油基钻井液的化学分析测试研究.pdf

石油天然气学报2 0 1 2 ‘ 年 1 月第 3 4 卷第 1 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s Te c h n o l o g y J a n ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 No ． 1 油基钻井液的化学分析测试研究 刘晓东 承德石油高等专科学校化学工程系， 河北承德0 6 7 0 0 0 [ 摘 要] 为检测油基钻井液 的常规 性 能，需要对 油基钻 井液 的碱 度 、氯 根含 量和钙含 量进 行化 学分析 测 试 。为此分别提 出了测试方 法、试验仪 器与材 料、测试步 骤与计 算公式。测试碱 度值 主要是用 于计算 油 基钻 井液 中未反应 的过量石灰含量 ；测试 氯根合 量可用来 校正蒸馏 所得到 的水含量 ，以便获得 油基钻 井 液的固相含量 ；测试钙含量是用来计 算油基钻 井液 中水相 的 C a C 1 z 、N a C 1 矿化度 。 [ 关键词] 油基钻井液；性能试验 ；碱 性；氯根含量 ；钙含量 ；化学分析 [ 中图分类号]TE 2 5 4 ． 1 [ 文献标识码]A [ 文章编 号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 2 O 1 0 1 4 6 0 3 油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。早期的油基钻井液有 2种 全油基钻井液和油包水乳化 钻井液 。在全油基钻井液中L 1 ] ，水是无用的组分 ，其含水量不应超过 7 9 ／ 6 ；而在油包水钻井液 中，水作 为必要组分均匀地分散在油相中，其含水量一般为 1 0 9 ／ 6 ～6 0 。与水基钻井液相 比较 ，油基钻井液具 有能抗高温 、抗盐钙侵 、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点 ，目前已成为 钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段_ 2 ] ，并且还可广泛地用作解卡 液 、射孔完井液、修井液和取心液等。但是 ，油基钻井液的配制成本 比水基钻井液高得多 ，使用时往往 会对井场附近的生态环境造成严重影响，而且与使用水基钻井液相比机械钻速一般较低 。以上缺点大大 地限制了油基钻井液的推广应用I 3 ] 。为了提高钻速 ，从 2 0世纪 7 0年代中期开始 ，较广泛地使用了低胶 质油包水乳化钻井液。为保护生态环境 ，适应海洋钻探的需要 ] ，从 8 O年代初开始 ，又逐步推广使用 了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。 按照 AP I 推荐的钻井液性能测试标准 ，需要对油基钻井液 的碱度、氯根含量和钙含量进行化学分 析测试 ，以进一步检测油基钻井液的常规性能。下面对此进行试验研究。 1 测试方法 1 钻井液碱度测试采用滴定法 ，测定与油基钻井液样品中的碱性物质反应所需要 的标准酸 的体 积 。碱度值用于计算油基钻井液中未反应的过量石灰含量 。过量 的碱性物质，比如石灰，有助于稳定乳 化体系，也可以中和二氧化碳或硫化氢等酸性气体。 2 钻井液氯根含量测试采用滴定法 ，测定 与氯根 或其他卤素离子反应 以生成氯化银 或 卤 化银沉淀所需要 的标准硝酸盐溶液的体积 。如果样品为酸性 p H值低于 7 ． O ，氯根测定可 以使用与 碱度测定同样的样品 。全钻井液的氯根含量 ，直到饱和为止都可认为是存在于水相中。水相中的溶解盐 浓度 ，通过 “ 水相活度概念” ，与钻井液抑制页岩的效力相关联 。也需要水相的矿化度 值来校正蒸馏所 得到的水含量 ，以便获得油基钻井液的正确的固相含量值 。 3 钻井液钙含量测试采用滴定法 ，测定与油基钻井液所释放 出的钙离子 以及其他碱土金属离 子反应所需要的标准钙鳌合剂 E D TA，即维尔希酸盐或相 当的试剂的体积 。试验时，用一种混合 溶剂对油基钻井液进行萃取 。试验中所测出的钙离子可能来源于配制钻井液时所加入的 C a C 1 。 、c a O或 C a OH 。 ，但也有可能来源于所钻 出的生石膏或硬石膏 C a S O 。与氯根分析和水含量试验结果一 [ 收稿日期]2 0 1 1 一O 92 0 [ 作者简介] 刘晓东 1 9 7 7一 ，男 ，2 0 0 2年河北师范大学毕业 ，讲 师 ，现从事化学工程与油田化 学方面的教学 、研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 1期 刘晓东 油基钻井液的化学 分析 测试研究 起 ，钙分析结果可以用来计算钻井液水相的 C a C I 矿化度和 Na C 1 矿化度 。 2 试验仪器和材料 1 试验仪 器①滴定容器用广 I 1 瓶或 4 0 0 c m。烧杯 ；②5 c m。 一次性注射器，2支 ；③2 5 c m。量筒 ， 1 支 ；④1 、1 0 c m。 刻度移液管 ，各 2支 其中前 2支移液管用于硫酸溶液 ，后 2支用于硝酸银溶液 ； ⑤带有 3 8 mm搅拌子 带镀层的磁力搅拌器 。 2 试验材料溶剂用二甲苯和无水异丙醇 5 0 5 0体积 比混合物 注意 ，二 甲苯和异丙醇易燃 ，其 蒸汽有害 ；酚酞指示液用 1 g的酚酞 1 0 0 c m。 的 5 0 异丙醇水溶液；0 ． 0 5 mo l ／ I 标准硫酸溶液；铬 酸 钾指 示液 用 5 g的铬 酸 钾 1 O 0 c m。的水 ；硝 酸银 试 剂 ，浓 度 4 7 ． l g ／ L 相 当 于 0 ． 0 1 g C I ／ e ra。 ， 0 ． 2 8 2 mo l ／ L ，贮存于琥珀色或不透明的瓶子 中；蒸馏水或去离子水 钙缓冲溶液 ，l mo l ／ L氢氧化钠 N a OH ，用 C AS认可的新鲜的 Na OH 配制 ，其碳酸钠质量百分含量应小于 1 注意，钙缓 冲溶液 应贮存在密闭的瓶子中，以尽可能减少对空气 中 C O 的吸收 ；钙指示剂用 C a l v e r n 或羟基萘酚蓝 ； 0 ． 1 mo l ／ L的 E D TA溶液 维尔希酸或相当的试剂 ，即二水合 乙二胺四乙酸二钠盐的标准溶液。 3 碱度测试 3 ． 1 测试 步 骤 1 向 4 0 0 c m。 烧杯或广 口瓶中加入 1 0 0 c m。 二甲苯和异丙醇的 5 0 5 0混合溶剂。 2 用 1支 5 c m。注射器 ，吸人 3 e m。以上的钻井液样品，将其中的 2 c m。钻井液转移到烧杯或广 口 瓶 中 。 3 搅拌钻井液和溶剂，直至混合均匀 。 4 加入 2 0 0 c m。蒸馏水 或去离子水 ；再加入 1 5 滴酚酞指示液。 5 用磁力搅拌器快速搅拌的同时，用 0 ． 0 5 mo l ／ L硫酸溶液慢慢滴定直至粉红色恰好消失；继续搅 拌 ，如果在 l mi n之 内没有粉红色重新 出现，则停止搅拌 。注意 ，可能有必要停止搅拌 ，允许两相发生 分离 ，以便更清楚地观察水相的颜色。 6 让样品静置 5 mi n 。如果粉红色不再出现 ，则表明已达终点 ；若粉红色复现，再用硫酸进行第 2 次滴定 ；若粉红色再次出现 ，则进行第 3次滴定。如果在 3次滴定之后仍有粉红色复现，则认为此时已 达终点 7 用达终点所需要的 0 ． 0 5 mo l ／ L硫酸的体积计算钻井液的碱度 。 3 ． 2 碱 度 计算 钻井液碱度计算公式为 T， v 一 1 厶 U 式中 V 为钻井液碱度 ； 、 ，， 为消耗 O ． 0 5 mo l ／ L硫酸溶液的体积，c m。 。 4 氯根含量测试 4 ． 1 测试步骤 1 按照钻井液碱度测试程序进行测试。注意，向待测氯根含量的混合溶液中加人 1 0 2 0滴或更多 些的 0 ． 0 5 mo l ／ L硫酸 ，以保证混合液呈酸性 。 2 加入 1 0 ～1 5滴铬酸钾指示液 。 3 用磁力搅拌器快速搅拌的同时 ，用 0 ． 2 8 2 mo l ／ L硝酸银溶液慢慢滴 定，直至出现橙红色并稳定 至少 1 rai n不褪色。注意 ①在滴定过程 中可能还需要补加几滴铬酸钾指示液 ；② 可能有必要停止搅 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 石油天然气学报 油气田开发工程 2 0 1 2年 1月 拌 ，允许两相发生分离 ，以便更清楚地观察水相的颜色。 4 用达终点所需要 的 0 ． 2 8 2 mo l ／ L硝酸银溶液的体积来计算钻井液的氯根含量 。 4 ． 2 氦根含量计算 钻 井液 氯根含 量计 算公 式为 1， ∞一 1 0 0 0 0 已 ． U 式中州 C 为钻井液 中氯根含量 ， mg ／ L； A g N 。为消耗 的 0 ． 2 8 2 mo i ／ I 硝酸银溶液的体积 ，c m。 。 5 钙含量测试 2 5 ． 1 测试 步 骤 1 向广 口瓶中加入 1 0 0 c m。 二甲苯和异丙醇 的 5 0 5 O混合溶剂 。 2 用 1支 5 c m。 注射器，吸入 3 c m。 以上的钻井液样品 ，将其中的 2 c m。 钻井液转移到广口瓶 中。 3 盖紧瓶盖 ，用手剧烈摇动 l mi n 。 4 向广口瓶 中加入 2 0 0 c m。 蒸馏水或去离子水；再加入 3 c m。的 l mo l ／ L氢氧化钠缓冲溶液 ；再加 入 0 ． 1 g ～O ． 2 5 g C a l v e r Ⅱ 指示剂 粉 。 5 重新盖紧瓶盖，再次剧烈摇动 2 rai n 。静置几秒钟以便上、下两相分离。如果水相 下层出现 淡 红 色 ，则表 明有钙 离子 存在 。 6 将广 口瓶放到磁力搅拌器上 ，并放入一个搅拌子 。 7 开动搅拌器 ，使之刚好能搅动水相 下层而又不致使上 、下两层混合 ；同时用 E D T A溶液非 常缓慢地 、逐滴地滴定 ；在终点时会有一个明显的颜色变化，即从淡红色变为蓝绿色 ；记 录所加入的 E D TA溶 液体 积 。 8 用达终点时所需要的 E DT A溶液体积计算钻井液的钙含量 。 5 ． 2 钙 含量 计算 钻井液钙含量计算公式为 1 ， CCa 2 一 V E D T A 4 0 0 0 3 厶 ． U 式 中， z 为钻井液钙含量 ， mg ／ L； V 。 T A为 0 ． 1 mo l ／ L的 E D TA体积 ，c m。 。 6 结 论 1 碱度是指一种物质中和酸的能力 。测试碱度值主要是用于计算油基钻井液 中未反应的过量石灰 含量 ，因为石灰有助于稳定乳化体系。 2 测试存在于水相 中的氯根含量 ，可用来校正蒸馏所得到的水含量，以便获得油基钻井液的正确 的 固相含 量值 ；重要 的是与钻 井液 抑制 页岩 的效 力相关 联 。 ． 3 测试 配制 油 基 钻 井 液 时 加 入 C a C I 、C a O 或 C a OH 。的 量 或 钻 出 生石 膏 或 硬 石 膏 C a S O 的量可通过测试钙离子含量来实现，目的是用来计算油基钻井液中水相的 C a C 1 z 、Na C 1 矿化度 。 [ 参考文献] [ 1 ]刘振东 ，薛玉志 ，周守菊 ，等 ．全油基钻井液完井液体系研 究及应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 9 ，2 6 6 l 0 b1 2 ． [ 2 ]韦红 术，张伟 国，张俊斌 ．一 种适合 于大位 移水平 井的油 基钻井 液体系研 究 [ J ]．长江大 学学报自科版 理工卷 ，2 0 1 0，7 3 2 35 ～ 2 3 6 ． [ 3 ]张文波 ，戎克生，李建 国，等 ．油基钻井液研 究及现场应用 [ J ]．石油天然气学报 ，2 0 1 0 ，3 2 3 3 0 3 3 0 5 E 4 ]岳前升 ，刘书杰 ，何保 生，等 ．基于深水钻井的新型矿物油基钻井液性能研究 [ J ]．石油天然气学报 ，2 0 1 1 ，3 3 8 1 1 4 1 1 8 [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m