CN105647507B - 一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，包括以下步骤：将含有硼酸根的无机硼加入pH为4~11，温度为20~70℃的反应介质中，150~300转/分钟恒速搅拌0.5~1小时；再加入含有可反应性官能团的有机硅化合物，20~120℃内恒温搅拌1~8小时，得到交联材料；交联材料经抽滤、烘干，即得固态的交联剂，或将交联材料减压蒸馏，即得乳液型的交联剂。本发明采用的制备工艺简单，交联剂在常温常压下可快速分散在水中，并可以实现对交联密度和交联时间的调控，为施工争取可控时间，同时能够有效减小施工过程中压裂液与输送管路的摩阻，降低能耗。

Description

一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法。

背景技术

我国探明石油地质储量中82%为低渗油气田，压裂造缝技术是低渗油气田提高采收率的主要技术手段之一。压裂液是压裂造缝技术的重要组成部分和关键环节，优质、低伤害、低成本是压裂液发展的主要方向。羟丙基胍胶作为水基压裂液的增稠剂，具有增稠能力强、 抗剪切性好、 热稳定性好、 控制滤失能力强等特点而被广泛应用于国内油气田压裂中。

羟丙基胍胶压裂液体系以无机硼为交联剂，存在配液慢、溶解不充分、交联效率低、交联速度过快等问题；对于硼交联剂存在的问题，现在常用的解决方案是对其进行有机复配或使用过渡金属、有机金属交联剂作为替代品，其综合交联性能优于硼酸，但在使用过程中也不同程度存在交联过快，耐温耐剪切、破胶、残渣含量等性能不达标问题；而耐高温的有机硼交联剂也存在螯合度低、使用浓度高、且合成工业复杂等问题，导致其使用受限。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，以含有可反应性官能团的有机硅化合物为载体，制备表面修饰有硼酸根的胍胶压裂液交联材料，粒径小，常温常压下即可在水系中快速分散。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，包括以下步骤：将含有硼酸根的无机硼加入pH为4~11，温度为20~70℃的反应介质中，150~300转/分钟恒速搅拌0.5~1小时；再加入含有可反应性官能团的有机硅化合物，20~120℃内恒温搅拌1~8小时，得到交联材料；交联材料经抽滤、烘干，即得固态的交联剂，或将交联材料减压蒸馏，即得乳液型的交联剂；其中，含有硼酸根的无机硼、含有可反应性官能团的有机硅化合物及反应介质的质量比为1~3：2~7：3~20。

优选地，含有硼酸根的无机硼为硼酸和/或硼砂。

优选地，反应介质为水、甲酰胺、C1~C5的烷基醇及C1~C5的烷基酸中的一种或两种以上。

优选地，所述含有可反应性官能团的有机硅化合物是指带有环氧或胺基的有机硅化合物。

优选地，反应介质的pH通过氢氧化钠、氢氧化钾、氯化铵及氨水中的一种或两种以上调节。

其中，所述含有硼酸根的无机硼及含有可反应性官能团的有机硅化合物均为普通市售产品。

本发明制备工艺简单，利用有机硅化合物表面的可反应性官能团将能参与胍胶分子交联的硼酸根接枝到有机硅化合物表面，并利用有机硅化合物自身具有的自聚功能，形成具有体型结构的有机-无机复合交联材料。本发明制备出的交联剂在常温常压下可快速分散在水中，性能明显优于通常使用的有机或无机硼交联剂。通过对交联剂微粒尺寸及表面硼酸根的负载量的控制可以实现对交联密度和交联时间的调控，达到预期胍胶压裂液粘弹性，并能够有效减小施工过程中压裂液与输送管路的摩阻，降低能耗，实现有效经济的压裂施工过程。

附图说明

图1为实施例1所制备的交联剂在激光粒度测试分析中的粒度分布；

图2为实施例1所制备的交联剂交联时间与胍胶溶液粘度变化的曲线图；

图3为实施例1所制备的交联剂与硼酸交联剂对胍胶压裂液耐温性能的对比图。

具体实施方式

以下通过优选实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，包括以下步骤：将4g硼酸加入50mL丙三醇中，加入氨水调节pH为8，升温至40℃，300rpm恒速搅拌0.5h，硼酸完全溶解；升温至60℃，加入14gγ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，200rpm恒速搅拌4h，升温至90℃，继续搅拌1h，抽滤、烘干得到固体的胍胶压裂液交联剂。

如图1所示，采用激光粒径测试仪测得上述制备得到的胍胶压裂液交联剂的粒径约为2纳米。将上述制备的交联剂分别配置质量分数为0.5%、1%、2%和3% 的交联液，它们的透光率分别为91.5%、92.7%、77.7%及65.8%，说明交联剂在水中的分散性良好。

将上述制备的交联剂配置成质量分数为1%的交联液，并配置质量分数为0.3%的胍胶溶液。取100毫升质量分数为0.3%的胍胶溶液，加入2.5毫升质量分数为1%的交联液，如图2所示，实施例所制备的纳米交联剂使用时具有5分钟的延缓交联区间，在9分钟以后进入稳定交联。取2毫升交联液加入到100毫升质量分数为0.3%的胍胶溶液中并搅拌，对比胍胶溶液交联初期与交联后期状态，5~6分钟后挑挂性能良好，可见交联效果明显。取100毫升胍胶溶液，加入20~40目标准陶粒，搅拌均匀，再加入3毫升交联液，搅拌至不可流动，倒入100毫升量筒，2小时后陶粒微量沉降，可见交联效果较好，悬砂性能优良。再取100毫升胍胶溶液，加入20~40目标准陶粒，搅拌均匀，再加入3毫升质量分数为1%的交联液，同时加入破胶剂，80℃恒温破胶2小时后陶粒全部沉降，经测试，破胶液粘度约为2.0mPa.s，可见最终破胶状态比较理想。

将上述制备的交联剂配置成质量分数为3%的交联液，同时配置质量分数为3%的硼酸溶液，各取1mL分别加入到两个100mL质量分数为0.3%的胍胶溶液中，如图3所示，随着温度的升高，两个胍胶溶液的粘度逐渐下降，但本实施例所制备的交联剂的交联性能和耐温性能明显优于硼酸。

实施例2

一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，包括以下步骤：将5g硼砂加入50mL甲酰胺中，加入氢氧化钠溶液调节pH为7，升温至40℃，300rpm恒速搅拌0.5h至硼砂完全溶解；升温至60℃，缓慢滴加10gγ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，150rpm恒速搅拌4h，减压蒸馏得到乳液状的胍胶压裂液交联剂。

采用激光粒径测试仪测得上述制备得到的胍胶压裂液交联剂的粒径约为2纳米。将上述制备的交联剂配置成质量分数为1%的交联液，并配置质量分数为0.3%的胍胶溶液。取2毫升交联液加入到100毫升质量分数为0.3%的胍胶溶液中并搅拌，对比胍胶溶液交联初期与交联后期状态，5~6分钟后挑挂性能良好，可见交联效果明显。取100毫升胍胶溶液，加入20-40目标准陶粒，搅拌均匀，再加入3毫升交联液，搅拌至不可流动，倒入100毫升量筒，2小时后陶粒微量沉降，可见交联效果较好，悬砂性能优良。再取100毫升胍胶溶液，加入20-40目标准陶粒，搅拌均匀，再加入3毫升质量分数为1%的交联液，同时加入破胶剂，80℃恒温破胶2小时后陶粒全部沉降，经测试，破胶液粘度约为2.0mPa.s，可见最终破胶状态比较理想。

实施例3

一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，包括以下步骤：将4g硼酸加入20mL乙醇中，加入氨水调节pH为8，升温至40℃，300rpm恒速搅拌1h至硼酸完全溶解；升温至60℃，加入4g γ-(2，3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷，200rpm恒速搅拌4h，升温至90℃，继续搅拌1h，抽滤、烘干得到固体的胍胶压裂液交联剂。

采用激光粒径测试仪测得上述制备得到的胍胶压裂液交联剂的粒径约为2纳米。将上述制备的纳米交联剂配置成质量分数为1%的交联液，并配置质量分数为0.3%的胍胶溶液。取2毫升交联液加入到100毫升质量分数为0.3%的胍胶溶液中并搅拌，对比胍胶溶液交联初期与交联后期状态，5~6分钟后挑挂性能良好，可见交联效果明显。取100毫升胍胶溶液，加入20-40目标准陶粒，搅拌均匀，再加入3毫升交联液，搅拌至不可流动，倒入100毫升量筒，2小时后陶粒微量沉降，可见交联效果较好，悬砂性能优良。再取100毫升胍胶溶液，加入20-40目标准陶粒，搅拌均匀，再加入3毫升质量分数为1%的交联液，同时加入破胶剂，80℃恒温破胶2小时后陶粒全部沉降，经测试，破胶液粘度约为2.0mPa.s，可见最终破胶状态比较理想。

Claims (3)

1.一种水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有硼酸根的无机硼加入pH为4~11，温度为20~70℃的反应介质中，150~300转/分钟恒速搅拌0.5~1小时；再加入含有可反应性官能团的有机硅化合物，20~120℃内恒温搅拌1~8小时，得到交联材料；交联材料经抽滤、烘干，即得固态的交联剂，或将交联材料减压蒸馏，即得乳液型的交联剂；其中，含有硼酸根的无机硼、含有可反应性官能团的有机硅化合物及反应介质的质量比为1~3：2~7：3~20；

反应介质为水、甲酰胺、C1~C5的烷基醇及C1~C5的烷基酸中的一种或两种以上；

所述含有可反应性官能团的有机硅化合物是指带有环氧或胺基的有机硅化合物。

2.根据权利要求1所述的水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，其特征在于：含有硼酸根的无机硼为硼酸和/或硼砂。

3.根据权利要求1所述的水分散胍胶压裂液交联剂的制备方法，其特征在于：反应介质的pH通过氢氧化钠、氢氧化钾、氯化铵及氨水中的一种或两种以上调节。