钻井液pH值对煤岩润湿性的影响研究

张文敏

摘 要：在煤层气储层钻井过程中，钻井液与煤岩及裂缝表面充分接触，其酸碱度直接影响煤岩表面的润湿性，进一步影响煤层气的渗流。因此，开展钻井液pH值对煤岩润湿性的影响研究具有重要的实际意义。通过实验研究了不同钻井液pH值对煤岩润湿性的影响规律，认为煤岩润湿性随着pH值先减小后增大再又减小，pH值为9时煤岩的亲水性最弱，加入表面活性剂会进一步减弱煤岩的亲水性。该结论为钻井液体系优选与优化钻井液性能提供了有力的技术指导，有助于保护储层并提高煤层气产能。

关 键 词：pH值；润湿高度；亲水性；表面活性剂

中图分类号：TE254 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1393-03

Research on Effect of Drilling Fluids pH

Value on the Wettability of Coal Rock

ZHANG Wen-min

（Second Drilling Company， Great Wall Drilling Engineering Co.， Ltd.，CNPC， Liaoning Panjin 124000， China）

Abstract： Drilling fluid fully contacts with the surface of coal rock and fractures during the drilling process for CBM， its pH value has direct impact on the wettability of coal rock， affecting the seepage of CBM furtherly.Therefore，the research on effect of drilling fluids pH value on the coal rocks wettability has important practical significance. In this paper， the influence law of drilling fluids pH value on the coal rocks wettability was studied through lots of experiments. The results show that the wettability is related to the pH value of drilling fluid；with increasing of pH value，it decreases firstly and then increases and decreases again at last； the coal rocks hydrophilicity is the weakest at the pH value of 9，and the hydrophilicity of coal rock weakens further after addition of surfactants.The conclusions provide strong technical guidance for selecting drilling fluid and optimizing fluid performance，it helps to protect the reservoir and increase CBM production.

Key words： PH value； Wetting height； Hydrophilicity； Surfactant

在煤層气储层钻井过程中，钻井液长期浸泡并一定程度地侵入煤岩，钻井液与煤岩及裂缝表面充分接触，其酸碱度对煤岩表面的润湿性具有直接影响，进一步影响煤层气的解析和渗流，乃至煤层气产能[1]。因此，钻井液pH值是一项重要的性能指标，深入研究钻井液pH值对煤岩润湿性的影响，科学设计有效的煤层气储层保护方案，最大限度提高煤层气产能是一项重要课题。针对该问题，本文结合煤粉自吸实验探讨了煤岩润湿性随钻井液pH值的变化规律，得出了一系列具有实际意义的结论，对于钻井液体系优选与优化钻井液性能调配具有重要的实际意义，有助于保护储层并提高煤层气产能。

1 钻井液pH值对煤岩润湿性影响研究

1.1 实验原理

本项实验采用煤粉自吸速度法，利用毛细作用原理进行实验[2]，实验流程图见图1。

1-托架；2-润湿溶液；3-已润湿煤粉；

4-未润湿煤粉；5-玻璃管；6-烧杯

图1 自吸速度法实验流程图

Fig.1 Flowchart of self-priming speed method

1.2 实验过程

（1）实验方法

为了验证钻井液pH值对煤岩润湿性的影响及不同表面活性剂对煤粉自吸速度的影响，配制不同pH值的润湿溶液。为了排除煤阶、煤岩组分等对煤样自吸速度的影响，每一种煤样均来自于同一矿区的同一工作面、层理方向相同、构造相同或相近的块煤，并研磨过100目筛。将研磨后的煤粉以同样的压实程度充填于玻璃管，并悬挂玻璃管于盛有不同pH值溶液的烧杯中，然后记录不同时刻煤粉的润湿高度[3]。

（2）实验步骤

①称取几份8 g 100目的煤粉。

②用滤纸将玻璃管的端部包住，把称好的煤粉装填到玻璃管中震实压紧，保证每根玻璃管中煤粉的压实程度一致，记录此时煤粉的高度。

③将玻璃管悬挂于装有润湿溶液的烧杯中，保持玻璃管垂直于液面，玻璃管底部没入液面0.5 cm，当固液相开始接触时即开始记时，记录不同时刻玻璃管中液面上升的高度。

1.3 实验结果及分析

在实验中为了消除偶然误差的影响，共进行了两组平行实验，实验结果见表1（a）至表1（b）。其它实验结果见表2，图2-3。

由上述实验结果可知，溶液的pH值直接影响煤岩的润湿性，而且pH值不同对润湿性的改变也不同。这是因为溶液pH值的变化影响了煤岩表面羧基、酚羟基的电离行为，从而影响了煤表面的 电势，最终影响煤的润湿性[4，5]。由图2可以看出，煤粉的自吸高度随着pH值得升高先减小后增大再又减小，pH值为9时煤粉润湿高度的最小，说明溶液pH值为9时使煤岩的亲水性最弱。因此，在配制钻井液时应注意调节其pH值。

2 pH值与表面活性剂的共同作用对煤岩润湿性的影响

2.1 实验方法

同样采用煤粉自吸速度法进行实驗，实验中将煤块磨成煤粉并过100目筛，装填到玻璃管中。配制不同pH的溶液各两份，分别添加表面活性剂和不加表面活性剂，进行对比实验，分析pH值和表面活性剂的共同作用对煤岩表面润湿性的影响。

2.2 实验结果及分析

在实验中为了消除偶然误差的影响，共进行了两组平行实验，实验结果见表3（a）至表3（b）。其它实验结果见表4，图4-5。

（2）由表4和图5分析可得出，向pH值为12的溶液中加入表面活性剂后，煤粉的自吸高度下降的幅度为5.47%，向pH值为7的溶液中加入表面活性剂后，煤粉的自吸高度下降的幅度为2.77%。加入表面活性剂后煤粉的自吸高度降低幅度更大，说明pH值为12的溶液中加入表面活性剂后将大幅减弱煤岩的亲水性。因此，在配制钻井液时应该避免向pH为12的溶液中加入表面活性剂。

3 结 论

（1）钻井液的pH值直接影响煤岩的润湿性，而且pH值不同对润湿性的改变也不同。煤粉的自吸高度随着pH值得升高先减小后增大再又减小，pH值为9的溶液使煤岩的亲水性最弱，在配制钻井液时应注意调节其pH值。

（2）对于同一pH值，添加表面活性剂以后，煤粉的自吸高度明显下降，说明和pH值和表面活性剂共同作用使煤岩的亲水性减弱。

（3）pH值为12的溶液中加入表面活性剂后将大幅减弱煤岩的亲水性。因此，在配制钻井液时应该避免向pH为12的溶液中加入表面活性剂。

参考文献：

[1] 张公社，汪伟英.pH值改变对岩石表面润湿性的影响[J].中国海上油气（地质），2000，14（2）：129-131.

[2]李相臣，康毅力，尹中山.不同化学环境下煤岩表面电性与润湿性特征[J].中国矿业大学学报，2014，43（5）：864-869.

[3]汪伟英.表面活性剂对煤岩润湿性及相对渗透率的影响[J].长江大学学报（自科版），2015，12（2）：79-82.

[4]杨林江，欧阳云丽，柯文丽，游艺，李庆会.煤岩润湿性影响因素研究[J].Coal，2012，21（8）：4-5+27.

[5]李庆会，游艺，欧阳云丽，柯文丽，杨林江. 浅析影响煤岩润湿性的因素[J].石油化工应用，2013，32（1）：88-90.