CN112851834B - 一种抗温琼脂的制备方法及应用 - Google Patents

一种抗温琼脂的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗温琼脂的制备方法，过程如下：将4g琼脂粉倒入96g沸水中，通过搅拌和加热使得琼脂完全溶解，然后加入2~5g氯化钠或氯化钾，搅拌溶解后放入85℃水浴锅中反应10~30min，再加入0.5~2ml阳离子醚化剂，反应0.5~2h后再加入5~10ml、浓度为5%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，PH值调节至12以上，调整水温至40~60℃，反应15~20h后，加入盐酸或硫酸使溶液PH变为中性，最后加入琼脂絮凝剂，絮凝出来的产品经过滤、烘干、粉碎后，得到抗温琼脂。所述阳离子醚化剂为3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵，所述琼脂絮凝剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种混合物。本发明可制备熔点高、耐温强、强度高的改性琼脂，有效解决了高温地层中的封堵问题和处理剂的覆膜问题。

Description

一种抗温琼脂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及油田化学及工程技术领域，具体涉及一种抗温琼脂MLQ的制备方法及应用。
背景技术
油田在经历长期注水后，储层的物性会发生很大变化，特别是地层渗透率提高后，窜流现象频繁发生，最终使得原油采收率快速下降。为了解决窜流问题，如何有效封堵地层的裂缝孔道和降低地层渗透率成为了关键，通常包括机械堵水和化学堵水两种方法。机械堵水是指采用封隔器卡封井筒内的出水层来阻止水淹层的水流入井内；化学堵水是采用化学处理剂对裂缝孔道造成一定堵塞，减少水流入井内。化学堵水不仅封堵效果好，而且应用范围广，因此广泛应用于各种堵水作业中。常用的堵剂包括树脂型堵剂、沉淀型堵剂、凝胶型堵剂和冻胶型堵剂，其中冻胶型堵剂应用最为广泛。
琼脂是一种从红海藻纲中提取的多糖类物质，同时也是一种亲水性凝胶，常温下以固体凝胶形态存在，加热后可以迅速熔化，成为液体状。由于琼脂具有良好的热可逆性以及含有人体所需的多种微量元素，被广泛应用于食品行业来改善食品的质构。琼脂具有较强的胶凝效果，计时浓度为0.004％的琼胶溶液在常温下也能成为凝胶，且对比同浓度下的其他凝胶，琼脂的凝胶强度更强，因此也可以考虑将其作为堵剂应用于堵水作业中。但由于琼脂在40℃左右凝固，80℃左右熔化，因此很难将其用于高温地层中的堵剂和覆膜材料。曹明昭等采用琼脂和氯乙酸合成了羧甲基琼脂，却降低了琼脂的凝固点和熔点(曹明昭,李健春,张语樵,张晓东.羧甲基化琼脂的合成及性能表征[J].武汉工程职业技术学院学报,2014,26(01):9-12)。发明专利“由17－羟基－甾体内酯合成喷脑皂甙元的方法”(CN20051011224.2)通过化学反应降低琼脂的熔点；“一种全面提高琼脂品质的改性方法”(CN201910330731.5)公开了一种采用过氧化氢氧化改性琼脂的方法，提高了琼脂的热稳定性，略微提高了琼脂的熔点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗温琼脂的制备方法，通过化学反应制得具有熔点高，耐温强，强度高的改性琼脂，有效解决了高温地层中的封堵问题和处理剂的覆膜问题。本发明通过改性传统琼脂获得的抗温琼脂扩大了琼脂的应用范围，且绿色环保，具有广阔的市场应用前景。
本发明的另一目的在于提供上述抗温琼脂的应用，是指将其用于高温地层中的堵剂和处理剂的覆膜材料。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种抗温琼脂的制备方法，过程如下：将4g琼脂粉倒入96g沸水中，通过搅拌和加热使得琼脂完全溶解，然后加入2～5g氯化钠或氯化钾，搅拌溶解后放入85℃水浴锅中反应10～30min，再加入0.5～2ml阳离子醚化剂，反应0.5～2h后再加入5～10ml、浓度为5％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，PH值调节至12以上，调整水温至40～60℃，反应15～20h后，加入一定量的盐酸或硫酸使得溶液PH变为中性，最后加入琼脂絮凝剂，絮凝出来的产品经过滤、烘干、粉碎后，得到抗温琼脂MLQ。
所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
所述琼脂絮凝剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种混合物。
主要是3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与琼脂上的羟基发生取代反应，反应历程如下：
Figure BDA0002890142040000021
本发明通过将琼脂溶于一定量的水中，加入碱性试剂和阳离子醚化剂，最终反应生成抗温琼脂MLQ。相比于传统的琼脂，MLQ成胶后的溶解温度在110℃左右，高于传统琼脂20℃，更适合作为高温环境中的覆膜材料。在同一种低温环境下，传统琼脂的脱水速度大于MLQ的脱水速度，MLQ更适合作为食物的保鲜材料。在同一种浓度下成胶的MLQ和传统琼脂，MLQ强度远高于传统琼脂，且绿色环保，更适合作为高温地层中的堵剂和处理剂的覆膜材料。
本发明利用3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵对原琼脂进行化学修饰，填补了抗温性琼脂制备工艺上的空白。与现有的其他琼脂改性技术相比，其优越性在于通过阳离子醚化剂对琼脂进行醚化反应，使得琼脂成胶后熔点得以提高，增加了琼脂的韧性、强度和抗温性，可用于高温堵剂和高温覆膜材料，大大拓展了琼脂的应用范围。
附图说明
图1为抗温琼脂MLQ的成胶显微镜图。
图2为传统琼脂的成胶显微镜图。
图3为传统琼脂与抗温琼脂MLQ作为过硫酸铵覆膜材料来破胶的对比图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1抗温琼脂MLQ的制备
步骤1、将4g的琼脂粉倒入96g煮沸的热水中，通过搅拌和加热使得琼脂完全溶解；
步骤2、将4g的氯化钠加入溶解的琼脂溶液中，加热搅拌至完全溶解；
步骤3、将烧杯放入温度为85℃的水浴锅中，反应20min后加入0.5ml的阳离子醚化剂；
步骤4、搅拌反应1h后加入7ml的氢氧化钠溶液，调整水温到50℃进行反应；
步骤5、反应18h后，加入盐酸溶液调节溶液PH至7，采用3倍体积的无水乙醇进行絮凝，经抽滤烘干后得到改性琼脂MLQ。
经过测定，传统琼脂与MLQ成胶与溶解温度对比如表1所示。
表1传统琼脂与MLQ成胶与溶解温度对比表
样品 颗粒溶解温度(℃) 成胶温度(℃) 成胶再融温度(℃)
传统琼脂 95以上 35以下 90以上
MLQ 100以上 40以下 110以上
根据表1可以看出，改性后的琼脂MLQ初始溶解温度、成胶温度、成胶再融温度都比传统温度高，其根本原因是向琼脂糖分子上引入了阳离子结构，增加了原物质的强度。
根据实施例1制备的抗温琼脂MLQ样品合成的MLQ烘干颗粒与传统琼脂相比，MLQ颜色偏淡黄色。
将MLQ经过粉碎研磨成粉状物质，和传统琼脂一样的粒径，同时将5g的MLQ和传统琼脂加入95g沸水中，使其完全溶解，冷却成胶，观察发现传统琼脂的成胶强度I级，MLQ的成胶强度是J级(成胶I级表面不流动，J级表面不流动且通过敲打底部可以感觉到音叉般的机械振动，属最高强度级别)，MLQ强度明显高于传统琼脂，测定其成胶后的内部结构结果如图1、图2所示，对比发现，MLQ成胶后的内部排列更加规则，更加致密，传统琼脂内部结构较为松散。
实施例2 MLQ与传统琼脂作为覆膜材料的应用对比
MLQ与传统琼脂作为覆膜材料的实施步骤：
(1)分别取5g的MLQ和传统琼脂加入95g沸水中，溶解后继续搅拌加热使其熔融状；
(2)分别向两种熔融状样品中加入5g过硫酸铵固体，搅拌1h，使其充分混匀，然后冷却成胶；
(3)配置5％的聚丙烯酰胺溶液，并加入0.5g的多聚甲醛，放入90℃的烘箱中使其成胶；
(4)将成胶后的聚丙烯酰胺凝胶和使用琼脂材料覆膜的过硫酸铵按照10：1的比例分别加入不同温度的水溶液中，观察凝胶的破胶时间，同样方法做MLQ材料作对比，其最终结果如图3所示。结果表明使用MLQ材料作为覆膜材料的过硫酸铵破胶时间更长，主要是因为同一温度下MLQ比传统琼脂更加耐温；
(5)将5g的MLQ和传统琼脂加入95g沸水中，使其完全溶解，冷却成胶，分别将成胶后的MLQ和传统琼脂常温保存，观察它的的脱水情况，对比发现，传统琼脂表面干燥粗糙，脱水严重，MLQ的表面光滑整洁，跟初始成胶情况无异。
实施例3 MLQ与传统琼脂作为堵剂材料的应用对比
MLQ与传统琼脂作为堵剂材料的实施步骤：
(1)分别取5g的MLQ和传统琼脂加入95g沸水中，搅拌加热溶解；
(2)将溶解的物质采用岩心驱替装置注入岩心，冷却后使得溶液在岩心裂缝中成胶，分别测定在80℃、90℃、100℃、110℃、120℃下的封堵率，其结果如表2所示。
表2 MLQ和传统琼脂的封堵率对比图
温度(℃) MLQ封堵率(％) 传统琼脂封堵率(％) 加热时间(h)
50 100 100 0.5
60 100 100 0.5
70 100 100 0.5
80 100 100 0.5
90 100 95 0.5
100 98 91 0.5
110 95 85 0.5
120 85 70 0.5
从表中可以可能看出MLQ和传统琼脂在低温下封堵率都是100％，但在90℃以上后，MLQ的封堵率大于传统琼脂，因为MLQ耐温更强，溶解更少。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种抗温琼脂的制备方法，过程如下：将4g琼脂粉倒入96g沸水中，通过搅拌和加热使得琼脂完全溶解，然后加入2~5g氯化钠或氯化钾，搅拌溶解后放入85℃水浴锅中反应10~30min，再加入0.5~2ml阳离子醚化剂，所述阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，
反应0.5~2h后再加入5~10ml、浓度为5%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，PH值调节至12以上，调整水温至40~60℃，反应15~20h后，加入一定量的盐酸或硫酸使得溶液PH变为中性，最后加入琼脂絮凝剂，絮凝出来的产品经过滤、烘干、粉碎后，得到抗温琼脂。
2.如权利要求1所述的一种抗温琼脂的制备方法，其特征在于，所述琼脂絮凝剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种混合物。
3.如权利要求1所述的一种抗温琼脂的制备方法，其特征在于，通过该方法制备的抗温琼脂，用于高温地层中的堵剂和处理剂的覆膜材料。
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