用于增强油回收的流体中使用的纳米原纤化纤维素制造技术

本发明专利技术涉及用于增强油回收的用作流体中的粘度调节剂的纳米原纤化纤维素(NFC)。所述流体包含长径比小于1000的NFC，其中所述纳米原纤维的直径在5和50纳米之间，且长度小于10μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强油回收的流体中使用的纳米原纤化纤维素
本专利技术涉及纳米原纤化纤维素(NFC)在用于增强油回收(EOR)的流体中的用途。
技术介绍
大分子(聚合物材料)，特别是水溶性的大分子，是从地下地层中提取碳氢化合物最常用的化学物质之一。无论提取是一级或三级提取，聚合物都用于各种功能。例如，在油气钻井中，聚合物用作粘度调节剂、分散剂或用于过滤控制目的。在通过酸化或水力压裂使井增产的情况下，聚合物也用作粘度调节剂和用作过滤控制添加剂。在被称为增强油回收(EOR)的三次回收中，聚合物(主要是聚丙烯酰胺)用作渗透改性剂和增粘剂。因此，聚合物是广泛用于油田流体的添加剂，但应谨慎选择，以避免对油回收造成任何负面影响。聚合物如聚丙烯酰胺进一步对环境产生负面影响。油提取中使用的聚合物是生物基材料或化石基材料。通常，生物聚合物在低至中等温度<150℃下使用。合成聚合物由于其高热稳定性而在更宽的温度范围内使用。纳米原纤化纤维素(NFC)是一种由可再生资源产生的材料种类，且其具有作为油田应用的有用添加剂的潜力。使用可再生资源替代来自石油化学工业的化学品以减少碳足迹(carbonfootprint)受到很大关注。在WO2014148917中公开了NFC或微原纤化纤维素(MFC)作为油田流体的增粘剂的用途，所述油田流体例如为压裂、钻井流体，隔离流体和EOR流体。用NFC增粘的流体显示优异的剪切变稀性质，且这是由于纳米原纤维的高长径比>100。原纤维的长径比是原纤维的长度除以直径(长度/直径)。另外，与天然聚合物如黄原胶和瓜尔胶、纤维素和淀粉衍生物等相比，NFC更加热稳定。此外，取决于其表面电荷，与市售生物聚合物或合成聚合物相比，其对盐具有高耐受性。NFC可以通过各种方法由任何含纤维素或木质纤维素的原材料生产，且其特征可以定制。对NFC的大部分研究集中在漂白纸浆作为原料来制备NFC的用途。然而，使用木质纤维素生物质代替纯化的纸浆作为生产纳米原纤化木质纤维素(NFLC)的原料在经济上是有利的。木质纤维素生物质的来源很多，如木材、秸秆、农业废弃物例如甘蔗渣和甜菜浆等。这仅可在最终应用耐受在最终产物中存在木质素的情况下适用。植物细胞壁主要由木质纤维素生物质构成，所述木质纤维素生物质由纤维素、半纤维素和木质素组成。这三种主要组分的比率及其结构复杂程度因植物类型而显著变化。一般来说，纤维素是植物细胞壁中最大的组分，且其在干物质重量的35-50%范围内，半纤维素范围在15-30%，且木质素范围在10-30%。作为油田应用中使用的其他大分子，需要在使用后去除NFLC。幸运的是，存在通过酶促或氧化降解来去除或降解NFLC的两种可能的解决方案。深入研究木质纤维素生物质的酶促降解，因为它是由生物质生产生物燃料中的主要步骤。通过优化酶效率、找到对目标生物质的最佳酶组合、对生物质进行预处理使其可易于被酶接近以及找到最优降解条件，最近的发展实现了酶促降解总成本的显著降低。可以通过选择原料，或通过调节生产参数，或通过对生产的原纤维进行后处理来生产具有各种物理化学性质的NFC或NFLC。例如，NFC原纤维的尺寸可以变化以适合所提议的应用。通常，植物中的由原纤维束构成的纤维素纤维的直径在20-40μm范围内，长度在0.5-4mm范围内。可以通过纤维素纤维的完全去原纤化获得的单纤维素原纤维具有几纳米的直径约3nm且长度为1-100μm。取决于去原纤化的能量输入和去原纤化之前的预处理，纤维的直径可以减小到纳米数量级(5-500nm)。另外，可以将原纤维长度控制在一定程度以使其适合于所需的应用。而且，从文献中已知纤维素分子可以各种方式化学改性以获得期望的化学性质。NFC的表面化学可以按相同方式进行调整，以满足最终用途需求。通常，在表面上用羟基中和纤维素分子的表面电荷，但羟基可转化为阴离子或阳离子电荷。醚化和酯化是改变纤维素表面性质的最常用方法之一。NFC的性质允许定制其物理化学性质以匹配在油田流体中的用途。原纤维形态和原纤维化学性质二者可以调整以适应应用要求。具有高木质素含量的NFLC的热稳定性不令人满意。然而，基于干物质含有高达25重量%木质素的NFLC具有用于EOR流体的可接受的热稳定性。岩芯驱替(coreflooding)试验是研究流体流入多孔介质中的常用方法。该试验方法提供有关流体及其组分与代表目标储层的岩芯样品相互作用的有用信息。这种技术用于评估流体对油/气储层的地层损害潜力，以及如在EOR应用情况下评估聚合物到储层中的渗透性。通常设定试验条件例如温度压力、流体成分、岩芯类型和流速，以模拟油田和应用条件。本专利技术的一个目的是提供用于增强油回收的用作流体中的添加剂的纳米原纤化纤维素，其中所述NFC能够渗透到地层中。专利技术概述本专利技术涉及用于增强油回收的流体中使用的纳米原纤化纤维素(NFC)，其中所述流体含有长径比小于1000的NFC，其中所述纳米原纤维的直径在5和50纳米之间且长度小于10μm。根据一个优选的实施方案，NFC具有小于500的长径比，其中所述纳米原纤维的直径在5和30纳米之间且长度小于5μm。根据另一个优选的实施方案，所述纳米原纤化纤维素是纳米原纤化的木质纤维素，基于干物质含有高达25重量%的木质素，且基于干物质优选高达10重量%的木质素。根据另一个优选的实施方案，所述纳米原纤化纤维素具有0.1至1mmol/gNFC范围内的表面电荷(羧基)浓度，且优选小于0.5mmol/gNFC。在增强油回收(三次回收)中，增强回收的常用技术之一称为聚合物驱替。通常使用高分子量部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)，其浓度范围为几百ppm，以增加水粘度以改善吹扫效率。用于EOR聚合物驱替的典型储层渗透率>100mD。标准NFC到高渗透性岩芯中的渗透并不高。原纤维的一部分在岩芯表面过滤出，且一些原纤维被包埋在岩芯基质中并堵塞岩芯中的孔隙。为了克服这个注入性问题，已经发现使用短长度的原纤维显著改善注入性。原纤维的尺寸可以如下控制；1)通过增加所使用的去原纤化能量，并通过在去原纤化之前使用预处理步骤，直径变得越来越细，以促进去原纤化过程。最薄的原纤维直径只有几纳米。2)原纤维的长度很难控制；然而，强烈的化学或酶预处理导致原纤维长度显著缩短。在剧烈的化学氧化条件如高碘酸盐下，然后进行亚氯酸盐氧化，如WO2012119229中所述，原纤维长度可减小至仅100nm。根据WO2012119229，NFC的表面电荷(羧基)浓度可以在0.1至11mmol/gNFC范围内，并且可以获得在小于10至大于1,000范围内的长径比。AnikóVárnai在他2012年的博士论文“Improvingenzymaticconversionoflignocellulosetoplatformsugars(改善木质纤维素向平台糖的酶促转化)”,UniversityofHelsinki,DepartmentofFoodandEnvironmentalSciences,VTTTechnicalResearchCentreofFinland,Biotechnology中描述高固含量木质纤维素底物的酶促降解。这可能是产生用于EOR应用的高浓度短NFC的有用方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于增强油回收的用作流体中的粘度调节剂的纳米原纤化纤维素(NFC)，其中所述流体包含长径比小于1000的NFC，其中所述纳米原纤维的直径在5和50纳米之间，且长度小于10μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.29 NO 201506891.用于增强油回收的用作流体中的粘度调节剂的纳米原纤化纤维素(NFC)，其中所述流体包含长径比小于1000的NFC，其中所述纳米原纤维的直径在5和50纳米之间，且长度小于10μm。2.根据权利要求1所述的纳米原纤化纤维素，其中NFC的长径比小于500，其中纳米原纤维的直径在5和30纳米之间，且长度小于5μm。3.根据权利要求1或2所述的纳米原纤化纤维素，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M阿巴古里，
申请(专利权)人：埃尔凯姆有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO