可逆皮克林乳液、其制备方法及可逆皮克林乳液型钻井液技术

本发明专利技术提供一种可逆皮克林乳液，包括油相、水相和胺基表面活性剂或胺基衍生物表面活性剂原位活化的纳米颗粒。纳米颗粒为亲油性、亲水性或双亲性纳米氧化物，胺基表面活性剂为伯胺、仲胺、叔胺基表面活性剂剂或其衍生物。亲油性纳米颗粒时由短链胺基或者短链胺基衍生物表面活性剂原位活化；亲水性或双亲性纳米颗粒采用长链胺基或者长链胺基衍生物表面活性剂原位活化。还提供一种包含该乳液的钻井液，可以制备无土、无碱或者无土无碱钻井液，制备的钻井液适用范围广，密度可在0.8g/cm

Reversible Pickering emulsion, preparation method and reversible Pickering emulsion drilling fluid

The present invention provides a reversible Pickering emulsion comprising nanoparticles in situ activated by oil phase, aqueous phase, amine surfactant or amine derivative surfactant. Nanoparticles are lipophilic, hydrophilic or amphiphilic nanooxides. Amino surfactants are primary amine, secondary amine, tertiary amine surfactants or their derivatives. Hydrophilic or amphiphilic nanoparticles are activated in situ by short-chain amine or short-chain amine derivative surfactants; hydrophilic or amphiphilic nanoparticles are activated in situ by long-chain amine or long-chain amine derivative surfactants. It also provides a drilling fluid containing the emulsion, which can be used to prepare soilless, alkali free or soilless alkali free drilling fluid. The drilling fluid prepared has wide application range and the density can be 0.8g/cm.

【技术实现步骤摘要】
可逆皮克林乳液、其制备方法及可逆皮克林乳液型钻井液
本专利技术属于钻井液
，具体的涉及一种可逆皮克林乳液、其制备方法及可逆皮克林乳液型钻井液。
技术介绍
可逆乳状液是指乳液相态行为可逆转的乳状液。在已有乳状液的基础上，乳化剂的性质的改变可实现油包水乳状液和水包油乳状液之间可逆的转相。目前用于pH值响应的可逆乳状液的乳化剂主要是有机胺类表面活性剂，利用有机胺类表面活性剂的质子化和去质子化，实现乳液的转相。氧化脂肪酸等也因为其HLB值可被酸碱影响而被用于可逆乳状液。然而由表面活性剂稳定的乳液，具有表面活性剂的用量较大、生物毒性较高、费用较高等问题。Pickering(皮克林)乳状液是指由胶体尺寸的固体颗粒稳定的乳状液，其稳定机理主要为固体颗粒吸附于油—水界面并形成固体颗粒单层/多层膜，从而稳定乳状液。由表面活性剂或双亲聚合物稳定的传统乳状液是热力学不稳定体系，而由表面活性胶体颗粒稳定的乳状液即乳状液则具有超稳定性。利用固相颗粒稳定的皮克林乳液只需要使用少量甚至不使用表面活性剂。近些年来，皮克林乳状液因为其低成本、环境友好和稳定性高等特点越来越受到人们的重视。可逆皮克林乳液是利用纳米颗粒作为乳化剂，通过改变水相的pH或电解质浓度等影响因素，改变纳米颗粒表面的亲水性和疏水性，实现油包水钻井液和水包油钻井液的逆转。国内孙德军等人，提出了利用羧酸盐阴离子表面活性剂等和纳米固体颗粒协同形成的皮克林乳状液作为钻井液润滑剂的应用专利。国外，斯伦贝谢公司的MoCosh等人已经将皮克林乳状液成功地应用到了油基钻井液中，这种亲油的固体颗粒与表面活性剂协同形成的油包水皮克林乳化钻井液(被称Slop-mud)具有非常好的稳定性和良好的抗污染性能。Agarwal等人用两种不同疏水程度的SiO2作为固体颗粒乳化剂，制备成W/O乳化钻井液。哈伯顿公司的Shumway等人提出了将皮克林乳液应用到W/O乳化钻井液中的专利。然而上述的皮克林乳液均不可逆。刘飞等在《改性纳米颗粒稳定的可逆乳化钻井液的制备与性能》中利用伯胺、叔胺类表面活性剂改性纳米二氧化硅，制备了耐温性能(180℃)的W/O乳状液破乳电压。但是，该体系存在以下的技术问题，第一，该体系配置过程需将含油伯胺类、叔胺类表面活性剂的纳米二氧化硅分散体系中的固体颗洗涤并烘干后，再作为乳化剂加入到体系中，制备过程复杂。第二，烘干后并未对纳米颗粒进行表征，未知是否是纳米级。第三，文中没有具体说明使用的表面活性剂，且颗粒仅为亲油性的纳米二氧化硅颗粒，对颗粒性质的依赖性较高。第四，该钻井液体系密度为1.2g/cm3，且需要加入有机土等起到悬浮稳定的作用。第五，此文献中仅叔胺类表面活性剂的改性的亲油纳米二氧化硅具有酸触、碱触能力，具备可逆性，而伯胺类产品DUW-1改性的亲油纳米颗粒虽然可以制备初始油包水乳状液，但其酸触转相为水包油乳状液后，有效碱触转相为油包水乳状液，即不具备可逆性。常规的油基钻井液采用有机土提供粘切力，有机土是由亲水的膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂改性后制得亲油黏土。然而，有机土具有活化慢、易高温稠化、塑性黏度较高、不利于现场维护等问题。容易导致起下钻不畅、粘卡等井下复杂事故、钻遇塑性泥岩时机械钻速低，亟需开发无土相油基钻井液。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本申请提供了一种利用胺基表面活性剂、或者胺基衍生物表面活性剂来原位活化纳米颗粒，从而控制纳米颗粒表面的性质，制备稳定的可逆皮克林乳液，并提供此种可逆皮克林乳液的制备方法，在此基础上，利用这种稳定的可逆皮克林乳液，制备可逆皮克林乳液型钻井液；并可以制备无土相钻井液、无碱度钻井液或者无土无碱度钻井液。制备的可逆皮克林乳液型钻井液适用范围广，密度可在0.8g/cm3～1.7g/cm3直接可调，在100～200℃范围内具有较好的流变性、悬浮稳定性、滤饼清除性、滤失量控制、环境友好、油包水乳液和水包油乳液可逆的性质。本专利技术提供一种可逆皮克林乳液，包括油相、水相，以及作为稳定剂的经胺基表面活性剂或者胺基衍生物表面活性剂原位活化的纳米颗粒。其中，所述的油相为0#柴油、3#白油、气制油、航空煤油、生物柴油、甲苯、苯、正己烷—二十二烷或其异构体、环己烷、十四烷酸甲酯、十一烷醇、肉豆蔻酸异丙酯中的一种或几种。水相为纯水、自来水，或者电解质溶液。具体的，所述的电解质溶液为碳酸钠溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液或氯化镁溶液等。优选的，电解质溶液的浓度为0.01g/mL～1g/mL。纳米颗粒包括亲油性、亲水性或者双亲性的纳米氧化物颗粒。具体的，纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化锆、纳米氧化镁、纳米氧化锆、纳米四氧化三铁、纳米氧化锡、纳米四氧化三锰等纳米颗粒中的一种或者几种。本专利技术中，对纳米颗粒的晶型无特定要求。纳米颗粒可以为市购的采用气相沉淀法或者液相沉淀法制备的纳米颗粒。纳米颗粒的原始粒径大小为15nm～200nm之间。胺基具有较强的吸附性，能够有效的吸附在纳米颗粒的表面，故选为纳米颗粒表面性质的改性剂。本专利技术中，利用胺基表面活性剂或者胺基衍生物表面活性剂自身的亲水亲油性，原位活化纳米颗粒，从而调节颗粒表面的亲水性或者亲油性。具体的，胺基表面活性剂为伯胺、仲胺、叔胺基表面活性剂，胺基衍生物表面活性剂为伯胺、仲胺、叔胺基衍生物表面活性剂。优选的胺基表面活性剂或者胺基表面活性剂的衍生物包括但不限于：1、哌啶类；2、苯胺、苄胺类，包括苯胺、邻苯胺、对苯胺、苄胺、苯二胺、苄二胺等；3、环基胺、吡咯烷基胺类，包括环戊基胺、环己基胺、N、N二环己基胺等；4、叔胺类，包括N-二丙胺、2-乙基烷基胺、三异丙基胺、N、N-二异丙基乙胺、三乙胺类等；5、醇胺类，烷基酰二乙醇胺、多酰丁胺酸、多烷基酰基乙二醇等；6、酰胺类，包括N、N-二乙基胺基酰胺、烷基酰二乙基胺、二(3-二甲胺基丙基)丙二酰胺等；7、伯胺类；8、多胺类，包括N-烷基三丙四胺(N-烷基丙二胺)等、烷基酰胺二甲胺、烷基酰胺多乙烯多胺等；9、羟乙基胺类，包括N、N—二(2—羟乙基酰胺)、N、N—二(2—羟乙基)烷基胺等。皮克林乳液最重要稳定机制是颗粒在乳液滴界面上发生不可逆吸附所形成的界面膜能够抑制乳液内相液滴之间的聚结。乳液的类型主要受到固体颗粒润湿性的影响，一般用接触角来表示。当颗粒在油-水界面上的接触角小于90°时，形成的是O/W乳液；当接触角大于90°时，形成的是W/O乳液。当颗粒的亲水性或亲油性很强时都不能形成稳定乳液。一般来说，凡是影响颗粒表面性质和接触角的因素都能影响乳液的性质和稳定性。如果表面活性剂与颗粒之间有相互作用，并改变颗粒的表面润湿性时，则表面活性剂的存在将显著影响皮克林乳状液的稳定性。由于表面活性剂上的胺基基团具有较强的吸附性，可有效的吸附在纳米颗粒表面，促使纳米颗粒在非极性溶剂的作用下，通过疏水键、氢键的作用相互架桥的相互作用，纳米颗粒聚结体在分散相中形成空间三维结构形，即弱凝胶状态。此时弱凝胶状态的连续相具有一定粘弹性，可降低乳液液滴迁移的速率和程度，从而阻止了乳液液滴的聚结。其原理如图1所示。本专利技术中，采用原位活化法调节纳米颗粒表面的亲水亲油性，对纳米颗粒的表面性质不做限定，当纳米颗粒表面的性质不同时，采用如下的原则选择胺基表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可逆皮克林乳液，其特征在于：包括油相、水相，以及作为稳定剂的胺基表面活性剂或者胺基衍生物表面活性剂原位活化的纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种可逆皮克林乳液，其特征在于：包括油相、水相，以及作为稳定剂的胺基表面活性剂或者胺基衍生物表面活性剂原位活化的纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的可逆皮克林乳液，其特征在于：所述的油相为0#柴油、3#白油、气制油、航空煤油、生物柴油、甲苯、苯、正己烷—二十二烷或其异构体、环己烷、十四烷酸甲酯、十一烷醇、肉豆蔻酸异丙酯中的一种或几种；所述水相为纯水、自来水或者浓度为0.01g/mL～1g/mL碳酸钠溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液、氯化镁溶液中的一种；所述纳米颗粒包括亲油性、亲水性或者双亲性纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化锆、纳米氧化镁、纳米氧化锆、纳米四氧化三铁、纳米氧化锡、纳米四氧化三锰等纳米材料中的一种或者几种；所述胺基表面活性剂为伯胺、仲胺、叔胺基表面活性剂，胺基衍生物表面活性剂为伯胺、仲胺、叔胺基及其胺基衍生物表面活性剂；当纳米颗粒为亲油性纳米颗粒时，采用短链胺基表面活性剂或者短链胺基衍生物表面活性剂；当纳米颗粒为亲水性或者双亲性纳米颗粒时，所述的胺基表面活性剂或者其衍生物为长链胺基表面活性剂或者长链胺基衍生物表面活性剂。3.根据权利要求2所述的可逆皮克林乳液，其特征在于：所述短链胺基表面活性剂或者短链胺基衍生物表面活性剂，其烷基链为C3～C6直链烷基、支链烷基，胺基衍生物的官能团为以下一种或者几种：哌啶类，苯胺、苄胺类，环基胺、吡咯烷基胺类，叔胺类，醇胺类，酰胺类，多胺类，羟乙基胺类；所述长链胺基表面活性剂或者长链胺基衍生物表面活性剂，其烷基链为C6～C30直链烷基、支链烷基，牛脂基、椰油基、油基、异烷基氧基等长碳链，胺基官能团为以下一种或者几种，哌啶类，苯胺、苄胺类，环基胺、吡咯烷基胺类，叔胺类，醇胺类，酰胺类，多胺类，羟乙基胺类。4.根据权利要求3所述的可逆皮克林乳液，其特征在于：可逆皮克林乳液中，各组分的含量为，油相为40～80质量份，纳米颗粒为1～4量份，胺基表面活性剂为0.01～1质量份，水相为20～60质量份。5.一种可逆皮克林乳液的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹭，蒲晓林，李方，王贵，任妍君，林燚，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51