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環保非水基鑽井液界麵張力、基本性能和抗汙染能力——前言、實驗部分
來源：油田化學、油媒方 瀏覽 1080 次 發布時間:2024-08-29
摘要：
為滿足日益嚴苛的環保要求，通過測試乳化劑、內相鹽、基液等的生物毒性及降解性，研究植物油酸及其酯類衍生物類乳化劑BIO-EMUL與BIO-COAT複配乳化劑溶液與BIO-OIL形成的油包水乳液的電穩定性、乳化效率以及BIO-EMUL與BIO-COAT複配乳化劑溶液與BIO-OIL間的界麵張力和界麵流變性，以BIO-EMUL和BIO-COAT為基礎，結合基液BIO-OIL以及乙酸鈉溶液，構建了一種環保非水基鑽井液體係，並研究了該鑽井液的基本性能和抗汙染能力。結果表明，BIO-EMUL、BIO-COAT能有效降低油/水界麵張力，形成破乳電壓達350V，乳化效率達95%的油包水乳液。該體係的LC50為28200mg/L，BOD5/CODCr＞0.25，是生物毒性低，降解性良好的環境友好型油包水乳液。配製的鑽井液體係適用密度範圍廣，抗汙染能力強，為今後環保非基鑽井液體係及材料的研究提供了基礎。
一、前言
隨著我國社會經濟的迅速發展以及環保要求的提高，研究符合環境保護需求的鑽井液體係成為當前鑽井液技術研究的重要方向之一。最新的環保法規中對鑽井液的含油量、重金屬含量和生物毒性都大幅提高了要求，所有過儲層段的水基鑽井液都不能排放，增加了作業成本，限製了水基鑽井液的使用規模及範圍。非水基鑽井液因其可重複利用、抑製性強，潤滑性好等特點，越來越受到作業者青睞。但是，非水基鑽井液也存在清理作業係統、鑽屑回收等環節，需要具有環境友好特性。
在化工材料的環保性指標中，生物毒性及降解性是目前對鑽井液及其處理劑環境可接受性評價的兩個主要指標，而業內對非水基鑽井液體係及材料的降解性及生物毒性評價鮮見報道。目前的非水基鑽井液常選擇環保性差的柴油、白油為基液。較為環境友好的聚ɑ-烯烴（PAO）類，線性ɑ-烯烴（LAO），異構烯烴（IO）等基液不含芳香烴，毒性小，但是高價格限製了其應用。內相鹽常采用價格低廉的氯化鈣或氯化鈉，其中的氯離子會造成飲水苦鹹味、土壤鹽堿化、管道腐蝕、植物生長困難等危害，並不是理想的內相鹽。乳化劑是非水基鑽井液能否穩定的最關鍵因素，研究者多關注其乳化穩定性，抗溫性等特征，對環保性能研究不足。因此，有必要研究一套滿足環保要求的非水基鑽井液體係。
通過對比內相鹽、基液、乳化劑的降解性及生物毒性，發現植物油酸及其酯類衍生物乳化劑BIO-EMUL和BIO-COAT、加氫合成的基液BIO-OIL、乙酸鈉具有良好的降解性及生物毒性。研究發現，BIO-EMUL、BIO-COAT複配能有效降低油/水界麵張力，乳液滴的彈性模量大於黏性模量。因此，以植物油酸及其酯類衍生物類乳化劑BIOEMUL和BIO-COAT為基礎，結合基液BIO-OIL以及乙酸鈉溶液，通過研究BIO-EMUL與BIO-COAT複配乳化劑溶液與BIO-OIL形成的油包水乳液的電穩定性、乳化效率以及BIO-EMU與BIO-COAT複配乳化劑溶液與BIO-OIL間的界麵張力和界麵流變性，構建了一種環保非水基鑽井液體係，並研究了該鑽井液的基本性能和抗汙染能力。
二、實驗部分
1、材料與儀器
氯化鈣、甲酸鈉、乙酸鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；合成基液BIO-OIL、3#白油，Saraline185V油，主乳化劑BIO-EMUL、輔乳化劑BIOCOAT、乳化劑PF-FSEMUL、乳化劑PF-FSCOAT、潤濕劑PF-FSWET、有機土PF-MOGEL、降濾失劑PF-MOHFR，堿度調節劑PF-MOALK，油基提切劑PF-MOVIS，重晶石，均取自天津中海油服化學有限公司。實驗用水為蒸餾水。
變頻高速攪拌器，北京探礦工程研究所；電子天平，高溫高壓界麵張力儀，芬蘭Kibron公司；173-00-1-RC型高溫滾子爐、OFI800型六速旋轉黏度計、170-00-4S-230型四聯高溫高壓失水儀、BODTRAKⅡ型BOD測定儀、DR1010型COD測定儀，美國OFTTE公司；23E型破乳電壓儀，美國FANN公司。
2、實驗方法
（1）生物毒性測試
按照標準GB 18420.1—2009《海洋石油勘探開發汙染物生物毒性》第1部分：分級（1）和GBT18420.2—2009《海洋石油勘探開發汙染物生物毒性》第2部分：檢驗方法，測試BIO-EMUL、BIO-COAT、乙酸鈉、BIO-OIL以及配製非水基鑽井液體係的生物毒性。
（2）降解性測試方法
按照國家標準GB/T 21801—2008《呼吸法生物降解性》測試BIO-EMUL、BIO-COAT、PF-FSEMUL、PF-FSCOAT、PF-FSWET、氯化鈣、甲酸鈉、乙酸鈉、BIO-OIL、Saraline185V油、3#白油以及對應配製非水基鑽井液體係的降解性。
（3）乳化效率測試
在280mL的BIO-OIL基液中加入20g/L的主乳化劑BIO-EMUL，再加入一定量（3～15 g/L）的輔乳化劑BIO-COAT，高速攪拌5min；加入70mL的質量分數為20%的乙酸鈉溶液，高速攪拌20min，裝入老化罐中並於150℃下老化16h；冷卻後取出乳液高攪20min，快速轉移至250mL的量筒中，記錄不同時間分離出基液的體積。按式（1）計算乳化效率。
式中，E—乳化效率，%；V1—倒入量筒中乳液的總體積，mL；V2—不同時間分離出基液的體積，mL。
（4）電穩定性測試
參照中國石油天然氣行業標準SY/T 6615—2005《鑽井液用乳化劑評價程序》，測試乳液的破乳電壓。
（5）界麵張力及界麵流變測試
利用高溫高壓界麵流變張力儀，分析水滴外形周期性的擴張和壓縮的變化，測定界麵擴張流變；給界麵施加一定麵積變化的振蕩，記錄瞬間形變後界麵張力的衰減曲線，對衰減曲線進行擬合和Fourier轉換，得到界麵擴張流變參數。實驗液體：外相為20g/L BIO-EMUL+15g/L BIO-COAT複配乳化劑溶液（以BIO-OIL為溶劑），內相為20%乙酸鈉溶液。