CN108070368A - 一种自乳化乳状液及其制备方法 - Google Patents

一种自乳化乳状液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自乳化乳状液及其制备方法，该自乳化乳状液包括水相和油相；水相包括纳米二氧化硅溶胶和水；油相包括硅烷偶联剂和生物柴油；油相和水相的体积比为1∶5～1∶25。该乳状液的制备不需大量外力做功，在轻微震荡或晃动的情况下，即可获得较为稳定的Pickering乳状液；本发明制备得到的乳状液的粒径较小，具有较好的稳定性，并且能够有效提高水驱油的采收率。

Description

一种自乳化乳状液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种自乳化乳状液及其制备方法，属于胶体与界面化学技术领域。
背景技术
水包油乳状液通过表面活性剂作为乳化剂将油相以极小的液滴形式分散在水中，通过水包油乳状液在地层渗流中的贾敏效应，可以有效的提高水驱油的原油采收率，为了强化乳状液的界面效应和稳定性，人们引入固体颗粒配合表面活性剂共同稳定乳液，此类乳状液被称为Pickering乳液，Pickering乳状液可以降低表面活性剂用量以及提高乳状液的稳定性。早期用于制备Pickering乳状液的胶体颗粒由于尺寸较大，使得Pickering乳状液的应用受到一定的限制。近年来由于纳米材料的发展，纳米颗粒参与稳定的乳状液克服了上述缺陷，相比于传统的胶体颗粒，纳米颗粒稳定的乳状液的粒径得以大幅降低，并且相比于传统的表面活性剂稳定的乳状液，Pickering乳状液具备独特的流变特性和界面特性。但是Pickering乳状液在制备过程中需要大量做功才能使纳米颗粒吸附在油水界面上起到稳定乳状液的效果，比如采用高速机械搅拌(4000-8000r/min)、胶体磨以及大功率超声分散，上述方法对设备的要求较高，同时也大大增加了乳状液的制备成本和制备周期，制备设备以及成本上的局限性极大的限制了乳状液体系在油田现场的大规模推广应用。
如，中国专利文献CN 101704529 A公开了一种两亲性纳米二氧化硅粉体的制备方法以及采用该粉体制备Pickering乳液的方法；该发明制备的两亲性纳米二氧化硅粉体在超声或剪切作用下制备O/W或W/O型Pickering乳液，纳米二氧化硅粉体稳定的存在于油水界面，阻止分散的油(水)微滴再次凝聚为大液滴而分相，使乳液保持稳定，但该发明两亲性二氧化硅粉体制备较为繁琐，制备周期长，且制备Pickering乳液时需要大量做功，成本较高，周期较长。
又如，中国专利文献CN106893571A公开了一种水包油乳状液驱油剂，所述的水包油乳状液驱油剂由占总重量1-5％的纳米二氧化硅溶胶、占总重量0.02-0.2％的十八烷基二甲基氧化胺、占总重量5-10％的5号白油和余量水混合而成，其中纳米二氧化硅溶胶的粒径为7-12nm，各组分的重量百分含量之和为100％。加入纳米二氧化硅强化了水包油乳状液的粘度和稳定性，该乳状液既可以提高化学驱的洗油效率，又提高了波及系数；但该发明乳状液的制备需要在高转速下进行搅拌均质，制备周期长、成本高；并且使用白油，不利于环保。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种自乳化乳状液及其制备方法，该乳状液的制备不需大量外力做功，在轻微震荡或晃动的情况下，即可获得较为稳定的Pickering乳状液；本发明制备得到的乳状液的粒径较小，具有较好的稳定性，并且能够有效提高水驱油的采收率。
本发明的技术方案如下：
一种自乳化乳状液，包括水相和油相；水相包括纳米二氧化硅溶胶和水；油相包括硅烷偶联剂和生物柴油；油相和水相的体积比为1∶5～1∶25。
根据本发明优选的，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅的粒径为12～15nm。
根据本发明，所述纳米二氧化硅溶胶可市购获得。
根据本发明优选的，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅的质量含量为30％。
根据本发明优选的，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅占水相总质量的0.1～2.0％；优选的，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅占水相总质量的0.5～1.0％。
根据本发明优选的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A172或硅烷偶联剂KH702。
根据本发明，所述硅烷偶联剂A172分子式为：CH2＝CHSi(OCH2CH2OCH3)，可市购获得；所述硅烷偶联剂KH702分子式为：CH3Si(OCH3)2CH2-CH2-CH2-NH-C6H11，可市购获得。
根据本发明，所述生物柴油可市购获得。
根据本发明优选的，所述硅烷偶联剂占油相总体积的20～50％；优选的，所述硅烷偶联剂占油相总体积的30～40％。
根据本发明优选的，所述油相和水相的体积比为1∶9～1∶19。
上述自乳化乳状液的制备方法，包括步骤：
将纳米二氧化硅溶胶和水混合均匀作为水相；将硅烷偶联剂和生物柴油混合均匀作为油相；将水相和油相混合，轻微摇晃即得自乳化乳状液。
本发明的技术特点及有益效果：
1、本发明中使用的油相为生物柴油，相比于传统的矿物油，生物柴油主要利用植物油、动物油的废弃油脂提取，因此廉价易得，生物毒性低，利于环保；同时加入硅烷偶联剂，当水相和油相混合时，硅烷偶联剂发生水解反应，得到的产物通过化学键吸附水相中的纳米二氧化硅自发聚集到油水界面上，从而起到稳定乳状液的目的，由于其自发吸附作用，因此大大降低了制备过程中的能量消耗。
2、本发明采用了含硅烷偶联剂的油相与含纳米颗粒的低界面张力的水相，本发明的乳状液自乳化性能好，所得自乳化乳状液具有较小的粒径，稳定性较好；且自乳化乳状液的制备无需外界大量做功制备，节省了能源和现场操作设备，使制备周期和制备成本减小；同时所制备的乳状液应用于水驱油可以有效提高原油的采收率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中，硅烷偶联剂A172，南京创世化工助剂有限公司有售；硅烷偶联剂KH702，南京创世化工助剂有限公司有售；生物柴油，徐州鼎和生物科技有限公司有售；有效含量为30wt％的二氧化硅溶胶，Sigma-Aldrich有售。
实施例1
一种自乳化乳状液的制备方法，包括步骤如下：
称量30ml硅烷偶联剂A172加入到70ml生物柴油中，搅拌均匀，作为油相。称量纳米二氧化硅溶胶(有效含量30wt％，其中纳米二氧化硅粒径为12nm)3.333g加入到96.667g蒸馏水中，作为水相，水相中二氧化硅浓度为1.0wt％。称量18ml水相，加入到样品瓶，再称量2ml油相加入到上述样品瓶。轻微摇晃10次，得自乳化乳状液。20℃放置3h、12h、24h，乳状液仍保持良好的稳定性，20℃放置24h后使用winner2000激光粒度分析仪测量乳状液的粒径，结果如下表所示。
表1 A172自乳化乳状液粒径表
从表1粒度分析结果可以看出，乳状液粒度大部分分布在1μm-11μm范围内，粒度中值为4.477μm，具有较小的粒径和较为集中的粒度分布。
采用长度为20cm渗透率为950×10-3μm2的填砂管评价了体系的驱油性能，首先对填砂管饱和地层水，再饱和20℃粘度为50mPa.s的原油，首先采用1mL/min的速度进行水驱，当出口含水率达到95％后，采用上述乳状液驱替，注入量为孔隙体积的30％，注入乳状液后再进行水驱，直至含水率再次达到95％，实验表明本实施例的乳状液可以在水驱的基础上进一步提高采收率21％。
本实施例的乳状液的稳定性在20℃下放置1个月，无沉淀、分油量低于10wt％。
实施例2
一种自乳化乳状液的制备方法，包括步骤如下：
称量35ml硅烷偶联剂A172加入到65ml生物柴油中，搅拌均匀，作为油相。称量纳米二氧化硅溶胶(有效含量30wt％，纳米二氧化硅粒径为15nm)2.667g加入到97.333g蒸馏水中，作为水相，水相中二氧化硅浓度为0.8wt％。称量18.5ml水相，加入到样品瓶，再称量1.5ml油相加入到上述样品瓶。轻微摇晃10次，得自乳化乳状液。20℃放置3h、12h、24h，乳状液仍保持良好的稳定性，20℃放置24h后使用winner2000激光粒度分析仪测量乳状液的粒径，结果如下表所示。
表2 A172自乳化乳状液粒径表
从表2粒度分析结果可以看出，乳状液粒度大部分分布在1μm-12μm范围内，粒度中值为4.084μm，具有较小的粒径和较为集中的粒度分布。
采用渗透率为2035×10-3μm2的填砂管按实施例1所述方法评价了体系的驱油性能，本实施例乳状液可以在水驱的基础上提高采收率23.5％。
本实施例的乳状液的稳定性在20℃下放置1个月，无沉淀、分油量低于10wt％。
实施例3
一种自乳化乳状液的制备方法，包括步骤如下：
称量40ml硅烷偶联剂KH702加入到60ml生物柴油中，搅拌均匀，作为油相。称量纳米二氧化硅溶胶(有效含量30wt％，纳米二氧化硅粒径为15nm)1.667g加入到98.333g蒸馏水中，作为水相，水相中二氧化硅浓度为0.5wt％。称量19ml水相，加入到样品瓶，再称量1ml油相加入到上述样品瓶。轻微摇晃10次，得自乳化乳状液。20℃放置3h、12h、24h，乳状液仍保持良好的稳定性，20℃放置24h后使用winner2000激光粒度分析仪测量乳状液的粒径，结果如下表所示。
表3 KH702自乳化乳状液粒径表
从表3粒度分析结果可以看出，乳状液粒度大部分分布在1μm-22μm范围内，粒度中值为7.579μm，具有较小的粒径和较为集中的粒度分布。
采用渗透率为3692×10-3μm2的填砂管按实施例1所述方法评价了体系的驱油性能，本实施例乳状液可以在水驱的基础上提高采收率24％。
本实施例的乳状液的稳定性在20℃下放置1个月，无沉淀、分油量低于10wt％。
对比例1
一种乳状液的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：不加硅烷偶联剂，制备过程中水相和油相混合后采用3000转/分钟高速搅拌5分钟，其它步骤和条件与实施例1一致。
对本对比例制备的乳状液进行性能测试，所得乳状液20℃放置24h后使用winner2000激光粒度分析仪测量乳状液的粒度中值为143μm；20℃放置24h后分出油量大于50wt％，说明乳状液不稳定。
采用渗透率为950×10-3μm2的填砂管按实施例1的方法评价体系的驱油性能，本对比例的乳状液可以在水驱的基础上提高采收率5％。
综合分析，采用硅烷偶联剂配合生物柴油和纳米二氧化硅可以大大降低制备乳状液所消耗的能量，同时获得的乳状液具有更好的稳定性和有效提高原油采收率的能力。

Claims (10)

1.一种自乳化乳状液，其特征在于，包括水相和油相；水相包括纳米二氧化硅溶胶和水；油相包括硅烷偶联剂和生物柴油；油相和水相的体积比为1∶5～1∶25。
2.根据权利要求1所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅的粒径为12～15nm。
3.根据权利要求1所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅的质量含量为30％。
4.根据权利要求1所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅占水相总质量的0.1～2.0％。
5.根据权利要求4所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶胶中纳米二氧化硅占水相总质量的0.5～1.0％。
6.根据权利要求1所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A172或硅烷偶联剂KH702。
7.根据权利要求1所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述硅烷偶联剂占油相总体积的20～50％。
8.根据权利要求7所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述硅烷偶联剂占油相总体积的30～40％。
9.根据权利要求1所述的自乳化乳状液，其特征在于，所述油相和水相的体积比为1∶9～1∶19。
10.如权利要求1-7任一项所述的自乳化乳状液的制备方法，包括步骤：
将纳米二氧化硅溶胶和水混合均匀作为水相；将硅烷偶联剂和生物柴油混合均匀作为油相；将水相和油相混合，轻微摇晃即得自乳化乳状液。
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