现场钻井液滤液碱度测定方法探索-.pdf

2 0 1 0 年 第4 卷 第3 期 天 然 气 技 术 Na t ur a l Ga s Te c h n o l o g y VO 1 ． 4． N O ． 3 J u n ． 2 O l O 文章编号 1 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 3 0 0 3 3 0 3 现 场 钻 井 液 滤 液 碱 度 测 定 方 法 探 索 王娟 何素娟 李磊 卢栎羽 许红川 1 ． 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院，四川广汉6 1 8 3 0 0 ； 2 ． 中国石油川庆钻探工程有限公司川东钻探公司，重庆4 0 0 0 2 1 ； 3 ． 中国石油西南油气田公司天然气经济研究所 ，四J i I 成都6 1 0 0 5 1 ； 4 ． 中国石油西南油气田公司生产运行处，四川成都6 1 0 0 5 1 摘要 钻井液滤液碱度是判断钻井液中氢氧根离子、碳酸根和碳酸氢根离子质量浓度的依据。 目前钻井液 碱度测定所依据的标准是G B ／ T 1 6 7 8 3 ． 1 2 0 0 6 水基钻井液现场测试 ，但在 实际操作中，由于钻井液滤液颜色 普遍较深 ，当用甲基橙作指示剂时，终点颜色突变不明显，影响了对滴定终点的正确判断，给实验带来较大误 差。针对这一情况，通过室内实验，优选 出了更适合钻井液滤液碱度测定的溴甲酚绿指示剂。较好地解决了在钻 井液滤液碱度测定过程中滴定终点难以判断的难题，有利于提高测定数据的准确性。 关键词 钻井液滤液碱度指示剂 中图分类号 T E 2 5 4 ． 1 文献标识 码 A O引言 一 般认 为 ，由氢氧根离子 O H 一 所 引起 的碱度 对钻井液性 能是有益 的，而 由碳 酸根 C O ， 一 或碳酸 氢根离子 H C 0 3- 所引起的碱度则有不利的影响。钻 井液中 C O ， 一 的含量超过 2 4 0 0 mg ／ L ，一般应考虑钻 井液受到C O 的污染 。在四川油气 田的钻井中，钻井 液受到 C O 污染 的情况越来越严重 ，2 0 0 9 年对该气 田共计 3 5 井次的现场钻井液抽样检测 ，其中有 l 3 井 次出现不同程度的C O 污染，占抽检井次的3 7 ％ 。钻 井液滤液的碱度测定是计算钻井液中O H 一 、C 0 3 2- 和 H C 0 3 -浓度的重要依据。 碱度是指一种物质 中和酸的能力 。钻井液滤液 碱度包括酚酞碱度 P f 和甲基橙碱度 Mf 。P f 和 Mf 可 以作为确定 C 0 3 2 - 和 HC 0 3 - 污染物 的存 在 以及为减少 这些污染物所需处理的指南 。因此 ，现场加强碱度 测定有利于正确判断钻井液是否受到 C O 污染 ，提前 做好预处理 ，防止钻井液受 到 C O 污染 引起 性能恶 化。 l 钻井液滤液碱度测试主要程序与难点 1 ． 1 P f 和 Mf 测定程序 G B／ T 1 6 7 8 3 ． 1 2 o 0 6中规定 的钻井 液滤液碱度 测定 的主要程序为 1 取 1 m L或多些滤液于滴定瓶 中，加入 2 滴或 更多 的酚酞指示剂溶液 。如果指示剂 变成粉红色 ， 则用刻度移液管逐滴加入0 ．0 1 m o l L - 硫酸并不断搅 拌，直至粉红色恰好消失为止 [21 。 2 以每单位体积滤液 m L 所消耗的0 ． 0 1 m o l L 硫酸的体积数 m L 记录滤液的P f。测完P 之后的 样 品中加入 2 ～ 3 滴 甲基橙 指示剂溶液 ，用带刻度移 液管 逐滴加入标准硫酸并不断搅拌 ，直至指示剂颜 色从黄色变为粉红色为止。也可以用 p H计测定 p H 值降至4 ． 3 即达到滴定终点。 3 以每单位体积 m L 滤液到达甲基橙终点所 消耗的0 ．0 1 m o l L 硫酸的总体积数 m L ，包括到达 P 终点所消耗的量 ，记录滤液的Mf 。 4 P f 和 Mf 的计算 O H 一 、c O 一 和H c o 3 - 的质量浓度可按表1 估算。 表 1 O H 一、C O 3 2 - 和H C O 3 - 的质量浓度表 m g I 『 收稿 日期 2 0 l 00 2一 修订 日期 2 0 l 00 5 0 5 作者简介 } f f 『 j 1 9 8 2一 ， J 』 川 1 圳i ．从 ∞销 J I 液技术 t 宠 f 作 天然气技术 ／ 33 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 王娟，等现场钻井液滤液碱度测定方法探索 第3 期 1 ．2 现场测定钻井液滤液碱度的主要难点 1 滴定终颜色变化判断困难 在 G B／ T 1 6 7 8 3 ． 1 2 0 0 6 中 ，滴定 甲基橙碱度 Mf 时 用 甲基橙作 指示剂 ，对无色或 浅色 的滤液来 说 ，滴定至终点时 ，由橘红色变为金黄色 ，能较准 确地判定出滴定终点。但 目前国内钻井液大多采用 聚磺或磺化体系，钻井液滤液颜色普遍较深，滤液 呈紫红色 、棕色甚至黑色 ，橘红色的甲基橙 指示剂 加入滤液后颜色很难辨认 ，在滴定至终点时更是没 有一个 明显 的颜 色 突变 ，影 响滴 定终 点 的正确 判 断。 2 p H 值计现场难以校验且普及率不高 G B／ T 1 6 7 8 3 ． 1 2 0 0 6 指出“ p H值计比指示剂 溶液更为准确 ” ，“ 如果样 品颜色较深而干扰指示剂 颜色变化 ，可用 p H值计测定” 。但是 p H值计对使用 环境 温度、湿度等 要求较高，同时需要经常用标 准溶液进行校验、维护，并且校验、维护操作步骤 复杂。在实验室使用p H值计测定是可行的，钻井现 场难 以对 p H值计进行校 验 、维护且 四川钻井现场 p H值计普及率不高 。 对于现场钻井液工作者 ，每天需要多次检测钻 井液性能 。因此 ，需要一种快速 、可靠性高且易于 判定的测试方法 。 2 室 内实验 2 ． 1 实验仪器 S G 2一F K便携式 p H值计 瑞士梅特勒 一 托利多 厂 家 生 产 ；滴 定 管 为 2 5 mL ；刻 度 移 液 管 为 1 mL ；锥形瓶为 2 5 0 m L 。 2 ． 2 指示剂优选 钻井液滤液碱度 M 滴定终点的p H4 ． 3 ，变色范 围包括4 ． 3 的所有指示剂见表2[3 1 。 表2 变色范围包含p H值为4 ． 3 的指示剂表 由表2 可看出滴定终点颜色变化情况表明溴酚 蓝 、溴 甲酚绿和溴甲酚绿 一 甲基红 混合指示剂 3 种指示剂的颜色变化明显。甲基橙、刚果红、茜素 红 S 和 甲基红 4 种指示剂的颜 色变化不明显f 接近滤 液 ，不便于实验观察。因而 ，对于深色钻井液滤液 碱度 M， 测定 ，从滴定终点颜色变化考虑 ，初步可选 用溴酚蓝 、溴 甲酚绿和溴甲酚绿 一 甲基红作指示剂 进行实验。 2 ． 2 ． 1 滴定终点颜色变化对比实验 经过多次取不 同的井浆滤液进行滴定 ，溴酚蓝 指示剂加入 到深色滤液 中呈现深棕色 ，在到滴定终 点时颜色逐渐变为橙色 ，变色变化不太 明显 ；溴甲 3 4 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 酚绿指示剂加入到深色滤液 中呈现绿色 ，滴定 到终 点时突变为黄色 ，变化非常明显 ；溴甲酚绿 一 甲基 红指示剂加入时呈黄绿色 ，滴定到终点 时呈橙色 ， 变化 比较明显。 2 ． 2 ． 2 滴定准确度 用p H值计对溴酚蓝和溴甲酚绿指示剂进行滴定 准确度 的验证。 1 深色滤液滴定 实验方法 取 龙岗3 7 井、龙岗6 1 井、龙岗 1 6 2 井 钻井液深色滤液各 4 份 ，1 份不加入指示剂 ，用 p H值计指示滴定终点 p H4 ． 3 ；其余 3 份滤液分别 加入 5 滴溴酚蓝指示剂 、5 滴溴 甲酚绿指示剂和 5 滴 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 1 期 天然气技术 钻井工程 溴甲酚绿 一 甲基红混合指示剂 ，通过肉眼发现颜色 发 生 突变 时即到滴 定终 点 ，记 录下所 消耗 的硫 酸 0 ． 1 m o l L - 的体积 ，实验数据见表 3 。 综 合上 述 实验 可 以看 出 ，对 于深 色钻井 液 滤 液 ，在 3 种指示剂 中，不论是在颜色的突变上 ，还是 滴定的准确度上，溴甲酚绿指示剂都最佳，故推荐 使用溴 甲酚绿指示剂为滤液碱度滴定时的指示剂。 2 溴甲酚绿在浅色滤液滴定 中的准确度验证 对 于深色滤液 ，溴 甲酚绿 能达 到准确指示滤液 碱度滴定终点的要求；那么对于浅色的滤液 ，溴甲 酚绿指示剂能否满足要求则需要进行实验验证。 取同样的低固相钻井液 淡黄色 滤液3 份进行滴 定 ，第 1 份用 p H值计指示滴定终点 p H4 ． 3 ；另 2 份分别用 甲基橙 国标指定的指示剂1 和溴甲酚绿作为 表 3 滴定准确度实验数据表 指示剂 ，肉眼判定 颜 色突 变时记 录所 消耗 的硫 酸 0 ． 1 mo l L 。 的体积 ，实验数据见表 4 。 表4 聚合物低固相钻井液滤液碱度滴定对比实验结果表 滤液类型 p H值 mL 计 ／甲基 m 橙 L ／误 ／ 溴甲 m 酚 L绿 ／ 误 蓑 ／ u／0 u／n 聚合物低固相 1 ．4 2 1 ． 4 6 2 ． 8 1 ．4 4 1 ．4 由表4 实验数据可知 ，溴 甲酚绿指示剂在浅色的 钻井液滤液滴定 中也能较准确地指示终点 。 3 结论与建议 1 通过一系列的实验证 明，无论是浅色钻井液 滤 液 ，还是深 色钻 井液 滤液 ，用 溴 甲酚绿作 指示 剂 ，滴定终 点 p H4 ． 3 颜色 变化 明显 ，可操 作性 好 ，准确度高。 2 对于颜色特别深的滤液 ，建议采用稀释法进 行滴定 取 1 mL 滤液 ，定容到 2 5 0mL 容量瓶 中，滴 定 时视颜色深浅取适量稀释后 的溶液进行试验 ，如 取 2 5 mL 稀释溶液即相 当于滤液 0 ． 1 mL ，在保证取样 准确度的情况下尽量减少颜色的干扰。 3 将溴 甲酚应用于深色钻井液滤液碱度滴定分 析中，只是一种方法上的探讨 ，其测定结果仅作为 参考 ，在实际生产 中遇到滤液颜色深难 以准确判定 终点时应按照国标中指出的用p H值计来进行判定。 参 考文献 [ 1 ]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标 准化管理委员会． G B／T 1 6 7 8 3 ． 1 2 0 0 6 石油天然气工 业钻井液现场测试 第 1 部分水基钻井液[ s ] ． 北京 中国标准出版社 ，2 0 0 7 1 7 1 8 ． [ 2 ]中华 人 民共 和 国国家质量 监督检验 检疫 总局． G B／ T 6 0 3 2 0 0 2化学试剂试验方法中所用制剂及制品的制 备 [ S ] ． 北京中国标准出版社，2 0 0 3 1 7 2 1 7 4 ． [ 3 ]徐靖，周明华． 基础化学[ M] ． 北京军事医学科学出版 社，2 0 0 8 ． 编辑 周娟 天然气技术 ／ 35 薯 避■ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m