2結(jié)果與討論

2.1微乳液相行為描述

采用魚形相圖對微乳液相行為進(jìn)行描述，具有直觀明了、簡單實用等特點。

四組分體系水(W)+油(O)+表面活性劑(S)+醇(A)中，α為油在二元體系水+油中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，表示為α=O/(W+O)；δ為醇在混合表面活性劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即δ=A/(S+A)；γ為混合表面活性劑在整個體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即γ=(S+A)/(W+O+S+A)。通過變換α、γ、δ值，配制不同組成的乳液，靜置后記錄各乳液的相行為，繪制成魚形相圖。

由圖1可見，在所配制的乳液中，既有均相乳液，也有兩相(上相、下相)乳液，同時有三相(中相)乳液。在選擇典型體系時，應(yīng)體現(xiàn)出全面性，即以上4種類型乳液都涉及到，同時應(yīng)考慮到漸變性，即固定某個變量(此處固定γ)，一種相態(tài)向另一種相態(tài)轉(zhuǎn)變。由此，選出其中4組：A(下相乳液)、B(中相乳液)、C(上相乳液)、D(均相乳液)，A、B、C、D的組成如表1所示，形成的乳液照片如圖2所示。分別將乳液部分分離出來，稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.3%、0.5%、1.0%的微乳液。

表1 A、B、C、D的組成

2.2微乳液表/界面性能測試及配方確定

對上述微乳液進(jìn)行了表/界面張力的測試，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，同一類型不同濃度的微乳液之間的表面張力值變化不大。可能是由于溶液內(nèi)部主要以碳?xì)湮綖橹鳎砻婊钚詣┰诒砻嫔系奈绞艿教細(xì)湮降母偁幾饔茫谝欢ǔ潭壬舷魅趿吮砻婊钚詣┑奈搅浚瑢?dǎo)致表面自由能變化的差異性較小。

微乳液與甘油的界面張力見圖4。

分析圖4可知，同一體系的微乳液，與煤油的界面張力值隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小。這是由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，表面活性劑濃度越大，表面活性劑在油水界面的吸附量越多，表面自由能降低越多，進(jìn)而油水界面張力降低越多。從圖4可以看出，D(均相)體系的界面張力值比其他體系小，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時，油水界面張力值僅為0.052 mN/m，達(dá)到低界面張力水平。綜合4種體系表面張力及界面張力的數(shù)值可以看出，D(均相)體系的表面張力與其他體系較接近，界面張力卻低很多。此外，由于該體系為均相體系，具有易溶解、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，且在配制微乳液時無需進(jìn)行分相操作，有效成分(指表面活性劑和醇)可以得到充分利用，無需對其他相進(jìn)行回收處理，大大節(jié)約了資源，降低了成本。

通過改變濃度，觀察D(均相)表面張力的變化趨勢，以便確定最佳的實驗條件。

D(均相)在不同濃度下的表面張力見圖5。

從圖5可以看出，當(dāng)D(均相)為0.5%(w，下同)時，表面張力最小，為33.4 mN/m，然而與壓裂液通用技術(shù)條件(28 mN/m)相比仍偏大，故考慮加入另一種表面活性劑來進(jìn)一步降低其表面張力。氟表面活性劑在水中具有很高的表面活性，可以大幅降低表面張力，因而考慮加入氟表面活性劑，同時考察氟表面活性劑的加入對微乳液界面張力將產(chǎn)生怎樣的影響。

0.5%(w)D(均相)加入不同濃度氟表面活性劑后表/界面張力見圖6。

從圖6可看出：

(1)隨著氟表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加，微乳液的表面張力逐漸降低。由于氟表面活性劑中氟碳鏈既憎水又親油，氟碳鏈之間很微弱的相互作用使其在水中具有很高的表面活性。隨著氟加入量的增大，界面吸附的氟逐漸增多，故表面張力逐漸降低。

(2)隨著氟表面活性劑含量不斷增加，微乳液與煤油的界面張力幾乎不變。這是由于微乳液中發(fā)生的吸附方式主要以碳?xì)湮綖橹鳎尤敕砻婊钚詣┖螅瑢a(chǎn)生競爭吸附，在一定程度上將會降低界面吸附量，進(jìn)而削弱吸附效果。

結(jié)合表面張力與界面張力的數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，0.5%D(均相)中加入0.02%(w，下同)的氟表面活性劑后，溶液同時具有較低的表面張力(23.22 mN/m)與較低的界面張力(0.12 mN/m)，符合助排劑對于低表/界面張力的性能要求。故考慮將0.5%D(均相)+0.02%氟表面活性劑作為新型助排劑AO-4的配方，其中D的組成為：w(AEO-9)∶w(正丁醇)∶w(煤油)∶w(水)=31%∶13%∶11%∶45%。

2.3助排劑AO-4性能評價

2.3.1熱穩(wěn)定性

將助排劑AO-4放入烘箱，溫度設(shè)置為60℃，放置2 h后，冷卻至室溫，測試其表面張力，結(jié)果見表2。

表2助排劑AO-4加熱前后表面張力值

從表2可以看出，在溫差較大的情況下，助排劑AO-4加熱前后表面張力值變化很小，表面活性保持較好，說明此助排劑具有較好的熱穩(wěn)定性。這主要是因為微乳液屬于自發(fā)形成的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，有自發(fā)降低界面面積的趨勢，以此來降低界面能，因而溫度的改變不會引起液滴的聚并或分散，整個體系可以保持較好的穩(wěn)定性。此外，助排劑AO-4中的微乳液屬于均相微乳液，更加有利于體系保持穩(wěn)定，不會因外界因素的改變而輕易發(fā)生變化。

2.3.2助排效果

按照SY/T 5755《壓裂酸化用助排劑性能評價方法》，分別測試新型助排劑AO-4和勝利油田在用助排劑的助排率，其結(jié)果見表3。

表3助排率測試結(jié)果

從表3可看出，加入助排劑AO-4后，助排率達(dá)到83.26%。這是因為，均相微乳液具有高效的增溶性和極細(xì)小的顆粒，能有效進(jìn)入巖石孔隙中，可以與固體表面充分接觸，從而降低表/界面張力，改變潤濕性，降低毛細(xì)管阻力，提高助排效果。

3結(jié)論

(1)新型均相微乳液型助排劑AO-4的組成(w)為：0.5%均相微乳液+0.02%氟表面活性劑。其中，均相微乳液的組成為：w(AEO-9)∶w(正丁醇)∶w(煤)∶w(水)=31%∶13%∶11%∶45%。

(2)通過表/界面性能測試，助排劑AO-4表面張力為23.22 mN/m，界面張力為0.12 mN/m，符合絕大多數(shù)油田企業(yè)的要求。

(3)室內(nèi)評價實驗表明，助排劑AO-4具有較好的穩(wěn)定性及良好的助排效果，助排率達(dá)到83.26%，可以較好地改善壓裂效果，具有良好的應(yīng)用前景。