缓释型胶囊破胶剂的制备及性能研究.pdf

山 东 科 学 第 卷 第 期 年 月出版.:./.【环境与生态】收稿日期:基金项目:黑龙江省应用技术研究与开发计划()作者简介:黄晓磊()男硕士研究生研究方向为高分子化学:.通信作者丁伟男教授 研究方向为高分子化学:.缓释型胶囊破胶剂的制备及性能研究黄晓磊丁伟(东北石油大学 化学化工学院黑龙江 大庆)摘要:在油田修井作业中需要控制暂堵剂的破胶速度修井过程中不破胶确保作业完成修井结束后快速破胶恢复生产 传统破胶剂很难达到“前慢后快”的释放效果为此设计了纤维素基双层衣膜结构的缓释型胶囊破胶剂 将破胶剂与熔融的巴西棕榈蜡混合均匀利用挤出滚圆法制成固体分散体式载药丸芯再将丸芯在 流化床中包覆组份不同的双层衣膜制得缓释胶囊破胶剂 正交试验结果表明:此制备方法可靠丸芯收率为.电子扫描电镜结果表明微丸表面衣膜光滑均匀衣膜孔隙的封堵和疏通是药物缓释的关键缓释效果测试实验和模拟储层破胶实验结果表明缓释胶囊具有良好的缓释效果和储层渗透率恢复效果 药物的缓释主要由双层膜结构控制此制备方法简便高效能达到实验预期效果关键词:双层缓释衣膜固体分散体挤出滚圆法 流化床中图分类号:.文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)标志码():().山 东 科 学 年 .膜控缓释技术是将天然或合成聚合物作为囊衣材料包覆在活性物质表面形成核壳结构通过膜通透性控制内部物质释放其优点是延迟活性物质作用时间进而提高作用效果 该技术的关键是囊衣材料的选择既要在应用温度范围内具有释放性能又要易于降解避免对人体和环境造成伤害 目前常用的囊衣材料有聚丙烯酸树脂系和纤维素系 聚丙烯酸树脂类囊衣材料需要提前合成且其缓释效果很大程度上受环境 限制 乙基纤维素()通透性强、熔点高、化学性质稳定被广泛地应用于制备缓释片剂、颗粒等膜控缓释技术最初应用在农业领域生产可持续高效施用的缓释肥后逐渐应用于医药和油田压裂领域 等按比例缩放阿司匹林缓释胶囊表面缓释涂层百分比控制药物释放时间更好地发挥药物治疗效果 吴金花等对压裂液胶囊破胶剂的制备方法、缓释机理做了详细论述为缓释技术的发展提供理论依据 李继勇等模拟地层温度、压力因素对胶囊破胶剂释放性能进行研究加快了缓释技术的推广目前修井作业常规破胶方式是作业完成后再泵入破胶剂溶液进行破胶解堵这样储层流道深处的暂堵剂很难与后泵入的破胶剂有效接触导致破胶效率低生产恢复周期长 因此本文将膜控缓释技术应用于修井作业中 以 为囊衣材料制备双层衣膜结构的修井用缓释胶囊破胶剂()与修井液充分混合泵入井中共同形成暂堵层对储层流道进行封堵修井过程中破胶剂被包裹在胶囊外壳内不释放作业结束后快速释放对暂堵层形成立体式破胶提高储层渗透率恢复值 仪器与材料.实验仪器多功能滚圆机(重庆英格公司)轴向单螺杆挤出机(重庆英格公司)流化床(重庆英格公司)六速旋转黏度计(青岛海通达专用仪器厂)扫描电子显微镜(日本岛津公司).实验药剂破胶剂(大庆油田研究院)羧甲基纤维素钠(安徽山河药用辅料公司)低取代羟丙纤维素(湖州展望药业公司)(山东泰安瑞泰药业公司)硬脂酸(湖州展望药业公司)巴西棕榈蜡()实验方法.吸水树脂凝胶暂堵剂的配制以蒸馏水和吸水树脂(吸水树脂是以丙烯酰胺和 丙烯酰胺基甲基丙磺酸为单体亚双甲基丙烯酰胺为交联剂进行三元共聚制得)为原料配制质量分数 的树脂凝胶暂堵剂溶涨 备用.载药丸芯的制备将粉碎、过 目筛(孔径 )的破胶剂(主料)与熔融的巴西棕榈蜡(辅料)混合均匀制备固体分散体 固体分散体经冷却、粉碎过 目筛(孔径 )再与一定量增塑剂()、黏合剂(质量分数.体积分数 乙醇溶液)混合均匀 混合物料依次在.球面筛网、转速为/的挤出机中挤出、滚圆机中滚圆 再将滚圆的素丸在 流化床中干燥 经筛分取(孔径 )间素丸 热处理 即得载药丸芯第 期黄晓磊等:缓释型胶囊破胶剂的制备及性能研究.单层膜缓释微丸的制备()配制缓释衣膜液 :.硬脂酸.乙醇 溶解()流化床参数:流化压力()雾化压力()进风温度()物料温度()进液速度(/)喷枪孔径(.)取一定质量.制备的载药丸芯在上述流化床中包衣 制得缓释微丸.双层膜缓释胶囊的制备配制缓释衣膜液:.乙醇 充分溶解 调整流化床参数将.中制得的缓释微丸置于流化床中进行包衣 制得缓释胶囊.评价方法()载药丸芯收率:投料质量为 黏合剂用量 干燥丸芯为 用下式计算丸芯收率收率/()()()包衣增重:包衣前丸芯质量 包衣后微丸质量 利用下式计算包衣增重()/()()渗透释放率:树脂凝胶被破胶降解宏观表现为黏度降低 大庆葡萄花油田油层平均温度.最深处温度不超过.因此本文以 下凝胶黏度变化间接测量缓释微丸内破胶剂的渗透释放率 完全溶胀的树脂凝胶表观黏度 下恒温破胶 天后黏度为 利用下式渗透释放率:()/()()岩心渗透率恢复值:人造岩心流道被暂堵剂封堵时正向岩心水相渗透率 暂堵剂被降解返排后正向岩心水相渗透率 利用下式计算岩心渗透率恢复值:/()结果与讨论.正交试验研究载药丸芯质量会影响微丸包衣效果和力学强度同时也起到一定的缓释作用 为确定制备载药丸芯的最佳配方并寻找各因素对丸芯质量的影响程度本文以丸芯收率为指标根据文献资料采用()正交表选取主辅料配比()、增塑剂用量()、黏合剂用量()、滚圆机转盘速度()作为考察因素进行正交试验结果如表、所示表 试验因素水平 因素/()水平:水平:水平:表 试验结果 实验号丸芯收率/.山 东 科 学 年表(续)实验号丸芯收率/.正交试验极差分析由表 可知四个因素对丸芯收率影响程度由大到小顺序为、优化水平组合为:即制备载药丸芯最佳配方为:(:)()()(/)表 极差结果表 因素.正交试验方差分析由表 可知、因素水平变化对丸芯收率影响显著、因素水平变化对丸芯收率影响较小试验结果波动主要是由误差引起的表 方差结果表 因素实/实误/误 比 临界值(.)显著性.不显著.显著.显著.不显著.包衣增重对微丸缓释效果分析 是一种不溶性包衣材料硬脂酸是一种良好的防水材料两种成分组成的衣膜具有良好的缓释效果为考察衣膜厚度对缓释效果的影响调整包衣时间制备包衣增重、四组缓释微丸再将四组微丸分别加入到.制备的凝胶中置于 下恒温破胶测量不同时间点凝胶的黏度值并利用()式计算微丸不同时间点的 值结果如图 所示图 包衣增重对微丸缓释渗透率的影响.第 期黄晓磊等:缓释型胶囊破胶剂的制备及性能研究包衣增重 的微丸衣膜过薄缓释效果比较差高达.随着衣膜厚度的增加微丸的缓释效果得到改善增重 和 的两组微丸前期缓释效果较好满足 的要求 但较厚的衣膜在增强前期缓释效果的同时也削弱了后期药物释放的驱动力两组微丸的 不足 修井作业结束后微丸内部破胶剂不能充分释放致使破胶不彻底影响储层渗透率恢复且衣膜越厚影响越严重.缓释效果测试将.中制得的 与树脂凝胶混合测量 下不同时间点凝胶的黏度并计算 的 值结果如图、所示图 缓释胶囊 随时间变化.图 缓释胶囊对凝胶黏度的影响.由图、可知:下 的.此阶段破胶剂被包裹在衣膜内基本无释放树脂保持原凝胶状态黏度不变 后衣膜内药物快速释放缓释渗透释放率迅速升高.固态的树脂凝胶开始变黏稠 时破胶剂基本全部释放.树脂被彻底降解完全化成水状 满足药物前期基本不释放后期快速释放的预期效果.微丸 及缓释机理分析图 为单层缓释微丸和双层缓释胶囊 下 时 表面结构图由图可知通过流化床包衣在丸芯表面能形成光滑均匀的衣膜 衣膜在高温环境下热胀产生孔隙熔融的硬脂酸沿着这些孔隙向外移动 单层缓释微丸衣膜较薄 时近 硬脂酸迁出衣膜衣膜孔隙失去硬脂酸封堵后丸芯内破胶剂沿孔隙迁移出胶囊 双层结构中外层衣膜会延缓硬脂酸的迁出 被包裹的硬脂酸封堵衣膜的孔隙阻止了丸芯内药物释出从而达到缓释的效果 随着时间的推移熔融的硬脂酸自外层衣膜孔隙迁出衣膜孔隙失去了封堵成为药物流动的通道丸芯内药物沿这些“通道”迅速扩散出来 该过程符合热敏型膜渗透扩散机理机理如图 所示山 东 科 学 年图 单层缓释微丸和双层缓释胶囊 下 时表面结构.图 缓释胶囊机理图.模拟储层破胶实验依据/钻井液完井液损害油层室内评价方法利用人造岩心和标准盐水(标准盐水配方为、质量比为.)模拟地下储层环境通过未加破胶剂体系、常规破胶剂体系和 体系不同时间点岩心 值变化考察 个体系的破胶效果()选取三块物性相近的人造岩心经干燥、冷却、抽真空处理后在.压力下分别反向驱入树脂凝胶修井液 (体系中胶囊破胶剂随修井液一同驱入)()驱入破胶剂:对常规破胶剂岩心反向驱入破胶剂溶液至压差降低(其他两组岩心不进行此项操作保持温度和压力不变)利用()式计算对应的 值结果如图 所示图 随时间变化图.由图 可知未加破胶剂体系中由于凝胶暂堵剂未被破胶岩心被封堵整个过程 值较低岩心渗透率基本无恢复常规破胶剂体系中破胶剂被驱入岩心后凝胶短时间内快速分解 岩心 值为.后基本趋于稳定岩心渗透率恢复值偏低 体系中前期破胶剂被包裹在胶囊内对凝胶基本无影响凝胶封堵岩心流道凝胶从 开始迅速降解值快速升高(值为.)后基本趋于稳定此时凝第 期黄晓磊等:缓释型胶囊破胶剂的制备及性能研究胶暂堵剂几乎完全降解、返排岩心渗透率得到很大程度的恢复 由于 与凝胶混合在一起到达岩心流道各个角落破胶更彻底所以渗透率恢复值高于常规破胶剂体系 结论挤出滚圆 流化床包衣法制备的 外观圆整、衣膜均匀光滑、微丸收率高 通过正交试验确定制备载药丸芯最佳配方为主辅料质量比 增塑剂质量分数 黏合剂质量分数 滚圆机转盘速度 /通过增加单层衣膜的厚度可以延缓药物的释放但会导致后期内部释药驱动力不足影响破胶效率 双层衣膜结构中外层衣膜不含硬脂酸通过延长内层硬脂酸迁出通道达到缓释目的同时不影响后期药物释放驱动力 与传统的破胶剂相比 可预先加入修井液体系中与凝胶暂堵剂在流道深处共同形成封堵层修井作业结束后对暂堵剂进行立体式破胶具有良好的储层渗透率恢复效果参考文献:涂云 刘璞 吴肇亮 等.胶囊延迟破胶剂及其在油田中的应用.精细石油化工 ():.杨振周.胶囊破胶剂的生产工艺及释放机理.钻井液与完井液 ():.袁春平 区淑蕴 候惠民.膜控释药片剂的包衣技术研究进展.中国医药工业杂志 ():.金晓 徐秀卉 徐春玲 等.膜控型缓释微丸设计思路的探讨.黑龙江医药 ():.:./.:./.袁青 毕研霞 李风光 等.缓释技术在油田中的应用进展.石油化工应用 ():.:./.:.:.:./.吴金花 韩超.压裂液胶囊破胶剂的研究进展.广州化工 ():.:./.:./.李继勇 邵红云 宋时权 等.压裂用胶囊破胶剂性能评价方法研究.石油与天然气化工 ():.:./.():.:./.曲瑞波.关于挤出滚圆颗粒的成形过程分析及造粒技术研究.上海:华东理工大学.周建军.流化床制备包衣尿素微球的工艺研究.郑州:郑州大学.().:.:./.张瑜.微胶囊破胶剂的制备及其高温释放性能的研究.天津:天津大学.石油工业标准化技术委员会钻井工程专业标准化委员会.钻井液完井液损害油层室内评价方法:/.北京:石油工业出版社.