CN105038735A - 能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液及其制备方法和用途。以100重量份计，所述微乳液包括18.5-45重量份的乳化剂、5-10重量份的水、0-3重量份的助剂及余量的生物柴油。本申请的微乳液具有很好的高温稳定性，解决了现有的纳米乳液处理剂在苛刻环境下容易失效的问题，而且以绿色可降解的生物柴油为原料，无环境污染，且润滑效果好。另外，本申请的微乳液在水中能够原位分散为纳米级液滴，用作水基钻井液的处理剂时对钻井中的微纳米级裂缝也能起到很好的润滑封堵效果。

Description

能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液及其制备方法
技术领域
本申请涉及水基钻井液领域，特别涉及一种能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液及其制备方法和用途。
背景技术
水基钻井液是一种多相不稳定混合体体系，主要包括膨润土、高聚物、纤维素或褐煤类的胶体颗粒等。纳米乳液用作水基钻井液的处理剂，具有以下特点：1、表面效应，即具有非常大的比表面积和很高的表面活性；2、小尺寸效应，即由于颗粒尺寸的变小，导致比表面积显著增大，引起宏观物理性质变化，来改变钻井液胶体的性质。研究发现，纳米乳液不仅可以改善水基钻井液的抑制性、润滑性等性能，而且还具有防塌性能，并能保护油气层，提高油气井产能。由于纳米乳液用作水基钻井液的处理剂具有许多优点，因此关于纳米乳液的研究也越来越受到关注，中国专利申请CN1302085C公开的《一种多功能钻井液添加剂及其制备方法与应用》中，将固体石蜡和白油混合为油相，制备了石蜡纳米乳液，而且这种石蜡纳米乳状液在钻井工业中能够起到抑制页岩膨胀、稳定井壁、保护油层以及润滑的作用。
根据实际油田应用的需求，纳米乳液应当具有抗失稳分层的性能，即在储存罐中或在化学供给线的传输过程中不会发生相分离。但是由于纳米乳液并不是一种热力学稳定体系，其在高温等苛刻情况下，容易出现失稳分层的现象，导致其功能失效；纳米乳液功能失效进一步造成有效成分的含量降低，导致运输成本提高。
微乳液具有很多与纳米乳液相似的性质，而且微乳液是热力学稳定体系，便于运输和储存。然而，由于水基钻井液中含有大量的水，如果将微乳液应用到水基钻井液中后会改变微乳液的组分含量，有可能会导致微乳液体系的破坏，即使是微乳液体系被破坏后被水稀释形成纳米乳液，所形成的纳米乳液中的内相含量也很低，不超过5％。
因此，需要开发一种兼具微乳液和纳米乳液的优势的乳液。
发明内容
本申请的目的是提供一种能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液。
本申请所提供的能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液，以100重量份计，包括18.5-45重量份的乳化剂、5-10重量份的水、0-3重量份的助剂及余量的生物柴油。
在一些实施方式中，所述助剂的用量可以为1-2.5重量份。
在一些实施方式中，以100重量份计，所述微乳液可以包括18.5重量份的乳化剂、5重量份的水、2.5重量份的助剂及74重量份的生物柴油。
在一些实施方式中，所述乳化剂可以选自多元醇酯类非离子型表面活性剂中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述多元醇酯类非离子型表面活性剂可以选自Tween20、Tween40、Tween60、Tween65和Tween80。
在一些实施方式中，所述助剂可以选自端胺聚醚类化合物中的一种或多种。
本申请中的端胺聚醚类化合物可通过市场购买获得或利用已有方法制备。在一些实施方式中，所述端胺聚醚类化合物可以选自D230、D400、M600和M1000。D230和D400可以购自巴斯夫和亨斯曼等，M600和M1000可以购自亨斯曼。
本申请的另一目的是提供一种制备能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液的方法。
本申请所提供的制备微乳液的方法，包括以下步骤：以100重量份计，分别称取18.5-45重量份的乳化剂、5-10重量份的水、0-3重量份的助剂及余量的生物柴油，在常温下以100-500rpm的速度搅拌20min。
本申请的又一目的是提供能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液作为水基钻井液的处理剂的用途。
本申请通过选用乳化剂、水、任选的助剂及生物柴油，并严格控制各组分的配比形成了一种W/O型微乳液。本申请的W/O型微乳液水相含量较低(低于10％)，在加水稀释后形成了内相(油相)含量高、稳定性好的O/W型纳米乳液，突破了W/O型微乳液稀释无法形成高内相稳定性好的纳米乳液的瓶颈。本申请的微乳液是稳定性非常高的WinsorIV型单相微乳液，因此均匀并长期稳定，且具有很好的高温稳定性，解决了纳米乳液处理剂在苛刻环境下容易失效的问题，便于油田运输和储存，大大降低了运输成本。同时，本申请的微乳液在水中能够原位分散形成大量的纳米级液滴，使用时，只要将本申请的微乳液直接加入水基钻井液中，并且保证由微乳液和水基钻井液组成的体系中的水相含量≥50wt％，就可在水基钻井液中分散形成纳米级液滴，具有纳米乳液的优良效果。另外，本申请中加入的生物柴油是一种来自油料作物和餐饮垃圾油等原料的环保型材料，具有可再生、易降解和使用安全等优点，使得本申请的微乳液更加绿色环保。
本申请的能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液作为水基钻井液的处理剂具有优良的润滑效果。
附图说明
图1是本申请实施例1制备的微乳液在水中原位分散前后的外观对比图。
图2是本申请实施例1和3制备的微乳液在水中原位分散后形成的液滴的粒径分布图。
具体实施方式
下面通过实施例来描述本申请的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本申请的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本申请的教导，结合现有技术对本申请技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。
以下实施例中所使用的生物柴油购自潍坊金信达生物化工有限公司，其他试剂，如无特别说明，均为市售。
实施例1
分别称取18.5gTween80、5g水、2.5gD230及74g生物柴油，在常温下以300rpm的速度搅拌20min至混合均匀，即得到本申请的微乳液。
实施例2
分别称取23.75gTween80、5g水及71.25g生物柴油，在常温下以500rpm的速度搅拌20min至混合均匀，即得到本申请的微乳液。
实施例3
分别称取45gTween80、7g水、3gM1000及45g生物柴油，在常温下以100rpm的速度搅拌20min至混合均匀，即得到本申请的微乳液。
实施例4
分别称取45gTween80、10g水及45g生物柴油，在常温下以200rpm的速度搅拌20min至混合均匀，即得到本申请的微乳液。
实施例5
分别称取30gTween60、10g水及60g生物柴油，在常温下以400rpm的速度搅拌20min至混合均匀，即得到本申请的微乳液。
实施例1-5的微乳液的性能测试
分别按以下方法考察微乳液的高温稳定性、在水中原位分散后形成的纳米级液滴的粒径分布及润滑效果。
1.高温稳定性考察：
将样品放置在70℃的恒温箱中5h，观察微乳液的外观和是否分层或沉降；若未出现清晰的分层，则表明微乳液具有良好的高温稳定性。
2.粒径及粒径分布测量：
在70℃和不断搅拌下，分别以微乳液：水＝20:43和微乳液：水＝20:18的质量比稀释微乳液，得到内相含量分别为30％和50％的纳米乳液样品。取分散后形成的样品在测量器件中稀释至500倍左右，然后置于BrookhavenBI-200SM动态光散射仪中，测定分散形成的液滴的粒径及粒径分布。
3.粘附系数的测量：
(1)基浆的配制：在400mL去离子水中加入16g钙质膨润土和0.8g无水Na2CO3，在高速搅拌器上以11000rpm/min的速度搅拌20min，然后室温密闭老化24h，即得土含量为4wt％的淡水基浆。
(2)样浆的配制：取一份基浆，按照一定的配比加入微乳液，以11000rpm/min的速度搅拌20min，然后室温密闭老化24h，即为样浆。
(3)基浆粘附系数测定：采用GNF-1型高温高压粘附仪(青岛胶南分析仪器厂)，将基浆以11000rpm/min的速度搅拌10min后倒入高温高压粘附仪的测量杯中，加热至(80±1)℃，恒温30min后，加3.5MPa的压力30min，并加3.5MPa的压力于压筒，压5min后，利用扭矩仪测量30min时的扭矩，然后进行计算，计算公式如下：
f＝M×0.845×10-2
式中：f为粘附系数，M为扭矩(Nm)。
(4)样浆粘附系数测定：将老化好的样浆倒入测量杯中，按照上述基浆粘附系数测量的方法测量样浆的粘附系数。
(5)按照下述的公式计算粘附系数降低率(δ)：
δ＝(f1-f2)/f1×100％
式中：f1为基浆的粘附系数，f2为加入了本申请的微乳液的样浆的粘附系数。
(6)粘附系数降低率达到60％以上，即表明润滑性良好。

Claims (8)

1.一种能够原位分散为纳米级液滴的环保型微乳液，其特征在于：所述微乳液以100重量份计，包括18.5-45重量份的乳化剂、5-10重量份的水、0-3重量份的助剂及余量的生物柴油。
2.根据权利要求1所述的微乳液，其中，所述助剂的用量为1-2.5重量份。
3.根据权利要求2所述的微乳液，以100重量份计，包括18.5重量份的乳化剂、5重量份的水、2.5重量份的助剂及74重量份的生物柴油。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微乳液，其中，所述乳化剂选自多元醇酯类非离子型表面活性剂中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的微乳液，其中，所述多元醇酯类非离子型表面活性剂选自Tween20、Tween40、Tween60、Tween65和Tween80。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的微乳液，其中，所述助剂选自端胺聚醚类化合物中的一种或多种。
7.一种制备根据权利要求1-6中任一项所述的微乳液的方法，其特征在于，包括以下步骤：以100重量份计，分别称取18.5-45重量份的乳化剂、5-10重量份的水、0-3重量份的助剂及余量的生物柴油，在常温下以100-500rpm的速度搅拌20min。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的微乳液作为水基钻井液的处理剂的用途。
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