[发明专利]磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明是关于一种磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶及其制备方法和应用，所述的应用具体是指其用于制备压裂液。

背景技术

植物胶压裂液体系聚合物增稠剂主要包括瓜尔胶、香豆胶、纤维素及其化学改性产品(如羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶等)，由于瓜胶粘度高、价格便宜、现场操作简单、摩阻低而大面积应用，但由于原粉残渣含量高，达到19％～28％，这类压裂液的破胶残渣及残余高分子能不同程度地堵塞支撑剂所形成的导流通道，降低油气井改造的效果。

砂岩储层一般为阴离子体系，开发的阴离子植物胶和储层有良好的配伍性、较好的水溶性能，增稠能力强，可以在低浓度下使用，水不溶物低，热稳定性好，而且抗生物降解。为了达到一剂多用的目的，对瓜尔胶中产生不溶物和破胶残渣的主要物质----蛋白质和纤维素实现化学水解与接枝，使其转化为更易化学和生物降解、含有亲水性磺酸盐的新物质，在羧甲基瓜胶结构中引入长链有机磺酸盐，可以起到助排剂作用，同时结合植物胶的成本因素，将羧甲基羟丙基瓜尔胶进行磺化制备植物胶是具有多功能性的有效办法，经过改性后的增稠剂所形成的压裂液在破胶后产生较少的残渣和高分子残留，与交联剂所形成的交联网络结构更易氧化降解，囚此它对储层和裂缝导流能力的伤害较低。同时，通过改性后的产品含有亲水性可降解生物表面活性剂，具有破乳、低表界面张力的特性，囚而所形成的压裂液不需添加破乳剂和助排剂，可以节省化学剂的用量。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶，所述的瓜尔胶稠化效率高、表界面张力低、破胶容易、利于返排。

本发明的另一目的在于提供所述磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶的制备方法。

本发明的第三目的在于提供所述磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶在制备压裂液中的应

本发明的第四目的在于提供所述磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶制备的压裂液。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶，其结构式如下所示：

其中，R＝H，n＝0，1，2或3；或，R＝OH，n＝0～6的整数。

本发明为了提供性能效果更好的磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶，优选n为0或1。

羧甲基羟丙基瓜尔胶压裂液体系是一种低浓度、低伤害、耐高温的压裂液体系。该体系的缺点是耐盐性能(如KCl)以及交联的pH范围较窄。本发明通过对羧甲基羟丙基瓜尔胶进行适当的磺酸基改性来改善其耐盐性及表面活性。

根据本发明的具体实施方案，本发明的磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶的磺酸基取代度为0.01～0.2；

其中磺酸基取代度更优选为0.027～0.18。

本发明所述的取代度为摩尔取代度。

根据本发明的具体实施方案，本发明优选其中羧甲基取代度为0.12～0.25，羟丙基取代度0.15～0.4。

根据本发明的具体实施方案，本发明进一步优选所述磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶分子量为160～200万。

其中磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶分子量为重均分子量。

另一方面，本发明还提供了所述瓜尔胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将羧甲基羟丙基瓜尔胶加入反应容器，加入醇的水溶液；

(2)氮气氛围下，滴加氢氧化钠水溶液，搅拌升温到65～80℃，滴加磺化剂，反应3～10小时；

(3)然后用酸调溶液pH＝7，过滤，收集固体干燥，得到淡黄色粉末，即为有机磺酸改性羧甲基羟丙基瓜尔胶。

所述的醇水溶液可以参考现有技术中类似反应的醇水溶液，而根据本发明的具体实施方案，优选所述醇的水溶液为乙醇水溶液或异丙醇水溶液。

所述的醇水溶液浓度可以参考现有技术中类似反应的醇水溶液浓度，而根据本发明的具体实施方案，优选所述醇的水溶液的浓度为质量百分比50％～80％。

本发明还可进一步优选所述氢氧化钠水溶液的浓度为10～30％，更优选为15％。

本发明还可优选步骤(2)的搅拌升温为升温到70℃；

为了进一步优化本发明的反应，本发明优选在步骤(2)滴加氢氧化钠水溶液后，搅拌0.5h，再搅拌升温到65～80℃。

甚至还可以更进一步优选在搅拌升温到65～80℃后，搅拌0.5h，再滴加磺化剂。

本发明进一步优选步骤(2)的反应时间为3小时。

本发明进一步优选步骤(2)氢氧化钠滴加时间为0.5h。

所述磺化剂滴加时间优选为0.5～2h。