一种热可逆水凝胶及其制备方法和在油气管道暂堵中的应用与流程

本发明涉及油气管道热工作业的暂堵，尤其涉及一种热可逆水凝胶及其制备方法和在油气管道暂堵中的应用。

背景技术：

1、油气管线是输送油气的一种安全、高效、廉价的运输方式。随着油气开采的日益增加，要求油气输送管线进行升级改造。此外，由于腐蚀或应力的作用常常会导致油气输送管线的破损，这都需要对管线进行维修改造，以避免巨大的经济损失。现有对管线的改造维修方式通常是在停产期间采用冷切割的方式将旧管段切割，再向管道内安装封堵器，密封管道后进行焊接，为了便于取出封堵器，在新装管段上需要增加配对法兰。整个施工过程效率低下，封堵器取出困难，停产时间较长，带来的经济损失较大。

2、将冷切割改为热切割施工工艺能够极大提高施工效率，能够避免较长时间停产带来的经济损失。热切割过程需要将施工管段进行封堵密封以隔绝油气，来确保热工作业的安全性。水凝胶是一种由三维交联网络结构和填充在网络结构中溶剂所组成的高分子材料，其具有高的含水量、可调节的力学性能以及可随温度、ph等环境刺激条件变化下的形态转变性，因此提出应用于在管道暂堵领域。现有技术中公开了一种化学交联的水凝胶进行管道封堵能够确保热工作业的安全性。然而，化学交联水凝胶在注入管道过程中受到较大的剪切作用，使得水凝胶强度降低，难以实现水凝胶在管道中的有效封堵。此外，化学交联水凝胶难以实现完全破胶，残余的凝胶颗粒可能堵塞管道内的阀门或仪表，这给管道安全性带来了极大的挑战。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种热可逆水凝胶及其制备方法和在油气管道暂堵中的应用。

2、第一方面，本发明提供了一种热可逆水凝胶，所述热可逆水凝胶是通过含有尿嘧啶基团的功能聚合物和小分子交联剂进行非共价键交联所得；

3、其中，含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物的化学结构通式如式(i)所示；

4、式(i)：r为功能聚合物链；

5、所述小分子交联剂包括三聚氰胺、2,6-二氨基嘌呤和2,6-二氨基吡啶中的至少一种。

6、进一步地，所述小分子交联剂为三聚氰胺。

7、进一步地，所述含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物的制备方法包括以下过程：

8、将多氨基聚合物、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、乳清酸、n-羟基丁二酰亚胺溶于第一溶剂中，调整ph值为2～9，在25～75℃下反应12～48小时，得到聚合物水溶液；

9、采用截留分子量为3000～5000道尔顿的透析装置对所述聚合物水溶液进行透析，得到含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物；

10、其中，所述多氨基聚合物包括壳聚糖和聚乙烯亚胺中的至少一种。

11、进一步地，含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物和所述小分子交联剂的重量比为(0.1～10):(0.1～10)。

12、第二方面，本发明提供了一种第一方面任一项所述的热可逆水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

13、得到含有尿嘧啶基团的功能聚合物；

14、将含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物溶于第二溶剂中进行加热搅拌，得到功能聚合物热溶液；

15、向所述功能聚合物热溶液中加入小分子交联剂进行搅拌溶解，得到预成胶溶液；

16、将所述预成胶溶液进行冷却，得到所述热可逆水凝胶。

17、进一步地，所述加热搅拌的温度为65～95℃；所述第二溶剂包括水。

18、进一步地，以重量百分数计，所述功能聚合物热溶液中含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物的含量为0.1％～10％；以重量百分数计，所述预成胶溶液中小分子交联剂的含量为0.1％～10％。

19、第三方面，本发明提供了第一方面任一项所述的热可逆水凝胶，和/或，第二方面任一项所述的制备方法制得的热可逆水凝胶在油气管道暂堵中的应用。

20、进一步地，将所述热可逆水凝胶应用于油气管道暂堵时，包括以下步骤：

21、将所述热可逆水凝胶进行加热，得到热可逆水凝胶溶液；

22、将所述热可逆水凝胶溶液注入经降温处理后的待封堵区域的管道内，完成封堵；

23、待热工作业完成后，向管道内注入热水进行解堵，完成解堵。

24、进一步地，封堵时，可将所述热可逆水凝胶溶液替换为所述预成胶溶液；所述热可逆水凝胶溶液和所述预成胶溶液的温度为40～70℃，待封堵区域的管道的温度为-10～20℃；

25、解堵时，热水的温度为50℃～90℃。

26、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

27、1)本发明提供一种热可逆水凝胶，该热可逆水凝胶是由含有尿嘧啶基团的功能聚合物和如三聚氰胺等小分子交联剂通过三重氢键作用进行非共价键交联所得。相较于现有热可逆水凝胶，本发明通过上述特定原料所形成的基于三重氢键交联的热可逆水凝胶具有更快热响应速率，能够快速破胶解堵，可在一定温度下实现快速的溶胶-凝胶转变，利用水凝胶的热可逆性质能够有效解决现有水凝胶注入管道后强度降低的问题以及难以彻底破胶等问题。

28、2)本发明利用非共价键(三重氢键作用)构筑所得的热可逆水凝胶材料，制备过程简单，在油气管道暂堵中的应用，是以溶液形式注入管道进行成胶封堵，后续采用热水进行解堵，这有效避免了水凝胶直接注入管道而出现凝胶强度降低，以及后续难以彻底破胶解堵的问题，保证了热工作业和后续管道运行的安全性。

技术特征：

1.一种热可逆水凝胶，其特征在于，所述热可逆水凝胶是通过含有尿嘧啶基团的功能聚合物和小分子交联剂进行非共价键交联所得；

2.根据权利要求1所述的热可逆水凝胶，其特征在于，所述小分子交联剂为三聚氰胺。

3.根据权利要求1所述的热可逆水凝胶，其特征在于，所述含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物的制备方法包括以下过程：

4.根据权利要求1～3任一项所述的热可逆水凝胶，其特征在于，含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物和所述小分子交联剂的重量比为(0.1～10):(0.1～10)。

5.一种权利要求1～4任一项所述的热可逆水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的热可逆水凝胶的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为65～95℃；所述第二溶剂包括水。

7.根据权利要求5所述的热可逆水凝胶的制备方法，其特征在于，以重量百分数计，所述功能聚合物热溶液中含有尿嘧啶基团的所述功能聚合物的含量为0.1％～10％；以重量百分数计，所述预成胶溶液中小分子交联剂的含量为0.1％～10％。

8.权利要求1～4任一项所述的热可逆水凝胶，和/或，权利要求5～7任一项所述的制备方法制得的热可逆水凝胶在油气管道暂堵中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述热可逆水凝胶应用于油气管道暂堵时，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，封堵时，可将所述热可逆水凝胶溶液替换为所述预成胶溶液；所述热可逆水凝胶溶液和所述预成胶溶液的温度为40～70℃，待封堵区域的管道的温度为-10～20℃；

技术总结
本发明涉及一种热可逆水凝胶及其制备方法和在油气管道暂堵中的应用，涉及油气管道热工作业的暂堵技术领域，本发明提供的热可逆水凝胶是由含有尿嘧啶基团的功能聚合物和如三聚氰胺等小分子交联剂通过三重氢键作用进行非共价键交联所得。相较于现有热可逆水凝胶，本发明通过上述特定原料所形成的基于三重氢键交联的热可逆水凝胶具有更快热响应速率，可在一定温度下实现快速的溶胶‑凝胶转变，利用水凝胶的热可逆性质能够有效解决现有水凝胶注入管道后强度降低的问题以及难以彻底破胶等问题。同时，该热可逆水凝胶应用于油气管道暂堵时，是以溶液形式注入管道进行成胶封堵，后续采用热水进行解堵，有效保证了热工作业和后续管道运行的安全性。

技术研发人员：欧宇钧,朱沫,许丽洁,吴伟,罗玉贵
受保护的技术使用者：中海油能源发展装备技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8