CN107522791B - 一种含磺酸基的植物胶及其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含磺酸基的植物胶，所述磺酸基位于半乳甘露聚糖及其衍生物的任意羟基位点上，所述半乳甘露聚糖及其衍生物选自瓜尔胶、香豆胶、田箐胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、羟丙基香豆胶、羧甲基香豆胶以及羟乙基田箐胶中的至少一种，所述磺酸基的取代度为0.20‑0.80。本发明还提供了一种所述含磺酸基的植物胶的制备方法。使用所述含磺酸基的植物胶制备的压裂液粘弹性好。

Description

一种含磺酸基的植物胶及其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种植物胶，更具体地涉及一种含磺酸基的植物胶。
背景技术
稠化剂是水基压裂液中的主要添加剂，其性能好坏对压裂液综合性能、压裂施工效果都有着重要影响。尤其在面临高温、低渗、地层敏感性严重的储层开发时，寻求增稠能力更强、对地层伤害更小、高温稳定性更好的稠化剂逐渐成为国内外学者研究的方向。植物胶增稠能力强、易交联成冻胶、性能稳定，是国内外压裂作业主要使用的稠化剂，主要的植物胶稠化剂种类包括瓜尔胶、香豆胶、田箐胶等，植物胶原粉水不溶物较高，对地层伤害较大，因此，需对其进行化学改性降低其水不溶物，改善其溶解分散性能，常规的改性方法包括羟丙基化和羧甲基化改性工艺等。使用上述改性方法获得的植物胶稠化剂，如羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)等大幅度降低了植物胶水不溶物，目前在现场广泛使用。
然而，随着压裂施工储层条件日趋复杂，上述改性方法获得的植物胶稠化剂无法满足某些压裂改造的要求：如在超高温、大埋深储层施工中，HPG、CMHPG稠化剂使用浓度偏高而造成压裂液基液粘度大、摩阻高，影响泵效；又如在高矿化度、海水等配液条件下，HPG配制冻胶极易发生脱水现象，影响压裂液携砂性能。
发明内容
根据现有技术中的不足，本发明提供了一种含磺酸基的植物胶，使用所述植物胶制备的冻胶压裂液粘弹性好，不发生脱水现象，且使用所述植物胶制备的压裂液基液粘度低，降阻率高。
根据本发明的一个方面，提供了一种含磺酸基的植物胶，所述磺酸基位于半乳甘露聚糖及其衍生物的任意羟基位点上，所述半乳甘露聚糖及其衍生物选自瓜尔胶、香豆胶、田箐胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、羟丙基香豆胶、羧甲基香豆胶以及羟乙基田箐胶中的至少一种。
根据本发明，所述磺酸基为-SO3 -，所述半乳甘露聚糖是一种包括甘露糖骨干和半乳糖旁基的多糖，所述磺酸基的作用在于提高半乳甘露聚糖分子的抗盐耐温性，但是由于瓜胶的交联位点位于在半乳糖或者甘露糖残基上的临位顺式羟基结构上，而磺酸基取代会随机发生在任何羟基位点，会造成邻位羟基结构的破坏，从而降低瓜胶分子的交联性能。因此，在满足抗盐耐温的前提下，较低的取代度能够更好的保留瓜胶的交联特性。
根据本发明的一个具体实施例，所述磺酸基的取代度为0.20-0.80。
根据本发明，还提供了一种所述植物胶的制备方法，包括在惰性气氛下，将分散在分散介质中的半乳甘露聚糖及其衍生物与磺化剂反应，之后调整反应后混合液的pH值到6-7，再经过过滤、洗涤及烘干后得到所述植物胶。
根据本发明，所述惰性气氛是使用本领域常用的保护气体的气氛，例如氮气气氛。
根据本发明，为了防止反应过于剧烈以及由于反应温度过高造成所述半乳甘露聚糖及其衍生物在磺化剂的存在下降解过快，反应温度不宜过高。
根据本发明的一个具体实施例，所述反应温度为20-60℃，优选35-60℃，所述反应时间为20-60min。
根据本发明，所述磺化剂为与所述半乳甘露聚糖及其衍生物发生磺化反应，提供磺酸基，使得所述半乳甘露聚糖及其衍生物上的羟基结构中的氢被磺酸基取代的化学试剂。
根据本发明的一个具体实施例，所述磺化剂选自发烟硫酸、三氧化硫及氯磺酸中的至少一种，以所述半乳甘露聚糖及其衍生物的加入量为100重量份计，所述磺化剂的加入量为20-50重量份，优选为30-50重量份。
根据本发明的一个具体实施例，所述半乳甘露聚糖及其衍生物选自瓜尔胶、香豆胶、田箐胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、羟丙基香豆胶、羧甲基香豆胶以及羟乙基田箐胶中的至少一种。
根据本发明的一个具体实施例，所述分散介质选自异丙醇、石油醚、四氯化碳、二氯甲烷及氯仿中的至少一种，以所述半乳甘露聚糖及其衍生物的加入量为100重量份计，所述分散介质的加入量为150-300重量份。
根据本发明，所述反应后的混合液包括所述半乳甘露聚糖及其衍生物与所述磺化剂反应后的反应产物和未参与反应的分散介质。
根据本发明，还提供了一种压裂液基液，其通过所述植物胶或根据所述植物胶的制备方法制备的植物胶制备，具体制备方法及其他组分采用本领域人员常用的方法及组分即可。
根据本发明，还提供了一种压裂液，其通过所述植物胶或根据所述植物胶的制备方法制备的植物胶或上述的压裂液基液制备，具体制备方法及其他组分采用本领域人员常用的方法及组分即可。
本发明所述含磺酸基植物胶，其制备方法简单，使用该植物胶制备的冻胶压裂液粘弹性好，不发生脱水现象，且使用所述植物胶制备的压裂液基液粘度低，降阻率高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
(1)采用六速粘度计(购自青岛海通达专用仪器有限公司，型号为Fann35)在100rpm下测试粘度；
(2)采用多功能管路摩阻仪(购自江苏海安县科学仪器有限公司，型号为NF-2)测定降阻率；
(3)采用SY/T5764-2007压裂用植物胶通用技术要求中的方法测定取代度。
所述瓜尔胶购自北京瓜儿润科技股份有限公司(石油级40-45型)、所述羟丙基瓜尔胶购自京昆植物胶厂(HPG石油级一级)、香豆胶和羧甲基香豆胶购自安徽黄山植物胶厂(香豆胶为特级粉,羧甲基香豆胶为一级粉)。
实施例1-4
按照表1所示条件制备所述含磺酸基植物胶，其磺酸基取代度在表2中所示。
基于SY/T 5107-2005，以莱州湾海水配制所述含磺酸基植物胶浓度为0.30％的压裂液基液，30℃下溶胀4h，以自来水配制1.0％的硼砂溶液，按照100:4.0的交联比制备交联冻胶压裂液，室温下放置30分钟，目视观察冻胶压裂液，将结果表示在表3中。
基于SY/T 5107-2005，以自来水配置所述含磺酸基植物胶浓度为0.60％的压裂液基液，30℃下溶胀4h，检测溶胀后的压裂液基液，将结果表示在表4中。
对比例1
基于SY/T 5107-2005，以莱州湾海水配制羟丙基瓜尔胶浓度为0.30％的压裂液基液，30℃下溶胀4h，以自来水配制1.0％的硼砂溶液，按照100:4.0的交联比制备交联冻胶压裂液，室温下放置30分钟，目视观察冻胶压裂液，将结果表示在表2中。
基于SY/T 5107-2005，以自来水配置羟丙基瓜尔胶浓度为0.60％的压裂液基液，30℃下溶胀4h，检测溶胀后的压裂液基液，将结果表示在表3中。
对比例2
与对比例1步骤相同，不同之处在于将羟丙基瓜尔胶变更为羧甲基羟丙基瓜尔胶。
表1
Figure BDA0001022439090000041
表2
磺酸基取代度
实施例1 0.78
实施例2 0.43
实施例3 0.65
实施例4 0.23
表3
Figure BDA0001022439090000051
表4
Figure BDA0001022439090000052
Figure BDA0001022439090000061
由以上可知，相比对比例，使用本发明所述的含磺酸基的植物胶制备的压裂液基液，粘度低且降阻率高，此外，使用本发明所述的含磺酸基的植物胶制备的压裂液粘弹性好且能保持一定时间。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (3)

1.一种植物胶的制备方法，包括在惰性气氛下，将分散在分散介质中的半乳甘露聚糖及其衍生物与磺化剂反应，之后调整反应后混合液的pH值到6-7，再经过过滤、洗涤及烘干后得到所述植物胶；
其中，所述磺化剂选自发烟硫酸和/或三氧化硫；所述反应温度为50-60℃；所述分散介质选自异丙醇、石油醚、四氯化碳及二氯甲烷中的至少一种；以所述半乳甘露聚糖及其衍生物的加入量为100重量份计，所述磺化剂的加入量为40-50重量份，所述分散介质的加入量为150重量份；
所述植物胶的磺酸基位于半乳甘露聚糖及其衍生物的任意羟基位点上，所述半乳甘露聚糖及其衍生物选自瓜尔胶、香豆胶、田箐胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、羟丙基香豆胶以及羟乙基田箐胶中的至少一种，所述磺酸基的取代度为0.65-0.80。
2.一种压裂液基液，通过根据权利要求1所述的制备方法制备的植物胶制备。
3.一种压裂液，通过根据权利要求1所述的制备方法制备的植物胶或根据权利要求2所述的压裂液基液制备。
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