纳米构建交联技术在采油工程中的应用基础研究

Cross-linking polymers have been frequently used in upstream of oil industry. Due to the increasing of oil production operation and the quickly rising price of oilfield related chemical agents, there are pressuring needs to improve and optimize the formula of cross-linking polymers. The way to effectively and innovatively improve the cross-linking efficiency has attracted great attention worldwide in oil exploration research field. This research proposal takes advantage of different functional nanomaterials’ properties ( size and shape ), combined with the study of surface modification in silicon-based and carbon-based nanomaterials, trying to discover the influence of nano cross-linking materials’ specific properties ( structure, size and reaction concentration ) on polymer cross-linking chemical reaction, and finally reveal the mechanism for efficiency enhancement of cross-linking reaction. By sharply improve the cross-linking efficiency, it will help reduce the amount of oil exploration related chemical agents, decrease the reservoir damage due to the injected excessive polymer, and dramatically reduce the energy production cost, which has an huge economic and environment benefits in oilfield industry. The research findings can also be applied to drilling, fracturing, polymer flooding and conformance improvement area.

交联聚合物在石油工业上游中用量较大，随着油田作业施工量的增加，化学剂的用量和成本均快速上涨，对交联聚合物配方的改进和优化已成为石油工业油气勘探开发的迫切需求。如何创新的提升交联聚合物的有效交联效率成为了当前国际油气开发领域的一个研究热点。本课题通过对硅基、碳基等无机纳米材料进行表面功能基团选择性接枝改性技术研究，结合功能纳米材料的尺寸、形状等优势，探索纳米材料的空间结构、尺寸效应、表面接枝基团类型、反应浓度等因素对聚合物交联反应的作用规律，揭示纳米材料在聚合物交联反应中的增效作用机理。通过显著的提高油田用聚合物的交联效率，可大幅降低油田化学药剂的用量，减少在油气开采过程中过量注入聚合物对地下油藏的伤害，显著降低石油工业能源的开发成本，具有重要的经济和环境效益。本课题所形成的纳米材料在聚合物交联反应中的增效作用机理可推广应用于油田上游钻井、压裂、聚合物驱、堵水调剖等领域，具有广泛的指导意义。

随着世界能源需求的持续增加，以及石油价格的持续高位运行，推动着油气开采作业量的大幅上升，从而在钻井、压裂、堵水调剖、聚合物驱等环节的工作液用量也大幅增加。钻井液、压裂液、聚合物驱等工作液成本占施工成本的比例较高，工作液用量的大幅上升严重制约了我国非常规油气资源的开发和利用。本项目以新型交联材料体系的研发和应用为目标开展了系列研究工作，包括采油工程中使用的交联液体（压裂、堵水、酸化、调剖等）交联效率低下的制约因素分析；通过实验确定聚合物、生物等大分子在液体中的分子内交联和分子间交联转变条件，建立了临界交联浓度测定方法；完成了0.02纳米-2纳米不同尺度的交联剂与胍胶分子的交联反应实验研究，并建立了尺度效应对交联效率的作用规律；完成纳米交联材料的室内实验合成、制备以及表征分析，并成功在中石化胜利油田等开展现场实验，取得了较好的应用效果，经济效益和社会效益显著。本课题所形成的纳米材料在聚合物交联反应中的增效作用机理可推广应用于油田开发上游钻井、压裂、聚合物驱、堵水调剖等领域，具有广泛的指导意义，应用前景十分广阔。