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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(shí)驗(yàn)部分
來源:油田化學(xué)、油媒方 瀏覽 230 次 發(fā)布時(shí)間:2024-08-29
摘要:
為滿足日益嚴(yán)苛的環(huán)保要求,通過測(cè)試乳化劑、內(nèi)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(fù)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(fù)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(chǔ),結(jié)合基液BIO-OIL以及乙酸鈉溶液,構(gòu)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(jié)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(dá)350V,乳化效率達(dá)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(qiáng),為今后環(huán)保非基鉆井液體系及材料的研究提供了基礎(chǔ)。
一、前言
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(hù)需求的鉆井液體系成為當(dāng)前鉆井液技術(shù)研究的重要方向之一。最新的環(huán)保法規(guī)中對(duì)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(chǔ)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(fù)利用、抑制性強(qiáng),潤(rùn)滑性好等特點(diǎn),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(biāo)中,生物毒性及降解性是目前對(duì)鉆井液及其處理劑環(huán)境可接受性評(píng)價(jià)的兩個(gè)主要指標(biāo),而業(yè)內(nèi)對(duì)非水基鉆井液體系及材料的降解性及生物毒性評(píng)價(jià)鮮見報(bào)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(gòu)烯烴(IO)等基液不含芳香烴,毒性小,但是高價(jià)格限制了其應(yīng)用。內(nèi)相鹽常采用價(jià)格低廉的氯化鈣或氯化鈉,其中的氯離子會(huì)造成飲水苦咸味、土壤鹽堿化、管道腐蝕、植物生長(zhǎng)困難等危害,并不是理想的內(nèi)相鹽。乳化劑是非水基鉆井液能否穩(wěn)定的最關(guān)鍵因素,研究者多關(guān)注其乳化穩(wěn)定性,抗溫性等特征,對(duì)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(duì)比內(nèi)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(fù)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(chǔ),結(jié)合基液BIO-OIL以及乙酸鈉溶液,通過研究BIO-EMUL與BIO-COAT復(fù)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(fù)配乳化劑溶液與BIO-OIL間的界面張力和界面流變性,構(gòu)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(shí)驗(yàn)部分
1、材料與儀器
氯化鈣、甲酸鈉、乙酸鈉,分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)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(rùn)濕劑PF-FSWET、有機(jī)土PF-MOGEL、降濾失劑PF-MOHFR,堿度調(diào)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(xué)有限公司。實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)黏度計(jì)、170-00-4S-230型四聯(lián)高溫高壓失水儀、BODTRAKⅡ型BOD測(cè)定儀、DR1010型COD測(cè)定儀,美國OFTTE公司;23E型破乳電壓儀,美國FANN公司。
2、實(shí)驗(yàn)方法
(1)生物毒性測(cè)試
按照標(biāo)準(zhǔn)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(jí)(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(yàn)方法,測(cè)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(cè)試方法
按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21801—2008《呼吸法生物降解性》測(cè)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(duì)應(yīng)配制非水基鉆井液體系的降解性。
(3)乳化效率測(cè)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(zhì)量分?jǐn)?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(zhuǎn)移至250mL的量筒中,記錄不同時(shí)間分離出基液的體積。按式(1)計(jì)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(shí)間分離出基液的體積,mL。
(4)電穩(wěn)定性測(cè)試
參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6615—2005《鉆井液用乳化劑評(píng)價(jià)程序》,測(cè)試乳液的破乳電壓。
(5)界面張力及界面流變測(cè)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(kuò)張和壓縮的變化,測(cè)定界面擴(kuò)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(duì)衰減曲線進(jìn)行擬合和Fourier轉(zhuǎn)換,得到界面擴(kuò)張流變參數(shù)。實(shí)驗(yàn)液體:外相為20g/L BIO-EMUL+15g/L BIO-COAT復(fù)配乳化劑溶液(以BIO-OIL為溶劑),內(nèi)相為20%乙酸鈉溶液。
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