CN103205078A - 一种钛基聚丙烯酰胺交联剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛基聚丙烯酰胺交联剂及其制备方法和应用，所述的钛基聚丙烯酰胺交联剂按质量百分比计算由0.1-0.4%硫酸钛、0.1-0.5%乳酸、1-7%乙二醇和余量的水组成。其制备方法即将总质量四分之一的水中依次加入乳酸、硫酸钛、乙二醇搅拌混合均匀，所得的混合液用氨水调pH值至中性，然后加入剩余的水并混合均匀，即得具有无毒、成胶性能稳定等特点的钛基聚丙烯酰胺交联剂。所述的钛基聚丙烯酰胺交联剂用于聚丙烯酰胺水凝胶的制备，其成胶率达100%。

Description

一种钛基聚丙烯酰胺交联剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种用于聚丙烯酰胺水凝胶制备所用的交联剂，特别涉及一种钛基聚丙烯酰胺交联剂及其制备方法和在聚丙烯酰胺水凝胶制备中的应用。

背景技术

由于地层的非均质性，注入油层的水，通常有80％～90％被厚度不大的高渗透层所吸收，致使注水剖面很不均匀。为了提高注入水的波及系数，进而提高石油的采收率，就必须利用化学剂对高渗透层进行一定程度的堵塞，以便使后续的注入水能够进入中低渗透层。这种化学剂通常被称为调剖剂。在实际使用的调剖剂中，最常见、用量最大的是聚丙烯酰胺凝胶。自上个世纪80年代以来，我国的聚丙烯酰胺交联凝胶技术得到了很大的发展，已形成系列化和多样化产品。

在目前所使用的聚丙烯酰胺交联剂中，效果最好、应用最广泛的是含有六价Cr或三价铬的交联剂。但它们毒性很大，对于环境有很大的伤害。随着对环境保护的重要性认识的不断深入，低毒甚至无毒交联剂的开发成为了研究的热点与前沿。为此人们进行了大量的研究，并获得了一系列有可能实际应用的新型交联剂，主要包括铝基聚丙烯酰胺交联剂、酚醛树脂类聚丙烯酰胺交联剂、钛基聚丙烯酰胺交联剂、硼基聚丙烯酰胺交联剂以及钡基聚丙烯酰胺交联剂等。然而，它们仍然存在着一些问题需要解决，如硼基聚丙烯酰胺交联剂在破胶后会有大量的残渣；酚醛类聚丙烯酰胺交联剂的毒性仍然较大，且具有刺激性气味；三价铝离子聚丙烯酰胺交联剂和钛基聚丙烯酰胺交联剂的成胶性能不稳定，对盐以及环境pH敏感等。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的钛基聚丙烯酰胺交联剂中成胶性能不稳定、对盐以及环境pH敏感等技术问题而提供一种钛基聚丙烯酰胺交联剂。该钛基聚丙烯酰胺交联剂具有无毒、环境友好、原料易得、成本低、使用时成胶性能稳定等的特点。

本发明的目的之二是提供上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备方法，该制备方法具有制备过程简单，操作方便，便于工业化生产的特点。

本发明的目的之三是将上述所得的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂用于聚丙烯酰胺水凝胶的制备。

本发明的技术方案

一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.1-0.4 %

乳酸          0.1-0.5%

乙二醇        1-7%

余量为水。

上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备方法，具体包括如下步骤：

在总质量四分之一的水中依次加入乳酸、硫酸钛、乙二醇搅拌混合均匀，所得的混合液用氨水调pH值至中性，然后加入剩余的水并混合均匀，即得钛基聚丙烯酰胺交联剂；

所用的氨水优选为质量百分比浓度为1%的氨水。

上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂用于聚丙烯酰胺水凝胶的制备，制备时，按体积比计算，即钛基聚丙烯酰胺交联剂：聚丙烯酰胺水溶液为1:4-6的比例，将钛基聚丙烯酰胺交联剂和聚丙烯酰胺水溶液进行混合均匀即得聚丙烯酰胺水凝胶，所述的聚丙烯酰胺水溶液的浓度为1500-2000ppm。

本发明的有益效果

本发明的钛基聚丙烯酰胺交联剂，由于采用了硫酸钛作为主交联剂实现了交联剂的非铬化，即不含Cr等有毒物质，从而避免了在使用过程中对人体以及环境的伤害，在石油开采领域中具有广阔的应用前景。

进一步，本发明的钛基聚丙烯酰胺交联剂，由于所用的硫酸钛、乙二醇、乳酸原料易得，因此其生产成本低。

进一步，本发明的钛基聚丙烯酰胺交联剂，由于利用乙二醇作为助凝剂，使得钛基聚丙烯酰胺交联剂在使用时，成胶稳定性大大提高，成胶率达到100%。

进一步，本发明的钛基聚丙烯酰胺交联剂，由于利用乳酸作为配合剂，因此提高了钛基聚丙烯酰胺交联剂对盐、与环境pH的耐受性，并且该钛基聚丙烯酰胺交联剂还可在使用环境为中性且矿化度较高时使用，特别是当水的矿化度4000-6000时，该钛基聚丙烯酰胺交联剂依然有效。

进一步，本发明的钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备，由于通过简单的搅拌混合即得，因此制备过程简单，操作方便，便于工业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，按质量百分比计算，其原料组成及含量如下： 

硫酸钛        0.45g(0.21%)

乳酸          0.73g(0.34%)

乙二醇        11.15g(5.25%)

余量为水      200g(94.2%)。

上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备方法，具体包括如下步骤：

在50g的水中依次加入乳酸0.73g、硫酸钛0.45g、乙二醇11.15g搅拌混合均匀，所得的混合液用质量百分比浓度为1%的氨水调pH值至中性，然后加入剩余的150g水并混合均匀，即得钛基聚丙烯酰胺交联剂A。

实施例2

一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.21g(0.1%)

乳酸          1.07g(0.5%)

乙二醇        12.85g(6%)

余量为水      200g(93.4%)

上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备方法，具体包括如下步骤：

在50g的水中依次加入乳酸1.07g、硫酸钛0.21g、乙二醇12.85g搅拌混合均匀，所得的混合液用质量百分比浓度为1%的氨水调pH值至中性，然后加入剩余的150g水并混合均匀，即得钛基聚丙烯酰胺交联剂B。

实施例3

一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.86g(0.4%)

乳酸          0.22g(0.1%)

乙二醇        15.13g(7%)

余量为水      200g(92.5%)

上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备方法，具体包括如下步骤：

在50g的水中依次加入乳酸0.22g、硫酸钛0.86g、乙二醇15.13g搅拌混合均匀，所得的混合液用质量百分比浓度为1%的氨水调pH值至中性，然后加入剩余的150g水并混合均匀，即得钛基聚丙烯酰胺交联剂C。

实施例4

一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.41g(0.2%)

乳酸          0.61g(0.3%)

乙二醇        2.03g(1%)

余量为水      200g(98.5%)

上述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂的制备方法，具体包括如下步骤：

在50g的水中依次加入乳酸0.61g、硫酸钛0.41g、乙二醇2.03g搅拌混合均匀，所得的混合液用质量百分比浓度为1%的氨水调pH值至中性，然后加入剩余的150g水并混合均匀，即得钛基聚丙烯酰胺交联剂D。

应用实施例

上述各实施例1-4中所得的钛基聚丙烯酰胺交联剂A、B、C及D分别用于聚丙烯酰胺水凝胶的制备，制备时，将钛基聚丙烯酰胺交联剂和聚丙烯酰胺水溶液进行混合即可。

上述制备过程中所用的不同的钛基聚丙烯酰胺交联剂A、B、C及D、聚丙烯酰胺水溶液的浓度、钛基聚丙烯酰胺交联剂A、B、C及D与聚丙烯酰胺水溶液的体积比及最终所得的聚丙烯酰胺凝胶的成胶率等见下表所示： 

交联剂	聚丙烯酰胺水溶液的浓度(ppm)	钛基聚丙烯酰胺交联剂：聚丙烯酰胺水溶液的体积比	环境矿化度及pH	交联效果	成胶率
						钛基聚丙烯酰胺交联剂A	1800	1:5	4000ppm，pH=7	得到高粘弹性的水凝胶	100%
钛基聚丙烯酰胺交联剂B	2000	1:4	4000ppm，pH=7	得到高粘弹性的水凝胶	100%
						钛基聚丙烯酰胺交联剂C	1500	1:6	4000ppm，pH=7	得到高粘弹性的水凝胶	100%
钛基聚丙烯酰胺交联剂D	1800	1:5	4000ppm，pH=7	得到高粘弹性的水凝胶	100%

从上表中可以看出，利用上述钛基聚丙烯酰胺交联剂进行聚丙烯酰胺水凝胶制备，特别是在使用环境为中性且矿化度较高即为4000ppm时，可以得到高粘弹性的聚丙烯酰胺水凝胶，且成胶率均为100%。由此表明了本发明的钛基聚丙烯酰胺交联剂对于聚丙烯酰胺具有优异的交联性能，且对盐、环境pH的耐受性较高。即利用本发明所得的钛基聚丙烯酰胺交联剂可以制得高粘弹性的聚丙烯酰胺水凝胶，且成胶性能稳定。

上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，其特征在于按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.1-0.4 %

乳酸          0.1-0.5%

乙二醇        1-7%

余量为水；

所述的钛基聚丙烯酰胺交联剂通过包括如下步骤的方法制备：

在总质量四分之一的水中依次加入乳酸、硫酸钛、乙二醇搅拌混合均匀，所得的混合液用氨水调pH值至中性，然后加入剩余的水并混合均匀，即得钛基聚丙烯酰胺交联剂。

2.如权利要求1所述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，其特征在于按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.21%

乳酸          0.34%

乙二醇        5.25%

余量为水。

3.如权利要求1所述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，其特征在于按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.1%

乳酸          0.5%

乙二醇        6%

余量为水。

4.如权利要求1所述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，其特征在于按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.4%

乳酸          0.1%

乙二醇        7%

余量为水。

5.如权利要求1所述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，其特征在于按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：

硫酸钛        0.2%

乳酸          0.3%

乙二醇        1%

余量为水。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂，其特征在于钛基聚丙烯酰胺交联剂制备过程中所用的氨水，即质量百分比浓度为1%氨水。

7.如权利要求1、2、3、4或5所述的一种钛基聚丙烯酰胺交联剂在制备聚丙烯酰胺水凝胶中的应用，其特征在于按体积比计算，即钛基聚丙烯酰胺交联剂：聚丙烯酰胺水溶液为1:4-6的比例，将钛基聚丙烯酰胺交联剂和聚丙烯酰胺水溶液进行混合均匀即得聚丙烯酰胺水凝胶；

所述的聚丙烯酰胺水溶液的浓度为1500-2000ppm。