易愛文 許 亮 楊永釗 曹岳成 高江江

(1.延長油田股份有限公司杏子川采油廠 2.延長油田股份有限公司開發(fā)部)

絨囊泡具有由氣核、氣液表面張力降低膜、高黏水層、高黏水層固定膜、水溶性改善膜、聚合物高分子和表面活性劑濃度過渡層構(gòu)成的“一核兩層三膜”結(jié)構(gòu)[1]。

在研究可循環(huán)泡沫[2]、微泡[3]鉆井液過程中發(fā)現(xiàn)，仿照細(xì)菌外觀結(jié)構(gòu)，可以開發(fā)出含絨囊結(jié)構(gòu)的鉆井液[4]，囊粒決定其封堵能力，囊層決定其流變性。本實(shí)驗(yàn)旨在利用表面活性劑配制出囊泡[5]，在囊泡基礎(chǔ)上加入聚合物得到絨囊泡，然后研究聚合物的加入對(duì)體系黏度、表面張力以及粒徑的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

十二烷基硫酸鈉(SLS)、聚乙烯醇(PVA)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；十四烷基三甲基氯銨(TTAC)、十六烷基三甲基溴銨(CTAB)，廈門英諾威化工有限公司；十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)，上海三浦化工有限公司；聚丙烯酰胺(PAM)，中國醫(yī)藥(集團(tuán))上?；瘜W(xué)試劑公司。

UV-3300PC型分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；B2-90PLUS型激光粒度儀，美國布魯克海文儀器公司；MODEL ESB-V型表面張力儀，KYOWA SCIENTIFIC CO.,LTD。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別按1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2和9∶1的體積比將陰陽離子表面活性劑溶液混合，觀察互配體系是否出現(xiàn)淡藍(lán)色，確定合適體系并研究其基本性質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 囊泡體系的確定

2.1.1囊泡體系的選擇

以不同的體積比混合不同表面活性劑溶液后，形成了囊泡體系。圖1為所復(fù)配體系的表觀現(xiàn)象。

通過現(xiàn)象對(duì)比，淡藍(lán)色較明顯且無絮狀物生成的(c)為合適的囊泡體系。

2.1.2SDBS和TTAC體系濃度的選擇

以SDBS與TTAC不同體積比，分別在0.01 mol/L、0.02 mol/L、0.03 mol/L及0.04 mol/L時(shí)混合，可以很明顯地看出不同的表觀現(xiàn)象。

通過表觀現(xiàn)象可知，合適的體系總濃度為0.02 mol/L。

2.2 SDBS/TTAC配比對(duì)體系性能的影響

2.2.1SDBS/TTAC配比對(duì)體系黏度、表面張力的影響

SDBS與TTAC的體積比分別為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2及9∶1時(shí)，表面張力和黏度隨體積比的變化情況見圖3、圖4。

由圖3可知，體積比為5∶5、6∶4、7∶3的表面張力均比較小，說明這幾個(gè)體積比的下表面分子受力較為均衡，使表面張力減小。由圖4可知，在體積比為6∶4之前，黏度隨體積比的變化不是很大，在體積比為6∶4時(shí)黏度達(dá)到最大值，之后黏度急劇減小。

2.2.2SDBS與TTAC體積比對(duì)體系粒徑的影響

圖5為SDBS與TTAC體積比分別為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2及9∶1時(shí)，粒徑隨體積比的變化情況。

由圖5可知，體積比在3∶7之前粒徑變化較小，之后粒徑變化較大，體積比為6∶4和7∶3時(shí)達(dá)到最大值。在絨囊形成體系研究中，根據(jù)絨囊的性質(zhì)，選擇粒徑較大的作為研究對(duì)象，體積比為6∶4和7∶3是比較合適的研究體積比。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)方案為：選擇十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和十四烷基三甲基氯化銨(TTAC)為絨囊形成體系，表面活性劑濃度均為0.02 mol/L，合適的SDBS與TTAC體積比為7∶3。

2.3 聚合物對(duì)體系性能的影響

2.3.1聚合物濃度對(duì)體系黏度的影響

加入不同體積比的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇時(shí)體系黏度的變化見圖6和圖7。

由圖6可知，在加入聚丙烯酰胺后，黏度隨著聚合物濃度的增加而增加，聚丙烯酰胺的濃度越大，黏度越大，這是由于聚丙烯酰胺的加入使分子間的內(nèi)摩擦力增加，從而增加了體系的黏度。由圖7可知，加入聚乙烯醇后，隨著體積比的不斷變化，絨囊體系的黏度也發(fā)生了很大的變化；絨囊泡體系的黏度變化規(guī)律大致與加入聚丙烯酰胺的絨囊體系變化規(guī)律一致，不同之處在于加入聚乙烯醇后，絨囊體系的黏度變化程度大，即聚乙烯醇加入對(duì)增加絨囊體系的分子間內(nèi)摩擦力更有利。

2.3.2聚合物濃度對(duì)體系表面張力的影響

加入不同濃度的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇時(shí)體系表面張力的變化見圖8和圖9。

對(duì)比加入聚丙烯酰胺的絨囊體系，加入聚乙烯醇后，表面張力隨聚合物濃度的增加而增大，大于未加入聚乙烯醇時(shí)的表面張力，這說明聚乙烯醇對(duì)于絨囊體系中表面分子的束縛力要小于聚丙烯酰胺。

2.3.3聚合物濃度對(duì)體系粒徑的影響

加入不同濃度的聚合物后體系粒徑的變化情況見圖10。

由圖10可知，隨著聚合物濃度的增加，絨囊體系的粒徑也隨之增大。加入PVA時(shí)體系粒徑增大的程度比加入PAM時(shí)的大。

2.4 絨囊體系的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.4.1CaCl2、MgCl2對(duì)SDBS與TTAC體積比為7∶3時(shí)絨囊體系的表觀影響

在圖11的(a)、(b)中，A、B、C、D、E中分別加入了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、1%、2%、3%、4%的鹽。由表觀可以發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的增加，淡藍(lán)色很快褪掉，進(jìn)而出現(xiàn)白色絮狀沉淀。

2.4.2CaCl2、MgCl2對(duì)絨囊體系黏度的影響

在絨囊體系中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1%、2%、3%、4%、5%的CaCl2和MgCl2后，體系的黏度變化見圖12和圖13。

對(duì)比圖12和圖13可知，鹽對(duì)絨囊體系的黏度影響是一致的，均為使體系的黏度減小，最后使黏度的大小趨于平衡。

2.4.3CaCl2、MgCl2對(duì)絨囊體系表面張力的影響

在絨囊體系中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1%、2%、3%、4%、5%的CaCl2和MgCl2后，體系的表面張力變化見圖14和圖15。

由圖14和圖15可知，加入兩種鹽后體系表面張力的變化趨勢(shì)一致；加入聚乙烯醇的SDBS/TTAC體系在加鹽后表面張力大于加入聚丙烯酰胺SDBS/TTAC體系的表面張力，但是變化值不大，這說明加入聚乙烯醇的SDBS/TTAC體系更加穩(wěn)定。

綜上所述，兩種鹽均可使絨囊體系的表面張力增大，表明兩種鹽都破壞了絨囊體系表面分子的束縛力。

3 結(jié) 論

(1) 通過互配得到了囊泡合適的形成體系為：十四烷基三甲基氯化銨(TTAC)與十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)。

(2) 對(duì)SDBS∶TTAC體系配比性能的研究，得到表面活性劑的合適的總濃度應(yīng)為0.02 mol/L，最優(yōu)體積比為7∶3。

(3) 加入聚合物后，聚乙烯醇相對(duì)于聚丙烯酰胺更有利于增加絨囊體系的黏度；結(jié)合粒徑圖發(fā)現(xiàn)聚乙烯醇增加粒徑的程度也比聚丙烯酰胺更大，而且聚乙烯醇的體系粒徑分布均勻。

(4) 通過對(duì)加聚合物體系表面張力的研究，可知聚合物的加入使體系的表面張力減小，即聚合物對(duì)絨囊體系中表面分子束縛力有減小作用，且聚乙烯醇對(duì)減小表面分子的束縛力作用更強(qiáng)。

(5) CaCl2、MgCl2均對(duì)此絨囊泡體系有破壞作用， CaCl2對(duì)體系的破壞力更大。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭本廣，孟尚志，孔令琛.絨囊工作液在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用前[J]．資源與產(chǎn)業(yè)，2011，13(4)：17-21．

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