一种聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法和应用.pdf

本发明提供一种聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法和应用。本发明采用聚丙烯酰胺与纳米无机相原位聚合方法合成聚丙烯酰胺纳米复合材料，所述纳米无机相是采用非离子型表面活性剂对插层改性层状硅酸盐处理后，加入含镁铝的水滑石浆液反应而得，具体步骤：维持反应釜中为无氧环境，将纳米无机相与助溶剂、络合剂、氧化剂、还原剂、助剂加入丙烯酰胺水溶液体系，经过聚合插层复合反应形成聚丙烯酰胺纳米复合材料。该复合材料具有纳米微粒分散均匀、分子量更高的特性，兼具抗高温抗盐及油田高效保护储层的纳米效应，且制备方法可用于工业化。

1.  一种聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:(2.5-3.5)的比例混合，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.3-0.6％的助溶剂、0.2-0.3％的络合剂和0.2-0.3％的助剂，控制频率30-35Hz搅拌20min以上，成为丙烯酰胺反应体系；
调节上述丙烯酰胺反应体系pH值9-10，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.5-1.5％的纳米无机相，搅拌均匀成为反应物混合体系；
将上述反应物混合体系转移到聚合釜，在无氧环境下，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.8-1.0％的氧化剂和0.8-1.0％的还原剂，引发聚合反应生成聚合反应产物，反应过程中当反应体系温度不再升高，保温维持3-5h，即得所需的聚合反应产物；
上述聚合反应产物经造粒、干燥即为所述聚丙烯酰胺纳米复合材料；
其中，所述无机纳米相的制备步骤包括：
将层状硅酸盐与水按质量份1:(10-20)在反应釜中混合，维持搅拌20-30min，形成溶胀体系；
基于所述层状硅酸盐的质量，将上述溶胀体系在70-80℃下加入1-10％的插层剂，30-35Hz下搅拌反应10-12h，之后基于所述层状硅酸盐的质量加入1-2％的非离子型表面活性剂，继续反应4-6h，得到插层反应体系；
基于上述插层反应体系的体积，加入20-30％的含镁铝的水滑石浆液，于60-65℃反应3-5h，得到所述纳米无机相；
所述的纳米无机相的聚集体，具有在其它基体中再分散特性；
所述含镁铝的水滑石浆液是采用水溶性镁盐和铝盐以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物在碱性条件下经共沉淀而得到。

2.  根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，其中，所述丙烯酰胺单体为结晶型单体。

3.  根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，其中，所述层状硅酸盐为蒙脱土、水滑石、高岭土、凹凸棒石、海泡石、硅灰石、绿泥石、层状二氧化硅或者它们的混合体系。

4.  根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，其中，所述助溶剂为尿素或聚乙二醇，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四 乙酸四钠，所述助剂为氨水、氯化钠或氯化铵。

5.  根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，其中，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钾、偶氮二异丁腈或者过氧化氢，所述还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、氯化亚铁或草酸。

6.  根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，其中，用于形成所述插层反应体系的所述插层剂，选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或乙醇胺，所述非离子型表面活性剂选自Span系列、Tween系列或OP系列表面活性剂。

7.  根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，其中，所述含镁铝的水滑石浆液的制备中，所述水溶性镁盐与铝盐的摩尔比2:1，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与碱性试剂的摩尔比1:1。

8.  一种聚丙烯酰胺纳米复合材料，是按照权利要求1-7任一项所述方法制备而成。

9.  权利要求8所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料应用于制备污水处理、造纸、石油钻采领域的处理剂。

10.  根据权利要求9所述的应用，其中，所述聚丙烯酰胺纳米复合材料用于油气开采压裂液的制备。

一种聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料生产技术领域。
背景技术
丙烯酰胺类聚合物是丙烯酰胺均聚物及丙烯酰胺单体与其它单体共聚物的统称，工业上，含有50％以上丙烯酰胺单体的聚合物，都称为聚丙烯酰胺。目前研究较多的主要是水溶液聚合、反相乳液聚合以及反相微乳液聚合等几种方法。聚丙烯酰胺是三次采油领域广泛应用的水溶性高分子聚合物之一，广泛应用于污水处理、造纸及石油钻采等领域。
现有石油钻采技术中使用的高分子量聚丙烯酰胺(PAM)与部分水解聚丙烯酰胺具有易剪切降解、耐温与抗盐性差等缺点。聚丙烯酰胺及其衍生物为水溶性高聚物，将其制成纳米微粒后具有比表面大、吸附能力强、凝聚作用大和特定的表面反应能力等独特的性质，所制成的聚丙烯酰胺纳米复合材料，其耐温、抗剪切、抗污染等综合性能得到提高。
专利申请201310132122.1(公开CN104109525A)公开了一种聚丙烯酰胺纳米复合压裂液的制备方法，通过采用有机长链插层剂与层状硅酸盐经插层反应后与硝酸盐混合组成纳米无机相，后将该无机相与聚丙烯酰胺单体经原位聚合复合反应制备而得，所得复合材料具有耐高温、抗剪切等等特性。
但是无机纳米颗粒在复杂油气开采应用过程中的团聚问题，对构建复杂油气层高效导流性油气通道有所限制，降低了油气开采效率。因此解决聚丙烯酰胺纳米复合材料的微观形态分散问题也具有普遍意义。上述现有技术涉及聚丙烯酰胺纳米复合材料压裂液的应用性能改进，但是并未解决无机纳米微粒在聚合物中的团聚分散问题，目前也未见相关报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备聚丙烯酰胺纳米复合材料的方法以及由此得到的聚丙烯酰胺纳米复合材料，在解决现有技术聚丙烯酰胺材料抗高温性、抗盐性差以及成产工艺繁杂等问题的同时，还解决了纳米微粒在聚合物中的团聚分散问题。
本发明提供了一种聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:(2.5-3.5)的比例混合，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.3-0.6％的助溶剂、0.2-0.3％的络合剂和0.2-0.3％的助剂，控制频率30-35Hz搅拌20min以上，成为丙烯酰胺反应体系；
b.调节上述丙烯酰胺反应体系pH值9-10，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.5-1.5％的纳米无机相，搅拌均匀成为反应物混合体系；
c.将上述反应物混合体系转移到聚合釜，在无氧环境下，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.8-1.0％的氧化剂和0.8-1.0％的还原剂，经聚合反应生成聚合反应产物，反应过程中当反应体系温度不再升高，保温维持3-5h，即得聚合反应产物；
d.上述聚合反应产物经造粒、干燥即为所述聚丙烯酰胺纳米复合材料；
其中，所述纳米无机相的制备步骤包括：
e.将层状硅酸盐与水按质量份1:(10-20)在反应釜中混合，维持搅拌20-30min，形成溶胀体系；
f.基于所述层状硅酸盐的质量，将上述溶胀体系在70-80℃下加入1-10％的插层剂，30-35Hz下搅拌反应10-12h，之后基于所述层状硅酸盐的质量加入1-2％的非离子型表面活性剂，继续反应4-6h，得到插层反应体系；
g.基于上述插层反应体系的体积，加入20-30％的含镁铝的水滑石浆液，于60-65℃反应3-5h，得到所述纳米无机相；
h.所述含镁铝的水滑石浆液是采用水溶性镁盐和铝盐以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物在碱性条件下经共沉淀而得到。
根据本发明的方法，采用聚丙烯酰胺与纳米无机相原位聚合方法合成聚丙烯酰胺纳米复合材料，并且引入聚合反应体系的纳米无机相是通过采 用非离子型表面活性剂对插层改性的层状硅酸盐进行处理而得到。本发明的具体实施方案中，所用插层剂可以为阳离子表面活性剂，插层结束后得到插层改性层状硅酸盐浆液，向该层状硅酸盐浆液中加入非离子型表面活性剂对插层体系进行处理，可防止该层状硅酸盐浆液与含镁铝的水滑石浆液团聚，从而提升得到的纳米无机相的分散效果。研究发现，按照本发明方法得到的层状硅酸盐插层片层间距可达到2-4nm，且所得纳米无机相聚集体的平均粒径可以为0.9-1.5μm，采用该纳米无机相与结晶型丙烯酰胺单体经聚合插层复合反应形成的聚丙烯酰胺纳米复合材料，纳米无机相在聚丙烯酰胺基体中可实现均匀分散，从而强化有机相-无机相相互作用效应，即公知的纳米效应，可使所得的聚丙烯酰胺纳米复合材料抗高温性增加，解决了现有技术纳米微粒在聚合物中的团聚分散及降低聚合物抗高温性的问题。进一步地研究表明，按照本发明方法制备的聚丙烯酰胺纳米复合材料更有利于实际工业应用过程中纳米微粒在聚合物中的团聚体的再分散，从而使得本发明聚丙烯酰胺纳米复合材料及其制备方法可实现工业化应用。
根据本发明的方法，聚合反应生成聚合反应产物时，反应体系会有一个升温过程，升到最高峰温后体系温度即维持稳定(即，体系温度基本不再升高且维持在一个基本稳定的温度区间)，具体操作中可以观察到：氧化剂和还原剂加入到反应体系之后经过一段时间体系温度会开始上升，当体系温度升到某最高峰温后即不再上升，此时需要对反应体系实施保温处理，以防止体系温度降低从而更利于完成聚合反应。反应体系开始升温的时间以及所能达到的最高温度(峰温)会根据反应体系的不同而所有差异，例如，在室温或略低于室温的环境中(20℃左右或5-15℃)操作，一般情况下反应体系会在50-70min后开始升温，可达到的最高峰温为80-90℃，当观察到温度停止升高，或观察到温度在一个相对固定的区间波动(例如±5℃)，即可认为已经达到峰温，可以开始保温以继续反应。
根据本发明的方法，本发明所述的聚合反应要求在无氧环境中实施，可以通过先向聚合釜中引入惰性气体形成无氧环境，实际操作中多使用氮气，例如，可以先维持通入氮气20-30min，以除去聚合釜中的空气，在具体实施方案中，使用的氮气纯度为98.99-99.999％、压力为0.50-0.55MPa、 流量为40-50m³/h。
根据本发明的方法，所述丙烯酰胺单体可以为结晶型单体。
本发明所用的层状硅酸盐可以为常用的具有层状晶体结构和片状晶型的硅酸盐类矿物，在具体实施方案中，所述层状硅酸盐可以为蒙脱土、黏土、水滑石、高岭土、凹凸棒石、海泡石、硅灰石、绿泥石、层状二氧化硅等或者它们的混合体系。
本发明的实施方案中，所述助溶剂可以为尿素或聚乙二醇等，所述络合剂可以为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸四钠等，所述助剂可以为氨水、氯化钠、氯化铵等。
本发明的实施方案中，所述氧化剂可以为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钾、偶氮二异丁腈或者过氧化氢等，所述还原剂可以为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、氯化亚铁或草酸等。
根据本发明的方法，在插层反应体系中所用的插层剂可以选择常用的阳离子表面活性剂，例如十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵或乙醇胺等，所述非离子型表面活性剂可以选自Span系列、Tween系列、OP系列的表面活性剂，例如span-80、Tween60、OP-10等。
根据本发明的方法，制备所述含镁铝的水滑石浆液时，可以使用例如硝酸镁、硝酸铝等水溶性镁盐和铝盐，以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，在碱性条件下实现共沉淀反应，例如可以使用氢氧化钠、碳酸氢钠、氢氧化钾等常用的碱性试剂。进一步的实施方案中，制备含镁铝的水滑石浆液时，硝酸镁与硝酸铝以摩尔比＝2:1溶于蒸馏水，氢氧化钠与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以摩尔比＝1:1溶于蒸馏水，后在室温下将二者混合均匀，经共沉淀法反应得到所需含镁铝的水滑石浆液。
本发明所述的一种聚丙烯酰胺纳米复合材料，是按照上述任一方法制备而成。
本发明所述的聚丙烯酰胺纳米复合材料可应用于制备污水处理、造纸或石油钻采等领域的处理剂。
本发明的实施方案中，所述聚丙烯酰胺纳米复合材料可用于制备油气开采压裂液。
本发明所述的一种聚丙烯酰胺纳米复合材料，在对其性能进行测试之 前，可以先采用以下步骤进行处理：先将所述聚合反应产物从聚合釜中压出切块，经粗造粒、细造粒得到4-6mm聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒，后将所述颗粒干燥、粉碎、入库待测试，在具体实施方案中，所述复合材料颗粒粉碎后经60目筛再包装入库，所述干燥温度控制为76-81℃，且可以有±2℃的波动。
本发明提供的一种聚丙烯酰胺纳米复合材料制备方法可用于工业化，纳米微粒在聚丙烯酰胺基体中分散均匀，且材料分子量更高、水溶性及增粘效果好，兼具抗高温、抗盐、抗剪切、抗污染等综合特性，可应用于制备污水处理、造纸或石油钻采等领域的处理剂，例如用于制备油气开采压裂液，尤其适用于高温油气开采压裂液的制备，例如抗高温130-200℃的压裂液。
附图说明
图1-3为本发明实施例1-3所制备的纳米无机相粒径分布图。
图4为本发明实施例5所制备的聚丙酰胺纳米复合材料的zata电位图。
图5为本发明实施例4-6和对比例所制备的聚丙烯酰胺纳米复合材料的抗盐性实验图。
图6为本发明实例例4-6和对比例所制备的聚丙烯酰胺纳米复合材料的抗剪切性实验图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1-3 纳米无机相的制备
a.将层状硅酸盐与水按质量份1:15在反应釜中进行混合，室温下搅拌20-30min，形成溶胀体系；
b.将上述所得溶胀体系升温至80℃，基于所述层状硅酸盐的质量加入10％、8％、6％的十六烷基三甲基溴化铵，设定搅拌机频率30Hz，反应12h；
c.基于所述层状硅酸盐的质量，向上述所得反应体系中加入2％的 span-80，反应4h；
d.采用共沉淀法，将工业级硝酸镁、硝酸铝以摩尔比2:1溶于蒸馏水，氢氧化钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以摩尔比1:1溶于蒸馏水，在室温下混合均匀，反应得到含镁铝的水滑石浆液；
e.向上述步骤c所得的反应体系中加入步骤d中的水滑石浆液，设定温度65℃反应4h，再将体系降温至30℃左右或室温得到纳米无机相。
不同加量插层剂所得纳米无机相的粒径分布图如图1至图3所示，由图1-3可以看出，所制备的纳米无机相粒径分布图符合标准正态分布，根据统计计算得出，图1-3中对应于插层剂加量为10％、8％、6％的聚集体微粒的平均直径分别为995.6nm、1111nm、1448nm。
实施例4 聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备
a.将结晶型丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:2.5的比例在调制釜中混合，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.6％的尿素、0.2％的乙二胺四乙酸二钠和0.2％的氨水，搅拌25min，频率30Hz；
b.将上述反应体系调至pH值为9.5左右，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.5％的上述实施例2的纳米无机相，搅拌15min；
c.将上述所得混合体系转移到聚合釜，通入纯度为99.999％的氮气25min，压力为0.50-0.55MPa，流量为45-50m³/h，以除去反应釜中的空气，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.8％的过硫酸铵和0.8％的亚硫酸钠，聚合生成聚合反应产物，体系初始温度为15℃左右，过硫酸铵和亚硫酸钠加入后经55min左右，反应体系开始升温，当体系温度不再持续升高，而稳定在80±5℃，对体系实施保温并维持3h，即得聚合反应产物；
d.将上述所得聚合反应产物从聚合釜中压出切块，经粗造粒、细造粒得到4-6mm聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒，后将所得颗粒经回转穿流机进入振动干燥床进行干燥，控制温度76±2℃；
e.将上述所得聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒粉碎，过60目筛后包装进库。
本实施例所制备的聚丙烯酰胺纳米复合材料的各性能检测方法具体如下：
参照GB12005.1-89，采用浓度为1.0mol/L的NaCl水溶液作溶剂，在30±0.1℃下，利用乌氏粘度计用一点法测定复合材料的特性粘度，进一步通过Mark-Houwink方程计算得出复合材料的相对分子质量；
取某一固定重量的复合材料，将其在室温下溶于蒸馏水，充分溶解后测定其中不溶物的重量即得复合材料中不溶物的含量；
将复合材料在设定了固定温度的恒温烘箱中烘烤24h，并且分别测定烘烤前后材料的特性粘度，若烘烤后特性粘度值大于等于6dl/g，则说明该温度为复合材料的耐受温度，即得复合材料的抗温性；
采用动态滤失的方法测定复合材料的API失水性，即，取某一固定重量的复合材料，将其在室温下溶于蒸馏水，采用中压滤失仪测定纳米复合材料30min内的累计滤失量即得复合材料的API失水性；
采用DYQ-1型多功能岩心实验仪测岩心污染前后的渗透率，计算得出岩心渗透率恢复值，进而评价储层保护效果；
采用高温高压流变仪(粘度计)或六速旋转粘度计测定复合材料的表观粘度随剪切时间的变化关系即得材料的抗剪切性；
将复合材料溶于不同浓度的氯化钠溶液后，再采用高温高压流变仪(粘度计)或六速旋转粘度计测定复合材料的表观粘度随氯化钠浓度的变化关系即得材料的抗盐性。
产品性能检测结果列于表1。
实施例5 聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备
a.将结晶型丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:2.5的比例在调制釜中混合，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.6％的尿素、0.2％的乙二胺四乙酸二钠和0.2％的氨水，搅拌25min，频率30Hz；
b.将上述反应体系调至pH值为10左右，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入1.0％的上述实施例2中纳米无机相，搅拌15min；
c.将上述所得混合体系转移到聚合釜，通入纯度为99.999％的氮气25min，压力为0.50-0.55MPa，流量为45-50m³/h，以除去反应釜中的空气，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.8％的过硫酸铵和0.8％的亚硫酸钠，聚合生成聚合反应产物，体系初始温度为15℃左右，过硫酸铵和亚硫酸钠 加入后经50min左右，反应体系开始升温，当体系温度不再持续升高，而稳定在80±5℃，对体系实施保温并维持3h，即得聚合反应产物；
d.将上述所得聚合反应产物从聚合釜中压出切块，经粗造粒、细造粒得到4-6mm聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒，后将所得颗粒经回转穿流机进入振动干燥床进行干燥，控制温度78±2℃；
e.将上述所得聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒粉碎，过60目筛后包装进库。
本实施例的聚丙烯酰胺纳米复合材料的zata电位性质采用zata电位仪测得，其余各性能测定方法同实施例4。
产品性能检测结果列于表1。
产品的zata电位图如图4所示，产品为阴离子型聚丙烯酰胺纳米复合材料，由图中数据显示复合材料胶体溶液体系稳定，分散均匀。
实施例6 聚丙烯酰胺纳米复合材料的制备
a.将结晶型丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:2.5的比例在调制釜中混合，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.5％的尿素、0.2％的乙二胺四乙酸二钠和0.2％的氨水，搅拌25min，频率30Hz；
b.将上述反应体系调至pH值为9左右，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入1.5％的实施例2中的纳米无机相，搅拌15min；
c.将上述所得混合体系转移到聚合釜，通入纯度为99.999％的氮气25min，压力为0.50-0.55MPa，流量为45-50m³/h，以除去反应釜中的空气，基于所述丙烯酰胺单体的质量加入0.8％的过硫酸铵和0.8％的亚硫酸钠，聚合生成聚合反应产物，体系初始温度为15℃左右，过硫酸铵和亚硫酸钠加入后经50min左右，反应体系开始升温，当体系温度不再持续升高，而稳定在80±5℃，对体系实施保温并维持3h，即得聚合反应产物；
d.将上述所得聚合反应产物从聚合釜中压出切块，经粗造粒、细造粒得到4-6mm聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒，后将所得颗粒经回转穿流机进入振动干燥床进行干燥，控制温度80±2℃；
e.将上述所得聚丙烯酰胺纳米复合材料颗粒粉碎，过60目筛后包装进库。
本实施例所得聚丙烯酰胺纳米复合材料的各性能测定方法同实施例4。
产品性能检测结果列于表1。
对比例 聚丙稀酰胺的制备
a.将结晶型丙烯酰胺单体与纯水按重量比1:2.5的比例在调制釜中混合，并加质量份为0.5％的尿素、0.2％的乙二胺四乙酸二钠和0.2％的氨水，搅拌25min，频率30Hz；
b.将上述所得混合体系转移到聚合釜，通入纯度为99.999％的氮气25min，压力为0.50-0.55MPa，流量为45-50m³/h，以除去反应釜中的空气，加入质量份为0.8％的过硫酸铵，加入质量份为0.8％的亚硫酸钠，聚合生成聚丙烯酰胺，体系初始温度为15℃左右，过硫酸铵和亚硫酸钠加入后经70min左右，反应体系开始升温，当体系温度不再持续升高，而稳定在80±5℃，对体系实施保温并维持3h，即得聚丙烯酰胺；
c.将上述所得聚丙烯酰胺从聚合釜中压出切块，经粗造粒、细造粒得到4-6mm聚丙烯酰胺颗粒，后将所得颗粒经回转穿流机进入振动干燥床进行干燥，控制温度78±2℃；
e.将上述所得聚丙烯酰胺颗粒粉碎，过60目筛后包装进库。
本实施例所得聚丙烯酰胺的各性能测定方法同实施例4。
产品性能检测结果列于表1。
表1

实施例4-6和对比例所制备的聚丙烯酰胺纳米复合材料的抗盐性质和 抗剪切性质分别如图5和图6所示。比较实施例4-6与对比例的数据，结合图5、图6可知，根据本发明制备的聚丙烯酰胺纳米复合材料具有更高的分子量，特性粘度值更高说明增粘效果更好，水溶物含量更低说明水溶性更好，API失水值的减小及岩心渗透率恢复值的升高说明在油田中保护储层的特性更佳，且兼具耐高温、抗盐性和抗剪切性。
实施例7～9 聚丙烯酰胺纳米复合压裂液的制备
在三个1000mL烧杯中分别加纯水400mL，机械搅拌下缓慢加入本发明生产的聚丙烯酰胺纳米复合材料1.6g、2.0g、2.4g，充分搅拌直到产品全部溶解完全，调节体系pH为4-5，加入交联剂氧氯化锆0.80g、粘土抑制剂氯化钾1.0g、杀菌剂十四烷基三甲基溴化铵0.4g、助排剂OP-100.80g，搅拌均匀就制得聚丙烯酰胺纳米复合压裂液。用六速粘度计测定其性能结果如表2所列。
向上述聚丙烯酰胺纳米复合压裂液中加入0.80g破胶剂过硫酸铵，90℃条件下破胶处理8h后，将破胶液离心、干燥称量后所得残渣量分别为50mg/L，56mg/L，60mg/L，由此可见采用本发明制备而得的聚丙烯酰胺纳米复合材料压裂液破胶后残渣很少、不易堵塞裂缝。
按照石油天然气行业标准SY/T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》评价高温压裂液性能，在剪切速率为170s^-1与连续剪切下，检测压裂液表观粘度在50mPa·s以上，视为符合压裂工程要求。根据表2数据可见，采用本发明制备而得的聚丙烯酰胺纳米复合材料压裂液具有表观粘度高、抗剪切的特性，对构建复杂油气层高效导流性油气通道、提高油气开采与增产效率具有实际应用意义，可适用于工业生产。
表2

注：表中的θ₆₀₀、θ₃₀₀、θ₂₀₀、θ₁₀₀、θ₆、θ₃分别为六速粘度计在600转、300转、200转、100转、6转、3转下的读数，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，其中AV＝0.5×θ₆₀₀，PV＝θ₆₀₀-θ₃₀₀。