乳化石蜡的制备与应用

李梦，商平，刘美荣

（天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457）

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乳化石蜡的制备与应用

李梦，商平，刘美荣

（天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457）

为有效的利用脱色膨润土，将其变废为宝，本文研究了用脱色膨润土制得石油钻井泥浆的新工艺。且为提高石油钻井泥浆的润滑性，本文还探讨了制备乳化石蜡的工艺条件：采用复配乳化剂span80+tween80,乳化助剂为异戊醇,在85℃、800r/min的条件下乳化35 min可制得稳定性较高、分散性较好的乳化蜡。将乳化蜡加入乳化后的脱色膨润土泥浆中，添加量为泥浆质量2%时，泥浆的润滑性能提高54%。

脱色膨润土；乳化石蜡；钻井泥浆；甲酯化

石蜡乳化是使石蜡分散于水中，借助乳化剂的定向吸附作用，改变其表面张力，并在机械外力作用下成为高分散、均匀、稳定的含石蜡乳液[1]。乳化蜡产品是一种投入少、产出多、附加值高的产品[2]。由于石蜡乳液抑制黏土膨胀和分散的能力较强，防塌和润滑性能好，可保证在复杂地层安全钻进，有很好的油层保护效果，因此在石油钻探工业中有很好的应用前景。

膨润土是以蒙脱石（含量在85%～90%）为主的含水粘土矿。由于蒙脱石有很好的吸水膨胀性以及分散和悬浮及造浆性，因此广泛用于钻井泥浆、阻燃（悬浮灭火）等。膨润土对各种气体、液体、有机物质具有一定的吸附能力，尤其是酸性膨润土和经酸处理活化的活性白土对各种油类具有良好的脱色性能。

本实验将油脂脱色用的膨润土经乳化后作成钻井泥浆，不但可以变废为宝,节约资源，而且成本低廉，向其加入一定量的乳化石蜡，提高泥浆性能，有广阔的发展前景。

1 试验部分

1.1 实验材料及仪器

材料：废膨润土，食用油制造厂；石蜡，58#，中国石油化工股份有限公司；span80、tween 80、op-10，分析纯，天津浩元精细化工有限公司；氢氧化钠、甲醇、异戊醇、正丁醇，分析纯，天津市北方天医化学试剂厂；浓硫酸，分析纯，天津市赢达稀贵化学试剂有限公司；淀粉。

仪器：TDA-8002型恒温水浴锅、MYH-7401型电动搅拌器、TDL-4型离心机。

1.2 工艺流程图

工艺流程见图1。

图1

1.3 实验步骤

1.3.1 乳化石蜡的制备

在一定温度和搅拌转数下将石蜡置于三口瓶中融化，加入乳化剂和助剂搅拌20min，向三口瓶中分多次加入蒸馏水，并以一定的转速快速搅拌，直到制得石蜡乳化液。

1.3.2 钻井泥浆的制备

将100g研磨成粉末状的脱色膨润土置于三口瓶中，加入过量甲醇和0．6mL浓硫酸，在70℃水浴中加热、搅拌、120min后加入质量分数为0．8%（相对于油脂质量），浓度为35%的NaOH，反应90min。脱色膨润土中的油脂被甲酯化后加入乳化剂和适量的淀粉溶液，搅拌、制备成质地细腻的泥浆。加入泥浆质量2%的石蜡乳化液,提高泥浆的润滑性。

2 实验结果与讨论

2.1 石蜡的乳化

2.1.1 乳化方法的选择

乳化石蜡的制备方法主要有剂在水中法、剂在油中法、转相乳化法等，实验对制备乳液的几种方法均做了尝试，结果显示，转相乳化法制得的石蜡乳液效果最佳。根据乳状液的PIT理论[4]及相关文献已有实验结果，确定最佳的乳化温度为85℃。

2.1.2 HLB值的确定

每一种乳化剂都具有某一特定的HLB值[4]。在乳化过程中，选择与乳化蜡的HLB值（9～12）相近的乳化剂作为乳化蜡的最佳乳化剂。在反应时长为40min，搅拌速度为1000r/min，乳化温度为85℃的乳化参数下，调节混合乳化剂比例，使HLB值以1．0的差值从8．0递增到13．0。绘制测量曲线如图2所示：

由图2可知，当混合表面活性剂的HLB在10附近时，所得到的石蜡乳液最稳定。因此，可确定10即为乳化石蜡这种油水体系的最佳HLB值。

2.1.3 最佳乳化剂的选择（见表1）

表1 乳化剂对石蜡乳液的影响

单一乳化剂的乳化效果不理想，稳定性差，分散性也不好,原因是单一乳化剂形成的界面膜强度低，不能使物系保持稳定。复配乳化剂可显著提高乳化效果，因为复配乳化剂间具有协同效应,乳化剂疏水基的范德华力和亲水基的极性引力使彼此能形成强的协同作用体，在界面附近形成强界面膜,更强力吸引乳化剂，防止液滴合一。

由表1可以看出，用司班80+吐温80复配剂配制出的乳液稳定性能和分散性最好。

2.1.4 乳化助剂

在复合配方中添加少量的助乳化剂可以有效地降低石蜡分子之间的内聚力,增加石蜡的亲水性,有助于乳液表面张力的进一步降低,导致更多的乳化剂和助乳化剂分子吸附在界面上,容易形成蜡微小乳液粒子,从而提高乳化蜡的稳定性。实验对正丁醇，异戊醇和硬脂酸进行了对比，实验结果见表2：

表2 乳化助剂对石蜡乳化的影响

由表2可知，以异戊醇为乳化助剂效果最佳，改变异戊醇的用量，发现当异戊醇、司班80和吐温80以0．8：4．3：4．9复配时，得到的石蜡乳液流动性最好，乳液略带蓝光，静止一个月，V0/Vt值为99%，蜡粒均匀，乳液流动性好，无浮蜡。

2.1.5 乳化剂用量（见表3）

表3 复配乳化剂用量对石蜡乳化的影响

由表3知，乳化剂的最佳投放量为10%，乳化剂投放量增加，成本也随之增加，当乳化剂浓度增加到一定值时，虽能得到稳定的乳液但由于含有多余的乳化剂,形成的产品气泡太多而影响其质量[5]。乳化剂用量减小到一定程度,乳液的稳定性开始变差。

2.1.6 乳化时间

适宜的乳化温度可以使蜡微粒在搅拌作用下迅速而充分地分散，增加乳液的稳定性。温度对石蜡乳液的影响见表4。

表4 搅拌时间对石蜡乳液的影响

从表4可看出，反应时间低于35min，难以得到稳定的石蜡乳液，延长乳化时间，效果变化不大，因此最终选定乳化时间为35min，以提高效率，节省能源。

2.1.7 搅拌速度（见表5）

搅拌器的搅拌方式和搅拌速度也会影响乳化蜡的性质。速度过低不能使蜡与表面活性剂混合均匀,不能将油相较好的乳化;搅拌速度过高,则易带入大量的气泡,消泡困难,影响乳液质量。并且搅拌速率太高会使乳化蜡破乳,影响其稳定性。因此最终选择800r/min作为乳化时的搅拌速度。固定反应时间为35min，温度85℃。

表5 搅拌速度对石蜡乳液的影响

2.2 室内评价钻井液

向钻井泥浆中分别加入1%～3%的乳化石蜡产品，测定其对钻井液表观粘度、塑性粘度、稠度系数以及膨胀量等的影响。由表6可知，乳化石蜡在钻井液中起到了很好的润滑效果，当其加量为2%时，稠度系数可降低53%，增加乳化石蜡的添加量，稠度系数变化不再明显。

表6 基浆中加入不同浓度的乳化石蜡后的性能

3 结论

3.1 制备乳化石蜡的最佳工艺参数为：乳化剂为司班80+吐温80，乳化助剂为异戊醇，搅拌速度为800r/min，乳化温度为80℃，乳化时间为35min，乳化剂加量为10%。

3.2 乳化石蜡在钻井液中的最佳加量为2%，可以使钻井液具有良好的润滑性和较低的膨胀性，增加乳化石蜡的添加量，变化不明显且伴有轻微的起泡现象。

3.3 制得泥浆无污染，且泥浆细腻，润滑性能较好。

［1］ 杨淑惠．植物纤维化学[M]．北京：中国轻工业出版社，2001：4－101．

［2］ 吴涛，孙德军．石蜡微小乳状液WPE的合成及其在分散体系中的应用研究[J]．山东大学学报(物理版),2000，41(4)：141－144．

［3］ 阳小平，程林松，孙福街，等．灰色关联分析法在油气藏措施优选中的应用[J]．新疆石油地质，2003，24(4)：335－337．

［4］ 李外朗，林刚．微小乳状液的形成条件[J]．油田化学，1992，9(4)：352-356．

［5］ 王宝峰，张裕丁，孙德军．乳化石蜡的研制及应用[J]．山东化工，2004,33(2)：14-21．

Preparation and application of paraffin emulsion

LI Meng,SHANG Ping,LIU Mei-rong
(College of Marine Science and Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457)

In order to use bleaching bentonite effectively,this paper research the new technology which oil drilling mud was made from bleaching bentonite．In order to improve the lubricity of the oil drilling mud,this article also discuss process conditions of preparation of emulsified wax:Emulsifiers were span80+tween80,emulsifying additive was Isoamyl alcohol．The emulsifying temperature was 85℃,stirring speed was 800r/min,emulsifying time was 35min．Under these conditions,higher stability,better dispersion of the emulsifying wax was made．Paraffin emulsion was added into the oil drilling mud,mud lubrication was improved by 54%when the amount of paraffin emulsion was 2%by wax weight．

Bleaching bentonite；Emulsified wax；Oil drilling mud；Esterification

book=2010,ebook=164

10．3969/j．issn．1008-1267．2010．04．005

TE254+4

A

1008-1267（2010）04-013-03

2010-03-17

基金简介：天津市科技支撑计划重点项目（08ZCKFSH01600）