一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量中82%為低滲油氣田，壓裂造縫技術(shù)是低滲油氣田提高采收率的主要技術(shù)手段之一。壓裂液是壓裂造縫技術(shù)的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)質(zhì)、低傷害、低成本是壓裂液發(fā)展的主要方向。羥丙基胍膠作為水基壓裂液的增稠劑，具有增稠能力強(qiáng)、抗剪切性好、熱穩(wěn)定性好、控制濾失能力強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)油氣田壓裂中。
[0003]羥丙基胍膠壓裂液體系以無機(jī)硼為交聯(lián)劑，存在配液慢、溶解不充分、交聯(lián)效率低、交聯(lián)速度過快等問題;對(duì)于硼交聯(lián)劑存在的問題，現(xiàn)在常用的解決方案是對(duì)其進(jìn)行有機(jī)復(fù)配或使用過渡金屬、有機(jī)金屬交聯(lián)劑作為替代品，其綜合交聯(lián)性能優(yōu)于硼酸，但在使用過程中也不同程度存在交聯(lián)過快，耐溫耐剪切、破膠、殘?jiān)康刃阅懿贿_(dá)標(biāo)問題;而耐高溫的有機(jī)硼交聯(lián)劑也存在螯合度低、使用濃度高、且合成工業(yè)復(fù)雜等問題，導(dǎo)致其使用受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，以含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物為載體，制備表面修飾有硼酸根的胍膠壓裂液交聯(lián)材料，粒徑小，常溫常壓下即可在水系中快速分散。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，包括以下步驟:將含有硼酸根的無機(jī)硼加入pH為4?11，溫度為20?70°C的反應(yīng)介質(zhì)中，150~300轉(zhuǎn)/分鐘恒速攪拌0.5?I小時(shí);再加入含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物，20?120 °C內(nèi)恒溫?cái)嚢鐸?8小時(shí)，得到交聯(lián)材料;交聯(lián)材料經(jīng)抽濾、烘干，即得固態(tài)的交聯(lián)劑，或?qū)⒔宦?lián)材料減壓蒸餾，即得乳液型的交聯(lián)劑;其中，含有硼酸根的無機(jī)硼、含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物及反應(yīng)介質(zhì)的質(zhì)量比為I?3:2?7:3?20 ο
[0006]優(yōu)選地，含有硼酸根的無機(jī)硼為硼酸和/或硼砂。
[0007]優(yōu)選地，反應(yīng)介質(zhì)為水、甲酰胺、C1~C5的烷基醇及C1~C5的烷基酸中的一種或兩種以上。
[0008]優(yōu)選地，所述含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物是指帶有環(huán)氧或胺基的有機(jī)硅化合物。
[0009]優(yōu)選地，反應(yīng)介質(zhì)的pH通過氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化錢及氨水中的一種或兩種以上調(diào)節(jié)。
[0010]其中，所述含有硼酸根的無機(jī)硼及含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物均為普通市售產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，利用有機(jī)硅化合物表面的可反應(yīng)性官能團(tuán)將能參與胍膠分子交聯(lián)的硼酸根接枝到有機(jī)硅化合物表面，并利用有機(jī)硅化合物自身具有的自聚功能，形成具有體型結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合交聯(lián)材料。本發(fā)明制備出的交聯(lián)劑在常溫常壓下可快速分散在水中，性能明顯優(yōu)于通常使用的有機(jī)或無機(jī)硼交聯(lián)劑。通過對(duì)交聯(lián)劑微粒尺寸及表面硼酸根的負(fù)載量的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交聯(lián)密度和交聯(lián)時(shí)間的調(diào)控，達(dá)到預(yù)期胍膠壓裂液粘彈性，并能夠有效減小施工過程中壓裂液與輸送管路的摩阻，降低能耗，實(shí)現(xiàn)有效經(jīng)濟(jì)的壓裂施工過程。
【附圖說明】
[0012]圖1為實(shí)施例1所制備的交聯(lián)劑在激光粒度測(cè)試分析中的粒度分布；
圖2為實(shí)施例1所制備的交聯(lián)劑交聯(lián)時(shí)間與胍膠溶液粘度變化的曲線圖；
圖3為實(shí)施例1所制備的交聯(lián)劑與硼酸交聯(lián)劑對(duì)胍膠壓裂液耐溫性能的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下通過優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0014]實(shí)施例1
一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，包括以下步驟:將4g硼酸加入50mL丙三醇中，加入氨水調(diào)節(jié)pH為8，升溫至400C，300rpm恒速攪拌0.5h，硼酸完全溶解;升溫至60°C，加入14gy-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，200rpm恒速攪拌4h，升溫至90°C，繼續(xù)攪拌lh，抽濾、烘干得到固體的胍膠壓裂液交聯(lián)劑。
[0015]如圖1所示，采用激光粒徑測(cè)試儀測(cè)得上述制備得到的胍膠壓裂液交聯(lián)劑的粒徑約為2納米。將上述制備的交聯(lián)劑分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1%、2%和3%的交聯(lián)液，它們的透光率分別為91.5%、92.7%、77.7%及65.8%，說明交聯(lián)劑在水中的分散性良好。
[0016]將上述制備的交聯(lián)劑配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，并配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液。取100暈升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液，加入2.5暈升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，如圖2所示，實(shí)施例所制備的納米交聯(lián)劑使用時(shí)具有5分鐘的延緩交聯(lián)區(qū)間，在9分鐘以后進(jìn)入穩(wěn)定交聯(lián)。取2毫升交聯(lián)液加入到100毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液中并攪拌，對(duì)比胍膠溶液交聯(lián)初期與交聯(lián)后期狀態(tài)，5?6分鐘后挑掛性能良好，可見交聯(lián)效果明顯。取100毫升胍膠溶液，加入20?40目標(biāo)準(zhǔn)陶粒，攪拌均勻，再加入3毫升交聯(lián)液，攪拌至不可流動(dòng)，倒入100毫升量筒，2小時(shí)后陶粒微量沉降，可見交聯(lián)效果較好，懸砂性能優(yōu)良。再取100毫升胍膠溶液，加入20?40目標(biāo)準(zhǔn)陶粒，攪拌均勻，再加入3毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，同時(shí)加入破膠劑，80°C恒溫破膠2小時(shí)后陶粒全部沉降，經(jīng)測(cè)試，破膠液粘度約為2.0mPa.S，可見最終破膠狀態(tài)比較理想。
[0017]將上述制備的交聯(lián)劑配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的交聯(lián)液，同時(shí)配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硼酸溶液，各取ImL分別加入到兩個(gè)10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液中，如圖3所示，隨著溫度的升高，兩個(gè)胍膠溶液的粘度逐漸下降，但本實(shí)施例所制備的交聯(lián)劑的交聯(lián)性能和耐溫性能明顯優(yōu)于硼酸。
[0018]實(shí)施例2 一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，包括以下步驟:將5g硼砂加入50mL甲酰胺中，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH為7，升溫至40°C，300rpm恒速攪拌0.5h至硼砂完全溶解;升溫至60°C，緩慢滴加1g γ -氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，150rpm恒速攪拌4h，減壓蒸餾得到乳液狀的胍膠壓裂液交聯(lián)劑。
[0019]采用激光粒徑測(cè)試儀測(cè)得上述制備得到的胍膠壓裂液交聯(lián)劑的粒徑約為2納米。將上述制備的交聯(lián)劑配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，并配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液。取2毫升交聯(lián)液加入到100毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液中并攪拌，對(duì)比胍膠溶液交聯(lián)初期與交聯(lián)后期狀態(tài)，5?6分鐘后挑掛性能良好，可見交聯(lián)效果明顯。取100毫升胍膠溶液，加入20-40目標(biāo)準(zhǔn)陶粒，攪拌均勻，再加入3毫升交聯(lián)液，攪拌至不可流動(dòng)，倒入100毫升量筒，2小時(shí)后陶粒微量沉降，可見交聯(lián)效果較好，懸砂性能優(yōu)良。再取100毫升胍膠溶液，加入20-40目標(biāo)準(zhǔn)陶粒，攪拌均勻，再加入3毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，同時(shí)加入破膠劑，80°C恒溫破膠2小時(shí)后陶粒全部沉降，經(jīng)測(cè)試，破膠液粘度約為2.0mPa.S，可見最終破膠狀態(tài)比較理雄
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[0020]實(shí)施例3
一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，包括以下步驟:將4g硼酸加入20mL乙醇中，加入氨水調(diào)節(jié)PH為8，升溫至40°C，300rpm恒速攪拌Ih至硼酸完全溶解;升溫至60°C，加入4gT-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，200rpm恒速攪拌4h，升溫至90°C，繼續(xù)攪拌Ih，抽濾、烘干得到固體的胍膠壓裂液交聯(lián)劑。
[0021]采用激光粒徑測(cè)試儀測(cè)得上述制備得到的胍膠壓裂液交聯(lián)劑的粒徑約為2納米。將上述制備的納米交聯(lián)劑配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，并配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液。取2毫升交聯(lián)液加入到100毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的胍膠溶液中并攪拌，對(duì)比胍膠溶液交聯(lián)初期與交聯(lián)后期狀態(tài)，5?6分鐘后挑掛性能良好，可見交聯(lián)效果明顯。取100毫升胍膠溶液，加入20-40目標(biāo)準(zhǔn)陶粒，攪拌均勻，再加入3毫升交聯(lián)液，攪拌至不可流動(dòng)，倒入100毫升量筒，2小時(shí)后陶粒微量沉降，可見交聯(lián)效果較好，懸砂性能優(yōu)良。再取100毫升胍膠溶液，加入20-40目標(biāo)準(zhǔn)陶粒，攪拌均勻，再加入3毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的交聯(lián)液，同時(shí)加入破膠劑，80°C恒溫破膠2小時(shí)后陶粒全部沉降，經(jīng)測(cè)試，破膠液粘度約為2.0mPa.s，可見最終破膠狀態(tài)比較理想。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將含有硼酸根的無機(jī)硼加入pH為4?11，溫度為20?70 °C的反應(yīng)介質(zhì)中，150?300轉(zhuǎn)/分鐘恒速攪拌0.5?I小時(shí);再加入含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物，20-1200C內(nèi)恒溫?cái)嚢鐸?8小時(shí)，得到交聯(lián)材料;交聯(lián)材料經(jīng)抽濾、烘干，即得固態(tài)的交聯(lián)劑，或?qū)⒔宦?lián)材料減壓蒸餾，即得乳液型的交聯(lián)劑;其中，含有硼酸根的無機(jī)硼、含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物及反應(yīng)介質(zhì)的質(zhì)量比為I?3:2?7:3?20。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，其特征在于:含有硼酸根的無機(jī)硼為硼酸和/或硼砂。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，其特征在于:反應(yīng)介質(zhì)為水、甲酰胺、C1~C5的烷基醇及C1~C5的烷基酸中的一種或兩種以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，其特征在于:所述含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物是指帶有環(huán)氧或胺基的有機(jī)硅化合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，其特征在于:反應(yīng)介質(zhì)的pH通過氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化銨及氨水中的一種或兩種以上調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水分散胍膠壓裂液交聯(lián)劑的制備方法，包括以下步驟：將含有硼酸根的無機(jī)硼加入pH為4~11，溫度為20~70℃的反應(yīng)介質(zhì)中，150~300轉(zhuǎn)/分鐘恒速攪拌0.5~1小時(shí)；再加入含有可反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物，20~120℃內(nèi)恒溫?cái)嚢?~8小時(shí)，得到交聯(lián)材料；交聯(lián)材料經(jīng)抽濾、烘干，即得固態(tài)的交聯(lián)劑，或?qū)⒔宦?lián)材料減壓蒸餾，即得乳液型的交聯(lián)劑。本發(fā)明采用的制備工藝簡(jiǎn)單，交聯(lián)劑在常溫常壓下可快速分散在水中，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交聯(lián)密度和交聯(lián)時(shí)間的調(diào)控，為施工爭(zhēng)取可控時(shí)間，同時(shí)能夠有效減小施工過程中壓裂液與輸送管路的摩阻，降低能耗。
【IPC分類】C09K8/68
【公開號(hào)】CN105647507
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】李小紅, 劉培松, 張治軍, 章子鋒, 潘浩
【申請(qǐng)人】河南大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月29日