CN104371688A - 包载表面活性剂智能微胶囊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种包载表面活性剂的智能微胶囊，由壳层和包裹在壳层内的液核构成，所述壳层由温度敏感型高分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)交联而成，所述液核包载有一定浓度的表面活性剂。当环境温度升高到聚(N-异丙基丙烯酰胺)的体积相转变温度之上时，微胶囊体积剧烈收缩从而释放出含有表面活性剂的液核，而表面活性剂能显著降低油/水界面张力。制备上述微胶囊的技术方案：(1)玻璃毛细管微流体装置的搭建；(2)内油相、中间水相、外油相流体的配制；(3)分别将前述三种流体注入微流体装置的注射管、过渡管和收集管，形成高单分散的油/水/油双重乳液后将其引入反应容器中，在紫外光照射下发生自由基聚合反应；(4)分离纯化微胶囊；(5)包载表面活性剂。

Description

包载表面活性剂智能微胶囊的制备方法
技术领域
本发明属于微载体技术领域，特别涉及一种可携带驱油用表面活性剂的智能微胶囊载体及其制备方法。
背景技术
在石油开采技术中，化学驱方法是三次采油提高采收率的主要方法。其中，表面活性剂是提高采收率幅度较大、应用面较广、极具有发展潜力的一种化学驱油剂。早在20世纪20年代，De Groot就首先提出了表面活性剂驱提高石油采收率的方法。表面活性剂驱由于其特殊的结构与性能，能够显著降低油/水界面张力，使黏附在油藏岩石毛细管壁的原油得到“洗涤”，能够被水所驱动，从而提高原油采收率。
然而在原油开采过程中，随驱替流体注入的表面活性剂易被岩石吸附，能够深入到油藏内部的表面活性剂量较少，使得表面活性剂驱的效果不如实验室评价结果理想。例如阳离子型季铵盐类表面活性剂，由于蒙脱土层状结构特点，季铵盐有机阳离子很容易与蒙脱土层间的吸附水合阳离子置换，进入蒙脱土层间。从而使得阳离子表面活性剂很少作驱油用表面活性剂的一个主要原因是它在地层中的吸附损失量相当大。但在实验评价中，此类表面活性剂的驱油效果又特别好，能有效提高采收率。另外，阴离子表面活性剂耐盐性差；非离子表面活性剂稳定性差；双亲性表面活性剂的吸附损耗也大。由此，本发明开发了一种可携带驱油用表面活性剂智能微胶囊载体的制备方法，微胶囊随驱替流体注入时可以有效保护驱油用表面活性剂，当环境温度高于聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶壳层的体积相转变温度时，壳层剧烈的收缩和破裂使其内部的液核迅速扩散到周围环境中，随着内部液核的突释，液核中所装载的表面活性剂物质也一并快速、完全地释放出来，显著降低油/水界面张力，从而提高原油采收率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可携带驱油用表面活性剂的智能微胶囊载体及其制备方法。微胶囊能够有效保护驱油用表面活性剂，使其随驱替流体注入时避免受到外界环境干扰，而在适当的温度下微胶囊所载表面活性剂物质发生突释，可以进一步提高原油采收率。
为了达到上述目的，本发明采用的方法是：利用3D玻璃毛细管微流控技术制备高单分散油/水/油复乳，以乳液为模板，结合自由基聚合，制备单分散的智能微胶囊；再将驱油用表面活性剂包载在微胶囊空腔中。
本发明所述微胶囊智能控制释放表面活性剂的机理：微胶囊的中空空腔用来装载表面活性剂物质，微胶囊壳层中的聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶网络结构则使壳层具有温度敏感性。由于聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶在水中存在着体积相转变温度VPTT(约32℃)，并且VPTT可以通过添加亲水单体或者疏水单体使其向高温或低温迁移。当环境温度低于VPTT时，微胶囊壳层处于亲水溶胀状态；而当温度高于VPTT时，微胶囊壳层产生剧烈地体积收缩。利用微胶囊壳层这种因环境温度变化而导致的体积变化，便可通过改变环境温度来实现对所装载表面活性剂的释放。在环境温度低于VPTT的条件下本发明所述微胶囊的壳层处于亲水溶胀状态，能有效保护驱油用表面活性剂物质，使其随驱替流体注入时避免受到外界环境干扰；当本发明所述微胶囊到达环境温度高于其VPTT的位置后，微胶囊壳层中的聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶迅速收缩，而微胶囊内部所载表面活性剂液核的不可压缩性使其压力不断地增加，增至一定程度后，受限于壳层中聚合物高分子链的机械强度，壳层发生破裂。壳层剧烈的收缩和破裂将导致微胶囊内部的液核迅速扩散到周围环境中，而随着内部液核的突释，液核中所装载的表面活性剂物质也一同快速、完全地释放出来。
本发明所述包载表面活性剂智能微胶囊的制备方法，工艺步骤如下：
(1)玻璃毛细管微流体装置的搭建
用于制备单分散油/水/油的3D玻璃毛细管微流控装置的制作方法参考文献[Chu L Y；UtadaA S；etc.Controllable monodisperse multiple emulsions.Angewandte Chemie-International Edition,2007,46(47):8970-8974.]，该装置由载玻片、三个平口针头、五根玻璃毛细管组装而成。注射管、过渡管、收集管内径分别为600μm、300μm和600μm，外径为1mm，两根方形玻璃毛细管的内部尺寸均为1μm。注射管的一端通过拉针仪拉成锥形后，在锻针仪上将锥端出口直径锻为60-80μm，然后注射管锥端插入过渡管的一端，过渡管的另一端被拉制并打磨成出口直径为200-250μm的圆锥端，插入收集管的一端，收集管的另一端接上与之尺寸匹配的PE软管。此三根圆柱形管固定在两根方形管内以保证其同轴度。在3个流体入口处安装平口针头并用5分钟环氧树脂将其密封。制备好的微流体装置用乙醇清洗干净。
(2)中间相、内相、外相流体的配制
中间相流体的配制：单体N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺的摩尔比为1∶0～0.1；单体与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为1∶0.03～0.05，单体与引发剂过硫酸铵的摩尔比为1∶0.01～0.02，嵌段式聚醚F127(商品名Pluronic F127，本发明中作为中间相流体表面活性剂使用)为0.01克/毫升。在室温即室内自然温度、常压下，将单体N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵和Pluronic F127加入去离子水中，搅拌混合均匀即形成中间相流体。
内相流体为液态油或含有乳化剂的液态油，油溶性光引发剂安息香双甲醚含量为0.01～0.02克/毫升液态油。
外相流体为含有乳化剂的液态油，油溶性光引发剂安息香双甲醚含量为0.01～0.02克/毫升液态油。
(3)微胶囊的制备
分别将步骤(2)配制的内相、中间相和外相流体由注射泵注入微流体装置的注射管、过渡管和收集管，形成高单分散的油/水/油双重乳液，然后将单分散的油/水/油乳液引入装有收集液的反应容器中，并在冰浴下用紫外光照射12-15分钟，以乳液为模板发生自由基聚合反应，形成单分散的微胶囊。
所述收集液由安息香双甲醚、乳化剂和液态油配制而成，其中安息香双甲醚、乳化剂的含量与外相流体中乳化剂的含量相同。
(4)分离纯化
将微胶囊从收集液中分离出来，先用异丙醇洗涤，洗涤的次数以除去微胶囊内空腔液态油和外表面的收集液为限；再用去离子水洗涤，以完全除去异丙醇为限。
在上述方法中，当内相流体为含有乳化剂的液态油时，乳化剂的含量为0.005～0.02克/毫升液态油，所述外相流体中，乳化剂的含量为0.08～0.15克/毫升液态油。
(5)包载表面活性剂
将2毫升微胶囊浸入浓度为0.2毫摩/升的表面活性剂水溶液后，恒温水浴控制温度在25oC和壳层体积相转变温度之上某一温度交替，并伴随轻微机械搅拌72h。每隔12h，置换表面活性剂水溶液，以保证微胶囊空腔内部表面活性剂浓度为0.2毫摩/升。
本发明与现有技术相比较，其有益效果是：所述智能微胶囊的制备方法简单，便于工业化生产。被包载的表面活性剂能够随水驱流体一起进入油藏，克服了单纯表面活性剂易被近井岩石吸附、耐盐性差、稳定性差等问题。通过微胶囊壳层响应环境温度发生剧烈体积收缩使所载表面活性剂快速、完全释放，从而对黏附在油藏毛细管壁的原油进行“洗涤”，达到大幅度提高采收率的新型表面活性剂驱。
附图说明
图1是单分散包载表面活性剂智能微胶囊的制备示意图。
图中，1—注射管、2—过渡管、3—收集管、4—内相流体、5—中间相流体、6—外相流体、7—聚(N-异丙基丙烯酰胺)壳层、8—表面活性剂液核。

Claims (4)

1.一种包载表面活性剂的智能微胶囊，其特征在于：该微胶囊由壳层和包裹在壳层内的液核构成，所述壳层由温度敏感型高分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)交联而成，所述液核包载有一定浓度的表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的智能微胶囊，其特征是：微胶囊呈球状，其粒径为200～600μm，微胶囊壳层的厚度为50～150μm。
3.根据权利要求1所述的智能微胶囊，其特征是：微胶囊的体积相转变温度为32-70℃。
4.根据权利要求1所述的智能微胶囊，其特征是：包载的表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及双亲性表面活性剂。
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