CN104861215A - 一种改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法，所述方法包括：将硅烷偶联剂与甲醇或乙醇配制成处理剂；将生物多糖粉末与≥2％的基于生物多糖重量的处理剂混合，在60～90℃下焙烘1～2h；其中，以生物多糖的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.1～1％。使用本申请的方法处理之后的生物多糖可以直接加入水中，无“鱼眼”产生，本申请的方法简单可行。另外，本申请的方法在改善黄原胶分散溶解性能的同时，意外地提高了黄原胶的粘度。

Description

一种改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法

技术领域

本申请属于高分子材料领域，具体涉及一种改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法。

背景技术

广泛应用于油田的生物多糖主要包括黄原胶(Xanthan gum)、温轮胶(Welan gum)以及瓜尔胶(Guar gum)。黄原胶和温轮胶均是由生物发酵得到的多糖，二者均具有粘度高、耐高温、耐酸碱以及耐盐等特性，常被用作增稠剂、流型调控剂、悬浮稳定剂。在油气开田勘探开发中，黄原胶主要用于钻井泥浆的增粘，而温轮胶主要用于固井水泥浆的增粘和防沉降。瓜尔胶是从印巴大陆的一种豆科植物瓜尔豆中提取的一种多糖，可用作增稠剂、稳定剂和粘合剂。瓜尔胶分子主链上的每个糖残基都有两个顺式羟基，可通过硼盐或金属离子进行交联，因而在油田压裂中有着广泛的应用。

在生物多糖的使用过程中，由于其具有较强的亲水性，当进入水中时，在它们的颗粒表面容易形成胶质屏障层，并且颗粒间相互粘结，延缓水分子继续向颗粒内层扩散，宏观上表现为生物多糖的溶解速度降低，甚至产生难以溶解的“鱼眼”现象。因此，提高或改善生物多糖的分散溶解性能，成为该类产品使用过程所需，也成为科技工作者研究和探讨的热点。

目前，所公开的提高或改善生物多糖分散溶解性能的方法可归纳为两类。一类是，在生产过程中，向发酵液中添加隔离剂及在颗粒表面喷涂表面活性剂，以改善或提高生物多糖的溶解性能，如CN2012220303042所公开的，在湿球状黄原胶颗粒表面喷涂蔗糖脂肪酸酯及吐温表面活性剂，改善黄原胶的溶解；如CN102703544所公开的，在黄原胶生产过程中，向发酵液中添加气相二氧化硅和KCl粉末隔离剂，改善黄原胶的溶解；如CN201010148102所公开的，在黄原胶生产过程中，向发酵液中添加CaCl₂隔离剂，并在成品粉碎包装环节中喷涂单甘酯表面活性剂；如CN201310032168所公开的，在黄原胶生产过程中，向发酵液中添加CaCl₂隔离剂，并在成品粉碎包装环节中喷涂由N-脂酰胺基酸型表面活性剂、司盘60及聚山梨酯-80按一定比例组成的混合表面活性剂，改善黄原胶的溶解性。另一类是，将生物多糖悬浮在溶剂油中，或者是将生物多糖分散在大量无机粉体材料中，以改善生物多糖的溶解性能，此类做法多见于在油气田开发过程中应用的生物多糖，如CN201310753075所公开的，采用矿物白油、有机土以及相关表面活性剂悬浮温轮胶。

在上述所公开的方法中，通过在生物多糖的生产过程中添加隔离剂或在颗粒表面喷涂表面活性剂的方法，在实际应用中存在操作过于复杂的缺陷；将生物多糖悬浮在溶剂油中或分散在无机粉体材料中的方法，存在不经济的缺陷：大量溶剂油的使用会增加生产成本，无机粉体材料虽然价格低廉，但所制备的产品有效浓度低，也会导致运输及仓储成本升高。

因此，存在对改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法的开发需要。

发明内容

本申请的目的是提供一种改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法，所述方法包括：

将硅烷偶联剂与甲醇或乙醇配制成处理剂；

将生物多糖的粉末与≥2％的基于生物多糖重量的处理剂混合，在60～90℃下焙烘1～2h；

其中，以生物多糖的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.1～1％。

本申请中硅烷偶联剂的添加量只要≥0.1％就可以使生物多糖在直接加入水中后没有“鱼眼”产生。为了满足生物多糖在油气开田勘探开发中速溶的需要，硅烷偶联剂的添加量可以为0.1～1％。

优选地，以生物多糖的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量可以为0.2～0.8％。

本申请中的甲醇或乙醇是作为分散介质使用，作用是使硅烷偶联剂均匀地分散在生物多糖上，因此对甲醇或乙醇的添加量没有严格要求，只要能实现均匀分散的目的即可。生物多糖的粉末的粒度对本申请的方法也没有影响。

在一些实施方式中，以生物多糖的重量为基准，处理剂的用量可以为2～6％。

优选地，以生物多糖的重量为基准，处理剂的用量可以为4％。

在一些实施方式中，所述硅烷偶联剂可以选自由单氨基硅烷、双氨基硅烷和三氨基硅烷组成的组。

在一些实施方式中，所述单氨基硅烷可以选自由氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷和二(3-三甲氧基硅烷基丙基)胺组成的组。

在一些实施方式中，所述双氨基硅烷可以选自由N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷和N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷组成的组。

在一些实施方式中，所述三氨基硅烷可以为N-(2-氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷。

在一些实施方式中，所述焙烘的温度可以为85℃。

在一些实施方式中，所述焙烘的时间可以为1.5h。

在一些实施方式中，所述生物多糖可以为黄原胶、或温轮胶、或瓜尔胶。

在一些实施方式中，所述生物多糖为黄原胶，并且以黄原胶的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.4～1％。

在一些实施方式中，所述生物多糖为温轮胶，并且以温轮胶的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.4～0.8％。

在一些实施方式中，所述生物多糖为瓜尔胶，并且以瓜尔胶的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.1～0.4％。

与现有的普通型非速溶生物多糖加入到水中后需要剧烈搅拌来加快溶解，消除胶团、“鱼眼”现象相比，采用本申请的方法处理后的生物多糖，在加入到水中后无需搅拌就迅速分散溶解，只有少量甚至无“鱼眼”产生，并使水溶液体系的粘度在加入生物多糖后迅速增大，满足了油气田勘探所需的粘度要求，极大地改善了现有的普通型非速溶生物多糖的分散溶解性能。此外，发明人还出人意料地发现采用本申请的方法在改善现有的普通型非速溶黄原胶分散溶解性能的同时，还提高了黄原胶水溶液的粘度。

本申请的处理剂价格低廉，本申请的方法简单可行。

具体实施方式

下面通过实施例来描述本申请的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本申请的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本申请的教导，结合现有技术对本申请技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。

在以下实施例中：黄原胶购于河北鑫合生物化工有限公司，其商品代号为XCT；温轮胶购于河北鑫合生物化工有限公司，其商品代号为XP；瓜尔胶购于北京矿冶研究总院，其商品代号为油田用一级；N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(CAS:1760-24-3)购买自南京联硅化工有限公司，商品代号为KH-792；乙醇为无水乙醇(化学纯)，购于天津试剂厂。

从以下两个方面来评价本申请的方法对黄原胶、温轮胶及瓜尔胶生物多糖等生物多糖的分散溶解状况的改善效果：(1)生物多糖加入到水中后的分散溶解状况；和(2)生物多糖加入到水中后的水化增粘速度。

在本申请中，通过目视观察水中是否出现胶团和”鱼眼”的量将生物多糖在水中的分散溶解状况分为差、良及优三级；通过粘度计来测定水化增粘速度，水化增粘速度越快表示生物多糖的分散溶解性能越好。

实施例1-5

实施例1-5为改善黄原胶分散溶解性能的实施例。

按表1的用量，分别称取100g黄原胶粉末于实验室用捏合机中并喷洒由不同量的乙醇和双氨基硅烷配制的处理剂，捏合10min后，出料并在85℃焙烘1.5h，即得处理后的黄原胶。

(1)将未经处理的黄原胶粉末与经实施例1-5处理后的黄原胶粉末分别加入水中观察其分散溶解状况。(2)分别取0.5g未经处理的黄原胶粉末与经实施例1-5处理后的黄原胶粉末加入到99.5g水中，经过一段时间后测定黄原胶水溶液的粘度。结果请见表1。

表1

注：*表示由6速粘度计测定质量浓度为0.5％黄原胶水溶液的粘度。

由表1可以看出，未经处理的黄原胶直接加入水中易产生胶团及“鱼眼”；经实施例1-5处理的黄原胶直接加入水中，迅速分散，只有少量甚至无“鱼眼”产生，说明本申请的方法对黄原胶的分散溶解性能的改善效果很好。并且根据水化5min、10min及20min后的粘度数据可知，经实施例2处理的黄原胶的水化增粘速度最快，表示实施例2的方法对黄原胶的分散溶解性能的改善效果最好。另外，从表1可以惊奇地发现，经过处理之后，黄原胶水溶液的粘度显著提高。

实施例6-9

实施例6-9为改善温轮胶分散溶解性能的实施例。

按表2的用量，并按照实施例1-5的方法处理温轮胶，然后观察温轮胶在水中的分散溶解状况、测定黄原胶水溶液的粘度。结果请见表2。

表2

注：*表示由6速粘度计测定质量浓度为0.5％的温轮胶的粘度

由表2可以看出，未经处理的温轮胶直接加入水中易产生胶团及“鱼眼”；经实施例6-9处理的温轮胶直接加入水中，迅速分散，只有少量甚至无“鱼眼”产生，说明本申请的方法对温轮胶的分散溶解性能的改善效果很好。并且根据水化5min及10min后的粘度数据可知，经实施例8处理的温轮胶的水化增粘速度最快，表示实施例8的方法对温轮胶的分散溶解性能的改善效果最好。水化20min后，经实施例6-9处理的温轮胶与未经处理的温轮胶的水溶液的粘度相近，说明经过处理之后，温轮胶水溶液的最终粘度虽然没有提高，但是也未受到负面影响。

实施例9-13

实施例9-13为改善瓜尔胶分散溶解性能的实施例。

按表3的用量，并按照实施例1-5的方法处理瓜尔胶，然后观察瓜尔胶在水中的分散溶解状况、测定瓜尔胶水溶液的粘度。结果请见表3。

表3

注：*表示由6速粘度计测定质量浓度为0.5％的瓜尔胶的粘度

由表3可以看出，未经处理的瓜尔胶直接加入水中易产生胶团及“鱼眼”；经实施例9-13处理的瓜尔胶直接加入水中，迅速分散，无“鱼眼”产生，说明本申请的方法对瓜尔胶的分散溶解性能的改善效果很好。并且根据水化5min及10min后的粘度数据可知，经实施例10-11处理的瓜尔胶的水化增粘速度最快，表示实施例10-11的方法对瓜尔胶的分散溶解性能的改善效果最好。经实施例12-13处理的瓜尔胶，可能是因为处理剂中的硅烷偶联剂相对于瓜尔胶过量导致处理过度，使得瓜尔胶水溶液的最终粘度低于未经处理的瓜尔胶水溶液的粘度。

所述仅为本申请的优选实施例，并非对本申请作出任何形式上和实质上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更改、修饰与演变的等同变化均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更改、修饰与演变等均在本申请的由权利要求界定的范围内。

Claims (10)

1.一种改善油田用生物多糖的分散溶解性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

将硅烷偶联剂与甲醇或乙醇配制成处理剂；

将生物多糖的粉末与≥2％的基于生物多糖重量的处理剂混合，在60～90℃下焙烘1～2h；

其中，以生物多糖的重量为基准，所述硅烷偶联剂的添加量为0.1～1％。

2.根据权利要求1所述的方法，以生物多糖的重量为基准，所述硅烷偶联剂的添加量为0.2～0.8％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，以生物多糖的重量为基准，所述处理剂的用量为2～6％，优选为4％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，所述硅烷偶联剂选自由单氨基硅烷、双氨基硅烷和三氨基硅烷组成的组。

5.根据权利要求4所述的方法，所述单氨基硅烷选自由氨丙基三甲(或乙)氧基硅烷、氨丙基三甲(或乙)氧基硅烷和二(3-三甲氧基硅烷基丙基)胺组成的组。

6.根据权利要求4所述的方法，所述双氨基硅烷选自由N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷和N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷组成的组。

7.根据权利要求4所述的方法，所述三氨基硅烷为N-(2-氨乙基)-氨丙基三乙氧基硅烷。

8.根据权利要求1所述的方法，所述焙烘的温度为85℃，所述焙烘的时间为1.5h。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，所述生物多糖为黄原胶、或温轮胶、或瓜尔胶。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述生物多糖为黄原胶，并且以黄原胶的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.4～1％；

所述生物多糖为温轮胶，并且以温轮胶的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.4～0.8％；

所述生物多糖为瓜尔胶，并且以瓜尔胶的重量为基准，硅烷偶联剂的添加量为0.1～0.4％。