[发明专利]钻井液有机处理剂吸附性能的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井液处理剂的性能评价领域，具体涉及一种钻井液有机处理剂吸附性能的测定方法，尤其涉及一种钻井液有机处理剂高温吸附性能的测定方法。

背景技术

钻井液俗称泥浆，是由各种原材料和化学添加剂配制而成的一种流体，在钻井过程中，发挥着悬浮和携带岩屑、润滑冷却钻头、稳定井壁和平衡地层压力和传递水动力等功能，是钻井安全和保护油气储层的重要保障。在石油钻井过程中，为了调节钻井液的性能，保证钻井作业的顺利进行所使用的化工产品称为钻井液用化学品，即钻井液处理剂。钻井液处理剂作为钻井液的重要组成部分，在维护和改善钻井液性能上发挥着举足轻重的作用。目前，我国钻井液处理剂已发展到18大类，上千个品种，年产量近30万吨，且处理剂的品种越来越精细化。目前，在石油钻井领域中所使用的钻井液处理剂绝大部分为有机处理剂。

在今后的一段时期内，钻井工程面临的形势是深井、超深井的钻探问题，而这些井的一个重要特点就是井底温度较高，在钻井施工过程中，需要添加抗高温的处理剂来保证钻井施工的顺利进行，这就需要处理剂的研发工作者开发适用于高温深井的钻井液处理剂。

众所周知，绝大部分的处理剂在钻井液中发挥作用都是通过吸附来实现的，尤其对于有机处理剂而言更是如此。例如，降滤失剂通过在粘土表面的吸附形成水化膜，引起粘土表面ζ电位升高，阻止粘土颗粒因碰撞产生聚结，保持了钻井液中细颗粒的含量，降低滤失量；降粘剂通过在粘土端面的吸附形成水化膜，拆散和削弱了粘土颗粒之间通过端-面和端-端连接形成的网架结构，从而达到降低粘度的目的；有机抑制剂通过分子表面的吸附基团优先于水分子吸附到粘土表面，抢夺吸附位点，降低水化膨胀，达到抑制粘土水化分散的目的。由此可见，研究和评价钻井液处理剂的吸附性能，对辅助钻井液处理剂的分子设计、探究分子作用机理、优选处理剂品种和优化钻井液体系配方等方面具有重要的理论意义和实际应用价值。因此，在进行钻井液处理剂新产品研发时，需要重点考虑钻井液处理剂的吸附性能，抗高温的钻井液处理剂也不例外。

然而，目前对于处理剂在高温条件下吸附性能的评价方法多是采用损耗法和吸光光度法。损耗法，如2008年山东大学硕士学位论文《耐高温聚合物钻井液降滤失剂的合成及作用机理研究》所述，将达到吸附平衡的含降滤失剂的粘土分散体系离心取上清液，稀释，再利用有机碳测定仪测定稀释液中的有机碳的含量，从而获知上清液中的碳含量；然后，再用降滤失剂的原始添加量减去上清液中未被粘土吸附的降滤失剂的量，即得到被吸附的降滤失剂的量。但是，该测定方法中所涉及的离心取上清液进行测定的实验过程受实验条件、仪器和人为因素的影响较大，即未能随离心而沉降的悬浮在上清液中的少量吸附有处理剂的粘土颗粒必然会对测定结果的准确性产生影响；更值得注意的是，该测定方法的整个过程均是在常温条件下进行的，测定结果只能显示该钻井液处理剂常温条件下在粘土表面的吸附量，测定高于100℃时处理剂在粘土表面的吸附量时，必然会受到测定仪器使用条件的限制。因此，该方法并不适用于评价处理剂在高温条件下的吸附性能。针对钻井液处理剂高温吸附性能的评价方法，2010年山东大学硕士学位论文《耐温耐盐降滤失剂的合成及与蒙脱土的相互作用研究》对损耗法进行了改进，即将含处理剂的粘土分散体系置于高温高压反应釜中进行加热，达到吸附平衡后冷却，离心，取上清液，测定有机碳含量，然后再对吸附量进行计算。但是，该方法忽略了在将处理剂的粘土分散体系从高温滚子炉中取出后的冷却过程中，体系中的部分处理剂会随着温度的降低重新吸附在粘土颗粒表面，从而造成常温条件下测定的吸附量并不能真实反映在高温条件下处理剂在粘土表面的吸附量。因此，该损耗法对于评价钻井液处理剂在高温条件下的吸附性能仍然存在一定缺陷。

吸光光度法也是评价钻井液处理剂的一种常用方法，最早见于1982年《西南石油学院学报》中的《分光光度法测定SMP在搬土上的吸附量》一文。该方法是基于朗穆尔定律，利用光密度与浓度之间的关系，采用分光光度法测定的钻井液处理剂在粘土表面的吸附量。具体地，该方法以蒸馏水为参比溶液，在不同波长处测定光密度，得到标准溶液浓度-吸光度标准曲线。将达到吸附平衡的处理剂-粘土分散体系进行离心固液分离，通过测定液相中的光密度，再根据标准溶液浓度-吸光度标准曲线推算液相中处理剂的量，进而得到已吸附在粘土上的处理剂的量。但是，当处理剂浓度较高时，光吸附曲线会发生弯曲，影响测定结果的准确性。若处理剂为着色处理剂，遗留在上清液中微小的带色成分也会使光吸附曲线发生较大偏移，从而导致测定结果不准确。此外，该评价方法目前仅用于评价常温条件下处理剂在粘土上的吸附性能。

发明内容