[发明专利]一种季铵基聚离子液体及其制备方法和作为液态/超临界二氧化碳增粘剂的应用

说明书

本发明提供一种季铵基聚离子液体及其制备方法和作为液态/超临界二氧化碳增粘剂的应用，本发明采用环保的碳氢化合物路易斯碱为亲CO₂单体，以长链苄基季铵盐为增粘单体，得到季铵基聚离子液体，季铵基聚离子液体的阴、阳离子均为酯溶性基团，在少量助溶剂的存在下，即可以在较低的压力和温度下溶于L/SC‑CO₂，在CO₂中可表现出良好的互溶性，并可有效增加L/SC‑CO₂的粘度，适用于CO₂压裂等油气开采、增产等领域。同时以本发明所述的增粘剂配制的L/SC‑CO₂压裂液的携砂造缝性能好，无水敏水锁伤害，易返排，节约水资源，适用于页岩气开采和提高油气采收率时高效环保的施工要求。

技术领域

本发明属于有机合成应用技术领域，特别涉及一种季铵基聚离子液体及其制备方法和作为液态/超临界二氧化碳增粘剂的应用。

背景技术

液态/超临界二氧化碳(L/SC-CO₂)压裂技术是提高石油采收率和促进页岩气开发的一项重要技术，具有对油气储层无损伤、无水敏效应和较强的造缝能力等优点，可以大幅减小强水敏效应或水锁效应对储层的伤害。同时，采用L/SC-CO₂压裂具有无污染、节约水资源的特点，具有替代传统水力压裂的潜力。此外，提高石油采收率和页岩气开发还可以与CO₂地质埋存相结合，促进CO₂永久埋存。但采用L/SC-CO₂压裂开采页岩气也有较为明显的缺点，L/SC-CO₂的非极性使其成为多数大分子和极性分子的较差溶剂，而且它的低粘度(工作条件下仅约为0.03～0.14cp)导致其携砂能力和造缝能力较差。因此开发一种增粘剂以提高L/SC-CO₂的粘度是非常必要的。

目前，正在研究的CO₂增黏剂主要有小分子增黏剂、小分子表面活性剂和聚合物增黏剂。而小分子增粘剂和小分子表面活性剂在L/SC-CO₂中的增粘效果并不好。只有有机硅聚合物和含氟聚合物对L/SC-CO₂具有较好的增粘效果。含氟聚合物可与二氧化碳分子形成偶极-四极相互作用，这比CO₂分子间的四极-四极相互作用更强，增强了含氟聚合物在L/SC-CO₂中的溶解度。然而，无论是含氟聚合物还是有机硅聚合物，在实际应用中都受到环境保护和成本过高的制约。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种季铵基聚离子液体及其制备方法和作为液态/超临界二氧化碳增粘剂的应用，制备的季铵基聚离子液体的阴、阳离子均主要体现为酯溶性，在少量助溶剂的存在下，其在CO₂中可表现出良好的互溶性，又可有效增加L/SC-CO₂的粘度，并在工况下呈现一定的水溶性，利于后处理，并且不含金属离子，以及氟、硼、磷等污染元素，不存在污染环境的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种季铵基聚离子液体，其结构式如式(1)所示：

其中，R₁、R₂和R₃各自独立的为C1-C30的烷基，R₄、R₅、R₆、R₇和R₈中至少有一个为SO₃^-基团，其余各自独立的为氢原子。

所述的季铵基聚离子液体的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：以苯甲酸乙烯酯为原料，1,4-二氧六环为溶剂，2,2-偶氮二异丁腈为引发剂，在氮气氛围内，通过磁力搅拌加热反应，得到粗产物聚苯甲酸乙烯酯溶液；