钻井液用阳离子褐煤质量检验方法探讨

1. 709
0. 620
0. 580
0. 590
0. 571
0. 000
0. 030
0. 023
0. 038
0. 953
0. 755
0. 876
0. 920
4 抑制性评价 抑制性评 价 主 要 采 用 测 定 相 对 抑 制 率 的 方
法 。其原理是 ,高温滚动促进钙土造浆 ,抑制性处 理剂能够抑制钙土造浆 , 100 转读数越低 ,说明抑 制钙土造浆的效果越好 。因此 ,钙膨润土质量也 会对样品的抑制性评价有很大的影响 。 4. 1 钙膨润土对相对抑制率的影响
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精 细 石 油 化 工 进 展
第 11卷第 2期
48
ADVANCES IN F INE PETROCHEM ICALS
个无机阴离子来保持电荷平衡 ,因此通过测定有 机阳离子水溶液中该阴离子的含量 ,即可间接得 出阳离子含量 。阳离子褐煤中阴离子为 Cl- ,可 以用铬酸钾做指示剂 ,用硝酸银标准溶液滴定样 品溶液 ,通过颜色变化判断滴定终点 ;当样品溶液 颜色较深时 ,应采用电位滴定法来判断滴定终点 。 但这种方法易受到其他水溶性氯化物的干扰 。
项 目
钙膨润土样品
1号
2号
3号
空白Leabharlann Baidu 100转读数
2. 0
19. 8
96. 0
相对抑制率 , %
阳离子褐煤加量 2%
87. 4
92. 7
阳离子褐煤加量 3%
89. 9
94. 8
配样 1
79. 8
95. 3
配样 2
84. 8
96. 9
配样 3
89. 9
97. 9
注 :配样 1为 m (阳离子褐煤 ) ∶m ( KCl) = 9∶1,加量 2% ; 配样 2为 m (阳离子褐煤 ) ∶m ( KCl) = 7∶3,加量 2% ; 配样 3为 m (阳离子褐煤 ) ∶m ( KCl) = 1∶1,加量 2%。
84. 5
4
4. 5
4. 5
4. 50
77. 3
由表 4 可以看出 ,样品加量为 1%时 , 2 号样
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对不同厂家生产的阳离子褐煤进行了相对抑 制率评价 ,实验数据见表 4。
表 4 不同阳离子褐煤相对抑制率的评价
样品加 样品 量 , % 编号
100转读数 第一次 第二次 平均
相对抑制 率,%
1 2 1 3
7. 8
8. 0
7. 50
62. 1
9. 0
9. . 0
9. 00
54. 5
6. 0
6. 0
6. 00
减小 。这是由于随着硝酸加量增大 ,需要加入的 碳酸钙量也越大 ,溶液中硝酸钙的浓度增加 。由 于盐效应的作用 ,使 AgCl的溶解度随着强电解质 浓度增加而变大 ,因而造成滴定终点提前出现 , C l- 含量的测量结果变小 。
当采用稀硝酸溶液 ( 1 体积 68%浓硝酸与 3 体积蒸馏水混匀 )进行脱色 ,硝酸加量对测定结 果影响不大 ,稀硝酸溶液用量在 1～2 mL变化时 , 相对误差小于 1% (见表 1) 。
Cl - 含量 / mmo·l g - 1
1. 709 1. 713 1. 734 1. 732 1. 701
相对误 差,%
0. 523 0. 291 0. 931 0. 815 0. 990
不同厂家生产的阳离子褐煤样品的 Cl- 含量 测定结果见表 2。由表 2可知 , 1号样品的 C l- 含 量较高 , 3 号样品 C l- 含量很低 。为了排除可溶 性氯化物对测定结果的影响 ,还需进行抑制性的 评价 ,以进一步确定 C l- 的主要来源 。
容量法测定阳离子褐煤中 C l- 含量的方法 是 :称取一定褐煤样品 ,用硝酸脱色后加入过量的 碳酸钙 ,中和溶液中过量的硝酸 。将溶液用中速 定量滤纸过滤 ,并充分洗涤沉淀物 。以铬酸钾做 指示剂 ,用硝酸银标准溶液滴定滤液至出现砖红 色时为终点 。
3 氯离子含量的测定 实验中发现 ,硝酸加量对测定结果影响较大
(见图 1) 。
2 阳离子含量的测定方法 根据有机阳离子的原子团结构 ,检测有机阳
离子 含 量 的 方 法 主 要 有 : 四 苯 硼 钠 法〔1〕、容 量 法 〔2～4 〕、胶 体 滴 定 法 〔5～7 〕、两 相 分 析 法 〔8 〕、化 学 测
氮法等 。其中 ,胶体滴定法能够准确检测阳离子 度 ,但由于受到化学试剂的限制 ,目前还不易采 用 ;容量法虽然存在一定的局限性 ,但通过共同控 制其他指标 ,可以满足检测要求 。因此 ,本研究测 定有机阳离子含量采用容量法 。
2010年 2月 甄剑武等. 钻井液用阳离子褐煤质量检验方法探讨
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钻井液用阳离子褐煤质量检验方法探讨
甄剑武 王中华 贾启高 赵 虎 杨运鹏 杨建军
(中原石油勘探局钻井工程技术研究院 ,濮阳 457001)
摘 要 目前钻井液用阳离子褐煤的质量检验缺乏有针对性的方法 ,本研究采用容量法测定阳 离子褐煤中 Cl- 含量 ,发现将 Cl- 含量指标定为 1. 5～3. 0 mmol/ g能较好地反映阳离子褐煤的特征 。 实验结果表明 ,将相对抑制率和 Cl- 含量共同作为主要检验指标 ,可有效检验阳离子褐煤的质量 。
取不同厂家生产的钙膨润土进行造浆实验和
阳离子褐煤 (室内合成 )的相对抑制率实验 ,以选 择合适 的 钙 膨 润 土 。阳 离 子 褐 煤 的 加 量 均 以 100 mL基 浆 中 样 品 质 量 计 (如 加 量 2% 即 为 100 mL基浆中加样品 2 g) 。实验数据见表 3。
表 3 钙膨润土造浆及相对抑制率实验数据
1 阳离子褐煤的合成 1. 1 原料
褐煤 ,工业品 ,腐殖酸含量不低于 45% ;氢氧 化钠 ,分析纯 ;阳离子醚化剂 ,工业品 。 1. 2 合成实验
将褐煤和氢氧化钠按一定比例混合 ,在 85～ 90 ℃下反应 30 m in,然后加入一定量的阳离子醚 化剂 ,继续反应 1. 5 h,之后烘干粉碎 ,得到阳离子 褐煤 。
为进一步验证相对抑制率的评价结果 ,对各 样品进行了页岩滚动回收率的评价 ,样品加量均 为 2%。实验结果见表 5。
表 5 页岩滚动实验数据
介 质
纯净水 1 号样品水溶液 2 号样品水溶液 3 号样品水溶液 4 号样品水溶液
页岩质量 / g 页岩回收质量 / g 回收率 , %
30. 0 30. 0 30. 0 30. 0 30. 0
69. 7
4
7. 5
7. 0
7. 25
63. 8
1
2. 5
2. 5
2. 50
87. 4
2
8. 0
9. 0
8. 50
57. 1
2
3
5. 0
6. 0
5. 50
72. 2
4
8. 0
8. 0
8. 00
59. 6
1
2. 0
2. 0
2. 00
89. 9
2
4. 0
4. 0
4. 00
79. 8
3
3
3. 0
3. 0
3. 00
1. 0
9. 25
1. 0
9. 10
2. 0
9. 60
1. 0
3. 30
2. 0
3. 15
2. 0
2. 95
1. 0
0. 00
2. 0
0. 15
2. 0
0. 20
1. 0
4. 80
2. 0
4. 50
2. 0
5. 00
Cl - 含量 /mmo·l g - 1
各次
平均
1. 732
1. 734
1. 725
由表 3数据可知 , 1 号钙膨润土样品造浆性 能较差 ,不适合用来评价阳离子褐煤的抑制性 。2 号钙膨润土样品造浆性能较好 ,阳离子褐煤的相 对抑制率较高 ;复配 KCl后 ,阳离子褐煤的相对抑 制率先降后升 ,但变化幅度不大 。 3 号钙膨润土 样品造浆性能最好 ,阳离子褐煤的相对抑制率较 高 ;复配 KCl后 ,阳离子褐煤的抑制能力更好 。为 了既能体现阳离子褐煤的抑制性 ,又能减少 KCl 抑制性的影响 ,选择 2号钙膨润土作为评价用土 , 对基浆的性能要求为高温滚动后 100 转读数在 15～30范围内 。 4. 2 相对抑制率的评价
关键词 阳离子褐煤 相对抑制率 容量法 氯离子含量 质量检验
钻井液用阳离子褐煤由于分子中含有季铵基 团 ,因而能够较强地吸附在粘土颗粒表面 ,有效抑 制粘土颗粒的水化膨胀 ,有利于抑制岩屑分散造 浆 ,维持一定的流变性及固相含量 ,有利于稳定井 壁 ,减少缩径及井壁垮塌等井下复杂情况的发生 。 并且阳离子褐煤的价格低廉 ,已逐步应用于钻井 液中 。使用过程中 ,有效控制阳离子褐煤的质量 , 可以确保有效发挥阳离子褐煤的作用 。但目前尚 未有关于阳离子褐煤质量的检验方法和标准 。为 此 ,进行了阳离子褐煤质量检验方法的研究 ,提出 了一种检验阳离子褐煤质量的方法 。该方法的建 立对于控制阳离子褐煤的质量具有重要的意义 。
容量法原理是 :有机阳离子原子团都对应一
图 1 68%硝酸的加量对 C l- 含量 测定结果的影响
由图 1可看出 ,褐煤样品用浓硝酸 ( 68% )脱 色时 ,随着浓硝酸加量增大 ,测得的 Cl- 含量逐渐
收稿日期 : 2009 - 11 - 02。 作者简介 :甄剑武 ,高级工程师 , 1995年毕业于河南大学化学 工程专业 ,现从事钻井液技术研究与应用工作 。
1. 0 16. 2 9. 3 1. 1 1. 0
3. 3 54. 0 31. 0 3. 7 3. 3
由页岩滚动实验结果可知 , 1 号样品的回收 率最高 ,抑制性最好 ; 2 号样品次之 ; 而 3 号和 4 号样品的回收率与清水相差无几 ,几乎不能抑制 页岩膨胀 。 4. 3 实验结果分析
由 C l- 含量 、相对抑制率 、页岩回收率等测定 结果可知 , 4种样品中 , 1 号样品的 3项指标均最 高 ,说明该样品的阳离子含量较高 ; 2 号样品 C l含量和相对抑制率较低 ,页岩回收率较高 ,说明该 样品阳离子含量较低 ,但含有其他的页岩抑制性 物质 ; 3号样品相对抑制率较高 ,但是 C l- 含量几 乎没有 ,页岩回收率与清水的差不多 ,说明该样品 几乎不含页岩抑制性物质和阳离子 ,却含有一定 量的稀释性物质 ; 4 号样品相对抑制率和 Cl- 含 量较低 ,页岩回收率与清水的相当 ,说明几乎不含 页岩抑制性物质和阳离子 。
5 相对抑制率与 C l- 含量的关系 5. 1 KC l含量对相对抑制率的影响
为了确定检验方法的可靠性 ,避免由于复配 KCl造成的误差 ,对 KCl含量与相对抑制率的关 系进行了考察 。
当样品加量 2%时 ,相对抑制率指标确定为不
2010年 2月 甄剑武等. 钻井液用阳离子褐煤质量检验方法探讨
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品的相对抑制率在 60%以下 ,其他 3个样品的相 对抑制率在 60% ～70%之间 。说明在该加量下各 样品的抑制能力较低 ,应该提高加量 。
样品加量为 2%时 , 1号样品的相对抑制率提 高了 25. 3% ,达到了 87. 4% ,说明抑制性较好 ; 2 号样品的相对抑制率虽然有所提高 ,但仍仅有 57. 1% ,说明该产品在钻井液中抑制能力较低 ; 3 号样品 的 抑 制 性 有 所 提 高 , 相 对 抑 制 率 达 到 72. 2% ; 4号样品的相对抑制率与加量 1%时相比 反而下降 ,只有 59. 6%。
表 1 稀硝酸加量对 C l- 含量测定结果的影响
样品质 量 /g
1. 123 9 1. 028 1 1. 051 2 1. 070 4 1. 123 5
硝酸加 量 /mL
2. 0 1. 0 1. 0 1. 0 0. 5
硝酸银消 耗量 /mL
9. 60 8. 80 9. 10 9. 25 9. 55
表 2 不同样品的 C l- 含量测定数据
样品 编号
1
2
3
4
样品质 量 /g 1. 070 4 1. 051 2 1. 123 9 1. 065 2 1. 087 2 1. 034 5 1. 012 4 1. 073 8 1. 060 3 1. 008 9 1. 191 9 1. 087 7
硝酸加 硝酸银消 量 /mL 耗量 /mL