[发明专利]一种可降解水凝胶用交联剂及基于交联剂的可降解聚丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种可降解水凝胶用交联剂及基于交联剂的可降解聚丙烯酰胺水凝胶及其制备方法；可降解水凝胶用交联剂由海因环氧树脂、N，N‑二甲基苄胺和丙烯酰胺构成；采用上述交联剂制备的可降解聚丙烯酰胺水凝胶，包括丙烯酰胺、1.8～4.6份水、过硫酸钾和交联剂；该可降解水凝胶用的交联剂能够实现化学交联法的可降解水凝胶制备，且通过对交联剂的调节，实现基于其制备的可降解水凝胶在常温～150℃温度环境范围内适用，且该可降解水凝胶对破胶液具有选择性，仅在加入碱性破胶液的情况下能够实现破胶，破胶时间在90min～72h可调；另外，本申请的交联剂和水凝胶制备方法简单，条件易控，具有很好的市场应用和推广前景。

技术领域

本发明涉及可降解水凝胶技术领域，特别涉及一种可降解水凝胶用交联剂及基于交联剂的可降解聚丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和用途。

背景技术

在地热井进行修井、压裂作业时，常需要对地层进行封堵，传统方法是利用桥塞封隔器等机械工具，但是此类机械工具使用时容易在井筒内遇卡，造成工具在井筒内无法正常取出，需要后续进行大修作业取出工具。

为解决上述问题，研究人员研发出可在井筒内降解的水凝胶材料对井筒进行封堵，可降解水凝胶材料主要由瓜儿胶、田菁胶等天然高分子材料或聚丙烯酰胺等人工合成的水溶性高分子材料构成。这些水溶性高分子材料所配置成的溶液可在井筒温度下聚合并交联形成水凝胶。使用完毕后，可在生物酶或过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵等过氧化物的作用下破胶。过氧化物在井筒内分解产生自由基，这些活泼的自由基可使高分子链发生断裂，同时分解产生的部分酸性物质，对高分子链断裂也会起到辅助作用，从而使高分子凝胶恢复成可流动的溶液，进而流出井筒。然而，现有技术存在以下技术问题：1)采用生物酶类破胶剂只能针对瓜儿胶等天然高分子制成的水凝胶具有较好的破胶效果，且使用温度较低。对于聚丙烯酰胺类合成高分子制成的水凝胶，则难以破胶；2)采用过硫酸钾、过硫酸铵等过氧化物作为破胶剂时，为保证破胶效果，需要将破胶剂制成胶囊提前预埋在胶塞内部。但是由于过氧化物存在半衰期，很快就在胶塞内部释放出自由基，从而降低胶塞的强度；因此，若在胶塞形成后，再向井筒中泵注由过氧化物配置成的破胶液进行破胶，则由于破胶液与胶塞接触的区域才能发生破胶反应，而大量的破胶液并未与胶塞接触，便在高温作用下分解，白白消耗掉。另外，包括过氧化氢在内的部分过氧化物，在高温作用下可能放出氧气，若井筒中存在硫化氢、天然气等伴生气，则有发生爆炸的风险。若在形成凝胶后，在凝胶外部再加入破胶剂，则难以使得凝胶破胶。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于制备可降解水凝胶用的交联剂。

本发明的另一目的是提供一种上述可降解水凝胶用交联剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种适用于常温、中高温和高温井下用于封堵并能够在特定碱液作用下降解解堵的可降解聚丙烯酰胺水凝胶。

本发明的另一目的是提供一种上述可降解聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种上述可降解聚丙烯酰胺水凝胶作为封堵剂适用的用途。

为此，本发明技术方案如下：

一种制备可降解水凝胶用交联剂，由以重量份计的100份海因环氧树脂、0.75～1.7份N,N-二甲基苄胺和6～12份丙烯酰胺构成。

一种制备可降解水凝胶用交联剂的制备方法，步骤如下：将海因环氧树脂、N,N-二甲基苄胺和丙烯酰胺加入至反应瓶中，开启搅拌并升温至60～120℃，搅拌条件下反应17～75min后，冷却至室温，即得到可降解水凝胶用交联剂。

一种采用上述交联剂制备的可降解聚丙烯酰胺水凝胶，包括以重量份计的0.2～0.5份丙烯酰胺、1.8～4.6份水、0.002～0.005份过硫酸钾和0.014～0.04份交联剂。