油基钻井液的化学分析测试研究

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
１］ ， 水是无用的组分 ， 其含水量不应超过 ７％ ； 而在油包水钻井液中 ， 水 作 钻井液 。 在全油基钻井液中 ［
为必要组分均匀地分散在油相 中 ， 其 含 水 量 一 般 为 １ ０％ ～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
收稿日期 ］２ ０ １ １ ０ ９ ２ ０ ［ － － ， 男 ，２ 作者简介 ］ 刘晓东 （ １ ９ ７ ７ 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 。 ［ －）
第３ ４ 卷第 １ 期
刘晓东 ： 油基钻井液的化学分析测试研究
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－ ｃ Ｃ ｌ ＝ － 式中 ， ｃ Ｃ ｌ
ＶＡｇＮＯ３ ０ ０ ０ ０ ×１ ２ ． ０ ３ ／ ／ 。 为钻井液中氯根含量 ， ｍ Ｌ； ＶＡｇＮＯ３ 为消耗的 ０ ． ２ ８ ２ ｍ ｏ ｌ Ｌ 硝酸银溶液的体积 ，ｃ ｍ ｇ
（ ） ２
５ 钙含量测试
５ ． １ 测试步骤 ３ ） 向广口瓶中加入 １ 二甲苯和异丙醇的 ５ １ ０ ０ ｃ ｍ ０∶５ ０ 混合溶剂 。 ３ ３ ３ ）用１支５ 钻井液转移到广口瓶中 。 ２ 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 ） 盖紧瓶盖 ， 用手剧烈摇动 １ 。 ３ ｍ ｉ ｎ ３ ３ ） 向广口瓶中加入 ２ ／ 的１ ４ ０ ０ ｃ ｍ 蒸馏水或去离子 水 ； 再 加 入 ３ ｃ ｍ ｍ ｏ ｌ Ｌ 氢 氧 化 钠 缓 冲 溶 液； 再 加 入０ ． １ ． ２ ５ Ｃ ａ ｌ ｖ ｅ ｒП 指示剂粉 。 ～０ ｇ ｇ ） 重新盖紧瓶盖 ， 再次剧烈摇动 ２ 。 静置几秒钟以便上 、 下两相分离 。 如果水相 （ 下层 ） 出 现 ５ ｍ ｉ ｎ 淡红色 ， 则表明有钙离子存在 。 ） 将广口瓶放到磁力搅拌器上 ， 并放入一个搅拌子 。 ６ ） 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 ７ Ｄ ＴＡ 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 。 ） 用达终点时所需要的 Ｅ ８ Ｄ ＴＡ 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 ：
３ 碱度测试
３ ． １ 测试步骤 ３ ３ ）向４ 烧杯或广口瓶中加入 １ 二甲苯和异丙醇的 ５ １ ０ ０ ｃ ｍ ０ ０ ｃ ｍ ０∶５ ０ 混合溶剂 。 ３ ３ ３ ）用１支５ 钻井液转移到烧杯或广口 ２ 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 瓶中 。 ） 搅拌钻井பைடு நூலகம்和溶剂 ， 直至混合均匀 。 ３ ３ ） 加入 ２ ； 再加入 １ 蒸馏水 （ 或去离子水 ） ４ ０ ０ ｃ ｍ ５ 滴酚酞指示液 。 ） 用磁力搅拌器快速搅拌的同时 ， 用 ０ ／ ５ ． ０ ５ ｍ ｏ 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 １ ｍ ｉ 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 。 ） 让样品静置 ５ ６ ｍ ｉ 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 。 ） 用达终点所需要的 ０ ／ ７ ． ０ ５ ｍ ｏ 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 ：
起 ， 钙分析结果可以用来计算钻井液水相的 Ｃ ａ Ｃ ｌ ａ Ｃ ｌ矿化度 。 ２ 矿化度和 Ｎ
２ 试验仪器和材料
３ ３ ３ ） 试验仪器 ① 滴定容器用广口瓶或 ４ 烧杯 ； ②５ 一次性 注 射 器 ，２ 支 ； ③２ 量 筒， １ ０ ０ ｃ ｍ ｃ ｍ ５ ｃ ｍ ３ ； 其 中 前 ２ 支 移 液 管 用 于 硫 酸 溶 液，后 ２ 支 用 于 硝 酸 银 溶 液） １ 支 ；④１、１ ０ ｃ ｍ 刻度移液管 ， 各 ２ 支 （
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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 。 ） 用达终点所需要的 ０ ／ ４ ． ２ ８ ２ ｍ ｏ ｌ Ｌ 硝酸银溶液的体积来计算钻井液的氯根含量 。 ４ ． ２ 氯根含量计算 钻井液氯根含量计算公式为 ：
ＶＳＡ ＝
ＶＨ２ＳＯ４ ２ ． ０
（ ） １
３ ／ 。 式中 ， ＶＳＡ 为钻井液碱度 ； ＶＨ２ＳＯ４ 为消耗 ０ ． ０ ５ ｍ ｏ ｌ Ｌ 硫酸溶液的体积 ，ｃ ｍ
４ 氯根含量测试
４ ． １ 测试步骤 ） 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入 １ １ ０～２ ０ 滴或更多 ／ 些的 ０ ． ０ ５ ｍ ｏ ｌ Ｌ 硫酸 ， 以保证混合液呈酸性 。 ） 加入 １ ２ ０～１ ５ 滴铬酸钾指示液 。 ） 用磁力搅拌器快速搅拌的 同 时 ， 用 ０ ／ ３ ． ２ ８ ２ ｍ ｏ ｌ Ｌ 硝 酸 银 溶 液 慢 慢 滴 定， 直 至 出 现 橙 红 色 并 稳 定 至少 １ ｍ ｉ 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
带镀层 ） 的磁力搅拌器 。 ８ ｍｍ 搅拌子 （ ⑤ 带有 ３ ） 试验材料 溶剂用二甲苯和无水异丙醇 ５ 注意 ， 二甲苯和异丙醇易燃 ， 其 ２ ０∶５ ０ 体积比混合物 （
３ ； 酚酞指示液用 １ ／ 蒸汽有害 ） 的５ ０ ０ ｃ ｍ ０％ 异丙醇水溶液 ；０ ． ０ ５ ｍ ｏ ｌ Ｌ 标 准 硫 酸 溶 液；铬 酸 ｇ 的酚酞 ∶１ ３ － ３ ／ ／ ， 钾指 示 液 用 ５ 的 水； 硝 酸 银 试 剂， 浓 度 ４ 相当于０ ０ ０ ｃ ｍ ７ ． ９ １ Ｌ （ ． ０ １ Ｃ ｌ ｃ ｍ ｇ 的 铬 酸 钾 ∶１ ｇ ｇ
３］ 。 为了提高钻速 ， 从 ２ 地限制了油基钻井液的推广应用 ［ ０ 世纪 ７ ０ 年代中期开始 ， 较广泛地使用了低 胶 ４］ ，从８ 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 ［ ０ 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 Ａ Ｐ 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
） 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 １ 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 。 ） 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 ２ ） 。 （ ） ， 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 ． ０ 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 ， 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 浓度 ， 通过 “ 水相活度概念 ” 得到的水含量 ， 以便获得油基钻井液的正确的固相含量值 。 ） 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 ３ 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 ｌ ａ Ｏ或 ２ 、Ｃ 。与氯根分析和水含量试验结果一 Ｃ ａ（ ＯＨ） Ｃ ａ Ｓ Ｏ ２ ， 但也有可能 来 源 于 所 钻 出 的 生 石 膏 或 硬 石 膏 （ ４）
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 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 ｌ ａ Ｃ ｌ矿化度 。 ２ 、Ｎ ［ 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 ］Ｔ Ｅ ２ ５ ４ ． １ ［ ）０ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号 ］１ ０ ０ ０ ９ ７ ５ ２（ ２ ０ １ ２ １ ０ １ ４ ６ ０ ３ － － －
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
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石油天然气学报 ２ ０ １ ２年１月 第３ ４卷 第１期 ａ ｎ ． ２ ０ １ ２ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． １ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｊ ｇ ｙ
／ ， 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 ，１ ／ ０ ． ２ ８ ２ ｍ ｏ ｌ Ｌ） ｍ ｏ ｌ Ｌ 氢氧化钠 （ ，用 Ｃ 注 意， 钙 缓 冲 溶 液 Ｎ ａ ＯＨ） Ａ Ｓ 认可的新鲜的 Ｎ ａ ＯＨ 配制 ， 其 碳 酸 钠 质 量 百 分 含 量 应 小 于 １％ （ ；钙指示剂用 Ｃ 应贮存在密闭的瓶子中 ， 以 尽 可 能 减 少 对 空 气 中 Ｃ Ｏ ａ ｌ ｖ ｅ ｒП 或 羟 基 萘 酚 蓝； ２ 的 吸 收） ／ ， 即二水合乙二胺四乙酸二钠盐的标准溶液 。 维尔希酸或相当的试剂 ） ０ ． １ ｍ ｏ ｌ Ｌ的 Ｅ Ｄ ＴＡ 溶液 （
２］ ， 并且还可广泛地用作解 卡 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 ［
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
２ ＋ ｃ ＝ Ｃ ａ ２ ＋ 式中 ， ｃ Ｃ ａ
ＶＥＤＴＡ ０ ０ ０ ×４ ２ ． ０ ３ ／ ／ 。 为钻井液钙含量 ， ｍ Ｌ； ＶＥＤＴＡ 为 ０ ． １ ｍ ｏ ｌ Ｌ的 Ｅ Ｄ ＴＡ 体积 ，ｃ ｍ ｇ
（ ） ３
６ 结 论
） 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 １ 含量 ， 因为石灰有助于稳定乳化体系 。 ） 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 ２ 的固相含量值 ； 重要的是与钻井液抑制页岩的效力相关联 。 ） 测试配制 油 基 钻 井 液 时 加 入 Ｃ ３ ａ Ｃ ｌ ａ Ｏ或Ｃ ａ（ ＯＨ） Ｃ ａ Ｓ Ｏ ２ 、Ｃ ２ 的量或钻出生石膏或硬石膏 （ ４） 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 ｌ ａ Ｃ ｌ矿化度 。 ２ 、Ｎ ［ 参考文献 ］