国内外针对作业含油废物的无害化处理工业化应用的技术主要有高温热裂解、热解吸、化学破乳离心、萃取、生物降解等，其中高能耗处理的热解吸技术较为成熟，具有处理量大，油相脱附彻底等优点，但存在设备成本高、能耗高的缺点；化学破乳离心、萃取和生物降解等方法虽然符合低能耗、小型化的现场处理要求，但存在油水两相不易破乳分离、现场处理工艺复杂、处理效率受限等弊端。目前国内外相关含油废弃物处理技术的研究重点集中在如何低能耗、高效率地实现含油废弃物的无害化处理。针对以上问题研究了一种低表面张力、超低界面张力的纳米乳液，将其用于页岩气作业现场含油废物脱附除油时，可在常温下进行，现场使用时工艺简单易行，有望解决目前化学萃取法和高温热解析法处理含油钻屑工艺复杂，处理装备庞大，难以随钻处理的难题。

1、纳米乳液的类型介绍与制备

1.1纳米乳液简述

纳米乳液是一种透明、均匀、具有热稳定性的体系。典型的纳米乳液粒径一般在1～100 nm范围。与普通乳液（macroemulsion，1～10μm)相比，纳米乳液具有一定的动力学稳定性，能够在数月甚至数年内不发生明显的絮凝和聚结。纳米乳液具有较低的油/水界面张力，水相和烃相间界面张力可低至0.001 mN/m。这使其具有良好的润湿、铺展、沉积和渗透性，小的液滴和大的比表面积使得纳米乳液具有很强的传送和运输能力，可在较低的能量下使油水分离，达到脱附除油的目的。

一般来说，纳米乳液分为3种类型，即油包水型纳米乳液（简称W/O）、水包油型纳米乳液（简称O/W）和双连续型纳米乳液。Winsor根据油相或水相是否连续对纳米乳液进行分类，如图1所示，即WinsorⅠ型是油包水型纳米乳液，表面活性剂存在于水相中；WinsorⅡ型是水包油型纳米乳液，表面活性剂存在于油相中；WinsorⅢ型是通过表面活性剂吸附界面膜作用形成的双连续相体系，油相水相相对平衡，同时WinsorⅢ型纳米乳液在高浓度表面活性剂作用下不能完全溶解油水，因此产生了WinsorⅣ型单相纳米乳液，该体系中油相和水相总量大致相同；其中WinsorⅣ型和WinsorⅢ型均是超低界面张力的纳米乳液。

1.2纳米乳液的制备

室内研究中选用表面活性剂和助表面活性剂组合（S+A）为Tween 80、十八烷基二甲基溴化铵和正丁醇，油相为正辛烷，乳化温度设为75℃时，制备WinsorⅣ型单相纳米乳液；其中，S+A与油相正辛烷按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8和1∶9依次混合，然后逐滴加入蒸馏水，观察加入蒸馏水后乳液的澄清浑浊现象来确定H2O/（S+A）/正辛烷体系单相微乳液的微观结构类型，得到的相图如图2所示。选取三相图中A点的微乳液用蒸馏水定容稀释并以60 Hz频率超声波震荡5 min后，制得纳米乳液NR-A。

2、纳米乳液的性能评价

2.1纳米乳液的粒径分布

利用英国马尔文2000激光粒度仪采用湿法进行微乳液粒径测量。图3为微乳液在不同稀释倍数下得到纳米乳液的粒径分布。从图3可知，微乳液稀释50倍时得到的纳米乳液粒径D50为10～50 nm；微乳液稀释500倍时纳米乳液粒径D50为5～20 nm；微乳液粒径随稀释倍数的增加而减小，符合乳液的粒径分布规律。纳米乳液NR-A由微乳液稀释500倍后制得，其粒径分布结果见图4，从图4可知，纳米乳液NR-A的粒径分布较窄，90%胶团粒径在11 nm以下。

2.2纳米乳液的表面张力

利用吊环法测定纳米乳液NR-A在不同浓度下的表面张力，测试结果如图5所示。由图5可知，纳米乳液的浓度越高，表面张力越低，这是因为随浓度增加，纳米乳液中的表面活性剂、助表面活性剂和油相协同作用下铺展在溶液表面的密度加大，溶液表面能随之大幅下降；当NR-A的浓度为0.2%时，表面张力降为33 mN/m，之后随着纳米乳液浓度的增加表面张力不再变化，说明溶液表面吸附的表面活性物质已达到饱和，溶液内稳定的微胶团结构开始形成。

图5不同浓度纳米乳液NR-A的表面张力

2.3纳米乳液的界面张力

纳米乳液的油水相界面张力采用吊环法进行测试，即先在表面皿下层注入纳米乳液的水相，使吊环完全浸没于纳米乳液中，然后在上层缓慢注入油相，最后下降台面进入油相，记录铂金环由水相进入油相瞬间的界面张力，即为纳米乳液的油水界面张力。实验测量不同浓度下纳米乳液NR-A油相和水相之间的界面张力，测试结果见图6。

图6纳米乳液NR-A浓度与界面张力的关系图

由图6可以看出，纳米乳液NR-A的油水界面张力在0.2%的浓度下达到最低值，仅4.34 mN/m，远小于纳米乳液的表面张力（33 mN/m），超低的油水界面张力更有利于纳米乳液把油相从含油废物表面剥离出来。研究中在NR-A中加入2%氯化钾之后表面张力不变而界面张力进一步下降到1.35 mN/m，较之前下降了75%，这是因为氯化钾压缩了纳米乳液分子间的双电层，增大分子间的排斥力，从而进一步降低了界面张力。

2.4纳米乳液的接触角和Zeta电位

研究测试纳米乳液NR-A在致密砂岩岩心表面的接触角和Zeta电位，评价其在致密砂岩岩心表面的润湿情况和稳定性，为含油废物的脱附剥离提供判断依据，测试结果如表1所示。

由表1可以看出，当蒸馏水滴与岩心表面接触后迅速展开，接触角呈40.84°，致密气藏岩心表面为亲水性，随着NR-A浓度的增大，接触角也增大，这是由于纳米乳液随表面活性剂和油相含量的增大，其改变界面特性的能力加强，亲油性增加，更利于油相的脱附除油处理。纳米乳液NR-A的Zeta电位较大，达-52.8 mV，有利于微胶团在静电斥力作用下维持动力学稳定性。