第31卷第2期
铭并与完并
Vol. 31 No. 2
2014年3月
DRILLING FLUID& COMPLETION FLUID
Mar.2014
doi:10.369651sn.1001-5620.2014.02.022
纳米乳液与
微乳液在油气生产中的应用进展
李超,王辉,刘潇冰,李怀科2,罗健生2,孙德军
(1.山东大学化学与化工学院,济南;2.中海油田服务股份有限公司油田化学研究院,北京)
李超等.纳米乳液与微乳液在油气生产中的应用进展[钻井液与完井液,2014,31(2):79-84.
摘要納米乳液一般指液滴粒径范围在50~200nm的乳液,是油相(或水相)分散于水相(或油相)中形成的
多相分散体系,是动力学稳定体系,制备过程中需要输入能量。而微乳液是由不相混溶的油、水和表面活性剂形成的
外观均匀、透明、稳定的体系,是热力学稳定体系,可以自发形成。由于2者都具有稳定性高、油水増溶性能好、界
面张力低等特点,同时2者可以灵活选用表面活性剂和分散相种类、含量等,配制成适合不同条件下的特定类型的纳
米乳液和微乳液,因此在钻井液完井液、油基钻井液漶饼清洗、气增产等方面具有重要的应用价值和前景。但由于
纳米乳液与微乳液在外观、稳定性、制备方法等方面有很多相似之处,因此在实际应用和一些文献中常有混淆。分析
了2者的相似与区别之处,给出了辨别2者的方法,介绍了他们的应用进展情況,以指导相关理论和实际生产应用。
关键词納米乳液;微乳液;钻井液添加剂;增产助剂;滤饼清洗
中图分类号:TE254.3
文献标识码;A
文章编号:1001-5620(2014)02-0079-06
近年来微乳液、纳米乳液技术在钴井液完井液、液发生相分离,如图1所示。
油基钻井液滤饼清除、固井隔离液、油气井污染修
复、清防蜡、防垢、改善压裂效果等方面显出明显
效果?。国外 Halliburton、 Energy Services Inc、BJ
Services Company、 Baker Hughes、 CESI Chemical、
分层
絮凝
Schlumberger Technology Corporation、意大利ENI集
团等已先期开展了室内研究,部分技术已进行了现场
相变
奥氏熟化
聚结
应用试验。由于纳米乳液与微乳液有很多相似之处,
因此在实际应用和一些文献中常有混淆。本文在分析
图1乳液的失稳过程示意图
2者各自特点的基础上,给出了区别2者的方法,并
纳米乳液是非平衡体系,不能自发形成,因此在
介绍了他们在钻井液完井液中的应用进展情况。
纳米乳液的制备过程中需要输入能量。制备方法可分
1纳米乳液
为高能乳化法?和低能乳化法。高能乳化法需
要特殊设备,如高压均质器和超声设备等,乳化过程
乳液是一种液体以液滴形式分散于另一种与之不成本高。低能乳化法主要是利用储存在表面活性剂体
相溶的液体中形成的多相分散体系。纳米乳液的液滴系中的化学能,通过改变温度或组分来改变表面活性
粒径通常为50~500nm,其外观随液径大小的不同剂自发曲率,进而诱导体系发生相转变,得到纳米乳
呈现透明半透明50~200m)或乳白色(200~500液,包括相转变组分法(PIC法)“リ、反相乳化法、
nm),与普通乳液相同,可分为水包油乳液和油包水相转变温度法(PIT法)31?、sub-PIT法?、D相法
乳液。纳米乳液粒径小,具有一定的动力学稳定性,和微乳液稀释法の等。目前,在上述几种低能乳化
但最终会历经一系列不稳定的过程,如奥氏熟化、絮法中,反相乳化法和相转变温度法的研究较深入,已
凝、聚结和分层等,使体系的界面面积降低,导致乳被广泛应用到工业生产中。反相乳化法的乳化过程
第一作者简介:李超,在读硕士研究生,主要从事微乳液、钻完井方面的研究。地址:山东省济南市历城区山东大学化学
与化工学院;邯政编码250100;电话1339641599;E-mail:superblee(a163.com
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为:在恒定的温度下,将表面活性剂溶于油相中,再成球形胶束,胶束的疏水内核能够增溶少量的油,使
逐渐加入水相,最终体系由W/O经历相反转得到O胶束发生“肿胀”,且平衡时与过量油相共存,这些
W乳液,连续相由油相变为水相;反之,将表面活肿胀胶東的粒径通常小于100m。如果过量的油
性剂加入水相中,再逐渐加人油相。相转变温度法则相被移除,整个体系中只剩下球形肿胀胶束,那么体
利用温度调控非离子表面活性剂自发曲率,进而诱导系为单相微乳液即 Winsor lv型微乳液。因此,微乳
相转变。低温时自发曲率为正值,表面活性剂倾向于液也被认为是肿胀胶朿溶液,但不是所有的胶束溶液
形成OW乳液;高温时自发曲率变为负值,表面活都可以进一步增溶形成微乳液。肿胀胶束溶液与微乳
性剂更易形成WO乳液;中间某温度下,其自发曲液从外观上看都是均匀透明的溶液,从稳定性上看
率为零,对应的温度即为体系的相转变温度,将体系2者长时闯存放都不会分层或破乳,甚至用离心机离
在PT附近乳化,然后迅速降温即可得到OW纳米心地不会使之分层,即使能分层,静止后还会自动均
乳液;sub-PT法认为加热过程中,在稍低于相转变匀分散,但从粒径尺寸上来说,微乳液体系的粒径要
温度的某一温度下体系浊度达到最低,所有油相都増稍大一些,而且其增溶能力要远大于肿胀胶東溶液。
溶在肿胀胶東里形成微乳液,该临界温度为“清晰界表1列出了纳米乳波、微乳液及肿胀胶束溶液的对比
限”TCB,通过搅拌·淬冷的过程,这些肿胀胶束的情况
大小保持不变,最终形成与PT法相同的纳米乳液
表1粗乳液、纳米乳液、骰乳液与肿胀胶束的性质对比
2微乳
类型粗乳液纳米乳液微乳液肿胀胶束溶液
粒径1~10um20~500m10~-100nm小于50m
微乳液通常是油、水、表面活性剂及助表面活性
剂白发形成的热力学稳定的各向同性的分散体系”乳化剂
浓度
低
高
超过临界胶
束浓度即可
微乳液除了W/O和O/W型外,还有双连续型。根据
外观不透透明、半透明
乳液的模型,WO型微乳液由油连绫相、水核及
或乳白鱼透明、半透明透明
表面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜构成,如图稳定性不稳定长期动力热力学稳定热力学稳定
学稳定
2(a)所示;O八W型微乳液由油核、水连续相及表类Ow
面活性剂与助表面活性剂组成的界面膜构成,如图2
和 Wio o/w和WoOw、Wo
和双连续或反胶東溶液
(b)所示;双连续相结构最早由 Friberg提出2
在双连续相的微乳液中,油利水同时作为迕缤相,双
微乳液体系的形成机理目前存在歸时负界面张
连续相结构具有WO和OMW两种结构特性,没有カ、双重膜、几何排列以及R比理论,并且有关微
显的油滴或水滴,它的结构是类似于水管在油相中形乳液体系的研究方法不断増加。微乳液的制备方法通
成的网络22,如图2(c)所示。
常有2种?:一种为 Schulman法,把油、水、表面
活性剂混合均匀,然后向该乳状液中滴加醇,在某一
时刻体系会变得均一透明;另一种是 Shah法,把有
机溶剂、醇、乳化剂混合为乳化体系,向该乳化液中
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