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[摘 要]油包水钻井液是一种多相分散体系，其稳定性是很多因素共同作用的结果，包括基础油、乳化剂、油水比、搅拌时间和强度，以及高温的影响等。室内对以上几种因素进行实验分析，其中乳化剂为大庆油田常用的油包水乳状液的乳化剂，以及一种阳离子表面活性剂，通过以上实验验证影响油包水乳状液稳定性的因素及其影响程度。
[关键词]乳化剂；油包水乳状液；抗高温
中图分类号：TE254.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0075-01
前言
油包水钻井液由油、水、乳化剂、亲油胶体和碱度调节剂等处理剂组成，由于油水为两种互不相溶的液体，在自然状态下受重力影响而分层，因此需加入具有两亲结构的表面活性剂，即乳化剂。乳化剂亲油端伸入油相，亲水端伸入水相，在降低油水界面的界面张力的同时，由于表面活性剂在界面上的吸附形成一层具有一定强度的界面膜，该膜能够对分散相起到保护作用，使分散相液滴在相互碰撞后不易合并，从而达到稳定乳状液的目的[1]。除乳化剂之外，油水比、搅拌条件等也对乳状液稳定性有一定影響。
1.影响因素室内研究
乳状液稳定性的评价方法有观察法、离心法和电稳定法，本文使用fann MODEL 23D型电稳定测试仪测量破乳电压（测三次取平均值），评价油包水乳状液的稳定性。
1.1 搅拌强度
搅拌强度即搅拌速度，对形成的分散相液滴的大小有影响，液滴尺寸范围越窄，越不易聚结变大，乳状液的稳定性越好。
配制200ml油水比为80：20的油包水乳状液，主乳加量为3%。搅拌速度分别为3000r/min、4000r/min、6000r/min、 8000r/min、10000r/min、11000r/min、12000r/min，搅拌时间均为20min。测不同搅拌速度下的破乳电压Es，记录数据如下。
1.2 搅拌时间
配制200ml油水比为80：20的油包水乳状液，主乳加量为3%。搅拌速度为12000r/min，分别搅拌20min、40min、60min。测不同搅拌时间下的破乳电压Es，记录数据如下。
1.3 乳化剂
1.3.1 主乳化剂
稳定性强的油包水乳化剂应该具有以下特点，即（1）亲油基具有较长的饱和碳链（10～20个碳原子）。只有碳原子数增加到一定程度后，才能表现出明显的表面活性，而如果碳原子数过多则成为不溶于水的物质，即失去表面活性，因此，要求碳链上的碳原子数为10～20较宜[2]；
（2）亲水基具有较强的极性。一般油包水钻井液乳化剂亲水基的极性头小，不易与水相相吸引而吸附在界面上，因而采用与HLB值>7的亲水性强的乳化剂相复配的方法来提高其吸附在界面上的能力[3][4]；
（3）亲水基含有高价阳离子。含有高价阳离子即有多条碳链，从几何形状来考虑，其在界面上的排列趋向于形成一个凸形油面，有利于形成油包水型乳状液。这种由乳化剂分子的空间构型决定乳状液类型的原理在胶体化学在中被称为定向楔型理论。而实际上，乳状液液滴的大小比乳化剂分子要大很多，所以液滴的曲面相对于乳化剂分子近于平面，故乳化剂分子两端的大小就不是很重要了，也无所谓楔形插入。同时，影响乳状液稳定性的因素是多方面的，因此，定向楔理论和亲水基含有高价阳离子对乳状液的影响也就较弱。因此，乳化剂提高油包水钻井液的抗高温稳定性主要是通过提高其在油水两相的吸附强度。
1.3.2 辅助乳化剂
配制200ml油水比为80：20的油包水乳状液，主乳加量为3%，辅助乳化剂加量为1%、2%、3%，12000r/min搅拌60min。测不同辅乳加量下乳状液的破乳电压Es，数据如下。
辅乳一般为HLB值大于7的表面活性剂，辅乳和主乳复合使用可以形成密堆复合膜，增强乳化效果。然而，辅乳的加量也应当适当，主乳和辅乳的比例失调会导致复合乳化剂的HLB值偏大，反而破坏乳状液的稳定性。
1.4 油水比
配制200ml油水比分别为75：25、80：20、85：15、90：10的油包水乳状液，主乳加量为3%，12000r/min搅拌60min。测不同油水比下的破乳电压Es，数据如下。
数据表明油水比为90：10，油相所占体积百分比越大，破乳电压越大，乳状液的稳定性越好。
1.5 外相的影响
配制200ml油水比为90：10的柴油基和白油基油包水乳状液，主乳加量3%，12000r/min搅拌60min，分别测破乳电压Es，数据如下。
1.6 内相的影响
油包水乳状液的内相为盐水相，一方面可以调节活度，另一方面所用的盐可以提供阳离子，例如一般使用氯化钙水，Ca2+与乳化剂作用，生成金属的二价钙皂，利于形成凸形的油包水型乳状液，提高乳化作用，稳定乳状液。
2 结论
（1）搅拌强度越大，搅拌时间越长，油水比越大，破乳电压越大，稳定性越强。
（2）主辅乳共同作用，可以进一步增强界面膜强度，提高稳定性。白油比柴油易乳化，盐水比清水更有利于提高稳定性。
（3）油包水钻井液处理剂中有机土对乳状液的稳定性影响较大。
参考文献
[1] 刘程，李江华，等.表面活性剂应用手册[M].化学工业出版社，2004：1-20.
[2] 王正良，姚士强，肖鹤.高含水油包水乳化液稳定性机理及实验研究[J]. 机床与液压，1996：48-50.
[3] 鄢捷年.钻井液工艺学[M].中国石油大学出版社，2006：236-263.
[4] 吴学诗，潘惠芳，夏文涛，夏俭英，樊世忠.抗高温加重油包水乳化泥浆的稳定性[J].华东石油学院学报，1980，1：27-36.
[关键词]乳化剂；油包水乳状液；抗高温
中图分类号：TE254.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0075-01
前言
油包水钻井液由油、水、乳化剂、亲油胶体和碱度调节剂等处理剂组成，由于油水为两种互不相溶的液体，在自然状态下受重力影响而分层，因此需加入具有两亲结构的表面活性剂，即乳化剂。乳化剂亲油端伸入油相，亲水端伸入水相，在降低油水界面的界面张力的同时，由于表面活性剂在界面上的吸附形成一层具有一定强度的界面膜，该膜能够对分散相起到保护作用，使分散相液滴在相互碰撞后不易合并，从而达到稳定乳状液的目的[1]。除乳化剂之外，油水比、搅拌条件等也对乳状液稳定性有一定影響。
1.影响因素室内研究
乳状液稳定性的评价方法有观察法、离心法和电稳定法，本文使用fann MODEL 23D型电稳定测试仪测量破乳电压（测三次取平均值），评价油包水乳状液的稳定性。
1.1 搅拌强度
搅拌强度即搅拌速度，对形成的分散相液滴的大小有影响，液滴尺寸范围越窄，越不易聚结变大，乳状液的稳定性越好。
配制200ml油水比为80：20的油包水乳状液，主乳加量为3%。搅拌速度分别为3000r/min、4000r/min、6000r/min、 8000r/min、10000r/min、11000r/min、12000r/min，搅拌时间均为20min。测不同搅拌速度下的破乳电压Es，记录数据如下。
1.2 搅拌时间
配制200ml油水比为80：20的油包水乳状液，主乳加量为3%。搅拌速度为12000r/min，分别搅拌20min、40min、60min。测不同搅拌时间下的破乳电压Es，记录数据如下。
1.3 乳化剂
1.3.1 主乳化剂
稳定性强的油包水乳化剂应该具有以下特点，即（1）亲油基具有较长的饱和碳链（10～20个碳原子）。只有碳原子数增加到一定程度后，才能表现出明显的表面活性，而如果碳原子数过多则成为不溶于水的物质，即失去表面活性，因此，要求碳链上的碳原子数为10～20较宜[2]；
（2）亲水基具有较强的极性。一般油包水钻井液乳化剂亲水基的极性头小，不易与水相相吸引而吸附在界面上，因而采用与HLB值>7的亲水性强的乳化剂相复配的方法来提高其吸附在界面上的能力[3][4]；
（3）亲水基含有高价阳离子。含有高价阳离子即有多条碳链，从几何形状来考虑，其在界面上的排列趋向于形成一个凸形油面，有利于形成油包水型乳状液。这种由乳化剂分子的空间构型决定乳状液类型的原理在胶体化学在中被称为定向楔型理论。而实际上，乳状液液滴的大小比乳化剂分子要大很多，所以液滴的曲面相对于乳化剂分子近于平面，故乳化剂分子两端的大小就不是很重要了，也无所谓楔形插入。同时，影响乳状液稳定性的因素是多方面的，因此，定向楔理论和亲水基含有高价阳离子对乳状液的影响也就较弱。因此，乳化剂提高油包水钻井液的抗高温稳定性主要是通过提高其在油水两相的吸附强度。
1.3.2 辅助乳化剂
配制200ml油水比为80：20的油包水乳状液，主乳加量为3%，辅助乳化剂加量为1%、2%、3%，12000r/min搅拌60min。测不同辅乳加量下乳状液的破乳电压Es，数据如下。
辅乳一般为HLB值大于7的表面活性剂，辅乳和主乳复合使用可以形成密堆复合膜，增强乳化效果。然而，辅乳的加量也应当适当，主乳和辅乳的比例失调会导致复合乳化剂的HLB值偏大，反而破坏乳状液的稳定性。
1.4 油水比
配制200ml油水比分别为75：25、80：20、85：15、90：10的油包水乳状液，主乳加量为3%，12000r/min搅拌60min。测不同油水比下的破乳电压Es，数据如下。
数据表明油水比为90：10，油相所占体积百分比越大，破乳电压越大，乳状液的稳定性越好。
1.5 外相的影响
配制200ml油水比为90：10的柴油基和白油基油包水乳状液，主乳加量3%，12000r/min搅拌60min，分别测破乳电压Es，数据如下。
1.6 内相的影响
油包水乳状液的内相为盐水相，一方面可以调节活度，另一方面所用的盐可以提供阳离子，例如一般使用氯化钙水，Ca2+与乳化剂作用，生成金属的二价钙皂，利于形成凸形的油包水型乳状液，提高乳化作用，稳定乳状液。
2 结论
（1）搅拌强度越大，搅拌时间越长，油水比越大，破乳电压越大，稳定性越强。
（2）主辅乳共同作用，可以进一步增强界面膜强度，提高稳定性。白油比柴油易乳化，盐水比清水更有利于提高稳定性。
（3）油包水钻井液处理剂中有机土对乳状液的稳定性影响较大。
参考文献
[1] 刘程，李江华，等.表面活性剂应用手册[M].化学工业出版社，2004：1-20.
[2] 王正良，姚士强，肖鹤.高含水油包水乳化液稳定性机理及实验研究[J]. 机床与液压，1996：48-50.
[3] 鄢捷年.钻井液工艺学[M].中国石油大学出版社，2006：236-263.
[4] 吴学诗，潘惠芳，夏文涛，夏俭英，樊世忠.抗高温加重油包水乳化泥浆的稳定性[J].华东石油学院学报，1980，1：27-36.