[發明專利]磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310052242.0
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN103113486A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 管保山;彭樹華;趙文;丁云宏;何建平;周曉群;鄧明宇;梁利;陳衛平;盧擁軍;劉萍;呂海燕;邱曉慧
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C08B37/00
• 分類號: C08B37/00;C09K8/68
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 丁香蘭;韓蕾

技術領域

本發明是關于一種磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠及其制備方法和應用，所述的應用具體是指其用于制備壓裂液。

背景技術

植物膠壓裂液體系聚合物增稠劑主要包括瓜爾膠、香豆膠、纖維素及其化學改性產品(如羥丙基瓜爾膠、羧甲基羥丙基瓜爾膠等)，由于瓜膠粘度高、價格便宜、現場操作簡單、摩阻低而大面積應用，但由于原粉殘渣含量高，達到19％～28％，這類壓裂液的破膠殘渣及殘余高分子能不同程度地堵塞支撐劑所形成的導流通道，降低油氣井改造的效果。

砂巖儲層一般為陰離子體系，開發的陰離子植物膠和儲層有良好的配伍性、較好的水溶性能，增稠能力強，可以在低濃度下使用，水不溶物低，熱穩定性好，而且抗生物降解。為了達到一劑多用的目的，對瓜爾膠中產生不溶物和破膠殘渣的主要物質----蛋白質和纖維素實現化學水解與接枝，使其轉化為更易化學和生物降解、含有親水性磺酸鹽的新物質，在羧甲基瓜膠結構中引入長鏈有機磺酸鹽，可以起到助排劑作用，同時結合植物膠的成本因素，將羧甲基羥丙基瓜爾膠進行磺化制備植物膠是具有多功能性的有效辦法，經過改性后的增稠劑所形成的壓裂液在破膠后產生較少的殘渣和高分子殘留，與交聯劑所形成的交聯網絡結構更易氧化降解，囚此它對儲層和裂縫導流能力的傷害較低。同時，通過改性后的產品含有親水性可降解生物表面活性劑，具有破乳、低表界面張力的特性，囚而所形成的壓裂液不需添加破乳劑和助排劑，可以節省化學劑的用量。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠，所述的瓜爾膠稠化效率高、表界面張力低、破膠容易、利于返排。

本發明的另一目的在于提供所述磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠的制備方法。

本發明的第三目的在于提供所述磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠在制備壓裂液中的應

本發明的第四目的在于提供所述磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠制備的壓裂液。

為達上述目的，一方面，本發明提供了一種磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠，其結構式如下所示：

其中，R＝H，n＝0，1，2或3；或，R＝OH，n＝0～6的整數。

本發明為了提供性能效果更好的磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠，優選n為0或1。

羧甲基羥丙基瓜爾膠壓裂液體系是一種低濃度、低傷害、耐高溫的壓裂液體系。該體系的缺點是耐鹽性能(如KCl)以及交聯的pH范圍較窄。本發明通過對羧甲基羥丙基瓜爾膠進行適當的磺酸基改性來改善其耐鹽性及表面活性。

根據本發明的具體實施方案，本發明的磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠的磺酸基取代度為0.01～0.2；

其中磺酸基取代度更優選為0.027～0.18。

本發明所述的取代度為摩爾取代度。

根據本發明的具體實施方案，本發明優選其中羧甲基取代度為0.12～0.25，羥丙基取代度0.15～0.4。

根據本發明的具體實施方案，本發明進一步優選所述磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠分子量為160～200萬。

其中磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠分子量為重均分子量。

另一方面，本發明還提供了所述瓜爾膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)將羧甲基羥丙基瓜爾膠加入反應容器，加入醇的水溶液；

(2)氮氣氛圍下，滴加氫氧化鈉水溶液，攪拌升溫到65～80℃，滴加磺化劑，反應3～10小時；

(3)然后用酸調溶液pH＝7，過濾，收集固體干燥，得到淡黃色粉末，即為有機磺酸改性羧甲基羥丙基瓜爾膠。

所述的醇水溶液可以參考現有技術中類似反應的醇水溶液，而根據本發明的具體實施方案，優選所述醇的水溶液為乙醇水溶液或異丙醇水溶液。

所述的醇水溶液濃度可以參考現有技術中類似反應的醇水溶液濃度，而根據本發明的具體實施方案，優選所述醇的水溶液的濃度為質量百分比50％～80％。

本發明還可進一步優選所述氫氧化鈉水溶液的濃度為10～30％，更優選為15％。

本發明還可優選步驟(2)的攪拌升溫為升溫到70℃；

為了進一步優化本發明的反應，本發明優選在步驟(2)滴加氫氧化鈉水溶液后，攪拌0.5h，再攪拌升溫到65～80℃。

甚至還可以更進一步優選在攪拌升溫到65～80℃后，攪拌0.5h，再滴加磺化劑。

本發明進一步優選步驟(2)的反應時間為3小時。

本發明進一步優選步驟(2)氫氧化鈉滴加時間為0.5h。

所述磺化劑滴加時間優選為0.5～2h。