摘要：

为满足日益严苛的环保要求，通过测试乳化剂、内相盐、基液等的生物毒性及降解性，研究植物油酸及其酯类衍生物类乳化剂BIO-EMUL与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL形成的油包水乳液的电稳定性、乳化效率以及BIO-EMUL与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL间的界面张力和界面流变性，以BIO-EMUL和BIO-COAT为基础，结合基液BIO-OIL以及乙酸钠溶液，构建了一种环保非水基钻井液体系，并研究了该钻井液的基本性能和抗污染能力。结果表明，BIO-EMUL、BIO-COAT能有效降低油/水界面张力，形成破乳电压达350V，乳化效率达95%的油包水乳液。该体系的LC50为28200mg/L，BOD5/CODCr＞0.25，是生物毒性低，降解性良好的环境友好型油包水乳液。配制的钻井液体系适用密度范围广，抗污染能力强，为今后环保非基钻井液体系及材料的研究提供了基础。

一、前言

随着我国社会经济的迅速发展以及环保要求的提高，研究符合环境保护需求的钻井液体系成为当前钻井液技术研究的重要方向之一。最新的环保法规中对钻井液的含油量、重金属含量和生物毒性都大幅提高了要求，所有过储层段的水基钻井液都不能排放，增加了作业成本，限制了水基钻井液的使用规模及范围。非水基钻井液因其可重复利用、抑制性强，润滑性好等特点，越来越受到作业者青睐。但是，非水基钻井液也存在清理作业系统、钻屑回收等环节，需要具有环境友好特性。

在化工材料的环保性指标中，生物毒性及降解性是目前对钻井液及其处理剂环境可接受性评价的两个主要指标，而业内对非水基钻井液体系及材料的降解性及生物毒性评价鲜见报道。目前的非水基钻井液常选择环保性差的柴油、白油为基液。较为环境友好的聚ɑ-烯烃（PAO）类，线性ɑ-烯烃（LAO），异构烯烃（IO）等基液不含芳香烃，毒性小，但是高价格限制了其应用。内相盐常采用价格低廉的氯化钙或氯化钠，其中的氯离子会造成饮水苦咸味、土壤盐碱化、管道腐蚀、植物生长困难等危害，并不是理想的内相盐。乳化剂是非水基钻井液能否稳定的最关键因素，研究者多关注其乳化稳定性，抗温性等特征，对环保性能研究不足。因此，有必要研究一套满足环保要求的非水基钻井液体系。

通过对比内相盐、基液、乳化剂的降解性及生物毒性，发现植物油酸及其酯类衍生物乳化剂BIO-EMUL和BIO-COAT、加氢合成的基液BIO-OIL、乙酸钠具有良好的降解性及生物毒性。研究发现，BIO-EMUL、BIO-COAT复配能有效降低油/水界面张力，乳液滴的弹性模量大于黏性模量。因此，以植物油酸及其酯类衍生物类乳化剂BIOEMUL和BIO-COAT为基础，结合基液BIO-OIL以及乙酸钠溶液，通过研究BIO-EMUL与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL形成的油包水乳液的电稳定性、乳化效率以及BIO-EMU与BIO-COAT复配乳化剂溶液与BIO-OIL间的界面张力和界面流变性，构建了一种环保非水基钻井液体系，并研究了该钻井液的基本性能和抗污染能力。

二、实验部分

1、材料与仪器

氯化钙、甲酸钠、乙酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；合成基液BIO-OIL、3#白油，Saraline185V油，主乳化剂BIO-EMUL、辅乳化剂BIOCOAT、乳化剂PF-FSEMUL、乳化剂PF-FSCOAT、润湿剂PF-FSWET、有机土PF-MOGEL、降滤失剂PF-MOHFR，碱度调节剂PF-MOALK，油基提切剂PF-MOVIS，重晶石，均取自天津中海油服化学有限公司。实验用水为蒸馏水。

变频高速搅拌器，北京探矿工程研究所；电子天平，高温高压界面张力仪，芬兰Kibron公司；173-00-1-RC型高温滚子炉、OFI800型六速旋转黏度计、170-00-4S-230型四联高温高压失水仪、BODTRAKⅡ型BOD测定仪、DR1010型COD测定仪，美国OFTTE公司；23E型破乳电压仪，美国FANN公司。

2、实验方法

（1）生物毒性测试

按照标准GB 18420.1—2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性》第1部分：分级（1）和GBT18420.2—2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性》第2部分：检验方法，测试BIO-EMUL、BIO-COAT、乙酸钠、BIO-OIL以及配制非水基钻井液体系的生物毒性。

（2）降解性测试方法

按照国家标准GB/T 21801—2008《呼吸法生物降解性》测试BIO-EMUL、BIO-COAT、PF-FSEMUL、PF-FSCOAT、PF-FSWET、氯化钙、甲酸钠、乙酸钠、BIO-OIL、Saraline185V油、3#白油以及对应配制非水基钻井液体系的降解性。

（3）乳化效率测试

在280mL的BIO-OIL基液中加入20g/L的主乳化剂BIO-EMUL，再加入一定量（3～15 g/L）的辅乳化剂BIO-COAT，高速搅拌5min；加入70mL的质量分数为20%的乙酸钠溶液，高速搅拌20min，装入老化罐中并于150℃下老化16h；冷却后取出乳液高搅20min，快速转移至250mL的量筒中，记录不同时间分离出基液的体积。按式（1）计算乳化效率。

式中，E—乳化效率，%；V1—倒入量筒中乳液的总体积，mL；V2—不同时间分离出基液的体积，mL。

（4）电稳定性测试

参照中国石油天然气行业标准SY/T 6615—2005《钻井液用乳化剂评价程序》，测试乳液的破乳电压。

（5）界面张力及界面流变测试

利用高温高压界面流变张力仪，分析水滴外形周期性的扩张和压缩的变化，测定界面扩张流变；给界面施加一定面积变化的振荡，记录瞬间形变后界面张力的衰减曲线，对衰减曲线进行拟合和Fourier转换，得到界面扩张流变参数。实验液体：外相为20g/L BIO-EMUL+15g/L BIO-COAT复配乳化剂溶液（以BIO-OIL为溶剂），内相为20%乙酸钠溶液。

环保非水基钻井液界面张力、基本性能和抗污染能力——前言、实验部分

环保非水基钻井液界面张力、基本性能和抗污染能力——结果与讨论、结论与认识