具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶制造技术

纳米复合物包含金属氧化物和二维纳米片。金属氧化物包括氧化锆和二氧化钛中的至少一种，并且二维纳米片包括还原的氧化石墨烯和氮化硼中的至少一种。金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至19:1的范围内或者在2:1至9:1的范围内。制备纳米复合物包括：形成包含氧化锆纳米颗粒和氧化石墨烯粉末的第一水性分散体，将还原剂与第一水性分散体组合，用微波辐射照射第一水性分散体，从而产生包含氧化锆和石墨烯的第二水性分散体，并且从第二水性分散体中分离纳米复合物，其中纳米复合物包含氧化锆和石墨烯。

Polymer gel with nano composite crosslinking agent

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶优先权声明本申请要求2017年10月12日提交的美国临时专利申请号62/571,478的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本公开涉及使用纳米复合物交联剂形成的聚合物凝胶，其用于油田应用中的堵水。
技术介绍
过量的产水会限制油井或气井的寿命，并且带来技术、经济和环境挑战。产水也是油气田破坏机理(包括积垢、腐蚀、出砂和矿物溶解)中的一个因素。聚合物凝胶已被用于减少油气田的产水。然而，需要改善聚合物热稳定性和抗盐性。
技术实现思路
在第一个一般方面，纳米复合物包含：金属氧化物，所述金属氧化物包括氧化锆和二氧化钛中的至少一种；以及二维纳米片，所述二维纳米片包括氮化硼和还原的氧化石墨烯中的至少一种。金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至19:1的范围内。在另一个实施方案中，金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至9:1的范围内。在第二个一般方面，制备纳米复合物包括：形成包含氧化锆纳米颗粒和氧化石墨烯粉末的第一水性分散体，将还原剂与第一水性分散体组合，用微波辐射照射第一水性分散体，从而产生包含氧化锆和石墨烯的第二水性分散体，并且从第二水性分散体中分离纳米复合物，其中纳米复合物包含氧化锆和石墨烯。在第三个一般方面，聚合物前体溶液包括：包含聚丙烯酰胺和纳米复合物交联剂的分散体，所述纳米复合物交联剂包含金属氧化物和二维纳米片，其中纳米复合物交联剂与聚丙烯酰胺的重量比在1:10至1:20的范围内，并且金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至19:1的范围内。在第三个一般方面的一个实例中，金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至9:1的范围内。在第四个一般方面，聚合物凝胶包括：用纳米复合物交联的聚丙烯酰胺，所述纳米复合物包含金属氧化物和二维纳米片，其中纳米复合物交联剂与聚丙烯酰胺的重量比在1:10至1:20的范围内，并且金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至19:1的范围内。在第四个一般方面的一个实例中，金属氧化物与二维纳米片的重量比在2:1至9:1的范围内。第一、第二、第三和第四个一般方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，金属氧化物与二维纳米片的重量比为约19:1。在其他实施方式中，金属氧化物与二维纳米片的重量比为约9:1。金属氧化物可以包括氧化锆，由氧化锆组成，或基本上由氧化锆组成。二维纳米片可以包括还原的氧化石墨烯，由还原的氧化石墨烯组成，或基本上由还原的氧化石墨烯组成。纳米复合物可以包括氧化锆和还原的氧化石墨烯，由氧化锆还和原的氧化石墨烯组成，或基本上由氧化锆还和原的氧化石墨烯组成。第三个和第四个一般方面中的聚丙烯酰胺的重均分子量通常为约500,000至约550,000道尔顿。本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在所附附图和以下描述中给出。根据描述、附图和权利要求，主题的其它特征、方面和优点将会是显而易见的。附图简述图1是示出了含有聚合物和纳米复合物交联剂的溶液以及所得的聚合物凝胶的照片。图2是聚合物凝胶的扫描电子显微镜(SEM)图像。图3A和3B分别示出了具有和不具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶的热重分析(TGA)图。图4描绘了具有和不具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶的差示扫描量热(DSC)图。图5示出了具有和不具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶的动态力学分析(DMA)图。图6示出了具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶的X射线衍射(XRD)图。图7A和7B分别示出了具有和不具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶在310华氏度(°F)的粘度相对于时间的图。图8示出了具有纳米复合物交联剂的聚合物凝胶的相对于时间的压差和泄漏率。图9示出了具有纳米复合物凝胶的聚合物的光学显微镜图像。专利技术详述用本文所述的纳米复合物交联剂形成的聚丙烯酰胺(PAM)聚合物凝胶显示出高温稳定性、机械稳定性和抗盐性，并且可以广泛地用作对具有过量产水的成熟油田的堵水处理。纳米复合物交联剂包含一种或多种金属氧化物和一种或多种二维(2D)纳米片。纳米复合物通常包括在2:1至19:1范围内的金属氧化物与2D纳米片的重量比。在一个实例中，金属氧化物与2D纳米片的重量比在2:1至9:1的范围内。合适的金属氧化物的实例包括氧化锆和二氧化钛。合适的2D纳米片的实例包括氧化石墨烯(GO)、氧化石墨烯的衍生物以及氮化硼(BN)。如本公开中所使用的，术语“衍生物”是指化学改性的氧化石墨烯，例如被至少一个官能团改性的氧化石墨烯。官能团的合适实例包括羧基、酰胺基、亚氨基和烷基。化学修饰包括共价键合和非共价键合。非共价键合的一些实例包括静电和疏水相互作用，以及范德华力。在一个实例中，术语“衍生物”是指化学还原的氧化石墨烯(RGO)，诸如被水合肼还原的氧化石墨烯。纳米复合物交联剂可以通过由原位微波辐射(MWI)辅助的简便的、成本合算的、环保且可扩展的化学还原方法来制备。在一些实施方案中，纳米复合物交联剂通过以下方式制备：形成2D纳米片和纳米颗粒金属氧化物的水性分散体，将还原剂与分散体组合，并且用微波辐射照射分散体。在一些实例中，水性分散体包含1重量百分比(重量％)至5重量％的2D纳米片和1重量％至5重量％的纳米颗粒金属氧化物。微波辐射通常在500瓦(W)至1000W的范围内，反应时间在1分钟至5分钟的范围内。在一个实例中，2D纳米片为RGO，纳米颗粒金属氧化物为氧化锆，并且还原剂为水合肼。用微波辐射照射分散体将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到包含石墨烯和氧化锆的纳米复合物的悬浮液。例如通过离心将纳米复合物从悬浮液中分离，并且干燥。可以通过将纳米复合物和聚丙烯酰胺在水中组合以产生水性分散体来制备聚合物凝胶前体溶液。在一些实例中，聚合物凝胶前体包含0.2重量％至1重量％的纳米复合物和1重量％至4重量％的聚丙烯酰胺。加热水性分散体以产生聚合物凝胶。在一个实例中，将纳米复合物分散在水中，并且将聚丙烯酰胺添加到分散体中。加热分散体以产生聚合物凝胶可以包括在约300°F(例如310°F)的温度下加热足以形成凝胶的时间长度(例如2小时至4小时)。实施例将115毫升(mL)的浓硫酸与2克天然石墨(Merck)混合，得到部分氧化的石墨的混合物。将混合物的温度保持低于20摄氏度(℃)。在保持温度低于20摄氏度(℃)的同时依次添加2.5g硝酸钠和20g高锰酸钾。然后将所得混合物在35-40℃加热2小时，随后在将温度控制在低于50℃的情况下添加230ml去离子水。用20mL过氧化氢终止反应，并且将所得的氧化石墨烯用10％HCl洗涤以移除金属离子和去离子水直到获得中性pH。然后将氧化石墨烯残余物在60℃干燥以获得用于凝胶的干燥氧化石墨烯。实验1：在80℃，将20g的四正丁基溴化铵(TBAB)溶解于250mL氨水(500mL，1.62摩尔)中。向该溶液中逐滴添加700mL的1摩尔(M)ZrOCl2水溶液。将所得混合物在室温搅拌3小时以产生透明溶液。将透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米复合物，所述纳米复合物包含：/n金属氧化物，所述金属氧化物包含氧化锆和二氧化钛中的至少一种；和/n二维纳米片，所述二维纳米片包含氧化石墨烯、氧化石墨烯的衍生物和氮化硼中的至少一种；/n其中所述金属氧化物与所述二维纳米片的重量比在2:1至19:1的范围内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171012 US 62/571,4781.一种纳米复合物，所述纳米复合物包含：
金属氧化物，所述金属氧化物包含氧化锆和二氧化钛中的至少一种；和
二维纳米片，所述二维纳米片包含氧化石墨烯、氧化石墨烯的衍生物和氮化硼中的至少一种；
其中所述金属氧化物与所述二维纳米片的重量比在2:1至19:1的范围内。


2.根据权利要求1所述的纳米复合物，其中：
二维纳米片包含氧化石墨烯的衍生物，所述氧化石墨烯的衍生物包含还原的氧化石墨烯；并且
所述金属氧化物与所述二维纳米片的重量比在2:1至9:1的范围内。


3.根据权利要求1所述的纳米复合物，其中所述金属氧化物与所述二维纳米片的重量比为约19:1。


4.根据权利要求1所述的纳米复合物，其中所述金属氧化物包含氧化锆。


5.根据权利要求1所述的纳米复合物，其中所述二维纳米片包含氧化石墨烯的衍生物，所述氧化石墨烯的衍生物包含还原的氧化石墨烯。


6.根据权利要求1所述的纳米复合物，其中所述纳米复合物包含氧化锆和还原的氧化石墨烯。


7.一种制备纳米复合物的方法，所述方法包括：
形成包含氧化锆纳米颗粒和氧化石墨烯粉末的第一水性分散体；
将还原剂与所述第一水性分散体组合；
用微波辐射照射所述第一水性分散体，从而产生包含氧化锆和石墨烯的第二水性分散体；并且
从所述第二水性分散体中分离所述纳米复合物，其中所述纳米复合物包含氧化锆和石墨烯。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述氧化锆纳米颗粒和氧化石墨烯的重量比在2:1至19:1的范围内。


9.根据权利要求7所述的方法，其中所述氧化锆纳米颗粒和氧化石墨烯的重量比在2:1至9:1的范围内。


10...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼·穆罕默德·阿尔莫辛，穆罕默德·A·巴塔维勒，法希姆·艾哈迈德，爱德瑞斯·阿尔斯雷尔，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA