[发明专利]一种基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于瓜胶衍生物的增稠剂及其制备方法，尤其涉及一种基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂及其制备方法。

背景技术

目前海上钻井、采油及修井作业等经常使用粘稠流体作为工作液，而海上淡水资源少海水资源丰富。因此，更需要适用于海水的增稠剂。

天然植物胶瓜胶是非离子型高分子化合物，其分子结构式如下：

瓜胶分子结构式

它不仅具有增粘、护壁、润滑、减阻等特点，而且有较好的抗盐能力和一定的抗钙能力，并通过与高价无机盐进行适度交联可提高其降失水能力和护壁能力，同时具有较好的胶液自破特性(即一定时间内胶液自动破坏)，含水层的渗透率恢复高。缺点是抗高盐抗高温能力较差，胶液易发酵而腐败。

瓜胶及其衍生物作为增稠剂，特别是瓜胶原粉作为海水基增稠剂使用时，水不溶物含量高，溶解速度慢，絮凝物含量高，且易腐败变质，其衍生物羟丙基瓜胶或羧甲基瓜胶等用于海水或高盐水增稠时，其增粘效果差，甚至存在聚沉现象。

因此，存在对改进的基于瓜胶衍生物的增稠剂的需求。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂。

本发明的另一个目的是提供一种制备基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂的方法。

本发明的又一个目的是基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂用于水基工作液增稠的用途。

本发明涉及一种基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂，其具有如下结构式(I)：

其中R选自羟丙基、羟乙基、羧甲基、2-羟丙基-N，N，N-三甲基，R₁和R₂分别表示C₁-C₄烷基，R₃表示羧酸根-COO^-或磺酸根-SO₃^-；R取代度为(0.02～0.6)，甜菜碱型两性离子对取代度为(0.02～0.6)。

优选地，总取代度为(0.03～0.8)。

本发明还涉及一种制备基于瓜胶衍生物的甜菜碱型两性增稠剂的方法，其包括下述步骤：

1)预处理瓜胶原粉；

2)将重量比为2～3∶1的溶剂与预处理过的瓜胶原粉混合得瓜胶悬浮液；加入所述瓜胶悬浮液总重量的0.01wt％～2wt％的相转移催化剂；

3)搅拌并升温至30～40℃；

4)添加碱液并碱化；

5)碱化结束后，滴加摩尔比为0.1～1∶1～0.1的两性离子对单体和醚化剂，且再加入所述碱液；

6)升温至50℃～70℃，反应4-6小时；

7)反应结束后，洗涤、干燥、粉碎即得本发明的增稠剂；其中两性离子对是：

其中R₁和R₂分别表示C₁-C₄烷基，R₃表示羧酸根COO^-或磺酸根SO₃^-；其中醚化剂选自环氧丙烷、氯乙醇、氯乙酸钠和3-氯-2-羟丙基-N，N，N-三甲基氯化铵；其中碱液为氢氧化钠或碳酸钠的水溶液。

本发明方法中使用的相转移催化剂可以选择本领域常用的表面活性剂，只要其起到增溶及渗透作用即可，优选十六烷基三甲基氯化铵、十六十八烷基三甲基氯化铵、十四十六烷基三甲基氯化铵等。

本发明方法中使用的溶剂为本领域常用的能与水混溶的醇，如甲醇、乙醇、丙醇等与水的混合溶液，优选体积比为4∶1的乙醇和水的混合溶液。

本发明的增稠剂与水基工作液混合稠化后，可作为修井作业的修井液，钻完井作业用的钻完井液稠化剂，防砂作业的携砂液及其它用于水基工作液增稠的场所。正如本文中使用的，术语“水基工作液”指的是淡水基、海水基、地层水基和盐水基工作液。根据使用条件的不同，本发明的稠化剂的添加量不同，一般添加量在压裂液总质量的0.1wt％～1.2wt％；另外，本发明的增稠剂还可以与硼砂等交联剂交联后作为堵漏材料等。

本发明的增稠剂是在瓜胶衍生物的基础上改性的增稠剂，其不但具有诸如羟丙基瓜胶、羧甲基瓜胶的瓜胶衍生物原有的优良性能，而且具有更好的耐盐能力和抗高温性能，及良好的杀菌防腐性；本发明的增稠剂适用于各种水基工作液，且尤其适用于海水基或盐水基工作液，因而解决了淡水资源紧缺的困难。