[發明專利]鉆井液有機處理劑吸附性能的測定方法

有效

• 申請號: 201410299336.2
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN105277657B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 褚奇;李濤;劉匡曉;李舟軍;宋兆輝;薛玉志
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N21/71
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明涉及鉆井液處理劑的性能評價領域，具體涉及一種鉆井液有機處理劑吸附性能的測定方法，尤其涉及一種鉆井液有機處理劑高溫吸附性能的測定方法。

背景技術

鉆井液俗稱泥漿，是由各種原材料和化學添加劑配制而成的一種流體，在鉆井過程中，發揮著懸浮和攜帶巖屑、潤滑冷卻鉆頭、穩定井壁和平衡地層壓力和傳遞水動力等功能，是鉆井安全和保護油氣儲層的重要保障。在石油鉆井過程中，為了調節鉆井液的性能，保證鉆井作業的順利進行所使用的化工產品稱為鉆井液用化學品，即鉆井液處理劑。鉆井液處理劑作為鉆井液的重要組成部分，在維護和改善鉆井液性能上發揮著舉足輕重的作用。目前，我國鉆井液處理劑已發展到18大類，上千個品種，年產量近30萬噸，且處理劑的品種越來越精細化。目前，在石油鉆井領域中所使用的鉆井液處理劑絕大部分為有機處理劑。

在今后的一段時期內，鉆井工程面臨的形勢是深井、超深井的鉆探問題，而這些井的一個重要特點就是井底溫度較高，在鉆井施工過程中，需要添加抗高溫的處理劑來保證鉆井施工的順利進行，這就需要處理劑的研發工作者開發適用于高溫深井的鉆井液處理劑。

眾所周知，絕大部分的處理劑在鉆井液中發揮作用都是通過吸附來實現的，尤其對于有機處理劑而言更是如此。例如，降濾失劑通過在粘土表面的吸附形成水化膜，引起粘土表面ζ電位升高，阻止粘土顆粒因碰撞產生聚結，保持了鉆井液中細顆粒的含量，降低濾失量；降粘劑通過在粘土端面的吸附形成水化膜，拆散和削弱了粘土顆粒之間通過端-面和端-端連接形成的網架結構，從而達到降低粘度的目的；有機抑制劑通過分子表面的吸附基團優先于水分子吸附到粘土表面，搶奪吸附位點，降低水化膨脹，達到抑制粘土水化分散的目的。由此可見，研究和評價鉆井液處理劑的吸附性能，對輔助鉆井液處理劑的分子設計、探究分子作用機理、優選處理劑品種和優化鉆井液體系配方等方面具有重要的理論意義和實際應用價值。因此，在進行鉆井液處理劑新產品研發時，需要重點考慮鉆井液處理劑的吸附性能，抗高溫的鉆井液處理劑也不例外。

然而，目前對于處理劑在高溫條件下吸附性能的評價方法多是采用損耗法和吸光光度法。損耗法，如2008年山東大學碩士學位論文《耐高溫聚合物鉆井液降濾失劑的合成及作用機理研究》所述，將達到吸附平衡的含降濾失劑的粘土分散體系離心取上清液，稀釋，再利用有機碳測定儀測定稀釋液中的有機碳的含量，從而獲知上清液中的碳含量；然后，再用降濾失劑的原始添加量減去上清液中未被粘土吸附的降濾失劑的量，即得到被吸附的降濾失劑的量。但是，該測定方法中所涉及的離心取上清液進行測定的實驗過程受實驗條件、儀器和人為因素的影響較大，即未能隨離心而沉降的懸浮在上清液中的少量吸附有處理劑的粘土顆粒必然會對測定結果的準確性產生影響；更值得注意的是，該測定方法的整個過程均是在常溫條件下進行的，測定結果只能顯示該鉆井液處理劑常溫條件下在粘土表面的吸附量，測定高于100℃時處理劑在粘土表面的吸附量時，必然會受到測定儀器使用條件的限制。因此，該方法并不適用于評價處理劑在高溫條件下的吸附性能。針對鉆井液處理劑高溫吸附性能的評價方法，2010年山東大學碩士學位論文《耐溫耐鹽降濾失劑的合成及與蒙脫土的相互作用研究》對損耗法進行了改進，即將含處理劑的粘土分散體系置于高溫高壓反應釜中進行加熱，達到吸附平衡后冷卻，離心，取上清液，測定有機碳含量，然后再對吸附量進行計算。但是，該方法忽略了在將處理劑的粘土分散體系從高溫滾子爐中取出后的冷卻過程中，體系中的部分處理劑會隨著溫度的降低重新吸附在粘土顆粒表面，從而造成常溫條件下測定的吸附量并不能真實反映在高溫條件下處理劑在粘土表面的吸附量。因此，該損耗法對于評價鉆井液處理劑在高溫條件下的吸附性能仍然存在一定缺陷。

吸光光度法也是評價鉆井液處理劑的一種常用方法，最早見于1982年《西南石油學院學報》中的《分光光度法測定SMP在搬土上的吸附量》一文。該方法是基于朗穆爾定律，利用光密度與濃度之間的關系，采用分光光度法測定的鉆井液處理劑在粘土表面的吸附量。具體地，該方法以蒸餾水為參比溶液，在不同波長處測定光密度，得到標準溶液濃度-吸光度標準曲線。將達到吸附平衡的處理劑-粘土分散體系進行離心固液分離，通過測定液相中的光密度，再根據標準溶液濃度-吸光度標準曲線推算液相中處理劑的量，進而得到已吸附在粘土上的處理劑的量。但是，當處理劑濃度較高時，光吸附曲線會發生彎曲，影響測定結果的準確性。若處理劑為著色處理劑，遺留在上清液中微小的帶色成分也會使光吸附曲線發生較大偏移，從而導致測定結果不準確。此外，該評價方法目前僅用于評價常溫條件下處理劑在粘土上的吸附性能。

發明內容