一種高穩定性Pickering乳液型鉆井液及其制備方法
一種高穩定性pickering乳液型鉆井液及其制備方法
技術領域
1.本發明屬于鉆井液技術領域，涉及一種高穩定性pickering乳液型鉆井液及其制備方法。
背景技術：
2.乳液型鉆井液是由油、水和表面活性劑混合形成的一種多功能流體，得益于乳液自身較大的增容量、較高的穩定性和低界面張力，其在油田鉆井過程中的鉆屑清洗、鉆柱潤滑解卡和驅油采油等領域具有廣泛的應用。然而，表面活性劑穩定的乳液具有以下兩個主要缺點：（1）需要加入大量表面活性劑，不利于環境保護和可持續發展；（2）大量的表面活性劑難以去除，需要繁雜的凈化回收手段。相比于傳統乳液，由固體納米顆粒穩定的pickering乳液性能具有較高的穩定性。這是因為固體納米顆粒具有比表面積大、顆粒形狀多樣、表面潤濕性可調等特性，同時還有低成本、低毒以及低用量等優點。因此，pickering乳液在石油和天然氣開采行業引起了廣泛的關注。
3.在現有pickering乳液型鉆井液技術中，納米顆粒的加入不僅可以改善鉆井液的流變性、降低濾失量和滲透率的作用，還可以通過強有力的吸附作用穩定油相，保持較高的乳液穩定性。常見的pickering乳液鉆井液的納米材料有納米二氧化硅、納米氧化鋁、納米碳酸鈣和納米石墨等。雖然納米材料的加入可以解決傳統乳液型鉆井液表面活性劑用量大、穩定性能差等問題，但是具有不可生物降解的缺點。固體粒子在鉆井過程中可以通過流動的方式進入地層并造成堵塞，其不可生物降解的劣勢將對油氣儲層造成不可逆的損害，不利于環境的保護，一定程度上限制了pickering乳液在鉆井液領域的應用。因此，為滿足我國綠生態油田的開發要求，亟需開發一種可生物降解的、高性能的、生物質納米材料穩定的pickering乳液型鉆井液。
技術實現要素：
4.本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種高穩定性pickering乳液型鉆井液及其制備方法，制得的pickering乳液型鉆井液具有高穩定性、低濾失量、低滲透率、沉積的濾餅結構致密和優異的流變性能。
5.為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，pickering乳液型鉆井液是由納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液、造漿膨潤土和生物柴油混合、乳化而成；納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液與生物柴油的體積比為3:3:2，納米纖維素或木質素納米顆粒與膨潤土的質量比為1:（1~2）。
6.可選的，納米纖維素懸浮液的濃度為0.5~2wt%。
7.可選的，納米纖維素懸浮液的制備方法，包括：將絕干桉木纖維分散于去離子水中，加入tempo、溴化鈉和次氯酸鈉溶液，邊攪拌邊滴加氫氧化鈉溶液控制反應體系ph值保持在10.0~10.5之間，待反應體系的ph值不再變
化時加入乙醇結束反應；將反應結束后的混合液離心，得到的產物洗滌至中性后，分散于去離子水中，超聲至納米尺度，制得納米纖維素懸浮液；桉木纖維、tempo、溴化鈉和次氯酸鈉溶液的質量比為1:0.016:0.1:6.9，次氯酸鈉溶液的濃度為5.2wt%。
8.可選的，納米纖維素的表面帶有羥基和羧基官能團，直徑在1~50nm，長度大于1000nm。
9.可選的，木質素納米顆粒分散液的濃度為0.5~2wt%。
10.可選的，木質素納米顆粒分散液的制備方法，包括：使用 h2so4溶液將堿法蒸煮纖維原料過程中所產生的廢液的ph調至1.5~2.0，置于室溫下攪拌20~40min，攪拌后置于45~55 ℃水浴鍋中恒溫攪拌80~100min，在室溫下靜置后離心洗滌沉淀物；將產物分散于去離子水中，超聲處理得到納米尺度的木質素納米顆粒分散液。
11.可選的，木質素納米顆粒為納米尺度的球形木質素，直徑在1~50nm。
12.可選的，所述造漿膨潤土為鈉基膨潤土。
13.可選的，所述生物柴油的密度為0.87~0.89 g/cm3，脂肪酸甲酯含量≥ 99.5%。
14.一種高穩定性pickering乳液型鉆井液的制備方法，包括：按照比例將納米纖維素懸浮液和木質素納米顆粒分散液進行混合，制得混合液1；按照比例向混合液1中添加造漿膨潤土進行均勻混合，制得混合液2；將混合液2超聲乳化至均相乳液，即得到木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液。
15.與現有技術相比，本發明所達到的有益效果：本發明提供的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液及其制備方法，采用木質素納米顆粒作為協同穩定劑來提高納米纖維素穩定的pickering乳液的穩定性，通過加入造漿膨潤土后，可以得到高穩定性、低濾失量和低滲透率的木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的水包油（o/w）pickering乳液型鉆井液；納米纖維素和木質素納米顆粒屬于環保可再生的生物質綠材料，安全無毒、可生物降解且生物相容性好，有利于環境保護和綠油田的建設，還可促進生物質資源的高效利用；本發明提供的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液的制備方法簡捷易行、工藝易調控；本發明提供的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液在油氣開采領域中具有潛在的應用價值；納米纖維素的纏結網絡結構和剪切變稀特性有利于改善鉆井液體系的鉆屑攜帶能力和流變特性，有利于降低其它鉆井液添加劑的使用量，減少鉆井液的總體固含量。
附圖說明
16.圖1為納米纖維素的透射電鏡掃描圖；圖2為木質素納米顆粒的透射電鏡掃描圖；圖3為本發明對比例的pom圖；圖4為本發明實施例一的pom圖；圖5為本發明實施例二的pom圖；
圖6為本發明對比例和實施例一和二的濾失性能圖；圖7為本發明對比例所形成濾餅表面的掃描電子顯微鏡圖；圖8為本發明實施例一所形成濾餅表面的掃描電子顯微鏡圖；圖9為本發明實施例二所形成濾餅表面的掃描電子顯微鏡圖。
具體實施方式
17.下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
18.在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應該理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。
19.出于本說明書和所附權利要求書的目的，除非另有陳述，否則所有表達量、百分數或比例的數字及本說明書和所附權利要求書中所用的其他數值被理解為在所有情況下都由術語“約”修飾。此外，本文公開的所有范圍都包括端點在內且可獨立組合。
20.對比例如圖1~3、6、7所示，本對比例提供了一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，該pickering乳液型鉆井液由納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液和生物柴油組成，納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液與生物柴油的體積比為3:3:2，納米纖維素懸浮液和木質素納米顆粒分散液的濃度均為2 wt%。
21.一種高穩定性pickering乳液型鉆井液的制備方法，包括：s1，將1 g絕干桉木纖維分散于100ml去離子水中，加入16 mg tempo、0.1 g溴化鈉和6.9 g有效氯含量為5.2 %的次氯酸鈉溶液，邊攪拌邊滴加0.5 mol/l氫氧化鈉溶液控制反應體系ph值保持在10.0~10.5之間，待反應體系的ph值不再變化時加入大量乙醇結束反應；將反應結束后的混合液離心，得到的產物洗滌至中性后，分散于去離子水中，超聲至納米尺度，制得納米纖維素懸浮液，并調節懸浮液濃度為2wt%；s2，使用64~72 wt% h2so4溶液將堿法蒸煮纖維原料過程中所產生的廢液（黑液）的ph調至1.5~2.0，并置于室溫下攪拌30 min后，置于45~55 ℃水浴鍋中恒溫攪拌90 min，在室溫下靜置后離心洗滌沉淀物；將產物分散于去離子水中機械超聲處理得到納米尺度的木質素分散液，并將其濃度調至2 wt%；s3，將37.5ml的2wt%木質素納米顆粒分散液和37.5ml的2wt%納米纖維素懸浮液混合后，與25ml生物柴油超聲乳化40 min后得到木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液。
22.按照api標準測定了木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液的濾失量，通過旋轉流變儀測定其流變性能，實驗結果見表1。
23.實施例一如圖1、2、4、6、8所示，本實施例提供了一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，該pickering乳液型鉆井液由納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液、天然鈉基膨潤土和生物柴油組成，納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液與生物柴油的體積比為3:3:2，
納米纖維素懸浮液和木質素納米顆粒分散液的濃度均為2wt%，納米纖維素或木質素納米顆粒與造漿膨潤土的質量比為1:1。
24.一種高穩定性pickering乳液型鉆井液的制備方法，包括：s1，將1 g絕干桉木纖維分散于100ml去離子水中，加入16 mg tempo、0.1 g溴化鈉和6.9 g有效氯含量為5.2 %的次氯酸鈉溶液，邊攪拌邊滴加0.5 mol/l氫氧化鈉溶液控制反應體系ph值保持在10.0~10.5之間，待反應體系的ph值不再變化時加入大量乙醇結束反應；將反應結束后的混合液離心，得到的產物洗滌至中性后，分散于去離子水中，超聲至納米尺度，制得納米纖維素懸浮液，并調節懸浮液濃度為2wt%；s2，使用64~72 wt% h2so4溶液將堿法蒸煮纖維原料過程中所產生的廢液（黑液）的ph調至1.5~2.0，并置于室溫下攪拌30 min后，置于45~55℃水浴鍋中恒溫攪拌90 min，在室溫下靜置后離心洗滌沉淀物；將產物分散于去離子水中機械超聲處理得到納米尺度的木質素分散液，并將其濃度調至2 wt%；s3，將37.5ml的2wt%木質素納米顆粒分散液和37.5ml的2wt%納米纖維素懸浮液混合后，繼續加入0.75g天然鈉基膨潤土并均勻分散，最終將其與25ml生物柴油超聲乳化40min后得到木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液。
25.按照api標準測定了木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液的濾失量，通過旋轉流變儀測定其流變性能，實驗結果見表1。
26.實施例二如圖1、2、5、6、9所示，本實施例提供了一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，該pickering乳液型鉆井液由納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液、天然鈉基膨潤土和生物柴油組成，納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液與生物柴油的體積比為3:3:2，納米纖維素懸浮液和木質素納米顆粒分散液的濃度均為2 wt%，納米纖維素或木質素納米顆粒與造漿膨潤土的質量比為1:2。
27.一種高穩定性pickering乳液型鉆井液的制備方法，包括：s1，將1 g絕干桉木纖維分散于100ml去離子水中，加入16 mg tempo、0.1 g溴化鈉和6.9g有效氯含量為5.2 %的次氯酸鈉溶液，邊攪拌邊滴加0.5 mol/l氫氧化鈉溶液控制反應體系ph值保持在10.0~10.5之間，待反應體系的ph值不再變化時加入大量乙醇結束反應；將反應結束后的混合液離心，得到的產物洗滌至中性后，分散于去離子水中，超聲至納米尺度，制得納米纖維素懸浮液，并調節懸浮液濃度為2wt%；s2，使用64~72 wt% h2so4溶液將堿法蒸煮纖維原料過程中所產生的廢液（黑液）的ph調至1.5~2.0，并置于室溫下攪拌30 min后，置于45~55 ℃水浴鍋中恒溫攪拌90 min，在室溫下靜置后離心洗滌沉淀物；將產物分散于去離子水中機械超聲處理得到納米尺度的木質素分散液，并將其濃度調至2 wt%；s3，將37.5ml的2wt%木質素納米顆粒分散液和37.5ml的2wt%納米纖維素懸浮液混合后，繼續加入1.5g天然鈉基膨潤土并均勻分散，最終將其與25ml生物柴油超聲乳化40min后得到木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液。
28.按照api標準測定了木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液的濾失量，通過旋轉流變儀測定其流變性能，實驗結果見表1。
29.性能測試
對實施例1和2，及對比例制備的pickering乳液型鉆井液進行濾失性能和流變試驗。測試結果見表1。
30.濾失測試采用如下方法：將100ml pickering乳液型鉆井液注入失水儀中，將壓力調節至100 psi后打開減壓閥，同時啟動秒表，記錄濾失時間及濾失量。以ml為單位記錄過濾時間在30 min的濾液體積，即為api濾失量。
31.穩態流變測試方法如下：采用thermo haake mars60旋轉流變儀平板測量系統對制備的pickering乳液型鉆井液進行穩態剪切測試。所有樣品的測試條件如下：恒溫25℃，剪切速率范圍0.1~1000 s-1
。
32.實施例1和2及對比例制備的pickering乳液型鉆井液濾失性能和粘度測試結果如下表1：
從表1中可以看出，在對比例中，木質素納米顆粒協同納米纖維素作為固體顆粒穩定劑時，制得的pickering乳液鉆井液的濾失量大（5min內全部流失），不能有效封堵濾紙，流失速度快，其粘度隨剪切速率增大而降低，具有典型的剪切變稀行為。而在實施例1和2中，木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液鉆井液在加入造漿膨潤土后，其濾失量大幅度降低，且隨著造漿膨潤土含量的增大而逐漸降低。在添加1.5 g造漿膨潤土后，獲得最低濾失量3.4ml。同時從流變數據中可以看出，不同剪切速度下的粘度明顯高于對比例中的pickering乳液型鉆井液。因此，木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液在加入造漿膨潤土后，乳液的流變性能和濾失性能明顯改善。
33.以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
技術特征：
1.一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：pickering乳液型鉆井液是由納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液、造漿膨潤土和生物柴油混合、乳化而成；納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液與生物柴油的體積比為3:3:2，納米纖維素或木質素納米顆粒與造漿膨潤土的質量比為1:（1~2）。2.根據權利要求1所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：納米纖維素懸浮液的濃度為0.5~2wt%。3.根據權利要求2所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于，納米纖維素懸浮液的制備方法，包括：將絕干桉木纖維分散于去離子水中，加入tempo、溴化鈉和次氯酸鈉溶液，邊攪拌邊滴加氫氧化鈉溶液控制反應體系ph值保持在10.0~10.5之間，待反應體系的ph值不再變化時加入乙醇結束反應；將反應結束后的混合液離心，得到的產物洗滌至中性后，分散于去離子水中，超聲至納米尺度，制得納米纖維素懸浮液；桉木纖維、tempo、溴化鈉和次氯酸鈉溶液的質量比為1:0.016:0.1:6.9，次氯酸鈉溶液的濃度為5.2wt%。4.根據權利要求3所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：納米纖維素的表面帶有羥基和羧基官能團，直徑在1~50nm，長度大于1000nm。5.根據權利要求1所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：木質素納米顆粒分散液的濃度為0.5~2wt%。6.根據權利要求5所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于，木質素納米顆粒分散液的制備方法，包括：使用 h2so4溶液將堿法蒸煮纖維原料過程中所產生的廢液的ph調至1.5~2.0，置于室溫下攪拌20~40min，攪拌后置于45~55 ℃水浴鍋中恒溫攪拌80~100min，在室溫下靜置后離心洗滌沉淀物；將產物分散于去離子水中，超聲處理得到納米尺度的木質素納米顆粒分散液。7.根據權利要求6所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：木質素納米顆粒為納米尺度的球形木質素，直徑在1~50nm。8.根據權利要求1所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：所述造漿膨潤土為鈉基膨潤土。9.根據權利要求1所述的一種高穩定性pickering乳液型鉆井液，其特征在于：所述生物柴油的密度為0.87~0.89 g/cm3，脂肪酸甲酯含量≥ 99.5%。10.一種根據權利要求2至9任意一項所述的高穩定性pickering乳液型鉆井液的制備方法，其特征在于，包括：按照比例將納米纖維素懸浮液和木質素納米顆粒分散液進行混合，制得混合液1；按照比例向混合液1中添加造漿膨潤土進行均勻混合，制得混合液2；將混合液2超聲乳化至均相乳液，即得到木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的pickering乳液型鉆井液。
技術總結
本發明公開了一種高穩定性Pickering乳液型鉆井液及其制備方法，Pickering乳液型鉆井液是由納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液、造漿膨潤土和生物柴油混合、乳化而成；納米纖維素懸浮液、木質素納米顆粒分散液與生物柴油的體積比為3:3:2，納米纖維素或木質素納米顆粒與造漿膨潤土的質量比為1:（1~2）；制備方法，包括：按照比例將納米纖維素懸浮液和木質素納米顆粒分散液進行混合；按照比例向混合液中添加造漿膨潤土進行均勻混合；將混合液超聲乳化至均相乳液，得到木質素納米顆粒協同納米纖維素穩定的Pickering乳液型鉆井液。本發明制得的Pickering乳液型鉆井液具有高穩定性、低濾失量、低滲透率、沉積的濾餅結構致密和優異的流變性能。異的流變性能。異的流變性能。
