李夢(mèng)，商平，劉美榮

（天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

·科技與論文·

乳化石蠟的制備與應(yīng)用

李夢(mèng)，商平，劉美榮

（天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

為有效的利用脫色膨潤土，將其變廢為寶，本文研究了用脫色膨潤土制得石油鉆井泥漿的新工藝。且為提高石油鉆井泥漿的潤滑性，本文還探討了制備乳化石蠟的工藝條件：采用復(fù)配乳化劑span80+tween80,乳化助劑為異戊醇,在85℃、800r/min的條件下乳化35 min可制得穩(wěn)定性較高、分散性較好的乳化蠟。將乳化蠟加入乳化后的脫色膨潤土泥漿中，添加量為泥漿質(zhì)量2%時(shí)，泥漿的潤滑性能提高54%。

脫色膨潤土；乳化石蠟；鉆井泥漿；甲酯化

石蠟乳化是使石蠟分散于水中，借助乳化劑的定向吸附作用，改變其表面張力，并在機(jī)械外力作用下成為高分散、均勻、穩(wěn)定的含石蠟乳液[1]。乳化蠟產(chǎn)品是一種投入少、產(chǎn)出多、附加值高的產(chǎn)品[2]。由于石蠟乳液抑制黏土膨脹和分散的能力較強(qiáng)，防塌和潤滑性能好，可保證在復(fù)雜地層安全鉆進(jìn)，有很好的油層保護(hù)效果，因此在石油鉆探工業(yè)中有很好的應(yīng)用前景。

膨潤土是以蒙脫石（含量在85%～90%）為主的含水粘土礦。由于蒙脫石有很好的吸水膨脹性以及分散和懸浮及造漿性，因此廣泛用于鉆井泥漿、阻燃（懸浮滅火）等。膨潤土對(duì)各種氣體、液體、有機(jī)物質(zhì)具有一定的吸附能力，尤其是酸性膨潤土和經(jīng)酸處理活化的活性白土對(duì)各種油類具有良好的脫色性能。

本實(shí)驗(yàn)將油脂脫色用的膨潤土經(jīng)乳化后作成鉆井泥漿，不但可以變廢為寶,節(jié)約資源，而且成本低廉，向其加入一定量的乳化石蠟，提高泥漿性能，有廣闊的發(fā)展前景。

1 試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

材料：廢膨潤土，食用油制造廠；石蠟，58#，中國石油化工股份有限公司；span80、tween 80、op-10，分析純，天津浩元精細(xì)化工有限公司；氫氧化鈉、甲醇、異戊醇、正丁醇，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；濃硫酸，分析純，天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑有限公司；淀粉。

儀器：TDA-8002型恒溫水浴鍋、MYH-7401型電動(dòng)攪拌器、TDL-4型離心機(jī)。

1.2 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 乳化石蠟的制備

在一定溫度和攪拌轉(zhuǎn)數(shù)下將石蠟置于三口瓶中融化，加入乳化劑和助劑攪拌20min，向三口瓶中分多次加入蒸餾水，并以一定的轉(zhuǎn)速快速攪拌，直到制得石蠟乳化液。

1.3.2 鉆井泥漿的制備

將100g研磨成粉末狀的脫色膨潤土置于三口瓶中，加入過量甲醇和0．6mL濃硫酸，在70℃水浴中加熱、攪拌、120min后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8%（相對(duì)于油脂質(zhì)量），濃度為35%的NaOH，反應(yīng)90min。脫色膨潤土中的油脂被甲酯化后加入乳化劑和適量的淀粉溶液，攪拌、制備成質(zhì)地細(xì)膩的泥漿。加入泥漿質(zhì)量2%的石蠟乳化液,提高泥漿的潤滑性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 石蠟的乳化

2.1.1 乳化方法的選擇

乳化石蠟的制備方法主要有劑在水中法、劑在油中法、轉(zhuǎn)相乳化法等，實(shí)驗(yàn)對(duì)制備乳液的幾種方法均做了嘗試，結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)相乳化法制得的石蠟乳液效果最佳。根據(jù)乳狀液的PIT理論[4]及相關(guān)文獻(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定最佳的乳化溫度為85℃。

2.1.2 HLB值的確定

每一種乳化劑都具有某一特定的HLB值[4]。在乳化過程中，選擇與乳化蠟的HLB值（9～12）相近的乳化劑作為乳化蠟的最佳乳化劑。在反應(yīng)時(shí)長為40min，攪拌速度為1000r/min，乳化溫度為85℃的乳化參數(shù)下，調(diào)節(jié)混合乳化劑比例，使HLB值以1．0的差值從8．0遞增到13．0。繪制測(cè)量曲線如圖2所示：

由圖2可知，當(dāng)混合表面活性劑的HLB在10附近時(shí)，所得到的石蠟乳液最穩(wěn)定。因此，可確定10即為乳化石蠟這種油水體系的最佳HLB值。

2.1.3 最佳乳化劑的選擇（見表1）

表1 乳化劑對(duì)石蠟乳液的影響

單一乳化劑的乳化效果不理想，穩(wěn)定性差，分散性也不好,原因是單一乳化劑形成的界面膜強(qiáng)度低，不能使物系保持穩(wěn)定。復(fù)配乳化劑可顯著提高乳化效果，因?yàn)閺?fù)配乳化劑間具有協(xié)同效應(yīng),乳化劑疏水基的范德華力和親水基的極性引力使彼此能形成強(qiáng)的協(xié)同作用體，在界面附近形成強(qiáng)界面膜,更強(qiáng)力吸引乳化劑，防止液滴合一。

由表1可以看出，用司班80+吐溫80復(fù)配劑配制出的乳液穩(wěn)定性能和分散性最好。

2.1.4 乳化助劑

在復(fù)合配方中添加少量的助乳化劑可以有效地降低石蠟分子之間的內(nèi)聚力,增加石蠟的親水性,有助于乳液表面張力的進(jìn)一步降低,導(dǎo)致更多的乳化劑和助乳化劑分子吸附在界面上,容易形成蠟微小乳液粒子,從而提高乳化蠟的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)對(duì)正丁醇，異戊醇和硬脂酸進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2：

表2 乳化助劑對(duì)石蠟乳化的影響

由表2可知，以異戊醇為乳化助劑效果最佳，改變異戊醇的用量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)異戊醇、司班80和吐溫80以0．8：4．3：4．9復(fù)配時(shí)，得到的石蠟乳液流動(dòng)性最好，乳液略帶藍(lán)光，靜止一個(gè)月，V0/Vt值為99%，蠟粒均勻，乳液流動(dòng)性好，無浮蠟。

2.1.5 乳化劑用量（見表3）

表3 復(fù)配乳化劑用量對(duì)石蠟乳化的影響

由表3知，乳化劑的最佳投放量為10%，乳化劑投放量增加，成本也隨之增加，當(dāng)乳化劑濃度增加到一定值時(shí)，雖能得到穩(wěn)定的乳液但由于含有多余的乳化劑,形成的產(chǎn)品氣泡太多而影響其質(zhì)量[5]。乳化劑用量減小到一定程度,乳液的穩(wěn)定性開始變差。

2.1.6 乳化時(shí)間

適宜的乳化溫度可以使蠟微粒在攪拌作用下迅速而充分地分散，增加乳液的穩(wěn)定性。溫度對(duì)石蠟乳液的影響見表4。

表4 攪拌時(shí)間對(duì)石蠟乳液的影響

從表4可看出，反應(yīng)時(shí)間低于35min，難以得到穩(wěn)定的石蠟乳液，延長乳化時(shí)間，效果變化不大，因此最終選定乳化時(shí)間為35min，以提高效率，節(jié)省能源。

2.1.7 攪拌速度（見表5）

攪拌器的攪拌方式和攪拌速度也會(huì)影響乳化蠟的性質(zhì)。速度過低不能使蠟與表面活性劑混合均勻,不能將油相較好的乳化;攪拌速度過高,則易帶入大量的氣泡,消泡困難,影響乳液質(zhì)量。并且攪拌速率太高會(huì)使乳化蠟破乳,影響其穩(wěn)定性。因此最終選擇800r/min作為乳化時(shí)的攪拌速度。固定反應(yīng)時(shí)間為35min，溫度85℃。

表5 攪拌速度對(duì)石蠟乳液的影響

2.2 室內(nèi)評(píng)價(jià)鉆井液

向鉆井泥漿中分別加入1%～3%的乳化石蠟產(chǎn)品，測(cè)定其對(duì)鉆井液表觀粘度、塑性粘度、稠度系數(shù)以及膨脹量等的影響。由表6可知，乳化石蠟在鉆井液中起到了很好的潤滑效果，當(dāng)其加量為2%時(shí)，稠度系數(shù)可降低53%，增加乳化石蠟的添加量，稠度系數(shù)變化不再明顯。

表6 基漿中加入不同濃度的乳化石蠟后的性能

3 結(jié)論

3.1 制備乳化石蠟的最佳工藝參數(shù)為：乳化劑為司班80+吐溫80，乳化助劑為異戊醇，攪拌速度為800r/min，乳化溫度為80℃，乳化時(shí)間為35min，乳化劑加量為10%。

3.2 乳化石蠟在鉆井液中的最佳加量為2%，可以使鉆井液具有良好的潤滑性和較低的膨脹性，增加乳化石蠟的添加量，變化不明顯且伴有輕微的起泡現(xiàn)象。

3.3 制得泥漿無污染，且泥漿細(xì)膩，潤滑性能較好。

［1］ 楊淑惠．植物纖維化學(xué)[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2001：4－101．

［2］ 吳濤，孫德軍．石蠟微小乳狀液WPE的合成及其在分散體系中的應(yīng)用研究[J]．山東大學(xué)學(xué)報(bào)(物理版),2000，41(4)：141－144．

［3］ 陽小平，程林松，孫福街，等．灰色關(guān)聯(lián)分析法在油氣藏措施優(yōu)選中的應(yīng)用[J]．新疆石油地質(zhì)，2003，24(4)：335－337．

［4］ 李外朗，林剛．微小乳狀液的形成條件[J]．油田化學(xué)，1992，9(4)：352-356．

［5］ 王寶峰，張?jiān)６?，孫德軍．乳化石蠟的研制及應(yīng)用[J]．山東化工，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

基金簡介：天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（08ZCKFSH01600）