胺基聚醚含量测定干扰因素分析及消除

2022-06-28刘晓燕

钻井液与完井液 2022年2期

刘晓燕

（中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001）

近年来，随着石油勘探开发的不断发展，深井、超深井及特殊工艺井的钻探越来越多，施工领域也逐渐拓展，在钻井过程中钻遇的井下复杂情况也随之增加，其中表现之一就是井壁失稳的情况越来越多。为了提高钻井过程中的井壁稳定性，聚胺作为一种高效抑制剂，对其进行的研究及其在钻井液中的使用越来越多[1-3]。但目前现场使用的“聚胺”种类繁多，能够形成高性能水基钻井液的仅有胺基聚醚[4-6]。对于胺基聚醚在钻井液中的应用，研究仅限于抑制性和配伍性评价[7-11]，对于保证钻井液体系充分发挥作用的胺基聚醚游离含量，却没有研究[12-16]。鉴于钻井液滤液中胺基聚醚游离含量是保证钻井液发挥作用的关键，在建立胺基聚醚胺值测定方法基础上[17]，研究测定方法，消除常用处理剂的干扰，进行游离含量监测（研究使用典型胺基聚醚D230），为现场有效应用提供依据。

1 干扰因素分析

采用盐酸滴定法测定胺基聚醚含量，首先配制不同D230 含量的标准溶液，各取5 mL，用盐酸-异丙醇标准溶液滴定，绘制胺值与消耗标准溶液量标准曲线；取5 mL 待测液滴定，根据消耗标准溶液值，对照标准曲线求得待测液中D230 含量。

当用盐酸滴定时，胺基（—RNH2、—R2NH、—R3N）转变成为胺盐（—RNH3+、—R2NH2+、—R3NH+），根据消耗盐酸的量计算出胺基聚醚的量。当钻井液滤液中含有游离碱或其他消耗H+的处理剂时，对胺基聚醚游离含量测定结果有一定影响。选择配制钻井液常用处理剂进行干扰分析，其中碳酸钠是配制膨润土浆时的必用处理剂，氢氧化钠是典型的强碱，LV-CMC 是典型的纤维素类处理剂，SMP 和SMC 是具有磺酸基团的处理剂，水解聚丙烯腈铵盐是含有N 元素的处理剂，水解聚丙烯酰胺钾盐（简称大钾）是具有丙烯酰胺基团的分子量较大的处理剂。常用钻井液处理剂的影响如表1 所示。氯化钠、氯化钾等无机盐，因不消耗H+，对测定结果无影响，不进行考察。

表1 处理剂对胺基聚醚含量的影响程度

配制20 g/L D230 水溶液，移取5 mL，分别加入不同加量的处理剂，考察其对总胺值测定的影响，见表2。

表2 不同处理剂在20 g/L D230 水溶液中的总胺值测定

1.1 氢氧化钠

由实验结果可见，当NaOH 加量为0.5%时，D230 含量测定值为35 g/L，较理论值偏大80%，可见氢氧化钠对测定胺基聚醚含量影响较大。

1.2 碳酸钠

由实验结果可知，随着碳酸钠用量增大，测定的D230 含量略有升高，在碳酸钠加量为0.24%（相当于8%膨润土浆中加入膨润土量3%的碳酸钠）时，D230 含量测定值为26.1 g/L，较理论值偏大30%，可见碳酸钠对测定胺基聚醚含量影响较大。

1.3 聚合醇

配制20 g/L D230 水溶液，移取5 mL，分别加入0～5%的聚合醇，加入50 mL 异丙醇，用0.1 mol/L（实际为0.122 mol/L）盐酸-异丙醇标准溶液滴定。如表2 所示，聚合醇的加入对胺基聚醚含量测定没有影响。

1.4 水解聚丙烯腈铵盐

由表2 可知，随着铵盐加量增大，测定值较理论值偏大越多，铵盐加量为2%时，D230 含量测定值为21.7 g/L，较理论值偏大8.5%，可见铵盐对测定胺基聚醚含量有一定影响，需进行干扰的消除。

1.5 低黏羧甲基纤维素钠盐

由表2 可知，在LV-CMC 加量为0.5%以内，对测定胺基聚醚含量影响较小；随着LV-CMC 加量增大，胺基聚醚含量测定结果偏差呈增大趋势，分析认为与LV-CMC 中含有羧甲基有关。

1.6 磺化酚醛树脂

如表2 所示，在SMP 加量为1%以内，对测定胺基聚醚含量影响较小，随着SMP 加量增大，胺基聚醚测定结果略有偏高，需进行干扰消除。

1.7 磺化褐煤

如表2 所示，随着SMC 加量增大，胺基聚醚测定结果逐渐偏高，需消除干扰。

1.8 水解聚丙烯酰胺钾盐

由表2 可知，随着大钾加量增大，胺基聚醚含量测定结果逐渐偏高，需消除此项干扰。

1.9 小结

通过上述干扰因素考察，钻井液常用处理剂在常用加量下，对20 g/L 的D230 含量测定影响如下：采用盐酸滴定法测定胺基聚醚游离含量时，NaOH、Na2CO3等碱性处理剂影响较大，LV-CMC、SMP、SMC、大钾等有机处理剂均有一定影响，聚合醇对测定结果无影响。

2 消除干扰方法研究

钻井液常用处理剂中的强碱、有机处理剂对测定结果均有影响，由于处理剂组成、结构差异导致影响作用机理不同，因此采用不同的消除方法。

2.1 NaOH 影响消除

测定胺值时，在胺基聚醚异丙醇溶液中，加入酚酞指示剂，溶液不变色，而当含有NaOH 等碱性较强物质存在时，指示剂变粉红色，因此在待测液中加入酚酞指示剂，若无色，则证明不含NaOH等游离碱；若出现粉红色，则先用盐酸标准溶液滴定至无色，再加入溴酚蓝指示剂滴定至蓝色变黄色，待测液由蓝色变黄色所消耗的盐酸的量即为胺基聚醚所消耗盐酸。

2.2 有机处理剂干扰消除

根据胺基聚醚易溶于异丙醇，而多数有机处理剂不溶于异丙醇的特点，采用异丙醇洗涤滤液减少干扰。实验方法：取多于5 mL 的滤液，按照1∶10的比例加入异丙醇，例如，取8 mL 滤液，加入80 mL 异丙醇，静置30 min 后收集全部滤出液，从中取55 mL 滤出液进行滴定。

考察了常用钻井液处理剂在异丙醇中的溶解情况，结果如表3 所示，观察实验现象，D230 可完全溶于异丙醇，而其他干扰测定的处理剂不溶于异丙醇，因此采用异丙醇洗涤钻井液滤液，取滤出液测定胺基聚醚游离含量。进一步考察了醇洗时间的影响。

表3 处理剂在异丙醇中的溶解性

1）醇洗时间考察。模拟钻井液滤液配制处理剂水溶液，配方为400 mL+0.24%Na2CO3+0.5%水解聚丙烯酰胺钾盐+1.0%LV-CMC+3.0%SMP+3.0%SMC +1.0%水解聚丙烯腈铵盐，取溶液5 mL 加入50 mL 异丙醇，摇晃混匀，室温下密闭静置不同时间，过滤，收集全部滤出液，测定该空白滤液消耗盐酸的体积，绘制消耗盐酸与醇洗时间关系曲线，如图1 所示。

图1 空白滤液消耗盐酸与醇洗时间的关系曲线

由图1 中的结果可以看出，随着醇洗时间的延长，空白滤液消耗的标准溶液逐渐减少，即对胺基聚醚含量测定的影响逐渐减小；静置时间超过30 min 以后，消耗的盐酸量不再减少，确定醇洗时间为30 min。

2）醇洗效果。在20 g/L D230 水溶液中加入不同的处理剂，模拟处理剂在钻井液中的常用较大加量，分别测定醇洗前和用异丙醇洗涤后D230 含量，并计算醇洗后实测值与理论值的偏差，结果见表4。

表4 不同处理剂在钻井液中的醇洗效果

由表4 实验结果可以看出，在有干扰因素存在时，不醇洗直接测定，测定值偏高较多；经异丙醇洗涤后测定，测定值更加接近理论值，偏差明显降低，说明醇洗后提高测定准确性的效果明显。干扰因素影响考察时，各处理剂加量均采用现场加量的上限，而实际钻井过程中处理剂的加量相对较低，同时由于钻井液中各种固相的吸附、钻井液消耗等原因，钻井液滤液中的干扰因素会大幅度降低，因此在测定实际钻井液体系游离含量时，即便几种干扰因素同时存在，其测定偏差并不等于实验偏差之和。