隔离液中加入表面活性剂改善物理性能机理探讨(编辑修改稿)

隔离液中加入表面活性剂改善物理性能机理探讨(编辑修改稿)内容摘要：

水溶液中的表面张力。 将复配的表面活性剂作为处理剂加入到隔离液中，考察在不同配比下对隔离液物理性能 （ 对油基钻井液的冲洗效率，界面胶结强度 ） 的影响 ，优 选出最佳的表面活性剂的复配体系。 （ 3） 在前面工作的 基础上考察盐和温度对表面活性剂隔离液体系性能的影响。 （ 4） 对结果和机理进行分析。 技术路线 本论文所采用的技术路线如图 所示。 西南石油大学本科毕业 设计（ 论文 ） 图 实验技术路线图 资料调研，初选出表面活性剂 考察不同配比和加入浓度的复合表面活性剂对隔离液性能的影响 考察盐和温度对表面活性剂隔离液性能的影响 得到最佳的复合表面活性剂配比和加入浓度 空白对比隔离液 对结果进行处理，对机理进行分析 考察表面活性剂对隔离液的物 理性能的改善情况 隔离液中加入表面活性剂改善物理性能机理探讨 2 实验 仪器 与 材料 性能 实验仪器 设备 与 材料 表 实验主 要仪器设备 仪器 厂家 型号 电子天平 上海良平仪器有限公司 FA2020 恒力高速搅拌机 金坛市金南仪器厂 JJB 组织捣碎机 金坛市杰瑞尔仪器厂 JJZ 抗折抗压试验机 无锡市锡东建材设备厂 JES300 表面张力 测定 仪 上海中晨数字技术设备有限公司 JK99B 六速旋转黏度剂 青岛同春石油仪器有限公司 ZNND6 恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂 HNN100 变频 高速搅拌机 青岛同春石油仪器有限公司 GK12 变频 滚子加热炉 青岛同春石油仪器有限公司 GW300PLC 表 实验 所用 药品 试剂名称 规格 来源 Tween20 分析纯 成都科龙化工试剂厂 OP10 分析纯 成都科龙化工试剂厂 Span80 分析纯 成都科龙化工试剂厂 油酸 分析纯 成都科龙化工试剂厂 氯化钠 分析纯 成都科龙化工试剂厂 氯化钙 分析纯 成都科龙化工试剂厂 氧化钙 分析纯 成都科龙化工试剂厂 G33S 河南卫辉化工有限公司 HYJ 固井实验室 HHDN 固井实验室 重晶石 四川华西矿业公司 氧化沥青粉 固井实验室 G 级油井水泥 四 川嘉华水泥厂 有机土 固井实验室 0 号柴油 西南石油大学本科毕业 设计（ 论文 ） 实验主要材料 的选 择 和 性能 表面活性剂的选择原则和方法 关于如何选择 表面活性剂 ，目前 简单且 普遍 使用 的是根据表面活性剂的 HLB 值来选取。 乳化剂的 HLB 值是乳化剂分子亲油亲水性的一种相对强度的数值量度： HLB值低，表示分子的亲油性强，是形成 W/O 型乳状液的乳化剂； HLB 值越大，则亲水性越强，是越易形成 O/W 型乳状液的乳化剂。 作为 O/W 型乳状液的乳化剂其 HLB 值常在 818 之间；作为 W/0 型乳状液的乳化剂其 HLB 值常在 36 之间 [10]。 表面活性剂的 HLB 值与性质的对应关系如 图 ： 图 表面活性剂的 HLB 值与性质的关系 用于油基钻井液 完 钻井的隔离液 ,常使用 HLB值在 8 以上的亲水性强的 O/ W 型表面活性剂或复配的 O/ W 表面活性剂体系。 一般规律为表面活性剂的亲水性越强 ，即 HLB 值越大， 冲洗和润湿界面作用就强 [11]，所用表面活性剂的 HLB 值应与油基钻井液基油的 HLB 值 相近。 表面活性剂隔离液中 所 用的表面活性剂主要是非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂。 常用的 表面活性剂有 :羟乙基化壬烯苯酚、羟 乙基化醇、磺化线性直链醇、 脂肪酸的酰胺化合物、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸山梨醇酐 、 聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基酚醚和十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等表面活性剂以及二烷基或三烷基胺同脂肪酸反应得到的两性表面活性剂等。 隔离液中加入表面活性剂改善物理性能机理探讨 表面活性剂性能 实验中根据资料调研情况和实际实验条件选出了三种表面活性剂，它们的名称和性能如表 所示。 表 表面活性剂主要性能 隔离液材料性能 实验 中 所配制的隔离液主要由水 、 降失水剂 、 悬浮稳定剂、 稀释 剂、加重剂和复配 表面活性剂组成，它们的名称和主要性能如表 所示。 表 隔离液主要材料的性能 原 料 主 要 性 能 G33S 降失水剂，为白色粉末，溶于水适用于循环温度 25100℃的中、低温井。 HYJ 悬浮稳定剂，一种生物高聚物，为白色或淡黄色粉末，可溶于水中，具有高粘度，高悬浮性和触变性 HHDN 降粘剂，为浅褐色粉末， 吸水性强，易 溶于水， 主要用作抗高温水基钻井液的稀释剂， 也可作为油井水泥的缓凝剂 和 减阻剂。 重晶石 加重剂，为淡黄色或棕黄色粉末，惰性物质，不溶于水 原 料 主 要 性 能 Tween20 聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯 ，非离子表面活性剂， HLB 值为。 黄色油状液体，能溶于水，稀酸稀碱及多数有机溶剂，不溶于植物 油及矿物油，水溶性乳化剂。 OP10 十二烷基酚聚氧乙烯醚，非离子表面活性剂， HLB 值为。 白色及乳白色糊状物，易溶于水， 是良好的水溶性乳化剂。 Span80 聚氧乙烯失水山梨醇油酸单酯，非离子表面活性剂， HLB 值为。 琥珀色粘性油状液，能分散于水，溶于油类及一般有机溶剂，是良好的水包油型乳化剂。 西南石油大学本科毕业 设计（ 论文 ） 3 实验部分 表面活性剂的复配及其对表面张力的影响 表面活性剂的复配原 理 一个理想的乳化剂，不仅与连续相亲和力强 ， 而且与分散相 也 有较强的亲和力。 实际上要同时兼顾这两方面的要求是做不到的，所以在实际应用时，往往把 HLB值小的乳化剂和 HLB值大的乳化剂混合使用比单一乳化剂效果好 ，同时还可降低表面活性剂的应用成本。 图 地 表述了两者的相互关系。 图 乳化剂配合使用原理图 (a)乳化剂分散溶于水，但不能很好乳化的示意图 (b)用 HLB值小的乳化剂将两者连接起来的稳定乳化剂的示意图 根据 不同 乳化剂的 HLB值可计算混合乳化剂的 HLB 值 ,计算式为 ： H(AB)=H(A) w(A)+H(B) w(B) （ ） 式中 : H(AB)为混合表面活性剂的亲水亲油强度平衡值 ； H(A), H(B)分别为纯表面活性剂 A和 B的亲水亲油强度平衡值 ； w(A) ,w(B)分别为混合表面活性剂中 A与 B的质量分数。 本文中是 分别 将 Tween20和 OP10与 Span80复配 ， 通过调节 各表面活性剂在 复配体系中的质量百分数得到 不同 HLB值的复配表面活性剂体系，再调节 复配表面活性剂在隔离液中 的加量得到不同 HLB值 和不同表面活性剂 加 量的表面活性剂隔离液体系。 隔离液中加入表面活性剂改善物理性能机理探讨 表面活性剂复配体系配方计算 为便于表示，本文规定将 Tween20 与 Span80 复配的表面活性剂体系用 TS 表示， 将 OP10 与 Span80 复配的表面活性剂体系用 OS 表示。 复配表面活性剂 TS 的HLB 值用 H(TS)表示， 共选 取 1 1 1 1 16 五个 HLB 值 点。 将 Tween20的 HLB 值 H(T)= 以及 Span80 的 HLB 值 H(S)= 带入式 ()，可得到下列计算式： H(TS) = H(T) w(T) + H(S) w(S) （ ） w(T)+w(S)=100% （ ） 式中 ： H(TS)为混合表面活性剂的亲水亲油强度平衡值 ； H(T)， H(S)分别为纯表面活性剂 Tween20和 Span80的亲水亲油强度平衡值 ； w(T)， w(S)分别为混合表面活性剂中 Tween20与 Span80的质量分数。 联合解式 （ ） 和式 （ ） 得到 Tween20和 Span80复配体系的配方 如表。 表 Tween20 和 Span80 复配体系配方 TS体系 HLB 值 H(TS) Tween20 质量分数 w(T) (%) %w(T) Span80 质量分数 w(S) (%) 12 13 14 15 16 用同样的处理方法，将复配表面活性剂 OS 的 HLB 值用 H(OS)表示，共选取 11 14 三个 HLB 值点。 同样将 OP10 的 HLB 值 H(O)= 以及 Span80 的 HLB值 H(S)= 带入式 ()，可得到下列计算式： H(OS) = H(O) w(O) + H(S) w(S) （ ） w(O)+w(S)=100% （ ） 式中 ： H(OS)为混合表面活性剂的亲水亲油强度平衡值 ； H(O)， H(S) 分别 OP10和Span80的亲水亲油强度平衡值 ； w(O)， w(S)分别为混合表面活性剂中 OP10与 Span80的质量分数。 联合解式 （ ） 和式 （ ） 得到 OP10和 Span80复配体系的配方如 表。 西南石油大学本科毕业 设计（ 论文 ） 表 OP10 和 Span80 复配体系配方 OS体系 HLB 值 H(OS) OP10 质量分数 w(O) （ %） Span80 质量分数 w(S) （ %） 12 13 14 表面张力的测定及无机盐 对表面张力 的影响 在研究中， 评价 表面活性剂的手段 主要 就是测定表面活性剂的表面张力。 表面活性剂的最大特性之一就是在低浓度下也能显著降低水的表面张力，溶液的表面张 力是衡量其物化性能不可缺少的参数，一般认为表面张力降低越多，表面活性越大。 本实验 所 采用的 测试仪器为 高分子材料与工程实验室的 JK998型表面张力测定仪。 根据文献 [14]，在表面活性剂 冲洗 液中复配表面活性剂的加入量 通常 在 %%，而在隔离液中 表面活性剂的加入量 未见报道。 但是隔离液的粘度和密度远大于冲洗液， 为充分考虑不同表面活性剂 加入 浓度 对水表面张力的影响，本文以 100g水位基准，在 复配表面活性剂 每个 HLB值下 选择了 %、 1%、 2%、 3%四个不同的加入量。 之后再用浓度为 10%的 NaCl溶液按相同的 加入量和方法配制出盐水表面活性剂溶液，考察无机盐 加入 对表面活性剂性能的 影响。 TS体系表面张力的测试结果如图 示， OS 体系表面张力的测试结果如图。 图 纯水和盐水中 TS 体系表面张力值 % % % % % % %表面活性剂浓度表面张力值（mN/m）HLB=12,纯水HLB=12,盐水HLB=13,纯水HLB=13,盐水HLB=14,纯水HLB=14,盐水HLB=15,纯水HLB=15,盐水HLB=16,纯水HLB=16,盐水隔离液中加入表面活性剂改善物理性能机理探讨 % % % % % % %表面活性剂浓度表面张力值（mN/m）HLB=12,纯水HLB=12,盐水HLB=13,纯水HLB=13,盐水HLB=14,纯水HLB=14,盐水表 TS 体系纯水和盐水溶液的表面张力值 HLB 值 浓度 （ %） 纯水中的表面张力值 （ mN/m） 10%浓度盐水。