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一种采用微流场反应技术制备W/O/W型纳米驱油剂的方法

文献发布时间：2023-06-19 11:37:30

技术领域

本发明属于W/O/W型纳米驱油剂合成领域，特别涉及一种采用微流场反应技术制备W/O/W型纳米驱油剂的方法。

背景技术

随着油田的持续开发，长期注水冲刷造成的近井地带残余油饱和度较低而剩余油分散的问题，这将成为油田开发中遇到的一种重要问题。而化学驱主要的两类驱油剂聚合物和表活剂均存在近井地带无效消耗问题，注入初期的剪切和吸附使得大量驱油剂在原油饱和度较低的无效区域被消耗，无法有效到达目标含有驱油，效率较低。

国外文献的相关报道中，有研究机构已经开始纳米包覆用油田化学品的使用，在包覆无机缓释酸，包覆金属离子交联剂，包覆示踪剂，包覆腐蚀抑制剂，包覆破胶剂等方面均有报道。如美国RTI报道的通过包覆无机酸形成纳米包覆的缓释酸，在地下腐蚀造缝方面有较好的潜在应用。而其通过界面聚合合成的包覆三价铬交联剂在聚合物延迟方面有很好的表现。在包覆工艺方面，用于油田化学品的包覆主要采用一些分散聚合方式或界面聚合实现，工艺复杂，产品粒径分布较宽。而微流场技术可以提供一种更好的纳米包覆方法。

20世纪90年代中期兴起的微流场反应技术，从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器。它包括化工单元所需要的混合器、换热器、反应器、控制器等等。但是，它的管道尺寸远远小于常规管式反应器，微反应器内部是由直径为10-500um的很多微管并联而成，有极大的比表面积。由此带来的优势是极大的换热效率和混合效率。微流场反应技术通过对反应本征和尺度关系的优化，大幅提升传质传热效率，以连续流的方式可实现微体积、大当量转化，增强粒子大小的可控性，有效提升工艺安全性。该反应技术改变了传统反应模式，为纳米包覆驱油剂的研制提供新的可能，为产业转化提供了有效实现方案。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用微流场反应技术制备W/O/W型纳米驱油剂的方法。

本发明还要解决的技术问题是提供上述制备W/O/W型纳米驱油剂的装置。

为了解决上述第一个技术问题，本发明公开了一种采用微流场反应技术制备W/O/W型纳米驱油剂的方法，包括如下步骤：

(1)将含驱油剂的水相与含外壳包覆材料的油相在冰浴中，通过均质制得W/O型初乳；

(2)将步骤(1)所得初乳与第一分散液分别同时泵入微通道反应装置的第一微混合器中混合，通入第一微反应器反应，得到第一反应液；

(3)将步骤(2)所得第一反应液与第二分散液分别同时泵入微通道反应装置的第二微混合器中混合，通入第二微反应器反应，得到第二反应液；

(4)将步骤(3)所得第二反应液进行固化反应，收集第三反应液，即为含有W/O/W型纳米驱油剂的反应液。

步骤(1)中，所述驱油剂包括但不限于中国石油化工有限公司提供的编号为SH-HK-I-05的驱油剂。

步骤(1)中，所述水相中驱油剂的体积百分数为1％-15％，优选为4.7％-9％。

步骤(1)中，所述油相除外壳包覆材料外，还包括乳化剂和有机溶剂；所述外壳包覆材料、乳化剂和有机溶剂用量比为100-150mg：40μL：4mL。

其中，所述外壳包覆材料为重均分子量为2.4-3.8kDa的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)，优选为PLGA 75。

其中，所述乳化剂为司盘85、司盘80、司盘60中的任意一种，或其中一种与吐温80任意比例混合，优选为司盘80。

其中，所述有机溶剂为二氯甲烷、丙酮、氯仿中的任意一种或几种组合，优选为二氯甲烷。

步骤(1)中，所述均质的总时间为1-10min，均质的次数为1-6次；优选地，所述均质的总时间为6min，均质次数为3次。

优选地，所述均质的功率为50-100W，更进一步优选为75W。

优选地，每次均质之间间隔1s-3min，更进一步优选为10s。

步骤(2)和步骤(3)中，所述第一分散液和第二分散液分别独立地选自质量浓度为0.1％-10％的聚乙烯醇(PVA)水溶液；优选地，所述第一分散液为质量浓度为0.5％的聚乙烯醇水溶液，所述第二分散液为质量浓度为2.0％的聚乙烯醇水溶液；其中，所述聚乙烯醇重均分子量为55000-65000。

其中，所述聚乙烯醇优选为1788型聚乙烯醇，醇解度为87.0％-89.0％。

步骤(2)中，所述反应的温度为0～30℃，优选为10～25℃。

步骤(2)中，所述反应的反应停留时间为15s～10min，优选为30s～1min。

步骤(3)中，所述反应的温度为0～30℃，优选为20～15℃。

步骤(3)中，所述反应的反应停留时间为15s～10min，优选为15s～25s。

步骤(4)中，所述固化反应的温度为25-60℃，时间为10-60min；优选为反应温度35℃，时间为15min。

步骤(4)中，将第三反应液离心洗涤后得到W/O/W型纳米驱油剂。

其中，所述W/O/W型纳米驱油剂的粒径为200-300nm，优选为150nm。

为了解决上述第二个技术问题，本发明公开了上述制备W/O/W型纳米驱油剂的装置。

其中，所述装置包括第一进料泵和、第二进料泵、第三进料泵、第一储罐(初乳储罐)、第二储罐(第一分散液储罐)、第三储罐(第二分散液储罐)、第一微混合器、第二微混合器，第一微反应器、第二微反应器和接收器；其中，第一储罐和第二储罐以并联的方式连接到第一微混合器上，第一微混合器与第一微反应器串联，第一微反应器出料口与第三储罐泵以并联的方式连接到第二微混合器上，第二微混合器依次与第二微反应器、接收器串联。

其中，所述连接为通过管道连接。

其中，第一储罐、第二储罐和第三储罐分别通过第一进料泵、第二进料泵和第三进料泵泵入混合剪切装置中。

其中，所述微混合器优选为Y型混合剪切装置，优选地，所述混合剪切装置管径为0.3-0.8mm，管长5-20cm。

其中，所述第一微反应器、第二微反应器的体积为10-50mL。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1.本发明提供的一种利用微流场反应技术制备W/O/W型纳米驱油剂方法及装置，通过设置微通道剪切反应装置，该装置搭建简单，小巧便捷。

2.本发明通过使用可降解材料PLGA作为包覆材料，PLGA降解后，释放出驱油剂以达到油田剩余原油的获得，该材料对环镜友好。

3.本发明通过调节初乳和第一分散液的泵出速率控制包覆颗粒的粒径，使得纳米包覆驱油剂在特定条件下释放，提高驱油效率。同时，可简单高效制备粒径统一的纳米驱油剂，有效解决现有制备方法中纳米包覆驱油剂粒径不一，无法有效到达目标区域，效率较低的问题。

4.本发明的制备方法具有绿色环保、安全高效、原料易得、无剧毒反应物残留、反应速度快等优点。

5.本反应的制备相较于其他传统工艺，无需均质、超声处理，能量的消耗少，节能减排。

6.本反应制得的纳米包覆驱油剂稳定性好，其最高耐温温度达到80℃、最高耐受氯化钠盐浓度为70g/L，且至少30天开始降解。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为反应装置示意图。

图2为实施例1中制得的纳米驱油剂粒径分布图。

图3为实施例12中制得产物进行耐温耐盐检测，其中，A为纳米驱油剂在80℃水浴下，放置12h后，与初始粒径的对比图；B为纳米驱油剂在室温下，盐度为80000mg/L的水溶液中放置12h后，与初始粒径的对比图。

图4为对比例1中制得的纳米驱油剂粒径分布图。

具体实施方式

以下实施例中，所述驱油剂来自于中国石油化工有限公司，编号为SH-HK-I-05。

以下实施例中，所述PLGA 75、PLGA 50的重均分子量为3.8kDa。

以下实施例中，所述聚乙烯醇为1788型聚乙烯醇。

以下实施例中，所述聚乙烯醇浓度为质量浓度。

以下实施例中，粒径检测仪器为Malvern粒度仪。

以下实施例中，若无特殊说明，所述粒径为平均粒径。

以下实施例中，本发明的装置为一种采用微流场反应技术制备W/O/W型纳米包覆驱油剂的装置，如图1所述装置包括第一进料泵、第二进料泵、第三进料泵、第一储罐(初乳储罐)、第二储罐(第一分散液储罐)、第三储罐(第二分散液储罐)、第一Y型混合剪切装置、第二Y型混合剪切装置，第一微反应器、第二微反应器和接收器；其中，第一储罐和第二储罐通过管道以并联的方式连接到第一Y型混合剪切装置上，第一Y型混合剪切装置与第一微反应器串联，第一微反应器出料口与第三储罐泵以并联的方式连接到第二Y型混合剪切装置上，第二Y型混合剪切装置依次与第二微反应器、接收器串联，所述连接为通过管道连接；其中，第一储罐、第二储罐和第三储罐分别通过第一进料泵、第二进料泵和第三进料泵泵入混合剪切装置中。其中，第一微反应器和第二微反应器的体积为5mL。

实施例1

(1)制备初乳：用移液枪取1mL纯化水至5mL容量瓶中，再取50μL驱油剂溶于纯化水中，制得水相；称取100mg PLGA 75于10mL离心管中，注射器取4mL二氯甲烷将外壳包覆材料溶解，用移液枪取司盘80 40μL溶于其中，制得油相；将油相置于冰浴中，均质条件下，用胶头滴管将水相滴入油相中，均质(功率为75W)3次，每次2min，中间间隔10s，得到初乳；

(2)将初乳快速转移至第一储罐中，将第一分散液(0.5％PVA水溶液)转移至第二储罐中，分散液与初乳体积相当，通过第一泵和第二泵将第一储罐和第二储罐的溶液分别同时泵入微通道反应装置中的第一Y型混合剪切装置中混合，控制第一储罐和第二储罐中液体的流速均为5mL/min，混合后通入第一微反应器反应，反应温度为25℃，反应停留时间为30s，反应后得到第一反应液；

(3)将第二分散液(2.0％PVA水溶液)转移至第三储罐，体积与第一反应液相当，将第三储罐的溶液和第一反应液分别同时泵入第二Y型混合剪切装置，控制第三储罐溶液的流速为10mL/min，混合后通入第二微反应器反应，反应温度为25℃，反应停留时间为15s，反应后得到第二反应液；