一种抗剪切有机硼交联剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于交联剂技术领域，具体公开了一种抗剪切有机硼交联剂及其制备方法。该抗剪切有机硼交联剂通过制备有机硼交联微粒，再与氯氧化锆交联得到。与现有技术相比，本发明专利技术制备的抗剪切有机硼交联剂具备耐温抗剪切性好、抗盐性好等优点。盐性好等优点。盐性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种抗剪切有机硼交联剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及交联剂
，尤其涉及一种抗剪切有机硼交联剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]交联剂作为压裂液中最重要的添加剂之一，是通过交联离子将植物胶分子链上的活性基团以化学键联结起来，形成具有一定弹性的三维网状结构的冻胶。交联剂是水基冻胶压裂液的一个重要组成分，可以有效地提高压裂液的粘度，使压裂液呈冻胶状态，可以有效的提高压裂液的携砂能力使其进入裂缝。特别是面对高温和超高温储层时，聚合物大分子在高温条件下容易发生分子链断裂，迫使冻胶粘度降低，要使液体能适应这种高温环境，就需要加入有效的交联剂来维持液体的粘度。交联剂是一种可通过配位键或化学键与稠化剂大分子发生交联反应的添加剂，交联剂决定了压裂液的粘度性质，交联剂与稠化剂主要是由化学键或配位键发生交联反应，使稠化剂分子形成网状体结构，进一步增稠形成冻胶，同时交联剂对压裂液的成胶速率，耐温性和抗剪切性以及对地层填砂渗透率和破胶等都有很大的影响。交联剂的选用是与稠化剂的特性所决定的，对常用的压裂液稠化剂来说，能应用在压裂施工上的交联剂可分为两大类：有机交联剂和无机交联剂，无机交联剂包括硼酸、硼砂、四氯化钛、氧氯化锆等等；而有机交联剂包括有机硼、有机锆、有机钛、以及复合交联剂等。
[0003]过渡金属离子（钛、锆等）存在空轨道，可以与其他能提供孤电子对的配位原子如羟基上的氧原子、胺基上的氮原子形成配位键，从而和植物胶高分子链上的邻位顺式羟基发生络合作用，生成具有环状结构的多核络合物以达到效果。由于引进了有机配位体，有机过渡金属交联剂拥有较好的稳定性，交联强度较高，导致交联压裂液的耐温性能越强，解决了原来将钛、锆等离子直接加在植物胶上形成冻胶，交联速度过快，形成的冻胶脆、易碎、粘弹性不好、破胶后残渣含量较多的问题。有机锆交联剂是由无机锆盐和配位体所形成的，常用的无机锆盐有四氯化锆、氧氯化锆等，常用配体含有氨基醇、乳酸、乙酰丙酮等，具有显著的延迟交联和抗温能力，另外Zr
4+
具有防黏土膨胀的效果。有机钛交联剂是由Ti
4+
与胺基醇、异丙醇、三乙醇胺和乳酸所合成，可形成钛的多核羟桥络合物离子，且与稠化剂交联时，形成冻胶具有较好粘度，常用的有机钛交联剂有三乙醇胺钛酸盐、钛乳酸盐、正太酸四异丙基酯等，与稠化剂交联的产物交联强度高，耐热性好。在中性pH值下能够形成适用于120℃~150℃油气层压裂，其缺点是有机钛交联剂易水解，降低活性。硼类交联剂主要是由有机硼交联剂和无机硼交联剂两种所组成，无机硼交联剂主要有硼砂、硼酸盐以及四硼酸钠等，有机硼交联体系机理被国内外专家认为是由无机硼水解成硼酸根离子，硼酸根离子在与稠化剂上的邻位顺式羟基作用生成稳定的络合物。硼酸盐水解反应较慢，硼酸根离子与胍胶的邻位顺式羟基反应较快，因此硼酸盐的水解速度决定整个反应的快慢。无机硼交联剂与稠化剂形成的冻胶耐温性差，交联速度快，抗剪切性低且交联效率低，不适合压裂上的应用。因此科研人员研发了有机硼交联剂，利用硼酸盐与有机配体络合成尺寸较大的有机硼交联剂。
[0004]公开号为CN103113874B的专利技术专利公开了一种有机钛交联剂及其制备方法和使用方法，该有机钛交联剂按质量份数将90~110份钛酸丁酯加入到反应器中，加热至60~80℃，在搅拌下向反应器中加入70~90份三乙醇胺，反应30~60分钟，然后再加入70~90份甘油，在60~80℃下反应150~200分钟。将该有机钛交联剂和有机硼交联剂混合，得混合物，然后将混合物加入到质量分数为0.3%的瓜尔胶溶液或魔芋胶溶液中，搅拌，即得压裂液。制备得到的压裂液具有较好的耐温和耐剪切性能，且破胶后残渣含量少、对地层伤害小的优点。但利用该交联剂制备的压裂液抗盐性效果不佳。
[0005]公开号为CN114456200A的专利技术专利公开了一种以PAMAM为核的球形纳米有机硼交联剂及其制备方法和压裂液冻胶，该有机硼交联剂分子结构呈现球状，具有纳米尺寸和多交联点位，通过以下方法制备得到：步骤1、将硼化物与乙二醇按摩尔比1:2~1:10混合，并在搅拌下加热回流直至没有水生成，得到反应混合物，将所述反应混合物冷却至室温，得到中间体A；步骤2、以乙二胺(EDA)或整代数PAMAM为中心核，与丙烯酸甲酯(MA)发生Michael加成反应，制得半代数PAMAM；步骤3、将步骤2所述半代数PAMAM与乙二胺进行酰胺化反应，制得所述整代数PAMAM；步骤4、将步骤3所述整代数PAMAM与步骤1所述中间体A发生反应，并用氢氧化钠处理，制得所述以PAMAM为核的球形纳米有机硼交联剂。制备得到的以PAMAM为核的球形纳米有机硼交联剂具有较高的粘度、良好的剪切恢复性能、成本低、耐温性能优异。在胍胶使用浓度较低的情况下，仍满足90℃~180℃地层条件对压裂液的性能需求，可有效解决有机硼交联胍胶压裂液稠化剂用量高、不耐高温的问题，但是该有机硼交联剂的抗盐效果不佳。
[0006]公开号为CN113817453A的专利技术专利公开了一种纳米有机硼交联剂及其制备方法与应用，该纳米有机硼交联剂采用纳米二氧化硅作为载负体，在纳米二氧化硅表面接枝有氨基硅烷偶联剂，并通过氨基硅烷偶联剂作为桥联接枝硼酸基，硼酸基来自硼酸酯，将制备的纳米有机硼交联剂应用在压裂液中，可以有效降低压裂液中瓜胶稠化剂的使用量，具有破胶时间短和充分的特点。但是该纳米有机硼交联剂抗剪切性不佳。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术中存在的抗剪切性和抗盐性不佳的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐温抗剪切性好，抗盐性好的有机硼交联剂及其制备方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种抗剪切有机硼交联剂，包括如下步制备方法：在加热搅拌状态中，向水中加入柠檬酸，搅拌后再加入氯氧化锆、有机硼交联微粒，继续搅拌，然后加入丙三醇、三乙醇胺，用氢氧化钠水溶液调节pH为7~7.5，搅拌2~5小时，得到抗剪切有机硼交联剂。
[0009]进一步优选的，一种抗剪切有机硼交联剂，包括如下步制备方法，以重量份计：在70~110℃，以300~500转/分钟搅拌的同时，向100~200份水中加入25~80份柠檬酸，搅拌5~10分钟，再加入15~40份氯氧化锆、15~40份有机硼交联微粒，继续搅拌5~15分钟，然后加入30~80份丙三醇、45~100份三乙醇胺，用浓度为20~50wt%的氢氧化钠水溶液调节pH为7~7.5，以300~500转/分钟搅拌2~5小时，得到抗剪切有机硼交联剂。
[0010]优选的，所述有机硼交联微粒制备方法如下：将水、四硼酸钠、柠檬酸混合，在60~80℃搅拌，再加入载体，用氢氧化钠水溶液调
节pH，在100~120℃搅拌2~5小时，加入无水乙醇，继续搅拌10~30分钟，静置，倒去上清液，收集沉淀，干燥，得到有机硼交联微粒。
[0011]进一步优选的，所述有机硼交联微粒制备方法如下，以重量份计：将300~600份水、5~20份四硼酸钠、5~15份柠檬酸混合，在60~80℃以300~500转/分钟搅拌1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗剪切有机硼交联剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：在加热搅拌状态中，向水中加入柠檬酸，搅拌后再加入氯氧化锆、有机硼交联微粒，继续搅拌，然后加入丙三醇、三乙醇胺，用氢氧化钠水溶液调节pH为7~7.5，搅拌2~5小时，得到抗剪切有机硼交联剂；所述有机硼交联微粒是通过四硼酸钠在载体上交联制备得到；所述载体为聚乙二醇二甲基丙烯酸甲酯微球与改性氧化石墨烯质量比为(0.2~1):1的混合物。2.如权利要求1所述的一种抗剪切有机硼交联剂的制备方法，其特征在于，所述有机硼交联微粒制备方法如下：将水、四硼酸钠、柠檬酸混合，在60~80℃搅拌，再加入载体，用氢氧化钠水溶液调节pH为7~7.5，在100~120℃搅拌2~5小时，加入无水乙醇，继续搅拌10~30分钟，静置，倒去上清液，收集沉淀，干燥，得到有机硼交联微粒。3.如权利要求2所述的一种抗剪切有机硼交联剂的制备方法，其特征在于：所述水、四硼酸钠、柠檬酸、载体、无水乙醇的质量比为300~600:5~20:5~15:1~3:40~60。4.如权利要求1所述的一种抗剪切有机硼交联剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇二甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法如下：将4
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乙烯基吡啶、二甲基丙烯酸乙二醇酯、浓度为50~70wt%的乙醇水溶液混合均匀，再加入偶氮二异丁腈，搅拌，以10~20mL/min速度通氮气，通氮气时间为6~15分钟，密封条件下在70~90℃反应4~6小时，离心，收集固体，用无水乙醇洗涤，干燥，得到聚乙二醇二甲基丙烯酸甲酯微球。5.如权利要求4所述的一种抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江银，李江昆，李凯琛，丁全福，李美玲，于长美，
申请(专利权)人：东营江源化工有限公司，
类型：发明
国别省市：