一种Pickering乳状液及其制备方法以及在稠油乳化降粘中的应用技术

本发明专利技术提供一种Pickering乳状液及其制备方法以及在稠油乳化降粘中的应用，所述方法包括以下步骤：S1：在室温下配置羧乙基纤维素浓度为1‑5g/L、十二烷基苯磺酸钠浓度为0.5‑1.5g/L的水溶液；S2：向步骤S1制得的水溶液中加入矿渣，搅拌均匀，所述矿渣的加入量为0.5‑1.5g/L；以及S3：向步骤S2制得的溶液中加入油相，使油水体积比为3∶7‑7∶3，搅拌均匀，制得一种水包油型的Pickering乳状液。该方法既解决了矿渣的废物利用问题，又能够制备出非常稳定的Pickering乳状液实现稠油乳化降粘，一举多得，而且矿渣来源比较广泛，降低了稠油开采成本。

A Pickering emulsion and its preparation method and its application in heavy oil emulsification and viscosity reduction

【技术实现步骤摘要】
一种Pickering乳状液及其制备方法以及在稠油乳化降粘中的应用
本专利技术涉及稠油乳化降粘领域，更具体地涉及一种Pickering乳状液及其制备方法以及在稠油乳化降粘中的应用。
技术介绍
矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。矿渣的堆放不仅污染环境，而且浪费宝贵的土地资源。矿渣大多数为粗放、大宗利用，效率低，难以产生良好的经济效益。近年来我国稠油产量也不断增加，稠油在低温下粘度大输送困难，为了降低原油输送时的粘度，通常采取加热、添加稀释剂(如轻质原油或汽油、柴油等)或降粘剂等方式进行降粘输送，但存在加热能耗高、稀释剂的来源受到限制，降粘剂针对性强、感受性差等问题的困扰。掺热水乳化降粘对于油田稠油集输是一项简便可行的方法，因此选择一种合适的乳化剂制备O/W型乳状液是实现稠油乳化降粘的关键。Pickering乳状液是指以超细固体颗粒作为乳化剂而得到的乳状液，纳米或微米级的固体颗粒吸附在油水界面形成稳定的油水界面膜，这层膜的存在可以有效地阻止油水液滴之间进一步发生聚并过程，使得油水乳状液可以稳定存在。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Pickering乳状液及其制备方法以及在稠油乳化降粘中的应用，从而解决现有技术中的废弃矿渣利用率低，而现有的稠油乳化降粘方法存在成本高，不能长效稳定的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种利用矿渣制备Pickering乳状液的方法，所述方法包括以下步骤：S1：在室温下配置羧乙基纤维素浓度为1-5g/L、十二烷基苯磺酸钠浓度为0.5-1.5g/L的水溶液；S2：向步骤S1制得的水溶液中加入矿渣，搅拌均匀，所述矿渣的加入量为O.5-1.5g/L；以及S3：向步骤S2制得的溶液中加入油相，使油水体积比为3∶7-7∶3，搅拌均匀，制得一种水包油型的Pickering乳状液。本专利技术的创造性在于首次提出以一种废弃的矿渣为原料制备Pickering乳状液，既解决了矿渣的废物利用问题，又能够制备出较为稳定的Pickering乳状液实现稠油乳化降粘，一举多得，而且矿渣来源比较广泛，同时降低了稠油开采成本。根据本专利技术的一个优选方案，通过在Pickering乳状液中加入聚合物羧乙基纤维素和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，稳定后的乳液相体积占比进一步得到了提高，不加表面活性剂时的体积占比为78％，加入羧乙基纤维素和十二烷基苯磺酸钠之后提高到了98％。由此可知，在相同的制备条件下，当加入聚合物和表面活性剂后，制备的乳状液稳定性能得到了很大提高，其原因在于表面活性剂会在相界面上发生吸附行为，并在液滴表面形成稳定的界面膜，这种界面膜的形成，一方面会对分散相液滴起到一定的保护作用，当它们在发生布朗运动时，彼此之间的相互碰撞不会导致液滴聚集在一起形成大颗粒沉降；另一方面，当添加的乳化剂的量达到一定范围后，就会形成一层紧密排列的界面膜，界面膜的强度也因此得到了大大增强，乳状液的稳定性也随之增加。根据本专利技术的另一优选方案，随着羧乙基纤维素浓度从1g/L增加到5g/L时，水相析出体积占比越来越少，由此可知，当体系中纤维素浓度不断增加时，制备的Pickering乳状液水相析出逐渐减少，稳定性逐渐增强。因此，优选地，步骤S1中羧乙基纤维素的浓度为3-5g/L。根据本专利技术的又一优选方案，采用矿渣颗粒在羧乙基纤维素和十二烷基苯磺酸钠协同作用下制备出的航空煤油-水Pickering乳状液为一种水包油型乳状液，加入矿渣颗粒形成的Pickering乳状液的稳定性显著优于没有加矿渣颗粒的普通油水乳状液。因此，矿渣的加入量以0.5g/L-1.5g/L为佳。更优选地，矿渣的加入量为1.0-1.5g/L。根据本专利技术的优选方案，当人为改变Pickering乳状液体系中油水相的体积比时，乳状液稳定后各项占比会随之发生变化，总体来说，当体系中油相体积增加时，稳定后乳液相的体积也会逐渐增大，表明乳状液稳定性呈现出增强的趋势，由此可知，在Pickering乳状液的制备过程中，相比于水相，油相体积的占比对乳状液的稳定性起着主导作用。根据本专利技术的一个优选方案，油水体积比在1∶1-7∶3的范围内既保证了较好的稳定性，油相占比也不算太大。但考虑到油的价格明显高于水，因此，最优选地，采用油水体积比为1∶1制备Pickering乳状液，它具有较好的稳定性，同时成本较低。所述油相选自：航空煤油、汽油、柴油或轻质原油中的一种。作为举例而非限制地，根据本专利技术提供的一种典型的Pickering乳状液的制备方法如下：在室温下配置羧乙基纤维素浓度1-5g/L、十二烷基苯磺酸钠浓度0.5-1.5g/L的水溶液；取上述制备的水溶液25ml，加入一定量的矿渣，使矿渣的浓度为0.5-1.5g/L，用TRE-200均质搅拌机以10000r/min的速度搅拌数分钟；然后再加入25ml航空煤油，使油水体积比为1∶1，继续搅拌数分钟，制得一种水包油型的Pickering乳状液。根据本专利技术的第二方面，提供一种根据上述方法制备得到的Pickering乳状液。根据本专利技术的第三方面，提供一种Pickering乳状液在稠油乳化降粘中的应用，所述应用包括：将Pickering乳状液以1％-20％的体积比例加入稠油-水体系中以对所述稠油-水体系进行乳化降黏。根据本专利技术的一个优选方案，当制备的Pickering乳状液不断地加入到稠油体系中时，会使稠油-水体系的粘度逐渐降低，稠油水乳状液的降粘率逐渐增加，优选地，Pickering乳状液以8％-12％的加入量加入稠油-水体系中，稠油-水体系的粘度会得到大幅下降。当Pickering乳状液加入量达到10％时，降粘率可达85％以上，并保持稳定。根据本专利技术的一个优选方案，当控制稠油-水体系的温度在70℃时，改变不同稠油-水比例为8∶2，7∶3，6∶4，5∶5，4∶6，3∶7，2∶8。当向这些具有不同油水体积比的稠油-水体系中加入乳状液时，测量粘度变化的结果显示，随着Pickering乳状液的加入量的增加，降粘率逐渐增加，当稠油-水体系的油水体积比为7∶3-3∶7时，降粘效果均较好，其中，Pickering乳状液对稠油-水体积比为3∶7的降粘效果最敏感。根据本专利技术的另一优选方案，在选定一个油水体积比的稠油-水体系中，控制温度分别为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，加入Pickering乳状液，测量粘度变化结果显示，在不同温度下，Pickering乳状液都对稠油具有较好的降黏效果，当加入量达到12％时，降粘率普遍达到90％以上。根据本专利技术的另一优选方案，所述应用包括将所述稠油-水体系的油水比控制为7∶3-3∶7，将所述稠油-水体系的温度调节在40-80℃之间。所述稠油-水体系中的水可以是地层水、海水、高矿化水中的一种。综上所述，本专利技术通过对矿渣、纳米SiO2、MgAl水滑石、纳米Al2O3以及纳米ZnO多种材料进行试验对比，首次提出了一种采用废弃矿渣为固体颗粒制备一种Pickering乳状液的方法，进一步地，本专利技术还通过对矿渣浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用矿渣制备Pickering乳状液的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：在室温下配置羧乙基纤维素浓度为1‑5g/L、十二烷基苯磺酸钠浓度为0.5‑1.5g/L的水溶液；S2：向步骤S1制得的水溶液中加入矿渣，搅拌均匀，所述矿渣的加入量为0.5‑1.5g/L；以及S3：向步骤S2制得的溶液中加入油相，使油水体积比为3∶7‑7∶3，搅拌均匀，制得一种水包油型的Pickering乳状液。

【技术特征摘要】
1.一种利用矿渣制备Pickering乳状液的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：在室温下配置羧乙基纤维素浓度为1-5g/L、十二烷基苯磺酸钠浓度为0.5-1.5g/L的水溶液；S2：向步骤S1制得的水溶液中加入矿渣，搅拌均匀，所述矿渣的加入量为0.5-1.5g/L；以及S3：向步骤S2制得的溶液中加入油相，使油水体积比为3∶7-7∶3，搅拌均匀，制得一种水包油型的Pickering乳状液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中羧乙基纤维素的浓度为3-5g/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中矿渣的加入量为1.0-1.5g/L。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中油水体积比为1∶1-7∶3。5.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝仰文，杨敬一，石静，王红艳，徐心茹，朱志强，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37