一种醚化改性的魔芋胶及其制备方法和含有该魔芋胶的水基冻胶压裂液及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种醚化改性的魔芋胶,以及该醚化改性的魔芋胶的制备方法,以及 含有作为增稠剂的该醚化改性的魔芋胶的水基冻胶压裂液及该压裂液在石油开采中的应 用。
【背景技术】
[0002] 自上世纪中叶以来,水力压裂技术一直是国内外油气开发的主要增产技术。进入 新世纪,世界能源开发的开发热点向非常规油气资源转移。水力压裂技术作为致密砂岩油 气、煤层气、页岩油气等非常规资源开发的关键技术,受到高度重视。低伤害、低成本的压裂 液体系作为保障压裂施工成功和提高增产效益的关键环节而倍受重视。水基压裂液主要由 聚合物增稠剂、交联剂、破胶剂、pH值调节剂、杀菌剂、粘土稳定剂及助排剂等组成。其中增 稠剂是压裂液的基本添加剂,其作用是提高水的粘度,降低液体滤失,悬浮与携带支撑剂, 因此,增稠剂的水不溶物含量、增粘能力、耐温、抗盐和抗剪切性等性能成为改善压裂液的 研究重点。
[0003] 瓜胶及其羟丙基化或羧甲基化的衍生物是水基压裂液系统最主要的增稠剂。但由 于种植区域有限和近期非常规油气藏开发的快速发展导致需求量的持续增大,瓜胶价格飞 涨。除瓜胶及衍生物外,国内常用的植物胶还有香豆胶、田菁胶、皂仁胶及其衍生物。香豆 胶是上世纪六七十年代压裂用主要增稠剂,技术比较成熟,具备大规模现场应用的条件,但 近十几年没有在压裂上应用,若要大规模用于油田压裂,同样存在来源有限、价格难以控制 的问题。
[0004] 然而,魔芋属天南星科多年生草本植物,在我国西南部地区和中西部地区有着悠 久的种植历史,产量较高。魔芋胶是从各种魔芋植物的块茎里提取出的水凝胶状多糖,是一 种高分子量、非离子型葡甘露聚糖。魔芋粉的颗粒遇水后胀润,然后破裂并释放出葡甘露聚 糖聚合物。魔芋胶的成分与瓜胶相似,主要由甘露糖和葡萄糖组成,两者的摩尔比约为1. 6 : 1。然而,天然魔芋胶作为压裂液增稠剂时,其增粘性能差和水不溶物含量较多,剪切性较 差,不易交联,破胶困难。
[0005] 综上所述,本领域缺乏一种速溶、具有较强增粘能力、环境友好、生产成本低、来源 稳定、产品质量稳定、性能易于调控的的压裂液增稠剂。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有压裂液增稠剂水不溶物含量高和增粘性能差等缺陷, 提供了一种水中溶解能力较强和增粘性能较强的醚化改性的魔芋胶及其制备方法,以及含 有该醚化改性的魔芋胶的水基冻胶压裂液和该压裂液在石油开采中的应用。
[0007] 为了实现上述目的,本发明提供一种醚化改性的魔芋胶,其中,该醚化改性的魔芋 胶为通过将取代或未取代的魔芋胶进行醚化改性而得到的魔芋胶,其中,所述醚化改性为 单阴离子醚化、多阴离子醚化、单阳离子醚化、多阳离子醚化或阴阳离子醚化。
[0008] 本发明的另一个目的在于提供一种所述醚化改性的魔芋胶的制备方法,该方法包 括:将取代或未取代的魔芋胶进行醚化改性,其中,所述醚化改性为单阴离子醚化、多阴离 子醚化、单阳离子醚化、多阳离子醚化或阴阳离子醚化。
[0009] 本发明的又一个目的在于提供一种水基冻胶压裂液,该压裂液含有上述醚化改性 的魔芋胶。
[0010] 本发明的又一个目的在于提供所述水基冻胶压裂液在石油开采中的应用。
[0011] 本发明的醚化改性的魔芋胶是将取代或未取代的魔芋胶进行醚化改性而得,即通 过单阴离子醚化、多阴离子醚化、单阳离子醚化、多阳离子醚化或阴阳离子醚化后,所述取 代或未取代的魔芋胶连接上了能够增强水溶性和粘附性能的基团。因此,通过本发明所述 的制备方法,能够得到水溶性较好和增粘性能较强的魔芋胶类似物,可以作为增稠剂用以 改善水基压裂液的整体性能,其中,含有该醚化改性的魔芋胶的水基冻胶压裂液具有粘度 高、摩擦阻力小、耐热性高等优点,用于石油开采可携支撑剂能力强,同时破胶返排后残渣 量少,提高了所开采的原油的质量。
[0012] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0013] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
[0014] 本发明提供了一种醚化改性的魔芋胶,其中,该醚化改性的魔芋胶为通过将取代 或未取代的魔芋胶进行醚化改性而得到的魔芋胶,其中,所述醚化改性为单阴离子醚化、多 阴离子醚化、单阳离子醚化、多阳离子醚化或阴阳离子醚化。
[0015] 根据本发明的醚化改性的魔芋胶,所述取代的魔芋胶的取代基并没有特别限定, 优选情况下,所述取代基为羟烷基,更优选为C1~Cltl的羟烷基,更进一步优选为C1~C 6的 羟烷基。并且,所述取代基的取代度也没有特别限定,优选情况下,所述取代基的取代度为 0. 1~0. 55,优选为0. 2~0. 4。上述烷基例如可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、 异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、正己基等,因此,上述羟烷基可以为羟甲 基、羟乙基、羟丙基、2-羟基异丙基、4-羟基正丁基、2-羟基异丁基、2-羟基叔丁基、5-羟基 正戊基、4-羟基异戊基、6-羟基正己基等,优选为羟丙基。
[0016] 上述羟烷基取代的魔芋胶可以是从公司购买的市售品,也可以通过本发明优选的 羟烷基取代的魔芋胶的制备方法合成得到,该方法包括:将未取代的魔芋胶与环氧卤代烷 进行接触。该制备方法中,所述环氧卤代烷可以根据需要进行选择,例如可以为环氧氯丙 烷、环氧氯丁烷、环氧溴丙烷和环氧溴丁烷中的一种或多种。上述制备方法中的接触反应的 溶剂可以为异丙醇和/或丙酮。所述接触的反应条件为:常压下,反应温度为30-90°C,反 应时间为2-5小时。
[0017] 根据本发明的醚化改性的魔芋胶,所述醚化改性的魔芋胶是将取代或未取代的魔 芋胶与离子醚化剂发生醚化反应而得,所述醚化反应可以是所述离子醚化剂与魔芋胶结构 中的任意一个羟基的反应,优选情况下,所述离子醚化剂与魔芋胶主链上的葡萄糖的6位 碳原子的伯羟基发生醚化反应。上述醚化反应使得该取代或未取代的魔芋胶连接上能够改 善魔芋胶作为增稠剂使用时的性能的离子醚化基团。所述离子醚化基团的离子醚化取代度 是由平均每个魔芋胶主链的重复单元中被取代的羟基数所决定,优选情况下,所述离子醚 化取代度为0. 01-1. 5,更优选为0. 15-0. 55。
[0018] 根据本发明的醚化改性的魔芋胶,所述单阴离子醚化是将取代或未取代的魔芋胶 与一种阴离子醚化剂接触反应,得到的醚化改性的魔芋胶只具有单种阴离子醚化基团。具 体地,所述单阴离子醚化的过程可以包括:在碱性条件下,将取代或未取代的魔芋胶与阴离 子醚化剂接触反应。其中,所述阴离子醚化剂可以为溶解于水中能够形成阴离子且形成的 阴离子能够与羟基发生醚化反应的各种常规的试剂,优选为羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐或磷 酸酯盐,更优选为氯乙酸钠、氯乙基磺酸钠、3-氯-2-羟丙基磺酸钠或环氧丙基磺酸钠。
[0019] 根据本发明的醚化改性的魔芋胶,所述多阴离子醚化是将取代或未取代的魔芋胶 依次与多种阴离子醚化剂或同时与多种阴离子醚化剂的混合物接触反应,得到的醚化改性 的魔芋胶具有两种或两种以上的阴离子醚化基团。优选情况下,所述多阴离子醚化的过程 包括:在碱性条件下,将取代或未取代的魔芋胶依次与多种阴离子醚化剂接触反应。其中, 所述阴离子醚化剂可以为溶解于水中能够形成阴离子且形成的阴离子能够与羟基发生醚 化反应的各种常规的试剂中的一种或多种,优选为羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐中 的一种或多种,更优选为氯乙酸钠、氯乙基磺酸钠、3-氯-