摘要：

為滿足日益嚴苛的環(huán)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復配乳化劑溶液與BIO-OIL形成的油包水乳液的電穩(wěn)定性、乳化效率以及BIO-EMUL與BIO-COAT復配乳化劑溶液與BIO-OIL間的界面張力和界面流變性，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(huán)保非水基鉆井液體系，并研究了該鉆井液的基本性能和抗污染能力。結果表明，BIO-EMUL、BIO-COAT能有效降低油/水界面張力，形成破乳電壓達350V，乳化效率達95%的油包水乳液。該體系的LC50為28200mg/L，BOD5/CODCr＞0.25，是生物毒性低，降解性良好的環(huán)境友好型油包水乳液。配制的鉆井液體系適用密度范圍廣，抗污染能力強，為今后環(huán)保非基鉆井液體系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(fā)展以及環(huán)保要求的提高，研究符合環(huán)境保護需求的鉆井液體系成為當前鉆井液技術研究的重要方向之一。最新的環(huán)保法規(guī)中對鉆井液的含油量、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鉆井液都不能排放，增加了作業(yè)成本，限制了水基鉆井液的使用規(guī)模及范圍。非水基鉆井液因其可重復利用、抑制性強，潤滑性好等特點，越來越受到作業(yè)者青睞。但是，非水基鉆井液也存在清理作業(yè)系統(tǒng)、鉆屑回收等環(huán)節(jié)，需要具有環(huán)境友好特性。

在化工材料的環(huán)保性指標中，生物毒性及降解性是目前對鉆井液及其處理劑環(huán)境可接受性評價的兩個主要指標，而業(yè)內對非水基鉆井液體系及材料的降解性及生物毒性評價鮮見報道。目前的非水基鉆井液常選擇環(huán)保性差的柴油、白油為基液。較為環(huán)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，但是高價格限制了其應用。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咸味、土壤鹽堿化、管道腐蝕、植物生長困難等危害，并不是理想的內相鹽。乳化劑是非水基鉆井液能否穩(wěn)定的最關鍵因素，研究者多關注其乳化穩(wěn)定性，抗溫性等特征，對環(huán)保性能研究不足。因此，有必要研究一套滿足環(huán)保要求的非水基鉆井液體系。

通過對比內相鹽、基液、乳化劑的降解性及生物毒性，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，BIO-EMUL、BIO-COAT復配能有效降低油/水界面張力，乳液滴的彈性模量大于黏性模量。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復配乳化劑溶液與BIO-OIL形成的油包水乳液的電穩(wěn)定性、乳化效率以及BIO-EMU與BIO-COAT復配乳化劑溶液與BIO-OIL間的界面張力和界面流變性，構建了一種環(huán)保非水基鉆井液體系，并研究了該鉆井液的基本性能和抗污染能力。

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(jié)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，高溫高壓界面張力儀，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(lián)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(fā)污染物生物毒性》第1部分：分級（1）和GBT18420.2—2009《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性》第2部分：檢驗方法，測試BIO-EMUL、BIO-COAT、乙酸鈉、BIO-OIL以及配制非水基鉆井液體系的生物毒性。

（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#白油以及對應配制非水基鉆井液體系的降解性。

（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(shù)為20%的乙酸鈉溶液，高速攪拌20min，裝入老化罐中并于150℃下老化16h；冷卻后取出乳液高攪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(wěn)定性測試

參照中國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6615—2005《鉆井液用乳化劑評價程序》，測試乳液的破乳電壓。

（5）界面張力及界面流變測試

利用高溫高壓界面流變張力儀，分析水滴外形周期性的擴張和壓縮的變化，測定界面擴張流變；給界面施加一定面積變化的振蕩，記錄瞬間形變后界面張力的衰減曲線，對衰減曲線進行擬合和Fourier轉換，得到界面擴張流變參數(shù)。實驗液體：外相為20g/L BIO-EMUL+15g/L BIO-COAT復配乳化劑溶液（以BIO-OIL為溶劑），內相為20%乙酸鈉溶液。

環(huán)保非水基鉆井液界面張力、基本性能和抗污染能力——前言、實驗部分

環(huán)保非水基鉆井液界面張力、基本性能和抗污染能力——結果與討論、結論與認識