胺基聚醚含量測(cè)定干擾因素分析及消除

劉曉燕

（中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南濮陽(yáng) 457001）

近年來(lái)，隨著石油勘探開發(fā)的不斷發(fā)展，深井、超深井及特殊工藝井的鉆探越來(lái)越多，施工領(lǐng)域也逐漸拓展，在鉆井過(guò)程中鉆遇的井下復(fù)雜情況也隨之增加，其中表現(xiàn)之一就是井壁失穩(wěn)的情況越來(lái)越多。為了提高鉆井過(guò)程中的井壁穩(wěn)定性，聚胺作為一種高效抑制劑，對(duì)其進(jìn)行的研究及其在鉆井液中的使用越來(lái)越多[1-3]。但目前現(xiàn)場(chǎng)使用的“聚胺”種類繁多，能夠形成高性能水基鉆井液的僅有胺基聚醚[4-6]。對(duì)于胺基聚醚在鉆井液中的應(yīng)用，研究?jī)H限于抑制性和配伍性評(píng)價(jià)[7-11]，對(duì)于保證鉆井液體系充分發(fā)揮作用的胺基聚醚游離含量，卻沒有研究[12-16]。鑒于鉆井液濾液中胺基聚醚游離含量是保證鉆井液發(fā)揮作用的關(guān)鍵，在建立胺基聚醚胺值測(cè)定方法基礎(chǔ)上[17]，研究測(cè)定方法，消除常用處理劑的干擾，進(jìn)行游離含量監(jiān)測(cè)（研究使用典型胺基聚醚D230），為現(xiàn)場(chǎng)有效應(yīng)用提供依據(jù)。

1 干擾因素分析

采用鹽酸滴定法測(cè)定胺基聚醚含量，首先配制不同D230 含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，各取5 mL，用鹽酸-異丙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，繪制胺值與消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液量標(biāo)準(zhǔn)曲線；取5 mL 待測(cè)液滴定，根據(jù)消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液值，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得待測(cè)液中D230 含量。

當(dāng)用鹽酸滴定時(shí)，胺基（—RNH2、—R2NH、—R3N）轉(zhuǎn)變成為胺鹽（—RNH3+、—R2NH2+、—R3NH+），根據(jù)消耗鹽酸的量計(jì)算出胺基聚醚的量。當(dāng)鉆井液濾液中含有游離堿或其他消耗H+的處理劑時(shí)，對(duì)胺基聚醚游離含量測(cè)定結(jié)果有一定影響。選擇配制鉆井液常用處理劑進(jìn)行干擾分析，其中碳酸鈉是配制膨潤(rùn)土漿時(shí)的必用處理劑，氫氧化鈉是典型的強(qiáng)堿，LV-CMC 是典型的纖維素類處理劑，SMP 和SMC 是具有磺酸基團(tuán)的處理劑，水解聚丙烯腈銨鹽是含有N 元素的處理劑，水解聚丙烯酰胺鉀鹽（簡(jiǎn)稱大鉀）是具有丙烯酰胺基團(tuán)的分子量較大的處理劑。常用鉆井液處理劑的影響如表1 所示。氯化鈉、氯化鉀等無(wú)機(jī)鹽，因不消耗H+，對(duì)測(cè)定結(jié)果無(wú)影響，不進(jìn)行考察。

表1 處理劑對(duì)胺基聚醚含量的影響程度

配制20 g/L D230 水溶液，移取5 mL，分別加入不同加量的處理劑，考察其對(duì)總胺值測(cè)定的影響，見表2。

表2 不同處理劑在20 g/L D230 水溶液中的總胺值測(cè)定

1.1 氫氧化鈉

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，當(dāng)NaOH 加量為0.5%時(shí)，D230 含量測(cè)定值為35 g/L，較理論值偏大80%，可見氫氧化鈉對(duì)測(cè)定胺基聚醚含量影響較大。

1.2 碳酸鈉

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著碳酸鈉用量增大，測(cè)定的D230 含量略有升高，在碳酸鈉加量為0.24%（相當(dāng)于8%膨潤(rùn)土漿中加入膨潤(rùn)土量3%的碳酸鈉）時(shí)，D230 含量測(cè)定值為26.1 g/L，較理論值偏大30%，可見碳酸鈉對(duì)測(cè)定胺基聚醚含量影響較大。

1.3 聚合醇

配制20 g/L D230 水溶液，移取5 mL，分別加入0～5%的聚合醇，加入50 mL 異丙醇，用0.1 mol/L（實(shí)際為0.122 mol/L）鹽酸-異丙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。如表2 所示，聚合醇的加入對(duì)胺基聚醚含量測(cè)定沒有影響。

1.4 水解聚丙烯腈銨鹽

由表2 可知，隨著銨鹽加量增大，測(cè)定值較理論值偏大越多，銨鹽加量為2%時(shí)，D230 含量測(cè)定值為21.7 g/L，較理論值偏大8.5%，可見銨鹽對(duì)測(cè)定胺基聚醚含量有一定影響，需進(jìn)行干擾的消除。

1.5 低黏羧甲基纖維素鈉鹽

由表2 可知，在LV-CMC 加量為0.5%以內(nèi)，對(duì)測(cè)定胺基聚醚含量影響較小；隨著LV-CMC 加量增大，胺基聚醚含量測(cè)定結(jié)果偏差呈增大趨勢(shì)，分析認(rèn)為與LV-CMC 中含有羧甲基有關(guān)。

1.6 磺化酚醛樹脂

如表2 所示，在SMP 加量為1%以內(nèi)，對(duì)測(cè)定胺基聚醚含量影響較小，隨著SMP 加量增大，胺基聚醚測(cè)定結(jié)果略有偏高，需進(jìn)行干擾消除。

1.7 磺化褐煤

如表2 所示，隨著SMC 加量增大，胺基聚醚測(cè)定結(jié)果逐漸偏高，需消除干擾。

1.8 水解聚丙烯酰胺鉀鹽

由表2 可知，隨著大鉀加量增大，胺基聚醚含量測(cè)定結(jié)果逐漸偏高，需消除此項(xiàng)干擾。

1.9 小結(jié)

通過(guò)上述干擾因素考察，鉆井液常用處理劑在常用加量下，對(duì)20 g/L 的D230 含量測(cè)定影響如下：采用鹽酸滴定法測(cè)定胺基聚醚游離含量時(shí)，NaOH、Na2CO3等堿性處理劑影響較大，LV-CMC、SMP、SMC、大鉀等有機(jī)處理劑均有一定影響，聚合醇對(duì)測(cè)定結(jié)果無(wú)影響。

2 消除干擾方法研究

鉆井液常用處理劑中的強(qiáng)堿、有機(jī)處理劑對(duì)測(cè)定結(jié)果均有影響，由于處理劑組成、結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致影響作用機(jī)理不同，因此采用不同的消除方法。

2.1 NaOH 影響消除

測(cè)定胺值時(shí)，在胺基聚醚異丙醇溶液中，加入酚酞指示劑，溶液不變色，而當(dāng)含有NaOH 等堿性較強(qiáng)物質(zhì)存在時(shí)，指示劑變粉紅色，因此在待測(cè)液中加入酚酞指示劑，若無(wú)色，則證明不含NaOH等游離堿；若出現(xiàn)粉紅色，則先用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至無(wú)色，再加入溴酚藍(lán)指示劑滴定至藍(lán)色變黃色，待測(cè)液由藍(lán)色變黃色所消耗的鹽酸的量即為胺基聚醚所消耗鹽酸。

2.2 有機(jī)處理劑干擾消除

根據(jù)胺基聚醚易溶于異丙醇，而多數(shù)有機(jī)處理劑不溶于異丙醇的特點(diǎn)，采用異丙醇洗滌濾液減少干擾。實(shí)驗(yàn)方法：取多于5 mL 的濾液，按照1∶10的比例加入異丙醇，例如，取8 mL 濾液，加入80 mL 異丙醇，靜置30 min 后收集全部濾出液，從中取55 mL 濾出液進(jìn)行滴定。

考察了常用鉆井液處理劑在異丙醇中的溶解情況，結(jié)果如表3 所示，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，D230 可完全溶于異丙醇，而其他干擾測(cè)定的處理劑不溶于異丙醇，因此采用異丙醇洗滌鉆井液濾液，取濾出液測(cè)定胺基聚醚游離含量。進(jìn)一步考察了醇洗時(shí)間的影響。

表3 處理劑在異丙醇中的溶解性

1）醇洗時(shí)間考察。模擬鉆井液濾液配制處理劑水溶液，配方為400 mL+0.24%Na2CO3+0.5%水解聚丙烯酰胺鉀鹽+1.0%LV-CMC+3.0%SMP+3.0%SMC +1.0%水解聚丙烯腈銨鹽，取溶液5 mL 加入50 mL 異丙醇，搖晃混勻，室溫下密閉靜置不同時(shí)間，過(guò)濾，收集全部濾出液，測(cè)定該空白濾液消耗鹽酸的體積，繪制消耗鹽酸與醇洗時(shí)間關(guān)系曲線，如圖1 所示。

圖1 空白濾液消耗鹽酸與醇洗時(shí)間的關(guān)系曲線

由圖1 中的結(jié)果可以看出，隨著醇洗時(shí)間的延長(zhǎng)，空白濾液消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液逐漸減少，即對(duì)胺基聚醚含量測(cè)定的影響逐漸減小；靜置時(shí)間超過(guò)30 min 以后，消耗的鹽酸量不再減少，確定醇洗時(shí)間為30 min。

2）醇洗效果。在20 g/L D230 水溶液中加入不同的處理劑，模擬處理劑在鉆井液中的常用較大加量，分別測(cè)定醇洗前和用異丙醇洗滌后D230 含量，并計(jì)算醇洗后實(shí)測(cè)值與理論值的偏差，結(jié)果見表4。

表4 不同處理劑在鉆井液中的醇洗效果

由表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在有干擾因素存在時(shí)，不醇洗直接測(cè)定，測(cè)定值偏高較多；經(jīng)異丙醇洗滌后測(cè)定，測(cè)定值更加接近理論值，偏差明顯降低，說(shuō)明醇洗后提高測(cè)定準(zhǔn)確性的效果明顯。干擾因素影響考察時(shí)，各處理劑加量均采用現(xiàn)場(chǎng)加量的上限，而實(shí)際鉆井過(guò)程中處理劑的加量相對(duì)較低，同時(shí)由于鉆井液中各種固相的吸附、鉆井液消耗等原因，鉆井液濾液中的干擾因素會(huì)大幅度降低，因此在測(cè)定實(shí)際鉆井液體系游離含量時(shí)，即便幾種干擾因素同時(shí)存在，其測(cè)定偏差并不等于實(shí)驗(yàn)偏差之和。

3 方法準(zhǔn)確性驗(yàn)證

室內(nèi)配制聚合物鉆井液、聚磺鉆井液、飽和鹽水鉆井液、聚合物氯化鉀鉆井液等典型水基鉆井液，對(duì)鉆井液濾液中胺基聚醚含量測(cè)定方法進(jìn)行確定驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5 可以看出，采用該方法測(cè)定鉆井液濾液中的胺基聚醚游離含量，偏差均小于10%。

表5 不同鉆井液濾液中的胺基聚醚含量測(cè)定結(jié)果

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1.建立了胺基聚醚含量測(cè)定方法，強(qiáng)堿、堿性有機(jī)處理劑等導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高。采用異丙醇浸泡的方法消除有機(jī)處理劑干擾，減少了偏差。

2.室內(nèi)配制鉆井液，采集濾液測(cè)定胺基聚醚游離含量，偏差均小于10%，對(duì)于胺基聚醚的使用具有指導(dǎo)意義。下步需研究降低偏差的方法，進(jìn)一步提高測(cè)定的準(zhǔn)確性。

3.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆鉆井液中，除膨潤(rùn)土外還有重晶石、鉆屑等固相對(duì)胺基聚醚產(chǎn)生吸附，同時(shí)胺基聚醚隨鉆消耗，其含量是實(shí)時(shí)變化的。需研究固相等對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，提高測(cè)定方法的現(xiàn)場(chǎng)適用性。