油基鉆井液乳化劑HLB值的測定

吳 嬌 王昌軍

(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434000)

前言

目前我國在頁巖氣開采過程中，采用的油基鉆井液大多數都是油包水鉆井液[1]。從熱力學觀點來看，油包水鉆井液是一種不穩定體系，在鉆井中始終存在乳化失效的危險［2］，決定體系穩定性的最主要原因是乳化劑。

油水乳化劑的主要作用是將水和油兩種互不相容的液體，經過乳化作用后形成水是分散相、油是連續相的乳狀液。絕大部分油包水鉆井液乳化劑都是油溶性表面活性劑，其HLB值（即親水親油平衡值）一般都在3.5～6之間。但是為了形成密堆復合膜，達到增強乳化效果的目的，有時也采用HLB值大于7的表面活性劑作輔乳化劑。主輔乳的共同作用，將會降低油水界面張力、增強界面膜強度，從而保持鉆井液體系穩定。

1 乳化劑評價方法和指標

1.1 HLB值的概念

任何表面活性劑分子的結構中，既含有親水基也含有疏水基。HLB(Hygrophile-Lipophile Balance)即為親水親油平衡值，是衡量表面活性劑在溶液中的性質的一個定量指標，它是分子中親油的和親水的這 2個相反的基的大小和力量的平衡，是表明表面活性劑親水能力的一個重要參數。”[3]

表面活性劑在不同性質溶液中所表現出來的活性，可由其HLB值來表示。HLB值越低，表面活性劑親油性越強；HLB值越高，表面活性劑親水性越強。一般地，HLB值大于10則表面活性劑親水性好，HLB小于10則表面活性劑親油性好。HLB值可以作為選擇和使用表面活性劑的一個定量指標，同時，根據表面活性劑的HLB值，也可以推斷某種表面活性劑可用于何種用途或用于設計合成新的表面活性劑的計算指標[4]。

1.2 大致判斷待測樣品HLB值范圍

非離子表面活性劑HLB值及其溶解性對應的關系如表1所示，根據所求表面活性劑的HLB值判斷其在水中溶解性大小，亦可根據表面活性劑在水中的溶解性確定HLB值的大致范圍。[5]

表1 HLB值估計范圍

2 乳化劑HLB值測定實驗

2.1 材料與儀器

松節油（HLB=16）、標準司盤85(HLB=1.8)、標準吐溫60(HLB=14.9)均為分析純，棉籽油（待測），長江大學乳化劑系列，M1乳化劑系列，M2乳化劑系列，蒸餾水。

LG-204型電子天平，SHZ-82數顯水浴恒溫振蕩器。

2.2 乳化劑HLB值的測定方法

混合表面活性劑的 HLB值具有加和性。 A，B兩種表面活性劑混合之后的HLB值為：

HLB=HLBA·A%+HLBB·B%

2.2.1 基準油HLB值的測定

根據參考資料，一般棉籽油的 HLB值為5～7，選取 5.0,5.5,6.0,6.5,7.0作為參照標準，計算出吐溫60、司盤85配置比例，并根據要求配出5g復合乳化劑樣品。

實驗配方：5%（吐溫60+司盤85）+15%棉籽油+80%蒸餾水。

實驗方法（下同）： 在100ml三角燒瓶中按順序配好試劑后，放入振蕩器中震蕩3h，分別取出三角燒瓶，移入100ml具塞量筒中靜置，在不同時間觀察，記錄分離出來的水量。

實驗結果：根據分層現象，乳化層厚度大，乳狀液穩定，判斷該棉籽油 HLB值為5.5。

2.2.2 親油型乳化劑HLB值的測定

選取棉籽油為固定油相，取乳化劑+吐溫60配成復合乳化劑，選取1.0,1.5,2.0…5.0作為參照標準，計算出相應的乳化劑、吐溫60配置比例，并根據要求配出5g復合乳化劑樣品。

實驗配方：①親油型（HLB值為1～5）： 15%棉籽油+5%（乳化劑+吐溫60）+80%蒸餾水。實驗結果見表2。

表2 親油型乳化劑HLB值測定

2.2.3 親水型乳化劑HLB值的測定

選取棉籽油、松節油作為標準油，根據需要配置成不同比例的混合油相。選取6.0，6.5...15.5，作為參照標準，并根據要求配出15g標準混合油樣品，待用。

實驗配方：親水型（HLB值為6～15）： 15%（棉籽油+松節油）+5%乳化劑+80%蒸餾水。實驗結果見表3。

表2 親水型乳化劑HLB值測定

3 結論

（1）M1、M2、長江大學的主乳HLB值分別為4.5、3.5、3，都是親油型乳化劑，輔乳HLB值分別為10、4、12.5，M1和長江大學的輔乳為親水型乳化劑。M2公司的輔乳為親油型乳化劑；

（2）通過宏觀實驗和乳狀液微觀乳化現象看出：用于油包水鉆井液的主乳化劑屬于親油型表面活性劑，HLB值在3～5之間；為了形成密堆復合膜，輔乳化劑的HLB值有時會大于7，表現為親水型。

[1]康毅力,楊斌,游利軍,等.油基鉆井完井液對頁巖儲層保護能力評價[J]天然氣工業,2013,33(12):99-104.

[2]李哲: 抗高溫油基鉆井液體系的研制［D］: 青島: 中國石油大學( 華東) ，2011:1-2.

[3]劉程.表面活性劑應用大全(修訂版)[M].北京:北京工業大學出版社,1997.

[4]李玲.表面活性劑與納米技術[M].北京:化學工業出版社,2004.

[5]杜巧云,葛虹.表面活性劑基礎及應用[M].中國石化出版社,1996:P19-P20.