一种非交联植物胶压裂液及其制备方法技术

本发明专利技术属于压裂液稠化剂技术领域，具体涉及一种非交联植物胶压裂液及其制备方法。针对现有技术中，交联型瓜胶作为压裂液稠化剂包含不溶残渣并使用重金属作为交联剂的问题，本发明专利技术的技术方案包括改性瓜胶，所述改性瓜胶的改性方式为在瓜胶分子链上增加改性基团，所述改性基团为3‑羟基丙酮基、1‑羟基丙酮基、1，3‑羟基丙酮基或羟基乙醛基中的一种或多种。此外，本发明专利技术中还包含对上述改性瓜胶进行改性的方法。本发明专利技术适用于油气井的压裂。

A non-crosslinked vegetable gum fracturing fluid and its preparation method

The invention belongs to the technical field of fracturing fluid thickener, in particular to a non-crosslinking vegetable gum fracturing fluid and a preparation method thereof. In the prior art, the crosslinked guar gum contains insoluble residue as a fracturing fluid thickener and uses heavy metals as crosslinking agent. The technical scheme of the present invention includes modifying guar gum by adding a modified group on the molecular chain of guar gum. The modified group is 3 hydroxyacetone group, 1 hydroxyacetone group, 1,3 hydroxyacetone group or hydroxyethyl group. One or more aldehydes. In addition, the invention also includes a method for modifying the modified guar gum. The invention is suitable for fracturing of oil and gas wells.

【技术实现步骤摘要】
一种非交联植物胶压裂液及其制备方法
本专利技术属于压裂液稠化剂
，具体涉及一种非交联植物胶压裂液及其制备方法。
技术介绍
压裂液的主要作用是：造缝和携砂。压裂液与地层岩石和油藏流体要配伍并且对支撑剂渗透率伤害最小。其主要功能是造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂，因此液体的粘性至关重要。成功的压裂作业要求液体除在裂缝中具有较高的粘度外，还要能够迅速破胶；作业后能够迅速返排；能够很好地控制液体滤失；泵送期间摩阻较低；同时还要经济可行。由于水基液具有价廉、性良且易于控制等特点，已成为应用最为广泛的压裂液。用于稠化压裂液的聚合物之一是瓜胶。瓜胶聚合物具有很强的亲水性，把瓜胶粉加入水中，瓜胶的微粒将溶胀并与水化合，即瓜胶聚合物分子与许多水分子缔合，在溶液中展开并延伸。从而增加了溶液的粘度。瓜胶及其改性品作为压裂液稠化剂在压裂增产技术中已非常完善与成熟。但作为增产改造措施，作业中由其引入的不溶残渣(包括本身残渣及交联破胶后不溶物)往往对投资极大的作业造成致命的风险。且目前环保要求愈来愈高。但是瓜胶交联剂往往采用硼、锆、钛等重金属来增加交联的强度，从而为后续的环保处理增加了难度和风险。
技术实现思路
针对现有技术中，交联型瓜胶作为压裂液稠化剂包含不溶残渣并使用重金属作为交联剂的问题，本专利技术提供一种非交联植物胶压裂液及其制备方法，其目的在于：对瓜胶进行改性，使其即具有较高的粘度，以满足作为压裂液增稠剂的要求，同时又减少破胶后的固体残渣，且不包含重金属成分。本专利技术采用的技术方案如下：一种非交联植物胶压裂液，包括改性瓜胶，所述改性瓜胶的改性方式为在瓜胶分子链上增加改性基团，所述改性基团为3-羟基丙酮基、1-羟基丙酮基、1，3-羟基丙酮基或羟基乙醛基中的一种或多种。优选的，改性瓜胶分子链上的改性基团的数量与改性前瓜胶分子链上的羟基的数量的比例为1：5-1：1。本专利技术还提供上述非交联植物胶压裂液的制备方法，在配制压裂液前，对瓜胶进行改性处理，所述改性处理包括如下步骤：[1]将瓜胶配制成水溶液，加入催化剂，并通入氧气，发生氧化反应，使得瓜胶分子链上的部分羟基转化为酮基；[2]将经过步骤[1]反应的溶液过滤，去除催化剂；然后向溶液中加入改性剂和碱催化剂，加热反应；所述改性剂为1-羟基丙酮、1，3-羟基丙酮或羟基乙醇中的一种或多种；[3]对经过步骤[2]反应的溶液进行干燥、粉碎，即得到用于配制压裂液的粉末状改性瓜胶。优选的，步骤[1]中所述催化剂为Cu、Ag、Pd、MnO2或TiO2中的一种。优选的，步骤[1]中所述加热过程的温度控制在70-90℃。优选的，步骤[2]中所述碱催化剂为碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐或羧酸盐中的一种。优选的，步骤[2]中所述加热过程的温度控制在60-90℃。采用本专利技术的技术方案后，利用改性后的瓜胶配制成压裂液。改性后的瓜胶中，改性基团的特征是包含具有α羟基的羰基，同时瓜胶分子链上本身具有大量的羟基。上述具有α羟基的羰基和羟基能够通过氢键形成七元环结构。以3-羟基丙酮基为例，形成的七元环结构如下：其中，R3、R4、R5和R6均代表改性瓜胶分子链的一部分。在有机分子的环状结构中，不包含氢键的五元环、六元环通常具有稳定的结构；而在有氢键参与的情况下，六元环和七元环通常具有稳定的结构。由于改性瓜胶分子链中存在大量的能够相互形成稳定七元环的改性基团和羟基，因而改性瓜胶分子链之间能够通过形成大量的七元环结构而产生较为强烈的作用力，最终导致了压裂液具有较高的粘度，达到使用要求。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.相比于现有技术中的交联型瓜胶，该技术方案中的改性瓜胶更容易被破胶剂(例如过硫酸铵)氧化成小分子，从而使得破胶后残渣含量较低(低于162mg/L)。2.现有技术中的交联型瓜胶需要添加硼、锆、钛等重金属作为交联剂，而本专利技术避免了使用重金属，对环境友好。3.通过调整改性基团与羟基的数量比例，使得最终配制成的压裂液粘度可调且携砂稳定性好，更具有较瓜胶压裂液明显的降阻功能，使其更适合作为压裂液稠化剂。4.传统植物胶因胶体结构相对弱，携砂稳定性差且破胶往往不彻底，为后期返排求产有较大影响，但本专利技术中的改性瓜胶的开发克服了这一缺陷，且改性后抗性及稳定性更强，甚至可以海水直接配制，且返排液在补充浓度后可直接使用，大大降低了施工成本及环保处理的压力。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。一种非交联植物胶压裂液，包括改性瓜胶，所述改性瓜胶的改性方式为在瓜胶分子链上增加改性基团，所述改性基团为3-羟基丙酮基、1-羟基丙酮基、1，3-羟基丙酮基或羟基乙醛基中的一种或多种。优选的，改性瓜胶分子链上的改性基团的数量与改性前瓜胶分子链上的羟基的数量的比例为1：5-1：1。本专利技术还提供上述非交联植物胶压裂液的制备方法，在配制压裂液前，对瓜胶进行改性处理，所述改性处理包括如下步骤：[1]将瓜胶配制成水溶液，加入催化剂，并通入氧气，发生氧化反应，使得瓜胶分子链上的部分羟基转化为酮基；[2]将经过步骤[1]反应的溶液过滤，去除催化剂；然后向溶液中加入改性剂和碱催化剂，加热反应；所述改性剂为1-羟基丙酮、1，3-羟基丙酮或羟基乙醇中的一种或多种；[3]对经过步骤[2]反应的溶液进行干燥、粉碎，即得到用于配制压裂液的粉末状改性瓜胶。以改性基团为3-羟基丙酮基举例，改性的反应过程如下：其中，R1和R2分别为改性前瓜胶分子链的一部分，R3和R4分别为改性后瓜胶分子链的一部分。优选的，步骤[1]中所述催化剂为Cu、Ag、Pd、MnO2或TiO2中的一种。优选的，步骤[1]中所述加热过程的温度控制在70-90℃。优选的，步骤[2]中所述碱催化剂为碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐或羧酸盐中的一种。优选的，步骤[2]中所述加热过程的温度控制在60-90℃。下面通过具体的实施例对上述技术方案进行举例说明。实施例1本实施例提供一种分子链上具有3-羟基丙酮基的改性瓜胶，且分子链中，3-羟基丙酮基的数量与羟基的数量的比例为1：5。其合成步骤如下：[1]将瓜胶配制成质量分数40％的水溶液，加入Cu作为催化剂，并通入氧气，加热回流，温度控制70-75℃，发生氧化反应，反应时间2小时，使得瓜胶分子链上的部分羟基转化为酮基；[2]将经过步骤[1]反应的溶液过滤，去除Cu；然后向溶液中加入1-羟基丙酮和NaOH，1-羟基丙酮的加入量为瓜胶质量的50％，NaOH的加入量为瓜胶质量的10％，为了减少1-羟基丙酮自身之间的醇醛缩合，减少副产物。可将1-羟基丙酮等分为3-5份分次添加，也可用滴液漏斗进行滴加。本实施例中，将1-羟基丙酮等分为3份分三次添加，每次添加之间间隔1h，反应过程中，加热并回流，温度控制在60-65℃，最后一次添加1-羟基丙酮1h后，反应完成。[3]对经过步骤[2]反应的溶液进行冷却、干燥和粉碎，即得到用于配制压裂液的粉末状改性瓜胶。将本实施例中的改性瓜胶配制成质量分数0.15％的水溶液作为压裂液，测得参数如下：项目应当满足的指标实测数据表观粘度：mPa.s≥1516残渣含量：mg/L≤300162动态滤失系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非交联植物胶压裂液，其特征在于：包括改性瓜胶，所述改性瓜胶的改性方式为在瓜胶分子链上增加改性基团，所述改性基团为3‑羟基丙酮基、1‑羟基丙酮基、1，3‑羟基丙酮基或羟基乙醛基中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种非交联植物胶压裂液，其特征在于：包括改性瓜胶，所述改性瓜胶的改性方式为在瓜胶分子链上增加改性基团，所述改性基团为3-羟基丙酮基、1-羟基丙酮基、1，3-羟基丙酮基或羟基乙醛基中的一种或多种。2.按照权利要求1所述的一种非交联植物胶压裂液，其特征在于：所述改性瓜胶分子链上的改性基团的数量与改性前瓜胶分子链上的羟基的数量的比例为1：5-1：1。3.一种按照权利要求1所述的非交联植物胶压裂液的制备方法，其特征在于，在配制压裂液前，对瓜胶进行改性处理，所述改性处理包括如下步骤：[1]将瓜胶配制成水溶液，加入催化剂，并通入氧气，加热发生氧化反应，使得瓜胶分子链上的部分羟基转化为酮基；[2]将经过步骤[1]反应的溶液过滤，去除催化剂；然后向溶液中加入改性剂和碱催化剂，加热反应；所述改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：原玉红，
申请(专利权)人：河南国中铭泰化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41