[发明专利]一种瓜尔胶衍生物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种瓜尔胶衍生物及其制备方法和应用，属于石油压裂技术领域。本发明提供了一种瓜尔胶衍生物，既含有羟烷基，又含有双羧基结构基团，羟烷基和双羧基结构基团均可出现甘露糖中的2、3、6号位和半乳糖的2、3、4、6号位置，引入双羧基基团，使得可交联的位点密度更大，交联强度也更高，羟烷基和双羧基结构基团共同作用，使得瓜尔胶衍生物不仅具有增粘快、耐剪切的优秀性能，而且能在低浓度条件下与锆、铝交联剂产生较高密度的交联网络，使得冻胶更稳定，交联强度更高。

技术领域

本发明涉及石油压裂技术领域，尤其涉及一种瓜尔胶衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

水基压裂液因其成本低、性能好和易于处理，已被广泛应用于油气工业开采。水基压裂液研究的主要工作是研发和优选增稠剂和交联剂，其中稠化剂的研究是核心项目。稠化剂是水基压裂液中的主功能剂，稠化剂的性能好坏直接影响着水基压裂液的性能，目前应用最广泛的水基压裂液增稠剂依然是瓜尔胶及其衍生物,瓜尔胶的结构式如下式所示：

现有的使用瓜尔胶及其衍生物的水基压裂液增稠剂存在交联强度低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓜尔胶衍生物及其制备方法和应用。本发明制得的瓜尔胶衍生物交联强度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种瓜尔胶衍生物，具有式I所示的结构：

其中，R为H、R₁为H或C1～C5的烷基；R₂，R₃独立地为C1～C5的烷基，R中的*为连接位点；

所述瓜尔胶衍生物的重均分子量为1万～500万。

优选地，所述瓜尔胶衍生物中羟烷基的取代度为0.1～0.3，双羧基烷基的取代度为0.01～0.5。

本发明还提供了上述技术方案所述的瓜尔胶衍生物的制备方法，包括以下步骤：

将瓜尔胶、硼砂和溶剂混合后，在保护气氛下与碱性试剂混合进行碱化，得到瓜尔胶悬浮液；

将所述瓜尔胶悬浮液与第一醚化剂、第二醚化剂进行两步醚化反应，得到所述瓜尔胶衍生物，所述第一醚化剂为C1～C5的环氧烷烃，所述第二醚化剂为卤代二羧酸钠盐或者卤代二羧酸酯；对所述第一醚化剂和第二醚化剂发生醚化反应的顺序不做限定。

优选地，所述溶剂为水、醇或醇水体系。

优选地，所述碱性试剂为有机碱或无机碱，所述碱性试剂的投料质量是瓜尔胶质量的0.1～5倍。

优选地，所述有机碱为三乙醇胺，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾。

优选地，所述碱化的时间为0.1～2h。

优选地，所述第一醚化剂进行醚化反应的温度为30～80℃，时间为0.1～5h。

优选地，所述第二醚化剂进行醚化反应的温度为10～50℃，时间为0.1～3h。

本发明还提供了上述技术方案所述的瓜尔胶衍生物或上述技术方案所述的制备方法制得的瓜尔胶衍生物作为压裂用交联增稠剂在石油压裂领域中的应用。

本发明提供了一种瓜尔胶衍生物，既含有羟烷基，又含有双羧基结构基团，羟烷基和双羧基结构基团均可出现甘露糖中的2、3、6号位和半乳糖的2、3、4、6号位置，引入双羧基基团，使得可交联的位点密度更大，交联强度也更高，羟烷基和双羧基结构基团共同作用，使得瓜尔胶衍生物不仅具有增粘快、耐剪切的优秀性能，而且能在低浓度条件下与锆、铝交联剂产生较高密度的交联网络，使得冻胶更稳定，交联强度更高。