CN108147935A - 一种火烧油层化学点火药剂及其制备方法 - Google Patents

一种火烧油层化学点火药剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火烧油层化学点火药剂，为铁红色覆膜颗粒，密度0.80～0.95g/cm3；含水率小于1％；吸水率小于3％；自燃点不高于180℃；热值不小于1400KJ/mol，是通过以下方法制备得到的：(1)将硝酸铁溶液和柠檬酸溶液混合，得混合溶液；(2)将尿素和乙二胺四乙酸二钠加入到混合溶液中；(3)将混合溶液在75℃～85℃下保温反应，至溶液体系变为凝胶状；(4)将凝胶干燥至含水率小于1％，粉碎成颗粒；(5)取蜂蜡，溶解于溶剂二氯甲烷中，得覆膜液；(6)覆膜：将颗粒置于覆膜液中，30℃以下且通风条件下搅拌，干燥；重复该覆膜操作3～4次，即得。本发明的火烧油层化学点火药剂，具有燃点低、能量高、稳定性好，密度低、含水率低、吸水率低等优点。

Description

一种火烧油层化学点火药剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油开采中化学点火药剂及其制备方法，尤其涉及一种火烧油层化学点火药剂及其制备方法。
背景技术
火烧油层技术是稠油开采技术中的第二大技术，其本身不需要太多外在能量的使用，适用于常规方法不能实现经济开采的能源，具有明显的技术优势和潜力。火烧油层点火技术是火烧油层技术中的关键，目前常用的点火方式有自燃点火、化学点火、电点火三种，其中化学点火技术是重要的点火技术，化学点火药剂的制备是化学点火技术成功的关键。
火烧油层化学点火药剂是通过原油、柴油以及水等携带介质将药剂注入到稠油油层中，在一定条件下点燃稠油油层，同时改善燃烧油层全场温度均匀性，大大提高燃烧化学反应速度，降低燃料自燃温度，提高燃烧稳定性。也就是说它既有引燃功能，同时也要有助燃功能。因此，化学点火药剂从用途性能上要求燃点低、能量高，从环境保护方面要求对环境危害小或者无危害。在药剂注入油层过程中，药剂活性成分要免受环境影响，就要求化学点火药剂稳定性好，满足密度低、含水率低、吸水率低的要求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种火烧油层化学点火药剂，及其制备方法。本发明的火烧油层化学点火药剂，燃点低，能量高，稳定性好，环保，同时满足密度低、含水率低、吸水率低等要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种火烧油层化学点火药剂，是通过以下方法制备得到的：
(1)取硝酸铁，加入适量水中，加热至60℃，充分搅拌使其溶解，得硝酸铁溶液；取柠檬酸，加入适量水中，加热至60℃，充分搅拌使其溶解，得柠檬酸溶液；将硝酸铁溶液和柠檬酸溶液混合，混匀，得混合溶液；所述硝酸铁与柠檬酸的重量比为7～9:5(优选8：5)；
优选的，所述硝酸铁溶液的浓度为1.0～2.0g/ml；所述柠檬酸溶液的浓度为0.8～1.2g/ml；
(2)取尿素和乙二胺四乙酸二钠，加入到上述混合溶液中，或：溶于适量水中，加入到上述混合溶液中，混匀；所述尿素和乙二胺四乙酸二钠的重量比为4～6:1(优选5：1)，乙二胺四乙酸二钠的用量为硝酸铁的0.10％～0.15％；
(3)将上述步骤(2)所得混合溶液在75℃～85℃下保温反应6～8小时，使水分逐渐挥发，直至溶液体系变为凝胶状；
优选的，置于80℃水浴锅或者干燥箱中保温反应；
(4)上述所得凝胶，分摊在托盘上，置于干燥箱中，升温至100℃并缓慢干燥至含水率小于1％(重量百分数)，粉碎成颗粒(粒径大小可根据应用时的油层条件不同而不同)；
(5)取蜂蜡，切成碎片，30℃条件下溶解于溶剂二氯甲烷中，得覆膜液，蜂蜡浓度为0.05～0.15g/ml；
(6)覆膜(药剂颗粒的胶囊化)：将步骤(4)所得颗粒置于覆膜液中，30℃以下且通风条件(置于通风柜中)下搅拌以挥发除去溶剂二氯甲烷，再分摊在托盘上，通风条件(置于通风柜中)下干燥6～8小时；所述覆膜液与颗粒的重量比为1～3:1(优选2：1)；重复该覆膜操作(颗粒置于覆膜液中，挥发除去溶剂，干燥6～8小时)3～4次，即得火烧油层化学点火药剂，其主要的物理化学性能如下：外观：铁红色覆膜颗粒；密度：0.80～0.95g/cm3；含水率：小于1％；吸水率：小于3％；自燃点：不高于180℃；热值：不小于1400KJ/mol。本发明的火烧油层化学点火药剂，具有燃点低、能量高、稳定性好，密度低、含水率低、吸水率低等优点。
本发明的火烧油层化学点火药剂，硝酸铁、柠檬酸、尿素、乙二胺四乙酸二钠反应后生成凝胶状的药剂，为药剂的有效活性成分；蜂蜡为药剂的覆膜材质，使药剂微胶囊化(微胶囊化的目的在于：改善物质的物理性质，提高稳定性，保护药剂活性成分免受环境影响)。药剂微胶囊化时，覆膜液与药剂颗粒的用量配比关系、腹膜次数影响药剂成品的包封效果和吸水率，经试验筛选，覆膜液与颗粒的重量比为2：1，覆膜次数4～5次时，效果最佳。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实验1覆膜材料和溶剂类型的选择
对覆膜材料的要求主要包括：性质稳定，能与药剂颗粒配伍，不影响点火药剂的作用；有一定的强度及可塑性，能完全包封囊心物。蜂蜡、石蜡、聚乳酸(常规方法制备)三类材料均符合上述要求，因此，本发明考察蜂蜡、石蜡、聚乳酸三类材料，其熔点如表1所示。
表1蜂蜡、石蜡、聚乳酸三类材料的熔点
对溶剂的选择，需要考虑两点：覆膜材料的溶解度和溶剂的沸点。被溶解覆膜材料的溶解度越大，越利于颗粒的覆膜；溶剂的沸点越低，越利于溶剂的挥发干燥，但是沸点太低，操作上不利于安全。沸点选择35～50℃较为理想。本发明考察了乙醚、四氢呋喃、环己烷、二氯甲烷、1，1-二氯乙烷等几种溶剂，其沸点如表2所示，蜂蜡、石蜡、聚乳酸三种材料在这些溶剂中的溶解度如表3、4、5所示。
表2几种溶剂的沸点
表3蜂蜡在不同溶剂中的溶解度
表4石蜡在不同溶剂中的溶解度
表5聚乳酸在不同溶剂中的溶解度
从上述表中可以看出，蜂蜡在二氯甲烷和1，1-二氯乙烷中均有较大溶解度。但1，1-二氯甲烷的沸点较高，挥发能力较弱。因此，选择二氯甲烷作为蜂蜡的溶剂最为理想，35～40℃温度下溶解，25～30℃温度下挥发溶剂，且二氯甲烷不易燃易爆，操作安全程度高。对于石蜡和聚乳酸的溶剂选择，亦可以按上述原则选择二氯甲烷作为溶剂使用。
实验2覆膜液使用量的确定
以蜂蜡作为覆膜材料，以二氯甲烷作为溶剂，覆膜材料的浓度为10％，挥发温度为30℃，点火药剂粒径为0.01～0.05mm，考察了不同10％包封材料的二氯甲烷溶液与药剂的质量比下生成的胶囊的包封率和吸水率，结果见表6。从表中可以看出，当二者之比为1：1时，包封率可达80％，但吸水率偏高，为18％；当二者之比为2：1时，包封率可达83％，吸水率为11％。因此，选择10％包封材料的二氯甲烷溶液与药剂的质量比为2:1进行包封时效果最佳。
表6覆膜材料的使用量对胶囊包封率和吸水率的影响
所述药剂，其制备方法如下：
(1)将硝酸铁800g、柠檬酸500g分别溶于盛有500ml清水的烧杯中，加热至60℃，搅拌使其充分溶解(溶解过程吸热)，再将两种溶液混合均匀，得混合溶液；
(2)将尿素5g和乙二胺四乙酸二钠1g置于50ml清水中，搅拌溶解后加入到上述混合溶液中，混匀；
(3)将步骤(2)所得混合溶液置于干燥箱中，设置温度为80℃，保温反应8小时让水分逐渐挥发，此时溶液体系变为凝胶状；
(4)将凝胶均匀平摊在托盘上，置于干燥箱中，温度设置为100℃，缓慢干燥48小时，此时，含水率达到0.05％；将药剂粉碎成颗粒，粒径为0.01～0.05mm。
实验3挥发温度的确定
以蜂蜡作为覆膜材料，以二氯甲烷作为溶剂，覆膜材料的浓度为10％(0.10g/ml)，10％覆膜材料的二氯甲烷溶液与点火药剂的质量比为2：1，药剂(制备方法同上)粒径为0.01～0.05mm，考察了不同挥发温度下生成的胶囊的包封率和吸水率，结果见表7。从表7中可以看出，当温度低于30℃时，包封率均大于80％，而吸水率小于11％。因此，挥发温度选择30℃以下进行挥发干燥。
表7挥发温度对胶囊包封率和吸水率的影响
实验4覆膜次数的确定
从上述实验数据可以看出，即使采用包封材料与点火药剂较大质量比进行包封，包封率也不会超过85％，因此本发明采取多次重复包封的措施以提高包封率(在实验3的基础上重复包封)，结果见表8，可以看出，包封三次包封率可以超过90％，包封四次可以达到100％。因此，采取四次重复包封的方法可以使点火药剂的包封达到理想的状态。
表8覆膜次数对胶囊包封率和吸水率的影响
实验5三种壁材点火药剂胶囊(包覆率：100％)的自燃点和热值
采用与上述同样的操作方法，对点火药剂颗粒进行四次重复包封，然后测定胶囊的自燃点和热值。结果见表9，从表中可以看出，蜂蜡包封的点火药剂自燃点为175℃，热值为1480KJ/mol。自燃点最低，热值最大，因此，选择蜂蜡作为覆膜材料，效果最佳。
表9三种包封材料的点火药剂胶囊的自燃点和热值
实施例1配制火烧油层化学点火药剂
配制时所用原料及配比关系如下：硝酸铁：800g；柠檬酸：500g；尿素：5g；乙二胺四乙酸二钠：1g；蜂蜡(58℃)：100g；二氯甲烷：1000ml。
制备方法步骤如下：
(1)将硝酸铁、柠檬酸分别溶于盛有500ml清水的烧杯中，加热至60℃，搅拌使其充分溶解(溶解过程吸热)，再将两种溶液混合均匀，得混合溶液；
(2)将尿素和乙二胺四乙酸二钠置于50ml水中，搅拌溶解后加入到上述混合溶液中，混匀；
(3)将步骤(2)所得混合溶液置于干燥箱中，设置温度为80℃，保温反应8小时让水分逐渐挥发，此时溶液体系变为凝胶状；
(4)将凝胶均匀平摊在托盘上，置于干燥箱中，温度设置为100℃，缓慢干燥48小时，此时，含水率达到0.05％；将药剂粉碎成颗粒，粒径为0.01～0.05mm；
(5)将蜂蜡切成碎片，于30℃条件下溶解于二氯甲烷中，得覆膜液，分成四份，备用；
(6)将药剂颗粒置于覆膜液中，于通风柜中25℃搅拌下挥发除去溶剂，分摊在托盘上置于通风柜中10小时；重复上述操作3次，共覆膜4次，得到成品火烧油层化学点火药剂，经检测，其主要物理化学性能如下：外观：铁红色覆膜颗粒；密度：0.85g/cm3；含水率：0.05％；吸水率：0％。自燃点：175℃；热值：1485KJ/mol。
实施例2配制火烧油层化学点火药剂
配制时所用原料及配比关系如下：硝酸铁：900g；柠檬酸：600g；尿素：6g；乙二胺四乙酸二钠：1.5g；蜂蜡(58℃)：80g；二氯甲烷：1000ml。
制备方法步骤如下：
(1)将硝酸铁、柠檬酸分别溶于盛有500ml清水的烧杯中，加热至60℃，搅拌使其充分溶解(溶解过程吸热)，再将两种溶液混合均匀，得混合溶液；
(2)将尿素和乙二胺四乙酸二钠置于50ml水中，搅拌溶解后加入到上述混合溶液中，混匀；
(3)将步骤(2)所得混合溶液置于干燥箱中，设置温度为75℃，保温反应8小时让水分逐渐挥发，此时溶液体系变为凝胶状；
(4)将凝胶均匀平摊在托盘上，置于干燥箱中，温度设置为100℃，缓慢干燥48小时，此时，含水率达到0.08％；将药剂粉碎成颗粒，粒径为0.01～0.05mm；
(5)将蜂蜡切成碎片，于30℃条件下溶解于二氯甲烷中，得覆膜液，分成四份，备用；
(6)将药剂颗粒置于覆膜液中，于通风柜中30℃搅拌下挥发除去溶剂，分摊在托盘上置于通风柜中10小时；重复上述操作3次，共覆膜4次，得到成品火烧油层化学点火药剂。
实施例3配制火烧油层化学点火药剂
配制时所用原料及配比关系如下：硝酸铁：1000g；柠檬酸：600g；尿素：6g；乙二胺四乙酸二钠：1.5g；蜂蜡(58℃)：120g；二氯甲烷：1000ml。
制备方法步骤如下：
(1)将硝酸铁、柠檬酸分别溶于盛有500ml清水的烧杯中，加热至60℃，搅拌使其充分溶解(溶解过程吸热)，再将两种溶液混合均匀，得混合溶液；
(2)将尿素和乙二胺四乙酸二钠置于50ml水中，搅拌溶解后加入到上述混合溶液中，混匀；
(3)将步骤(2)所得混合溶液置于干燥箱中，设置温度为80℃，保温反应7小时让水分逐渐挥发，此时溶液体系变为凝胶状；
(4)将凝胶均匀平摊在托盘上，置于干燥箱中，温度设置为100℃，缓慢干燥48小时，此时，含水率达到0.03％；将药剂粉碎成颗粒，粒径为0.01～0.05mm；
(5)将蜂蜡切成碎片，于30℃条件下溶解于二氯甲烷中，得覆膜液，分成四份，备用；
(6)将药剂颗粒置于覆膜液中，于通风柜中25℃搅拌下挥发除去溶剂，分摊在托盘上置于通风柜中10小时；重复上述操作3次，共覆膜4次，得到成品火烧油层化学点火药剂。
实施例4配制火烧油层化学点火药剂
配制时所用原料及配比关系如下：硝酸铁：800g；柠檬酸：500g；尿素：5g；乙二胺四乙酸二钠：1g；蜂蜡(58℃)：100g；二氯甲烷：1400ml。
制备方法步骤如下：
(1)将硝酸铁、柠檬酸分别溶于盛有500ml清水的烧杯中，加热至60℃，搅拌使其充分溶解(溶解过程吸热)，再将两种溶液混合均匀，得混合溶液；
(2)将尿素和乙二胺四乙酸二钠置于50ml水中，搅拌溶解后加入到上述混合溶液中，混匀；
(3)将步骤(2)所得混合溶液置于干燥箱中，设置温度为85℃，保温反应6小时让水分逐渐挥发，此时溶液体系变为凝胶状；
(4)将凝胶均匀平摊在托盘上，置于干燥箱中，温度设置为100℃，缓慢干燥48小时，此时，含水率达到0.05％；将药剂粉碎成颗粒，粒径为0.01～0.05mm；
(5)将蜂蜡切成碎片，于30℃条件下溶解于二氯甲烷中，得覆膜液，分成四份，备用；
(6)将药剂颗粒置于覆膜液中，于通风柜中25℃搅拌下挥发除去溶剂，分摊在托盘上置于通风柜中10小时；重复上述操作4次，共覆膜5次，得到成品火烧油层化学点火药剂。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种火烧油层化学点火药剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将硝酸铁溶液和柠檬酸溶液混合，混匀，得混合溶液；所述硝酸铁与柠檬酸的重量比为7～9:5；
(2)取尿素和乙二胺四乙酸二钠，加入到上述混合溶液中，或：溶于水中，再加入到上述混合溶液中，混匀；所述尿素和乙二胺四乙酸二钠的重量比为4～6:1，乙二胺四乙酸二钠的用量为硝酸铁的0.10％～0.15％；
(3)将上述步骤(2)所得混合溶液在75℃～85℃下保温反应，至溶液体系变为凝胶状；
(4)上述所得凝胶，干燥至含水率小于1％，粉碎成颗粒；
(5)取蜂蜡，切成碎片，30℃条件下溶解于溶剂二氯甲烷中，得覆膜液，蜂蜡浓度为0.05～0.15g/ml；
(6)覆膜：将步骤(4)所得颗粒置于覆膜液中，30℃以下且通风条件下搅拌以挥发除去溶剂二氯甲烷，再在通风条件下干燥6～8小时；所述覆膜液与颗粒的重量比为1～3:1；重复该覆膜操作3～4次，即得火烧油层化学点火药剂。
2.根据权利要求1所述的烧油层化学点火药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，硝酸铁溶液的浓度为1.0～2.0g/ml；柠檬酸溶液的浓度为0.8～1.2g/ml。
3.根据权利要求1所述的烧油层化学点火药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述尿素和乙二胺四乙酸二钠的重量比为5:1，乙二胺四乙酸二钠的用量为硝酸铁的0.125％。
4.根据权利要求1所述的烧油层化学点火药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，蜂蜡浓度为10％。
5.根据权利要求1所述的烧油层化学点火药剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，覆膜液与颗粒的重量比为2:1。
6.利用权利要求1～5中任一项所述的烧油层化学点火药剂的制备方法制备得到的烧油层化学点火药剂。
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