【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 水溶液中的表面張力。將復(fù)配的表面活性劑作為處理劑加入到隔離液中，考察在不同配比下對(duì)隔離液物理性能 （ 對(duì)油基鉆井液的沖洗效率，界面膠結(jié)強(qiáng)度 ） 的影響 ，優(yōu) 選出最佳的表面活性劑的復(fù)配體系。 （ 3） 在前面工作的 基礎(chǔ)上考察鹽和溫度對(duì)表面活性劑隔離液體系性能的影響。 （ 4） 對(duì)結(jié)果和機(jī)理進(jìn)行分析 。 技術(shù)路線 本論文所采用的技術(shù)路線如圖 所示。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 圖 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線圖 資料調(diào)研，初選出表面活性劑 考察不同配比和加入濃度的復(fù)合表面活性劑對(duì)隔離液性能的影響 考察鹽和溫度對(duì)表面活性劑隔離液性能的影響 得到最佳的復(fù)合表面活性劑配比和加入濃度 空白對(duì)比隔離液 對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理，對(duì)機(jī)理進(jìn)行分析 考察表面活性劑對(duì)隔離液的物 理性能的改善情況 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機(jī)理探討 2 實(shí)驗(yàn) 儀器 與 材料 性能 實(shí)驗(yàn)儀器 設(shè)備 與 材料 表 實(shí)驗(yàn)主 要儀器設(shè)備 儀器 廠家 型號(hào) 電子天平 上海良平儀器有限公司 FA2020 恒力高速攪拌機(jī) 金壇市金南儀器廠 JJB 組織搗碎機(jī) 金壇市杰瑞爾儀器廠 JJZ 抗折抗壓試驗(yàn)機(jī) 無錫市錫東建材設(shè)備廠 JES300 表面張力 測(cè)定 儀 上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司 JK99B 六速旋轉(zhuǎn)黏度劑 青島同春石油儀器有限公司 ZNND6 恒溫水浴鍋 北京長(zhǎng)安科學(xué)儀器廠 HNN100 變頻 高速攪拌機(jī) 青島同春石油儀器有限公司 GK12 變頻 滾子加熱爐 青島同春石油儀器有限公司 GW300PLC 表 實(shí)驗(yàn) 所用 藥品 試劑名稱 規(guī)格 來源 Tween20 分析純 成都科龍化工試劑廠 OP10 分析純 成都科龍化工試劑廠 Span80 分析純 成都科龍化工試劑廠 油酸 分析純 成都科龍化工試劑廠 氯化鈉 分析純 成都科龍化工試劑廠 氯化鈣 分析純 成都科龍化工試劑廠 氧化鈣 分析純 成都科龍化工試劑廠 G33S 河南衛(wèi)輝化工有限公司 HYJ 固井實(shí)驗(yàn)室 HHDN 固井實(shí)驗(yàn)室 重晶石 四川華西礦業(yè)公司 氧化瀝青粉 固井實(shí)驗(yàn)室 G 級(jí)油井水泥 四 川嘉華水泥廠 有機(jī)土 固井實(shí)驗(yàn)室 0 號(hào)柴油 西南石油大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 實(shí)驗(yàn)主要材料 的選 擇 和 性能 表面活性劑的選擇原則和方法 關(guān)于如何選擇 表面活性劑 ，目前 簡(jiǎn)單且 普遍 使用 的是根據(jù)表面活性劑的 HLB 值來選取。乳化劑的 HLB 值是乳化劑分子親油親水性的一種相對(duì)強(qiáng)度的數(shù)值量度： HLB值低，表示分子的親油性強(qiáng)，是形成 W/O 型乳狀液的乳化劑； HLB 值越大，則親水性越強(qiáng)，是越易形成 O/W 型乳狀液的乳化劑。作為 O/W 型乳狀液的乳化劑其 HLB 值常在 818 之間；作為 W/0 型乳狀液的乳化劑其 HLB 值常在 36 之間 [10]。 表面活性劑的 HLB 值與性質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 圖 ： 圖 表面活性劑的 HLB 值與性質(zhì)的關(guān)系 用于油基鉆井液 完 鉆井的隔離液 ,常使用 HLB值在 8 以上的親水性強(qiáng)的 O/ W 型表面活性劑或復(fù)配的 O/ W 表面活性劑體系。一般規(guī)律為表面活性劑的親水性越強(qiáng) ，即 HLB 值越大， 沖洗和潤(rùn)濕界面作用就強(qiáng) [11]，所用表面活性劑的 HLB 值應(yīng)與油基鉆井液基油的 HLB 值 相近。 表面活性劑隔離液中 所 用的表面活性劑主要是非離子型表面活性劑和陰離子型表面活性劑。 常用的 表面活性劑有 :羥乙基化壬烯苯酚、羥 乙基化醇、磺化線性直鏈醇、 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鈉、烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉等表面活性劑以及二烷基或三烷基胺同脂肪酸反應(yīng)得到的兩性表面活性劑等。 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機(jī)理探討 表面活性劑性能 實(shí)驗(yàn)中根據(jù)資料調(diào)研情況和實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件選出了三種表面活性劑，它們的名稱和性能如表 所示。 表 表面活性劑主要性能 隔離液材料性能 實(shí)驗(yàn) 中 所配制的隔離液主要由水 、 降失水劑 、 懸浮穩(wěn)定劑、 稀釋 劑、加重劑和復(fù)配 表面活性劑組成，它們的名稱和主要性能如表 所示。 表 隔離液主要材料的性能 原 料 主 要 性 能 G33S 降失水劑，為白色粉末，溶于水適用于循環(huán)溫度 25100℃的中、低溫井。 HYJ 懸浮穩(wěn)定劑，一種生物高聚物，為白色或淡黃色粉末，可溶于水中，具有高粘度，高懸浮性和觸變性 HHDN 降粘劑，為淺褐色粉末， 吸水性強(qiáng)，易 溶于水， 主要用作抗高溫水基鉆井液的稀釋劑， 也可作為油井水泥的緩凝劑 和 減阻劑 。 重晶石 加重劑，為淡黃色或棕黃色粉末，惰性物質(zhì)，不溶于水 原 料 主 要 性 能 Tween20 聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯 ，非離子表面活性劑， HLB 值為 。黃色油狀液體，能溶于水，稀酸稀堿及多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于植物 油及礦物油，水溶性乳化劑。 OP10 十二烷基酚聚氧乙烯醚，非離子表面活性劑， HLB 值為 。白色及乳白色糊狀物，易溶于水， 是良好的水溶性乳化劑。 Span80 聚氧乙烯失水山梨醇油酸單酯，非離子表面活性劑， HLB 值為 。琥珀色粘性油狀液，能分散于水，溶于油類及一般有機(jī)溶劑，是良好的水包油型乳化劑。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 3 實(shí)驗(yàn)部分 表面活性劑的復(fù)配及其對(duì)表面張力的影響 表面活性劑的復(fù)配原 理 一個(gè)理想的乳化劑，不僅與連續(xù)相親和力強(qiáng) ， 而且與分散相 也 有較強(qiáng)的親和力。實(shí)際上要同時(shí)兼顧這兩方面的要求是做不到的，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往把 HLB值小的乳化劑和 HLB值大的乳化劑混合使用比單一乳化劑效果好 ，同時(shí)還可降低表面活性劑的應(yīng)用成本 。圖 地 表述了兩者的相互關(guān)系。 圖 乳化劑配合使用原理圖 (a)乳化劑分散溶于水，但不能很好乳化的示意圖 (b)用 HLB值小的乳化劑將兩者連接起來的穩(wěn)定乳化劑的示意圖 根據(jù) 不同 乳化劑的 HLB值可計(jì)算混合乳化劑的 HLB 值 ,計(jì)算式為 ： H(AB)=H(A) w(A)+H(B) w(B) （ ） 式中 : H(AB)為混合表面活性劑的親水親油強(qiáng)度平衡值 ； H(A), H(B)分別為純表面活性劑 A和 B的親水親油強(qiáng)度平衡值 ； w(A) ,w(B)分別為混合表面活性劑中 A與 B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 本文中是 分別 將 Tween20和 OP10與 Span80復(fù)配 ， 通過調(diào)節(jié) 各表面活性劑在 復(fù)配體系中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)得到 不同 HLB值的復(fù)配表面活性劑體系，再調(diào)節(jié) 復(fù)配表面活性劑在隔離液中 的加量得到不同 HLB值 和不同表面活性劑 加 量的表面活性劑隔離液體系。 隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機(jī)理探討 表面活性劑復(fù)配體系配方計(jì)算 為便于表示，本文規(guī)定將 Tween20 與 Span80 復(fù)配的表面活性劑體系用 TS 表示， 將 OP10 與 Span80 復(fù)配的表面活性劑體系用 OS 表示 。復(fù)配表面活性劑 TS 的HLB 值用 H(TS)表示， 共選 取 1 1 1 1 16 五個(gè) HLB 值 點(diǎn)。將 Tween20的 HLB 值 H(T)= 以及 Span80 的 HLB 值 H(S)= 帶入式 ()，可得到下列計(jì)算式： H(TS) = H(T) w(T) + H(S) w(S) （ ） w(T)+w(S)=100% （ ） 式中 ： H(TS)為混合表面活性劑的親水親油強(qiáng)度平衡值 ； H(T)， H(S)分別為純表面活性劑 Tween20和 Span80的親水親油強(qiáng)度平衡值 ； w(T)， w(S)分別為混合表面活性劑中 Tween20與 Span80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 聯(lián)合解式 （ ） 和式 （ ） 得到 Tween20和 Span80復(fù)配體系的配方 如表 。 表 Tween20 和 Span80 復(fù)配體系配方 TS體系 HLB 值 H(TS) Tween20 質(zhì)量分?jǐn)?shù) w(T) (%) %w(T) Span80 質(zhì)量分?jǐn)?shù) w(S) (%) 12 13 14 15 16 用同樣的處理方法，將復(fù)配表面活性劑 OS 的 HLB 值用 H(OS)表示，共選取 11 14 三個(gè) HLB 值點(diǎn)。同樣將 OP10 的 HLB 值 H(O)= 以及 Span80 的 HLB值 H(S)= 帶入式 ()，可得到下列計(jì)算式： H(OS) = H(O) w(O) + H(S) w(S) （ ） w(O)+w(S)=100% （ ） 式中 ： H(OS)為混合表面活性劑的親水親油強(qiáng)度平衡值 ； H(O)， H(S) 分別 OP10和Span80的親水親油強(qiáng)度平衡值 ； w(O)， w(S)分別為混合表面活性劑中 OP10與 Span80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 聯(lián)合解式 （ ） 和式 （ ） 得到 OP10和 Span80復(fù)配體系的配方如 表 。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 表 OP10 和 Span80 復(fù)配體系配方 OS體系 HLB 值 H(OS) OP10 質(zhì)量分?jǐn)?shù) w(O) （ %） Span80 質(zhì)量分?jǐn)?shù) w(S) （ %） 12 13 14 表面張力的測(cè)定及無機(jī)鹽 對(duì)表面張力 的影響 在研究中， 評(píng)價(jià) 表面活性劑的手段 主要 就是測(cè)定表面活性劑的表面張力。表面活性劑的最大特性之一就是在低濃度下也能顯著降低水的表面張力，溶液的表面張 力是衡量其物化性能不可缺少的參數(shù)，一般認(rèn)為表面張力降低越多，表面活性越大。 本實(shí)驗(yàn) 所 采用的 測(cè)試儀器為 高分子材料與工程實(shí)驗(yàn)室的 JK998型表面張力測(cè)定儀。 根據(jù)文獻(xiàn) [14]，在表面活性劑 沖洗 液中復(fù)配表面活性劑的加入量 通常 在 %%，而在隔離液中 表面活性劑的加入量 未見報(bào)道 。 但是隔離液的粘度和密度遠(yuǎn)大于沖洗液， 為充分考慮不同表面活性劑 加入 濃度 對(duì)水表面張力的影響，本文以 100g水位基準(zhǔn)，在 復(fù)配表面活性劑 每個(gè) HLB值下 選擇了 %、 1%、 2%、 3%四個(gè)不同的加入量。 之后再用濃度為 10%的 NaCl溶液按相同的 加入量和方法配制出鹽水表面活性劑溶液，考察無機(jī)鹽 加入 對(duì)表面活性劑性能的 影響。 TS體系表面張力的測(cè)試結(jié)果如圖 示， OS 體系表面張力的測(cè)試結(jié)果如圖 。 圖 純水和鹽水中 TS 體系表面張力值 % % % % % % %表面活性劑濃度表面張力值（mN/m）HLB=12,純水HLB=12,鹽水HLB=13,純水HLB=13,鹽水HLB=14,純水HLB=14,鹽水HLB=15,純水HLB=15,鹽水HLB=16,純水HLB=16,鹽水隔離液中加入表面活性劑改善物理性能機(jī)理探討 % % % % % % %表面活性劑濃度表面張力值（mN/m）HLB=12,純水HLB=12,鹽水HLB=13,純水HLB=13,鹽水HLB=14,純水HLB=14,鹽水表 TS 體系純水和鹽水溶液的表面張力值 HLB 值 濃度 （ %） 純水中的表面張力值 （ mN/m） 10%濃度鹽水