[发明专利]纳米乳液

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月1日提交的美国临时专利申请No.61/193,449的权益。

技术领域

本发明涉及纳米乳液，其制备和用途，这类用途包括涉及油田(油气工业)的那些用途。本发明还涉及油包水(W/O)、水包油(O/W)和其它类型的纳米乳液。更具体地，在非限制性的实施方式中，涉及纳米乳液及其制备，以及它们在钻井、完井、井修复及其它油气工业相关中的用途。此外，本发明还涉及在油气作业期间降低摩擦压力损失和/或减少固体加重材料的下沉，例如在井的环状空间中的重晶石下陷或颗粒沉降。

背景技术

纳米乳液具有许多使它区别于其它乳液的物理性质。由于它们的小平均液滴尺寸，通常小于可见光谱的光波长(因而小于约400nm)，对裸眼而言纳米乳液通常显示为透明或半透明，甚至在高液滴体积分数的情况下。术语亚微米乳液(SME)和细乳液有时用作术语纳米乳液的同义词。纳米乳液在许多工业和应用中具有非常大的应用前景。

纳米乳液可定义为一种乳液类型，其中分散/不连续相的平均液滴尺寸小于1000nm；连续和分散/不连续相的组分必须足够不相混溶，使得能形成各自的相。某些纳米乳液可具有更小的指定平均液体尺寸范围，并且可能具有超过一种分散/不连续相。这些乳液通常包括非极性相(通常称为油相)、极性相(通常含水且称为水性相或水相)，表面活性剂和任选的一种或多种额外的助表面活性剂。根据制备方法，可能有窄的液滴尺寸分布。

纳米乳液通常对于沉降或分层(creaming)是稳定的，具有高动力学稳定性，可能是因为布朗运动和扩散速率高于重力诱导的沉降或分层速率。然而，它们通常是不平衡体系(通常需要能量输入才能形成)，因而是热力学不稳定的，因此具有分离为组成相的倾向。

通常，主要有两种制备纳米乳液的方法：(1)通过“诱导(persuation)”以及(2)通过“强力(brute force)”，它们记载在Salager，Forgiarini和Marquez的Pharmaceutical Emulsions and Suspensions，(2^nd edition)，Nielloud and Marti-Mestres editors，Taylor and Francis(London)一书的“纳米乳液”一章中。通过诱导制备涉及利用某些相变，而通过强力制备涉及赋予足够的剪切以将不混溶内相的液滴尺寸减小到小于1000nm。这些方法可进一步描述如下。

(1)通过诱导

(1.1)借助单变量的改变由接近最佳状态发生相变

该方法涉及改变接近最佳状态(HLD(亲水亲脂性偏差)接近0)的体系的一个配制变量，例如盐度或温度，例如对Winsor III微乳液(与两个过量相，水和油，达到平衡的中间相微乳液；它可理解为溶胀胶团的集聚数目过多使得它们彼此接触，形成完美的双连续结构)施加更高的温度。

(1.2)借助多变量的改变由接近最佳状态发生相变

该方法包括改变超过一个配制变量，例如在Winsor III微乳液中施加更高的温度并引入额外的盐。

(1.3)突发反转(Catastrophic inversion)

该方法包括引起低内相乳液反转，使得该内相变为外相。

(1.4)通过形成液晶来稳定相变

该方法包括通过由接近HLD＝0的状态形成液晶来稳定纳米液滴。

(2)通过强力

该方法可包括使用高速混合器、高压均质器、高频超声装置、小孔膜等。

近期文献的调查显示通过分散或高能乳化方法形成O/W和W/O纳米乳液明显非常常见，而通过冷凝或“低能”乳化方法(根据乳化过程中发生的相变这类方法可利用这些体系的物化性质)形成纳米乳液则明显开始吸引关注。在后提及的“低能”方法可通过在相图上具有非常低界面张力的特定区域内操作来进行，这些区域是液晶和微乳液区域；与原始体系不同，在乳化过程结束时，形成的纳米乳液并不处于热力学平衡。