[发明专利]一种适用于低温条件下连续混配的速溶瓜尔胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于天然高分子化学领域，涉及冬季北方在零下20℃～30℃以下条件下的瓜尔胶压裂液配制，尤其一种以瓜尔胶片或瓜尔胶粉为原料的适用于低温条件下连续混配的速溶瓜尔胶的制备方法。

背景技术

水力压裂是致密油气藏油气产量的主要增产技术手段，而压裂液是压裂成功的关键因素，目前应用的主要是水基压裂液，其稠化剂主要是瓜尔胶及其衍生物。中国石油大部分油田在北方地区，春天和冬天施工作业时间占全年的1/3，由于现有的瓜尔胶稠化剂在温度低于15℃溶解性能变差，或者基本上不增粘，影响了整个压裂施工进程，以至于大部分油田都要冬休，不能正常施工；也可以对30m3～60m3的储水罐加热，但增加了成本的压力和不安全因素。而在我国东部地区，部分区域夏天是水洼地带，只有到冬天结冰到零下20℃多以下，作业队伍才能进入，压裂施工才能正常进行。

瓜尔胶自1993年进入中国市场以来，以其优良的特性和较低廉的价格被广泛应用于石油、食品、纺织及日用品等行业。石油行业用量约占1/3左右，主要做为压裂液的添加剂，它的主要特点是增稠能力强，易交联形成冻胶，冻胶粘弹性好，热稳定性和剪切稳定性好，它是目前国际上应用最为广泛而又廉价的稠化剂。瓜尔胶主要来源于印度和巴基斯坦，是在干旱和半干旱地区广泛栽培的一年生草本抗旱农作物——瓜尔豆。瓜尔豆平均亩产200kg～300kg，含胶量平均达30%，其中印度产量占到世界的瓜尔豆产量的80％左右，巴基斯坦占世界总产量的15％左右，而其他国家的产量占5%左右。印度每年瓜尔胶产量36万吨，分别销往中国4.5万吨，美国20万吨，欧洲10万吨，而瓜尔胶是现在应用最好的稠化剂。

瓜尔胶稠化剂中含有半乳甘露聚糖、硼酸盐等化合物，可通过半乳糖边链上的顺式羟基进行交联，形成高粘度液体。典型的瓜尔胶分子量约200万，分子呈线型结构，主链中含有D-甘露糖单元，支链中含有D-半乳糖单元，具有良好的水溶性、交联性、稳定性，且易于破胶。

瓜尔胶最早的生产技术是将瓜尔胶片粉碎成原粉，再对原粉进行化学改性。目前该工艺已经基本淘汰，大多数厂家应用的技术是将瓜尔胶粉进行改性，更换成直接对瓜尔胶片进行膨化处理，使瓜尔胶片中半乳甘露糖多糖和链上的羟基的氢键断裂，并通过高速搅拌等手段破坏细胞壁，使高分子多糖形成小分子多糖，在水溶液中具有良好的增粘性能。

速溶瓜尔胶通常通过用醇洗法改变瓜尔胶的表面润湿性获得，采用醇洗、水洗过程，来获得速溶的瓜尔胶产品。在醇洗过程中，醇类影响员工的身体健康，同时费时、费力、成本高；在水洗过程中，需加入碱，既浪费水资源，增加成本，也产生了大量的废水，对环境造成污染。因此，现有的制备过程需要大量的醇，产物需要复杂的分离纯化工艺，并且醇易燃、排放污染环境，工艺控制的重复性较差。

通过检索，发现两篇相关公开专利文献：

1、一种速溶型化学改性植物胶的制备方法（专利申请号200610105052.0），其中的速溶型植物胶是通过利用瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、蘑芋胶等豆科类植物胶片为原料，以无机碱为催化剂，环氧丙烷、氯丙醇等亲水性物质为醚化剂，在一定反应温度和时间下进行改性反应,然后挤压膨化、干燥、粉碎而获得。

2、低聚醚速溶瓜尔胶的制备方法（专利公开号CN102161709A），该方法利用瓜尔胶粉先进行羟乙基或羟丙基化反应、然后进行低度聚合反应而形成低聚醚瓜尔胶，再将物品进行真空膨化、干燥、超微粉碎机粉碎而获得所述低聚醚速溶瓜尔胶。

通过技术对比，上述两篇公开专利文献与本发明申请有较大差异。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种适用于低温条件下连续混配的速溶瓜尔胶的制备方法，所述方法制备的瓜尔胶具有低温下溶胀速度快、水不溶物含量低等特点。

本发明实现目的的技术方案是：

一种适用于低温条件下连续混配的速溶瓜尔胶的制备方法，在捏合机中利用瓜尔胶片进行化学改性和中和反应而制得羟丙基瓜尔胶片，并加入纳米材料和表面处理剂进行表面改性而获得表面改性物料，然后将表面改性物料应用四辊机碾压技术、二次拉伸及增粘技术、扰流干燥技术、气流涡旋微粉粉碎及分选技术获得低温条件下连续混配的速溶瓜尔胶。

而且，所述在捏合机中利用瓜尔胶片进行化学改性和中和反应制得羟丙基瓜尔胶片的方法是：