有多个交联点位，同样的加量下能交联更多的胍胶分子链；且分散性更好，加之碳量子点本就对压裂液有补强的作用，从而使用该交联剂进行交联的胍胶压裂液，较现有的交联剂具有更好的抗温效果，能够达到180℃—200℃。

进一步地，所述金属离子为锆离子、钛离子中的至少一种。

进一步地，所述纳米碳量子点为氮掺杂碳量子点。

本发明还公开了上述压裂液用纳米复合交联剂的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤一：制备纳米碳量子点；

步骤二：在制备的纳米碳量子点中加入金属离子的无机盐，反应1.5～3h，得到纳米交联剂。

进一步地，所述步骤一中，制备纳米碳量子点的具体步骤为：将有效浓度大于99.5％柠檬酸和有效浓度大于99.5％有机胺溶于去离子水中，得到混合溶液，并将混合溶液加热至180～250℃，反应4～8h，得到纳米碳量子点。

进一步地，所述有机胺为乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚乙烯亚胺中的至少一种。

进一步地，所述柠檬酸与有机胺的质量比为1:0.5～1。

进一步地，所述金属离子与柠檬酸的摩尔比为1:1～5。

进一步地，金属离子无机盐可以是氯氧化锆、碱式碳酸锆、氟化锆、氯化钛、氟化钛中的至少一种。

本发明针对目前目前压裂液交联剂成分复杂、配液复杂的问题提供了一种压裂液用纳米复合交联剂，采用纳米碳量子点和金属离子螯合而成的螯合物作为复合交联剂，解决了现有的压裂液交联剂成分复杂、配液复杂的问题。并且对比与现有的纳米交联剂，碳量子点型纳米交联剂分散性较好，使用碳量子点交联剂进行交联后得到的压裂液强度更大，抗温性能也更好；且由于一个碳量子点交联单元上可以交联多个胍胶分子，还可以有效降低胍胶分子的用量。

本发明还公开了压裂液用纳米复合交联剂的制备方法其制备方法简单，易于推广使用，得到的复合交联剂配液简单，易于使用。

附图说明

图1为本发明公开的一种压裂液用纳米复合交联剂的反应化学方程式。

具体实施方式

实施例1

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、2.5mol二乙烯三胺、5mol氯氧化锆、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸和二乙烯三胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至180℃，反应8h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯氧化锆加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化锆溶解完全，反应1.5h，得到纳米交联剂A。

实施例2

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、5mol乙二胺、25mol氯氧化锆、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸和乙二胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至250℃，反应4h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯氧化锆加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化锆溶解完全，反应3h，得到纳米交联剂B。

实施例3

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、4mol二乙烯三胺、15mol氯氧化锆、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸和二乙烯三胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至200℃，反应5h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯氧化锆加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化锆溶解完全，反应2h，得到纳米交联剂C。

实施例4

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、4mol二乙烯三胺、15mol氯化钛、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸和二乙烯三胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至200℃，反应5h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯化钛加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化钛溶解完全，反应2h，得到纳米交联剂D。

实施例5

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、4mol聚乙烯亚胺、15mol氯化钛、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸和聚乙烯亚胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至200℃，反应5h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯化钛加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化锆溶解完全，反应2h，得到纳米交联剂E。

实施例6

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、2mol乙醇胺、2mol三乙烯四胺、15mol氯化钛、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸、乙醇胺、三乙烯四胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至200℃，反应5h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯化钛加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化锆溶解完全，反应2h，得到纳米交联剂F。

实施例7

本实施例制备一种压裂液用纳米复合交联剂，其配方以摩尔数计为：5mol柠檬酸、2mol乙醇胺、2mol三乙烯四胺、10mol氯化钛、5mol氯氧化锆、2000mL去离子水。

其具体制备方法为：

步骤一：按照上述配方称取柠檬酸、乙醇胺、三乙烯四胺，并加入去离子水中，搅拌混合得到混合溶液；将混合溶液加热至200℃，反应5h，反应完成，得到纳米碳量子点的液体体系；

步骤二：按照上述配方将氯化钛、氯氧化锆加入上述液体体系中，搅拌使得氯氧化锆溶解完全，反应2h，得到纳米交联剂G。

对比例1

以摩尔数计的配方：5mol柠檬酸、2mol乙醇胺、2mol三乙烯四胺、2000mL去离子水作为对比例1，其制备方法与实施例7的时间步骤一相同，得到对比例1的对比样品1。

对比例2

以10mol氯化钛、5mol氯氧化锆、2000mL去离子水配制得到对比例2的对比样品2。

将实施例1～7和对比例1～2得到产物A～G、对比样品1～2分别加入磷酸酯胶凝剂中，并加入正己烷中交联制备压裂液冻胶，并将制备的产物分别测定室温下的粘度；在120℃、170r/min的转速下剪切2h后的粘度，在150℃、170r/min的转速下剪切2h后的粘度，以测定产物A～G、对比样品1～2的耐温和耐剪切性；所述产物A～G、对比样品1～2加入正己烷的质量分数均为4％；所述磷酸酯胶凝剂加入正己烷的质量分数为6％，其测试结果如下：

从上述评价结果可以看出，本申请文件制备的交联剂具有良好的粘性、优异的耐温性、耐剪切性，其制备简单，稳定性良好。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。