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摘要 无土相油基钻井液中由于失去有机土的协同作用，因此体系的电稳定性受到严重影响，表现为破乳电压很低，油水极易分层。常规油基钻井液体系中如果不加入有机土，均出现破乳电压大幅降低，加重材料大量沉淀的现象，即使大幅增大乳化剂加量依然不能解决问题，为此我们研制了一种乳化剂G326-HEM。该乳化剂在无土相油基钻井液体系中独立完成形成、维护乳化液的稳定性。
关键词 乳化剂G326-HEM 无土相油基泥浆 乳电压 稳定性
无土相油基钻井液中由于失去有机土的协同作用，因此体系的电稳定性受到严重影响，表现为破乳电压很低，油水极易分层。常规油基钻井液体系中如果不加入有机土，均出现破乳电压大幅降低，加重材料大量沉淀的现象，即使大幅增大乳化剂加量依然不能解决问题，为此我们研制了一种乳化剂G326-HEM。对乳化剂G326-HEM在无土相油基泥浆中进行室内试验研究，取得了良好的效果。该乳化剂在无土相油基钻井液体系中独立完成形成、维护乳化液的稳定性。解决了钻井液体系电稳定性差和加重材料难以悬浮是两大关键难题。
1.乳化剂的国内外现状
1.1国内乳化剂现状
1.2国外乳化剂现状
1.2.1聚酰胺乳化剂
Jeff Miller开发了一种聚酰胺类乳化剂。其乳化剂包括末端羧酸聚酰胺和妥尔油脂肪酸和松香酸和其与亲双烯体反应产物的混合物。其特点是：（1）降低了乳化剂的粘度，能够提高钻井液的降滤失性能和高温下的乳化稳定性；（2）粗妥尔油存放时容易变质，而处理过的妥尔油其稳定性有了很大提高，消除了原先存在的问题。
1.2.2 烷基伯胺可逆转乳化剂
该乳化剂主要由烷基伯胺表面活性剂组成，其分子中含有8～12个碳原子的亲油基和一个亲水的胺基。通过调节HLB值，可以使乳化剂的润湿性由亲油性转变为亲水性。在酸性条件下，烷基伯胺通过质子化生成阳离子表面活性剂，HLB值增加为6-7，乳化剂的润湿性由亲油性变成了亲水性，该乳化剂质子化和去质子化过程是可逆的。在碱性条件下，可逆转乳化剂属于非离子型结构，受盐水的影响较小，能有效的抵抗海水等污染物。由于不存在易水解的基团，在高温，高碱度条件下能保持稳定。
值得注意的是，在以上乳化剂中，属于阴离子表面活性剂的都是有机酸的多价金属盐（钙盐、镁盐和铁盐等，以钙盐居多），而不选择单价的钠盐或钾盐。现以硬脂酸的皂类为例说明这一问题。
从上图可以看出，一元金属皂的分子中只有1个烃链，这类分子在油水界面上的定向排列趋向于形成一个凹形油面，因而有利于形成O/W型乳状液；而二元金属皂的分子中含有2个烃链，它们在界面上的排列趋向于形成1个凸形油面，有利于形成W/O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中被称作定向楔型理论。其含义是，将乳化剂分子比喻成两头大小不同的楔子，如果要求它们排列紧密和稳定，那末截面小的一头总是指向分散相，截面大的一头则留在分散介质。
绝大多数用于油包水乳化钻井液的乳化剂是油溶性的表面活性剂，它们的HLB值（即亲水亲油平衡值）一般应在3.5～6之间。但为了形成密堆复合膜，增强乳化效果，有时也使用HLB值大于7的表面活性剂作为辅助乳化剂。乳化剂的有效性常常与基油的化学组成以及水相的pH值和含有的电解质等因素有关，某些乳化剂在高温下还容易发生降解。因此，对于某种油包水钻井液体系，究竟选择何种乳化剂最为合适，需通过室内实验来确定。
2.乳化剂的设计
乳化剂是配制油基钻井液的核心处理剂，在无土相油基钻井液中由于失去有机土的协同作用，乳化剂只能独自担负起维护乳化液稳定的作用。因此乳化剂在无土相油基钻井液体系中必须独立完成形成、维护乳化液的稳定性。
研究表明，对油水相两形成的乳状液，最好既有水溶的乳化剂，同时也有油溶的乳化剂，两种乳化剂相配合，会形成更为结实的混合膜，强度更大，乳状液的稳定性就更高。乳化剂的复配：
第一乳化剂，或叫主乳化剂，其关键作用是形成膜的骨架。
第二乳化剂，或叫辅助乳化剂，也叫稳定剂，使第一乳化剂更稳定，使油相增加粘度。
对此在设计时乳化剂，要求研制的乳化剂必须是复合型乳化剂，其主要作用为以下三点：
（1）降低油水界面张力，使乳化剂富集，有利于形成较稳定的乳化剂层。
乳化剂是表面活性剂的一种，在其分子结构中，同时具有亲油及亲水两个基团。可以存在于油一水界面上，其亲油基团向油而亲水基团向水，故可以降低界面张力，抵消剩余自由表面能从而减少油水合并的趋势。
（2）油-水界面形成坚固的界面膜
乳化剂聚集在两种液体的界面处，形成较稳定而具有一定强度的乳化剂层，尤其采用双乳化剂时，则可形成强度更大的“复合膜”，能够经得起分散相液珠运动时的碰撞而不破膜，避免水珠聚集变大而降低稳定性。
（3）增加外相粘度，以增加粒子碰撞的阻力，从则提高乳状液的稳定性。
用作油包水钻井液的乳化剂大都有两亲结构，而它属于亲油活性剂，（即HLB<6）其亲油（非极性）基团的截面直径大于亲水（极性）基团的截面直径。它在油包水型钻井液中的油水界面上（吸附状态）与在油相内（溶解状态）是处于近平衡中，故乳化剂的一部分进入外相中，则会增加外相粘度。此时水珠在油中的运动阻力增加，碰撞机率降低，因而可以提高稳定性。
3.乳化剂G329-HEM的研究
3.1乳化剂优选
由上图可知，优化后的乳化剂HEM在无土相体系中具有良好的乳化性能，热滚后体系的可达1290V，表明优化后的G329-HEM配制的无土相油基钻井液乳化性能良好。
3.2乳化剂的用量
由上图可知，当乳化剂加量大于3%时，体系的破乳电压增加较快，加量为3%时，体系的破乳电压达到850V，而当乳化剂加量5%时体系的破乳电压已经达到1650V。考虑当乳化剂加量为3%时，体系的破乳电压已经能够满足需要，因此选用乳化剂加量为3%～4%。 4. G326-HEM在无土相油基钻井液体系中的评价
对乳化剂G326-HEM在以下体系中进行优选试验，无土相油基钻井液体系配方：基础油+3% G326-HEM+20%CaCl2盐水+1.8%Ca（OH）2+ 2.0%G328+0.45%VIS LM+0.8% VIS SM +BaSO4。对该配方进行了性能评价。
4.1不同油水比的影响
由上述试验结果可知，在相同密度条件下，随着油水比的降低，水相含量的升高即分散相含量的上升导致破乳电压降低，粘切和滤失量上升。因此随着密度的升高，应当适当增加连续相的含量，调高油水比。
4.2 乳化剂326-HEM的抗温性能
采用相同的配方测试不同温度下乳化剂326-HEM在体系中的性能，试验结果如下。
由上述试验结果可知，温度对钻井液的乳化性能影响较大。在相同条件下，随着温度的升高，钻井液的破乳电压降低，200℃×16h热滚后钻井液的破乳电压虽然达到800V，但考虑到流变性能的因素，无土相油基钻井液体系抗温可达180℃。
4.3 乳化剂326-HEM对加重性能影响
采用相同的配方测试不同密度下体系的性能，评价了无土相油基钻井液体系的加重性能，体系配方及试验结果如下。
5、认识与结论
1、乳化剂G326-HEM应用于无土相油基钻井液体系，解决以往常用的有土相体系在高密度条件下暴露出流变性差、起下钻不畅、易粘卡引发井下复杂事故、低固相含量高、当量循环密度高，易诱发井漏，钻遇塑性泥岩时机械钻速低等一系列难题。
2、研制的油基钻井液用乳化剂G326-HEM为复合型乳化剂，解决了以往国内乳化剂产品必须分为主乳化剂、副乳化剂的难题，在无土相油基钻井液中加量为3%时，钻井液破乳电压大于800V，体系稳定，钻井液体系抗温可达180℃。优化后的油基钻井液用乳化剂G326-HEM可以替代润湿剂，不使用润湿剂即可配制高密度油基钻井液（2.5g/cm3），热滚前后重晶石无沉淀，润湿良好。
参考文献
[1] 王鼎聪.一种油基钻井液用乳化剂：中国，1597836[P]. 2005-03-23.
[2] 党庆功，孙双，贾辉.油基钻井液用CET乳化剂的研制[J].油田化学，2008，25（4）：300-301
关键词 乳化剂G326-HEM 无土相油基泥浆 乳电压 稳定性
无土相油基钻井液中由于失去有机土的协同作用，因此体系的电稳定性受到严重影响，表现为破乳电压很低，油水极易分层。常规油基钻井液体系中如果不加入有机土，均出现破乳电压大幅降低，加重材料大量沉淀的现象，即使大幅增大乳化剂加量依然不能解决问题，为此我们研制了一种乳化剂G326-HEM。对乳化剂G326-HEM在无土相油基泥浆中进行室内试验研究，取得了良好的效果。该乳化剂在无土相油基钻井液体系中独立完成形成、维护乳化液的稳定性。解决了钻井液体系电稳定性差和加重材料难以悬浮是两大关键难题。
1.乳化剂的国内外现状
1.1国内乳化剂现状
1.2国外乳化剂现状
1.2.1聚酰胺乳化剂
Jeff Miller开发了一种聚酰胺类乳化剂。其乳化剂包括末端羧酸聚酰胺和妥尔油脂肪酸和松香酸和其与亲双烯体反应产物的混合物。其特点是：（1）降低了乳化剂的粘度，能够提高钻井液的降滤失性能和高温下的乳化稳定性；（2）粗妥尔油存放时容易变质，而处理过的妥尔油其稳定性有了很大提高，消除了原先存在的问题。
1.2.2 烷基伯胺可逆转乳化剂
该乳化剂主要由烷基伯胺表面活性剂组成，其分子中含有8～12个碳原子的亲油基和一个亲水的胺基。通过调节HLB值，可以使乳化剂的润湿性由亲油性转变为亲水性。在酸性条件下，烷基伯胺通过质子化生成阳离子表面活性剂，HLB值增加为6-7，乳化剂的润湿性由亲油性变成了亲水性，该乳化剂质子化和去质子化过程是可逆的。在碱性条件下，可逆转乳化剂属于非离子型结构，受盐水的影响较小，能有效的抵抗海水等污染物。由于不存在易水解的基团，在高温，高碱度条件下能保持稳定。
值得注意的是，在以上乳化剂中，属于阴离子表面活性剂的都是有机酸的多价金属盐（钙盐、镁盐和铁盐等，以钙盐居多），而不选择单价的钠盐或钾盐。现以硬脂酸的皂类为例说明这一问题。
从上图可以看出，一元金属皂的分子中只有1个烃链，这类分子在油水界面上的定向排列趋向于形成一个凹形油面，因而有利于形成O/W型乳状液；而二元金属皂的分子中含有2个烃链，它们在界面上的排列趋向于形成1个凸形油面，有利于形成W/O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中被称作定向楔型理论。其含义是，将乳化剂分子比喻成两头大小不同的楔子，如果要求它们排列紧密和稳定，那末截面小的一头总是指向分散相，截面大的一头则留在分散介质。
绝大多数用于油包水乳化钻井液的乳化剂是油溶性的表面活性剂，它们的HLB值（即亲水亲油平衡值）一般应在3.5～6之间。但为了形成密堆复合膜，增强乳化效果，有时也使用HLB值大于7的表面活性剂作为辅助乳化剂。乳化剂的有效性常常与基油的化学组成以及水相的pH值和含有的电解质等因素有关，某些乳化剂在高温下还容易发生降解。因此，对于某种油包水钻井液体系，究竟选择何种乳化剂最为合适，需通过室内实验来确定。
2.乳化剂的设计
乳化剂是配制油基钻井液的核心处理剂，在无土相油基钻井液中由于失去有机土的协同作用，乳化剂只能独自担负起维护乳化液稳定的作用。因此乳化剂在无土相油基钻井液体系中必须独立完成形成、维护乳化液的稳定性。
研究表明，对油水相两形成的乳状液，最好既有水溶的乳化剂，同时也有油溶的乳化剂，两种乳化剂相配合，会形成更为结实的混合膜，强度更大，乳状液的稳定性就更高。乳化剂的复配：
第一乳化剂，或叫主乳化剂，其关键作用是形成膜的骨架。
第二乳化剂，或叫辅助乳化剂，也叫稳定剂，使第一乳化剂更稳定，使油相增加粘度。
对此在设计时乳化剂，要求研制的乳化剂必须是复合型乳化剂，其主要作用为以下三点：
（1）降低油水界面张力，使乳化剂富集，有利于形成较稳定的乳化剂层。
乳化剂是表面活性剂的一种，在其分子结构中，同时具有亲油及亲水两个基团。可以存在于油一水界面上，其亲油基团向油而亲水基团向水，故可以降低界面张力，抵消剩余自由表面能从而减少油水合并的趋势。
（2）油-水界面形成坚固的界面膜
乳化剂聚集在两种液体的界面处，形成较稳定而具有一定强度的乳化剂层，尤其采用双乳化剂时，则可形成强度更大的“复合膜”，能够经得起分散相液珠运动时的碰撞而不破膜，避免水珠聚集变大而降低稳定性。
（3）增加外相粘度，以增加粒子碰撞的阻力，从则提高乳状液的稳定性。
用作油包水钻井液的乳化剂大都有两亲结构，而它属于亲油活性剂，（即HLB<6）其亲油（非极性）基团的截面直径大于亲水（极性）基团的截面直径。它在油包水型钻井液中的油水界面上（吸附状态）与在油相内（溶解状态）是处于近平衡中，故乳化剂的一部分进入外相中，则会增加外相粘度。此时水珠在油中的运动阻力增加，碰撞机率降低，因而可以提高稳定性。
3.乳化剂G329-HEM的研究
3.1乳化剂优选
由上图可知，优化后的乳化剂HEM在无土相体系中具有良好的乳化性能，热滚后体系的可达1290V，表明优化后的G329-HEM配制的无土相油基钻井液乳化性能良好。
3.2乳化剂的用量
由上图可知，当乳化剂加量大于3%时，体系的破乳电压增加较快，加量为3%时，体系的破乳电压达到850V，而当乳化剂加量5%时体系的破乳电压已经达到1650V。考虑当乳化剂加量为3%时，体系的破乳电压已经能够满足需要，因此选用乳化剂加量为3%～4%。 4. G326-HEM在无土相油基钻井液体系中的评价
对乳化剂G326-HEM在以下体系中进行优选试验，无土相油基钻井液体系配方：基础油+3% G326-HEM+20%CaCl2盐水+1.8%Ca（OH）2+ 2.0%G328+0.45%VIS LM+0.8% VIS SM +BaSO4。对该配方进行了性能评价。
4.1不同油水比的影响
由上述试验结果可知，在相同密度条件下，随着油水比的降低，水相含量的升高即分散相含量的上升导致破乳电压降低，粘切和滤失量上升。因此随着密度的升高，应当适当增加连续相的含量，调高油水比。
4.2 乳化剂326-HEM的抗温性能
采用相同的配方测试不同温度下乳化剂326-HEM在体系中的性能，试验结果如下。
由上述试验结果可知，温度对钻井液的乳化性能影响较大。在相同条件下，随着温度的升高，钻井液的破乳电压降低，200℃×16h热滚后钻井液的破乳电压虽然达到800V，但考虑到流变性能的因素，无土相油基钻井液体系抗温可达180℃。
4.3 乳化剂326-HEM对加重性能影响
采用相同的配方测试不同密度下体系的性能，评价了无土相油基钻井液体系的加重性能，体系配方及试验结果如下。
5、认识与结论
1、乳化剂G326-HEM应用于无土相油基钻井液体系，解决以往常用的有土相体系在高密度条件下暴露出流变性差、起下钻不畅、易粘卡引发井下复杂事故、低固相含量高、当量循环密度高，易诱发井漏，钻遇塑性泥岩时机械钻速低等一系列难题。
2、研制的油基钻井液用乳化剂G326-HEM为复合型乳化剂，解决了以往国内乳化剂产品必须分为主乳化剂、副乳化剂的难题，在无土相油基钻井液中加量为3%时，钻井液破乳电压大于800V，体系稳定，钻井液体系抗温可达180℃。优化后的油基钻井液用乳化剂G326-HEM可以替代润湿剂，不使用润湿剂即可配制高密度油基钻井液（2.5g/cm3），热滚前后重晶石无沉淀，润湿良好。
参考文献
[1] 王鼎聪.一种油基钻井液用乳化剂：中国，1597836[P]. 2005-03-23.
[2] 党庆功，孙双，贾辉.油基钻井液用CET乳化剂的研制[J].油田化学，2008，25（4）：300-301