CN103087535A

CN103087535A - 固体纳米乳化石蜡及其制备方法

Info

Publication number: CN103087535A
Application number: CN2013100366634A
Authority: CN
Inventors: 雷忠利; 钞婷; 杨红
Original assignee: Shaanxi Normal University
Current assignee: Shaanxi Normal University
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103087535B

Abstract

一种固体纳米乳化石蜡及其制备方法，所用原料的质量份配比为：切片石蜡100、乳化剂30～50、数均分子量为7400的羧甲基纤维素钠1～3、液体石蜡5～20、白油20～40、乙醇2～8、水150～350。其制备方法：切片石蜡放入三口烧瓶，75～95℃油浴加热，切片石蜡溶化后加入乳化剂和乙醇，100转/分钟搅拌均匀；加入液体石蜡和白油，100转/分钟搅拌均匀；分3次每间隔10分钟加入75～95℃PH值为9的水，600～1000转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时；28分钟后加入羧甲基纤维素钠，搅拌35分钟，产物冷却，得固体纳米乳化石蜡。固体纳米乳化石蜡添加到基浆中制备成钻井液，经实验，表明固体纳米乳化石蜡具有很好的润滑性，能满足钻井工程要求。

Description

固体纳米乳化石蜡及其制备方法

技术领域

本发明属于含有高分子物质的固体制品领域，具体涉及到钻井液用固体纳米乳化石蜡。

背景技术

石蜡是一种用途广泛的石油烃混合物，具有防水、抗油、上光等综合性能，在皮革、造纸、纺织及石油化工等方面广泛使用。石蜡及其它动植物蜡在室温都呈固态，不溶于水，溶于有机溶剂。由于有机溶剂污染环境，使用不便，因此需将石蜡以微粒分散于水中制成O/W型乳状液。乳化石蜡产品是一种投入少、产出多、附加值高的产品。由于石蜡乳液抑制黏土膨胀和分散的能力较强，防塌和润滑性能好，可保证在复杂地层安全钻进，有很好的油层保护效果，因此在石油钻探工业中有很好的应用前景。

石蜡是一种难于乳化的物质，制备乳化颗粒细而匀，稳定性好的蜡乳液，目前仍为上述应用中的一个难题。

乳化石蜡是将石蜡均匀地分散在水中，借助乳化剂的定向吸附作用，在机械外力的作用下制成的一种含蜡含水的均匀流体。根据所使用的表面活性剂的类型可分为阳离子型乳化蜡、阴离子型乳化蜡、非离子型乳化蜡和两性离子型乳化蜡。在国外乳化蜡的生产是一个相当成熟的工艺。20世纪50年代，美孚石油公司开始研究开发乳化蜡。60年代，美国己普遍使用乳化蜡。70年代，英国、联邦德国、日本也开始研究和应用乳化蜡。目前，国内乳化蜡产品的研究工作还刚刚起步，所生产的乳化蜡产品的品种、规格还较少。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种混合均匀、稳定性好、便于贮藏的固体纳米乳化石蜡。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种固体纳米乳化石蜡的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述质量份配比的原料制成：

上述的乳化剂由司班60的质量分数为34%～53%、吐温80的质量分数为47%～66%混合制成；切片石蜡为市场上销售的商品，由上海标本模型厂销售。

在本发明的原料配比中优选按下述质量份配比的原料制成：

在本发明的原料配比中最佳按下述质量份配比的原料制成：

在本发明的原料配比中，乳化剂由司班60的质量分数最佳为44%、吐温80的质量分数最佳为56%混合制成。

上述的固体纳米乳化石蜡的制备方法由下述步骤组成：

1、将切片石蜡放入三口烧瓶中，75～95℃油浴加热，待切片石蜡溶化后加入乳化剂和乙醇，100转/分钟搅拌均匀。

2、再加入液体石蜡和白油，100转/分钟搅拌均匀。

3、分3次每间隔10分钟加入75～95℃PH值为9的水，600～1000转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。

4、28分钟后加入数均分子量为7400的羧甲基纤维素钠，搅拌35分钟，倒出产物，冷水冷却，制备成固体纳米乳化石蜡。

在上述的固体纳米乳化石蜡的制备方法的步骤3中，分3次每间隔10分钟加入最佳90℃PH值为9的水，最佳800转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。

采用本发明制备的固体纳米乳化石蜡均匀、稳定、用量少、便于贮藏及运输，具有良好的润滑性，所制备的固体纳米乳化石蜡添加到基浆中制备成钻井液，经实验室研究实验，表明固体纳米乳化石蜡具有很好的润滑性，能满足钻井工程的要求，可作为钻井液的添加剂。

附图说明

图1是实施例1制备的固体纳米乳化石蜡用激光粒度仪测试的曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

以所用原料切片石蜡10g为例，所用的其它原料及其质量配比如下：

上述的乳化剂由1.76g司班60和2.24g吐温80混合制成，在其配比中，司班60的质量分数为44%，吐温80的质量分数56%。

上述固体纳米乳化石蜡的制备方法如下：

1、称取10g切片石蜡，放入三口烧瓶中，90℃油浴加热，待切片石蜡溶化后加入乳化剂，乙醇，100转/分钟搅拌均匀。

2、再加入液体石蜡和白油，100转/分钟搅拌均匀。

3、分3次每间隔10分钟加入90℃PH值为9的水，800转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。

实施例2

以所用原料10g切片石蜡为例，所用的其它原料及其质量配比如下：

制备乳化剂所用原料与实施例1相同，在原料配比中，司班60的质量分数、吐温80的质量分数与实施例1相同。

固体纳米乳化石蜡的制备方法与实施例1相同，制备成固体纳米乳化石蜡。

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

在以上的实施例1～5中，乳化剂的用量与相应的实施例相同，在乳化剂的配比中，司班60的质量分数为34%，吐温80的质量分数66%，其它原料及其用量与相应的实施例相同。

实施例7

在以上的实施例1～5中，乳化剂的用量与相应的实施例相同，在乳化剂的配比中，司班60的质量分数为53%，吐温80的质量分数47%，其它原料及其用量与相应的实施例相同。

实施例8

在以上的实施例1～7所用的原料及其配比与相应的实施例相同。在制备方法的步骤3中，分3次每间隔10分钟加入75℃PH值为9的水，1000转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。其他步骤与实施例1相同，制备成固体纳米乳化石蜡。

实施例9

在以上的实施例1～5所用的原料及其配比与相应的实施例相同。在制备方法的步骤3中，分3次每间隔10分钟加入95℃PH值为9的水，600转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。其他步骤与实施例1相同，制备成固体纳米乳化石蜡。

为了确定本发明的最佳工艺步骤，发明人进行了大量的实验室研究试验，各种试验情况如下：

1、确定乳化剂原料配比

取切片石蜡5份，每份10g，分别置于5个500ml三口烧瓶中，90℃油浴加热，待切片石蜡溶化后分别加入4g乳化剂和0.5g乙醇，5份乳化剂按下述质量配比混合制成：

2.12g司班60、1.88g吐温80，1.96g司班60、2.04g吐温80，1.76g司班60、2.24g吐温80，1.56g司班60、2.44g吐温80，1.36g司班60、2.64g吐温80。100转/分钟搅拌均匀。其他步骤与实施例1相同，制备成5种固体纳米乳化石蜡。

所制备的固体纳米乳化石蜡采用GNF-1型高温高压粘附仪测试粘附系数，具体测试步骤如下：

配制基浆：在400mL去离子水中加入20g钙质膨润土和1.0g碳酸钠，11000转/分钟搅拌20分钟，室温密闭老化24小时，得含土量为5%的基浆。

测量粘附系数：分别取每种固体纳米乳化石蜡8.42g加入已经老化的基浆中配制成5种钻井液，11000转/分钟搅拌20分钟，再老化24小时，用GNF-1型高温高压粘附仪测量粘附系数。加热到80℃，将配好的钻井液以11000转/分钟搅拌10分钟，倒入盛液杯，加压，变为泥饼，用GNF-1型高温高压粘附仪按仪器的操作步骤测量泥饼的扭矩，按下式计算粘附系数：

f=M×0.845×10^-2

式中f为粘附系数，M为扭矩，单位为N·m。计算结果：基浆的粘附系数为0.0876。钻井液的粘附系数降低率按下式计算：

Δ=（0.0876-f₂）/0.0876×100%

式中Δ为钻井液粘附系数降低率，f₂为钻井液的粘附系数。测试和计算结果见表1。

所制备的固体纳米乳化石蜡采用激光粒度仪测试粒径，结果见表1。

表1乳化剂的原料配比对固体纳米乳化石蜡性质的影响

由表1可见，当司班60的质量分数为34%～53%、吐温80的质量分数47%～66%时，所制备的固体纳米乳化石蜡加入基浆后，钻井液粘附系数降低率较大，固体纳米乳化石蜡的润滑性能较好，其中司班60的质量分数为44%、吐温80的质量分数56%时，钻井液粘附系数降低率最大。

2、确定乳化剂用量

取切片石蜡5份，每份10g，分别置于5个500ml三口烧瓶中，90℃油浴加热，待石蜡溶化后分别加入乳化剂，乳化剂的加入量分别为3g、3.5g、4g、4.5g、5g，再分别加入0.5g乙醇，100转/分钟搅拌均匀，其他步骤与实施例1相同。制备成5种固体纳米乳化石蜡，分别加入到5份基浆，配制成5种钻井液，钻井液的制备方法与试验1相同。

所制备的钻井液用GNF-1型高温高压粘附仪测试粘附系数，用激光粒度仪测试粒径，测试步骤与试验1相同，测试和计算结果见表2。

表2乳化剂用量对固体纳米乳化石蜡性质的影响

由表2可见，当切片石蜡10g中加入乳化剂3～5g时，所制备的固体纳米乳化石蜡加入基浆后，钻井液的粘附系数降低率较大，固体纳米乳化石蜡的润滑性能较好，乳化剂用量为4g时，所制备的固体纳米乳化石蜡加入基浆后钻井液的粘附系数降低率最大。

3、确定转速

取切片石蜡5份，每份10g，分别置于5个500ml三口烧瓶中，90℃油浴加热，待石蜡熔化后分别加入4g乳化剂和0.5g乙醇，100转/分钟搅拌均匀，再加入白油3g及液体石蜡1g，100转/分钟搅拌均匀；分3次每间隔10分钟加入90℃PH值为9的水25g，分别以600、700、800、900、1000转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。其他步骤与实施例1相同。制备成5种固体纳米乳化石蜡，分别加入到5份基浆，配制成5种钻井液，钻井液的制备方法与试验1相同。

所制备的钻井液用GNF-1型高温高压粘附仪测试粘附系数，用激光粒度仪测试粒径，测试步骤与试验1相同，测试和计算结果见表3。

表3转速对固体纳米乳化石蜡性质的影响

序号	转速（转/分钟）	f₂	Δ（%）	粒径（nm）
					1	600	0.0251	71	212.5
2	700	0.0192	78	206.2
					3	800	0.0162	82	127.4
4	900	0.0178	80	125.3
					5	1000	0.0205	77	110.2

由表3可见，当转速为6001000转/分钟时，所制备的固体纳米乳化石蜡加入基浆后，钻井液的粘附系数降低率较大，固体纳米乳化石蜡的润滑性能较好，其中800转/分钟时，钻井液的粘附系数降低率最大。

4、确定水的用量

取切片石蜡5份，每份10g，分别置于5个500ml三口烧瓶中，90℃油浴加热，待石蜡溶化后加入4g乳化剂和0.5g乙醇，100转/分钟搅拌均匀，再加入白油3g及液体石蜡1g，100转/分钟搅拌均匀。分3次每间隔10分钟加入90℃PH值为9的水，水的加入量分别为15、20、25、30、35g，800转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。其他步骤与实施例1相同。制备成5种固体纳米乳化石蜡，分别加入到5份基浆，配制成5种钻井液，钻井液的制备方法与试验1相同。

所制备的钻井液采用GNF-1型高温高压粘附仪测试粘附系数，用激光粒度仪测试粒径，具体测试步骤与试验1相同，测试和计算结果见表4。

表4水的用量对固体纳米乳化石蜡性质的影响

序号	水质量（g）	f₂	Δ（%）	粒径（nm）
					1	15	0.0196	78	215.1
2	20	0.0174	80	165.1
					3	25	0.0160	82	134.2
4	30	0.0215	75	153.2
					5	35	0.0261	70	129.4

由表4可见，在10g切片石蜡中，水的加入量为15～35g时，所制备的固体纳米乳化石蜡加入基浆后，钻井液的粘附系数降低率较大，水的加入量为25g时，钻井液的粘附系数降低率最大。

5、确定油浴温度

取石蜡5份每份10g，置于5个500ml三口烧瓶中，分别以75、80、85、90、95℃油浴加热，待石蜡溶化后加入4g乳化剂和0.5g乙醇，100转/分钟搅拌均匀，加入白油3g及液体石蜡1g，100转/分钟搅拌均匀；分3次每间隔10分钟分别加入与油浴温度相同、PH值为9的水，800转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。制备成5种固体纳米乳化石蜡，分别加入到5份基浆，配制成5种钻井液，钻井液的制备方法与试验1相同。

所制备的钻井液采用GNF-1型高温高压粘附仪测试粘附系数，用激光粒度仪测试粒径，测试步骤与试验1相同，测试和计算结果见表5。

表5油浴温度对固体纳米乳化石蜡性质的影响

序号	温度（℃）	f₂	Δ（%）	粒径（nm）
					1	80	0.0265	70	197.3
2	85	0.0185	79	168.5
					3	90	0.0175	80	142.5
4	95	0.0184	79	146.3
					5	100	0.0228	74	151.2

由表5可见，当油浴温度为80～100℃时，所制备的固体纳米乳化石蜡加入基浆后，钻井液的粘附系数降低率较大，固体纳米乳化石蜡的润滑性能较好，其中90℃时，钻井液的粘附系数降低率最大。

为了验证本发明的有益效果，发明人采用按照实施例1方法所制备的固体纳米乳化石蜡进行了试验，各种实验情况如下：

测试仪器：高温高压失水仪，型号为GGS42-1，由青岛海通达专用仪器厂生产；中压失水仪，型号为SD-6，由青岛海通达专用仪器厂生产；六速旋转粘度计，型号为ZNN-D6，由青岛海通达专用仪器厂生产；密度计，型号为YM-1，由青岛海通达专用仪器厂生产；高温高压粘附仪，型号为GNF-1，由北京路业通达科技有限公司生产；激光粒径仪，型号为ALMEGA-TM，由美国布鲁克海文仪器公司生产；数控超声波清洗器，型号为KQ-500DE型，由昆山市超声仪器有限公司生产。

1、固体纳米乳化石蜡加入不影响钻井液的性能

（1）用试验1中基浆配置方法配置基浆2份，1份中加入8.42g固体纳米乳化石蜡配成钻井液，另1份为对照品，11000转/分钟搅拌5分钟，观察钻井液起泡情况；用密度计按照仪器的使用方法分别对基浆和钻井液的密度进行了测定。测量结果见表6。

表6固体纳米乳化石蜡对钻井液密度的影响

纳米乳化石蜡加量（g）	0	8.42
			密度（g/cm³）	1.025	1.015

由表6可以看出，加入固体纳米乳化石蜡对钻井液的密度影响很小。从实验时钻井液的表观来看，略有细小的可见气泡，少量滴入消泡剂即可消除。表明本发明制备的固体纳米乳化石蜡能够满足工程要求。

（2）用试验1中基浆配置方法配置基浆2份，1份中加入8.42g固体纳米乳化石蜡配成钻井液，另1份为对照品，11000转/分钟搅拌5分钟，用六联中压失水仪和高温高压失水仪按照仪器的使用方法对基浆和钻井液常温和高温高压下的失水量进行了测定，测量结果见表7。

表7固体纳米乳化石蜡对钻井液滤失量的影响

纳米乳化石蜡的加量（g）	0	8.42
			常温失水量（mL）	20.5	18.5
高温高压下的失水量（mL）	32.5	30.5

由表7可见，固体纳米乳化石蜡加入后，钻井液的失水量基本不变，表明本发明制备的固体纳米乳化石蜡能够满足工程要求。

（3）固体纳米乳化石蜡对钻井液流变性能的影响测定

用试验1中基浆配置方法配置基浆2份，1份中加入8.42g固体纳米乳化石蜡配成钻井液，另1份为对照品，11000转/分钟搅拌5分钟，用六速旋转粘度计按照仪器的使用方法对基浆和钻井液的流变性进行了测量，测量结果见表8。

表8固体纳米乳化石蜡对钻井液流变性的影响

由表8可以看出，固体纳米乳化石蜡加入后，对钻井液的流变性无影响。表明本发明制备的固体纳米乳化石蜡能够满足工程要求。

2、固体纳米乳化石蜡润滑性能测定

用试验1中基浆配置方法配置基浆2份，1份中加入8.42g固体纳米乳化石蜡配成钻井液，另1份为对照品，11000转/分钟搅拌5分钟，测试及计算方法与试验1相同，测试结果见表9。

表9固体纳米乳化石蜡对钻井液润滑性能的影响

纳米乳化石蜡的加量（g）	0	8.42
			粘附系数	0.0876	0.0169
粘附系数降低率（%）	-	81

由表9可见，固体纳米乳化石蜡加入基浆后，钻井液的粘附系数降低率达到81%，表明固体纳米乳化石蜡具有很好的润滑性。

3、固体纳米乳化石蜡粒径测定

实施例1制备的固体纳米乳化石蜡用ALMEGA-TM型激光粒度仪按照仪器的使用方法测量粒径，测试曲线见附图1。由图1可见，固体纳米乳化石蜡的粒径为153.5nm。

Claims

1.一种固体纳米乳化石蜡，其特征在于它是由下述质量份配比的原料制成：

上述的乳化剂由司班60的质量分数为34%～53%、吐温80的质量分数为47%～66%混合制成。

2.根据权利要求1所述的固体纳米乳化石蜡，其特征在于它是由下述质量份配比的原料制成：

3.根据权利要求1所述的固体纳米乳化石蜡，其特征在于它是由下述质量份配比的原料制成：

4.根据权利要求1所述的固体纳米乳化石蜡，其特征在于：所述的乳化剂由司班60的质量分数为44%、吐温80的质量分数为56%混合制成。

5.一种固体纳米乳化石蜡的制备方法，其特征在于由下述步骤组成：

（1）将切片石蜡放入三口烧瓶中，75～95℃油浴加热，待切片石蜡溶化后加入乳化剂和乙醇，100转/分钟搅拌均匀；

（2）再加入液体石蜡和白油，100转/分钟搅拌均匀；

（3）分3次每间隔10分钟加入75～95℃PH值为9的水，6001000转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时；

（4）28分钟后加入羧甲基纤维素钠，搅拌35分钟，倒出产物，冷水冷却，得到固体纳米乳化石蜡。

6.根据权利要求5所述的固体纳米乳化石蜡的制备方法，其特征在于：在固体纳米乳化石蜡的制备方法的步骤（3）中，分3次每间隔10分钟加入90℃PH值为9的水，800转/分钟搅拌，以第一次加完水开始计时。