用于天然气水合物地层智能控温微胶囊及其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及钻井液技术领域，公开了一种用于天然气水合物地层智能控温微胶囊及其制备方法及应用。所述智能控温微胶囊包括芯材以及包覆在所述芯材的外表面的壁材，其特征在于，所述芯材由不同正构烷烃混溶得到；所述壁材为纳米二氧化硅。该智能控温微胶囊的相变温度低，且具有较高的相变潜能，能够满足水合物地层使用。层使用。层使用。

【技术实现步骤摘要】
用于天然气水合物地层智能控温微胶囊及其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及钻井液
，具体涉及一种用于天然气水合物地层智能控温微胶囊及其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]巨大的资源储量使天然气水合物钻探和开发成为研究热点。水合物主要赋存在海底地层的低温高压条件下，这对钻井工程提出了严峻的技术挑战。关键问题之一是在水合物储层水平井段，钻具切削热引起水合物分解，使地层失去骨架支撑，导致坍塌及地质灾害。然而，现有的技术只是通过添加化学处理剂在一定程度上延缓了水合物的分解速度，并没有改变水合物的相平衡温度。因此，生成的水合物会随着温度的升高而不断分解。在这种情况下，利用相变材料(PCMs)对钻井液进行智能控温以抑制水合物分解具有重要的研究价值。
[0003]近年来，学者们对相变材料进行了大量的研究，通过材料相变提前储存/释放能量，在合适的温度下释放/吸收能量的温度控制技术也逐渐发展起来。这些化合物主要分为有机化合物和无机化合物。与有机相变材料相比，无机相变材料通常具有成本低、导热系数高、能低温冷却等特点。然而，有机相变材料由于其较高的潜热性能而得到了更广泛的应用。
[0004]CN107523273A公开了一种相变储能微胶囊，该微胶囊以石蜡为芯材，以平均分子量为30000～40000的聚酯树脂为壁材。CN111013509A公开了一种相变储能微胶囊，以吸附有界面增强剂的无机盐为芯材，以高分子聚合物为壁材。由于这些微胶囊均以高分子聚合物为壁材，所制备微胶囊导热性极差，且其相变温度不适，故无法在天然气水合物地层发挥作用。
[0005]CN113025285A公开了一种二氧化硅包覆的相变微胶囊，该微胶囊通过乳液界面上的溶胶
‑
凝胶反应得到二氧化硅包覆的相变材料。CN113249097A公开了一种聚丙烯酸酯相变微胶囊。以烷烃类和酯类相变材料为芯材，以聚丙烯酸酯为壁材，具有较好的密封性能、抗破碎性及较好的包覆效果。
[0006]以上制备的微胶囊，即使具备良好的性能，但由于相变温度过高，与水合物地层钻探的条件明显不符，无法在水合物地层加以利用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有的化学抑制技术只能延迟水合物分解速率的问题，以及现有微胶囊技术存在与水合物地层钻井液相变温度不适的问题。提供一种用于天然气水合物地层智能控温微胶囊及其制备方法及应用，该智能控温微胶囊的相变温度低，且具有较高的相变潜能，能够满足水合物地层使用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种智能控温微胶囊，所述智能控温微胶囊包括芯材以及包覆在所述芯材的外表面的壁材，其中，所述芯材由不同正构烷烃混
溶得到；所述壁材为纳米二氧化硅。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种智能控温微胶囊的制备方法，其中，所述的制备方法包括：
[0010](1)将正构烷烃与乳化剂1混合作为油相，将水与乳化剂2混合作为水相，将所述油相与所述水相接触制备得到水包油型乳液；其中，所述正构烷烃由不同正构烷烃混溶得到；
[0011](2)将硅酸四乙酯缓慢加入所述水包油型乳液中，再加入3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷调节pH值至弱碱性，进行同步水解缩合反应，得到智能控温微胶囊。
[0012]本专利技术第三方面提供了一种由前述所述的方法制备得到的智能控温微胶囊。
[0013]本专利技术第四方面提供了一种前述所述的智能控温微胶囊在天然气水合物地层钻井液中的应用。
[0014]通过上述技术方案，合成了一种以二氧化硅为壁材，以正构烷烃为芯材的智能控温微胶囊，可以通过改变芯材中正构烷烃的种类和占比调节微胶囊的相变温度。该微胶囊与钻井液具有良好的配伍性，在1
‑
10％wt含量时具有良好的控温效果，粒径大多分布于2
‑
50μm之间，粒径中值在5
‑
15μm左右。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例1制备的智能控温微胶囊的DSC曲线示意图；
[0016]图2是本专利技术实施例1制备的智能控温微胶囊在去离子水中的粒径分布示意图；
[0017]图3是本专利技术实施例1制备的智能控温微胶囊的SEM照片；
[0018]图4是本专利技术实施例1制备的智能控温微胶囊在不同浓度下控温效果曲线示意图。
具体实施方式
[0019]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0020]如前所述，本专利技术第一方面提供了一种智能控温微胶囊，所述智能控温微胶囊包括芯材以及包覆在所述芯材的外表面的壁材，其中，所述芯材由不同正构烷烃混溶得到；所述壁材为纳米二氧化硅。
[0021]本专利技术的专利技术人发现：天然气水合物地层钻井过程中，钻具产生的摩擦热易造成水合物分解，由此可能产生井壁失稳等一系列问题。基于此，本专利技术的专利技术人将相变微胶囊引入钻井液中，能够起到控温效果，从而阻止因温度上升而造成的水合物分解。经调研发现，优选情况下，正十四烷烃至正十八烷烃的相变温度与水合物地层温度接近，且正烷烃具有较高的相变焓，能够对其进行复配从而调节其作为芯材的相变温度。
[0022]根据本专利技术，需要说明的是：任意两种或多种不同正构烷烃混溶的质量比没有具体限定，可以根据所需微胶囊相变温度来确定。
[0023]根据本专利技术，所述包覆率为35
‑
85％，优选为55
‑
70％；在本专利技术中，将包覆率控制在前述所述范围之内，能够确保芯材被壁材较好包覆，形成稳定的微胶囊结构，且芯材含量较高，能够有效发挥控温作用；如果包覆率过低，则说明没有形成较好的微胶囊结构，包覆
失败；如果包覆率过高，则壁材占比过大，很难发充分挥芯材的控温效果。
[0024]根据本专利技术，所述芯材和所述壁材的重量比为2：(1
‑
10)，优选为2：(2
‑
3)；在本专利技术中，要将所述芯材和所述壁材的重量比控制在前述所述范围之内，效果较好；如果所述芯材和所述壁材的重量比过低，则不利于壁材包覆芯材；如果所述芯材和所述壁材的重量比过高，则包覆的芯材含量过低，不利于发挥有效的控温效果。
[0025]根据本专利技术，所述智能控温微胶囊的平均粒径为2
‑
50μm，优选为5
‑
25μm。
[0026]根据本专利技术，所述智能控温微胶囊的粒径中值D
50
为5
‑
15μm，优选为8
‑
12μm。
[0027]根据本专利技术，所述微胶囊的相变温度6
‑
18℃，优选为8
‑
15℃。
[0028]根据本专利技术，所述微胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能控温微胶囊，所述智能控温微胶囊包括芯材以及包覆在所述芯材的外表面的壁材，其特征在于，所述芯材由不同正构烷烃混溶得到；所述壁材为纳米二氧化硅。2.根据权利要求1所述的微胶囊，其中，所述正构烷烃包括C
14
‑
C
24
的烷烃；优选地，所述正构烷烃包括C
14
‑
C
18
的烷烃。3.根据权利要求1或2所述的微胶囊，其中，所述包覆率为35
‑
85％，优选为55
‑
70％；和/或，所述芯材和所述壁材的重量比为2：(1
‑
3.5)，优选为2：(2
‑
3)；和/或，所述智能控温微胶囊的平均粒径为2
‑
50μm，优选为5
‑
25μm。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的微胶囊，其中，所述微胶囊的相变温度6
‑
18℃，优选为8
‑
15℃；和/或，所述微胶囊的相变潜热为90
‑
150J/g，优选为100
‑
150J/g。5.一种智能控温微胶囊的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：(1)将正构烷烃与乳化剂1混合作为油相，将水与乳化剂2混合作为水相，将所述油相与所述水相接触制备得到水包油型乳液；其中，所述正构烷烃由不同正构烷烃混溶得到；(2)将硅酸四乙酯缓慢加入所述水包油型乳液中，再加入3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷调节pH值至弱碱性，进行同步水解缩合反应，得到智能控温微胶囊。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述乳化剂1为司班80；和/或，所述乳化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱正松，郭鹏飞，张玉彬，钟汉毅，赵欣，慕佳兴，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：