關(guān)于磺化瀝青抑巖性能檢測(cè)方法的探討

王桂榮 張?jiān)氯A 李敬平 張靜(中原油田技術(shù)監(jiān)測(cè)中心化工監(jiān)測(cè)總站 河南 濮陽(yáng) 457001)王小華(中原油田物資供應(yīng)處 河南 濮陽(yáng) 457001)

SY/T5664-94、Q/SH0043-2007是檢測(cè)鉆井液用磺化瀝青FTI質(zhì)量的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，后者是前者基礎(chǔ)上改進(jìn)后制定的。但Q/SH0043-2007的4.8的實(shí)驗(yàn)方法還存在著兩個(gè)問題：（一）基漿中要求使用的氫氧化鈉質(zhì)量小，氫氧化鈉易吸收空氣中的水與二氧化碳決定了按正常的鉆井液配制程序無(wú)法配制出性能統(tǒng)一的基漿；(二)實(shí)驗(yàn)漿中樣品形成的泡沫引起實(shí)驗(yàn)漿了粘度升高，測(cè)定的實(shí)驗(yàn)漿粘度不能真實(shí)反映樣品抑制粘土水化分散后的實(shí)驗(yàn)漿的粘度。這兩個(gè)問題的存在使該實(shí)驗(yàn)方法最終不能真實(shí)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的抑制膨潤(rùn)土的水化分散能力。下面，筆者對(duì)工作中發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)方法中的問題及原因分析和改進(jìn)建議及方法驗(yàn)證做以下詳細(xì)闡述：

一、用正常鉆井液配制方法，無(wú)法避免因氫氧化鈉吸收空氣中的水、二氧化碳造成所配基漿性能不統(tǒng)一的問題

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

按標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法要求平行配制幾份基漿，測(cè)定基漿的表觀粘度和動(dòng)切力，發(fā)現(xiàn)各份基漿的相同剪切速率下所測(cè)的數(shù)值相差很大，檢測(cè)結(jié)果非常不平行。該方法配制的基漿性能不統(tǒng)一，該種基漿無(wú)法作為實(shí)驗(yàn)用評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能的標(biāo)準(zhǔn)基漿使用。

同時(shí)配制六份基漿。標(biāo)準(zhǔn)要求基漿中NaOH的加入量為0.1g，按正常的鉆井液實(shí)驗(yàn)程序是直接稱量NaOH的質(zhì)量，再將其加入到基漿中（六份基漿，稱量NaOH所使用的稱量媒介不同：1#～3#基漿是將NaOH置于蠟光紙上；4#～6#基漿是將NaOH置于烘干的燒杯中，且用量好的400mL蒸餾水溶解NaOH并洗滌燒杯，洗滌液并入高攪杯中）。測(cè)定Φ600、Φ300的讀值，按公式：AV=……式（1）,YP=Φ300-……式（2）計(jì)算基漿的表觀粘度AV及動(dòng)切力YP。各次基漿的AV、YP的測(cè)定結(jié)果得出：用該實(shí)驗(yàn)方法按正常的鉆井液配制程序配制的基漿的性能極為不統(tǒng)一，測(cè)試用的基漿與實(shí)驗(yàn)漿用的基漿的基漿性能沒有可比性，該種基漿不能作為實(shí)驗(yàn)用基漿使用。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因分析

分析標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)過程造成上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，具體分析如下：

(1)稱量NaOH過程中存在的問題

實(shí)驗(yàn)要求基漿中NaOH的質(zhì)量很少（僅為0.1g），且實(shí)驗(yàn)用NaOH顆粒不均勻（有片狀、粒狀），稱量時(shí)需用藥勺反復(fù)加減NaOH 而延長(zhǎng)稱量過程；稱量過程中的氫氧化鈉一部分吸收空氣中的水潮解，一部分吸收空氣中的二氧化碳，生成碳酸鈉和水。因而實(shí)際稱量的0.1g物質(zhì)中除氫氧化鈉外，還混有一定量的碳酸鈉和水。

(2)將稱量的NaOH加入到基漿的過程中存在的問題

因?yàn)榉Q量過程中，NaOH吸收空氣中的水和二氧化碳所生成水使所稱的NaOH固體表面潮解（實(shí)驗(yàn)中可明顯觀察到固體表面的潮解現(xiàn)象），在將所稱的NaOH加入到漿中過程中，將有部分固體物質(zhì)粘附在所用器皿上而不能將其全部轉(zhuǎn)移到漿中，這樣就會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)移誤差。

(3)氫氧化鈉質(zhì)量的差異、混在稱量的氫氧化鈉固體中的碳酸鈉影響基漿的性能

由于OH-有利于粘土的水化〔2〕，碳酸鈉可增強(qiáng)粘土的水化分散，實(shí)驗(yàn)中各次配漿時(shí)加入到漿中的NaOH的質(zhì)量存在差異，混在所稱的NaOH中的碳酸鈉的質(zhì)量也存在著差異，最終導(dǎo)致了所配基漿中的粘土水化分散程度不同，基漿性能不統(tǒng)一。

3.改進(jìn)方案

針對(duì)上述問題，具體改進(jìn)方案如下：

(1)稱取10.0g的NaOH,加水溶解，轉(zhuǎn)移至1000mL的容量瓶中，加水稀釋至刻度，配制成1%的溶液。

(2)用移液管移取10mL1%的NaOH溶液（其中NaOH質(zhì)量為0.1g）并將其加入到盛有390mL蒸餾水的高速攪拌杯中，加入28.6g試驗(yàn)用鈉膨潤(rùn)土,高速攪拌20min，密閉養(yǎng)護(hù)24h,配制為基漿，高速攪拌5min,測(cè)試表觀粘度和動(dòng)切力。

4.對(duì)改進(jìn)方案的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證

按以上改進(jìn)措施的實(shí)驗(yàn)方法配制六份基漿，測(cè)定其表觀粘度和動(dòng)切力，測(cè)定結(jié)果表明用該實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定的基漿性能穩(wěn)定，可以配制出性能統(tǒng)一的基漿。

由上述實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證可得出：使用該實(shí)驗(yàn)方法可配制出滿足產(chǎn)品pH的環(huán)境要求、滿足標(biāo)準(zhǔn)基漿配方要求和實(shí)驗(yàn)要求的性能統(tǒng)一的基漿，解決了原實(shí)驗(yàn)方法所存在的問題。

二、樣品在實(shí)驗(yàn)漿中產(chǎn)生的泡沫，造成測(cè)試的實(shí)驗(yàn)漿的性能不能真實(shí)反映樣品抑制粘土水化分散的能力

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)中可觀察到許多實(shí)驗(yàn)漿中含有大量的氣泡。按該檢測(cè)方法測(cè)定其表觀粘度和動(dòng)切力時(shí)，發(fā)現(xiàn)該種實(shí)驗(yàn)漿的表觀粘度和動(dòng)切力往往很高，且實(shí)驗(yàn)漿中氣泡越豐富，實(shí)驗(yàn)漿的表觀粘度和動(dòng)切力越高，有的實(shí)驗(yàn)漿的檢測(cè)數(shù)據(jù)接近甚至超過基漿的表觀粘度和動(dòng)切力數(shù)值。這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和磺化瀝青的產(chǎn)品具有的抑制頁(yè)巖水化分散的性能是不一致的。

我們?nèi)∷膫€(gè)磺化瀝青樣品（這四個(gè)樣品的水溶物含量均大于70%）做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)漿中含有大量的氣泡，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這四個(gè)樣品不具有良好的抑巖性能。根據(jù)磺化瀝青的產(chǎn)品性能，樣品的水溶物含量均大于70%和樣品試驗(yàn)漿含有大量氣泡，說明樣品的磺化程度是理想的〔2〕，樣品應(yīng)具有理想的抑制頁(yè)巖水化分散的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合產(chǎn)品應(yīng)具有的性質(zhì)。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

（1）樣品具有易起泡的性質(zhì)

磺化瀝青中含有磺酸基官能團(tuán)，具有磺酸鹽表面活性劑所具的易起泡的通性，向基漿中加入樣品高速攪拌后，在實(shí)驗(yàn)漿中產(chǎn)生了大量的氣泡。

（2）泡沫引起實(shí)驗(yàn)漿粘度升高

氣泡分散于泥漿中形成泡沫，泡沫具有粘度、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、懸浮能力和潤(rùn)滑性〔3〕。泡沫具有的粘度和強(qiáng)度可引起泥漿的粘度升高；泡沫分散于實(shí)驗(yàn)漿中與漿中的已水化分散的鈉土形成結(jié)構(gòu)，造成實(shí)驗(yàn)漿的粘度增大。

3.改進(jìn)方案

針對(duì)該步實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)建議就是消除實(shí)驗(yàn)漿中的氣泡。具體改進(jìn)方案如下：

在基漿中加入8.0g樣品，高速攪拌20min后,加入兩滴辛醇攪拌1 min后，測(cè)試實(shí)驗(yàn)漿表觀粘度和動(dòng)切力。

4.對(duì)改進(jìn)方案的實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證

我們還用上述的四個(gè)磺化瀝青樣品做實(shí)驗(yàn)，將四個(gè)基漿中分別加入8.0g樣品,高速攪拌20min后，加入兩滴辛醇攪拌1 min后，測(cè)試表觀粘度和動(dòng)切力，可看到高攪杯內(nèi)有大量的氣泡全部消失，將高攪杯中實(shí)驗(yàn)漿倒入六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的檢測(cè)杯中，結(jié)果測(cè)定數(shù)據(jù)可看出加入消泡劑消泡后的實(shí)驗(yàn)漿性能與未使用消泡劑的實(shí)驗(yàn)漿性能相差是很大的。

從以上分析可判斷，用在實(shí)驗(yàn)漿中加入消泡劑消泡后的改進(jìn)方法的測(cè)定的結(jié)果，僅單純表示為：基漿中的鈉土用樣品處理后，鈉土被壓縮擴(kuò)散雙電層后的試驗(yàn)漿的粘度與動(dòng)切力。該方案可以消除因含氣泡而造成的對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

結(jié)論

綜合上文，我們的檢測(cè)結(jié)果可以確定“按標(biāo)準(zhǔn)SY/T0043-2007的4.8的實(shí)驗(yàn)原理，將其實(shí)驗(yàn)方法，改變向基漿中加入氫氧化鈉的方式，按改進(jìn)方案“1.3”配制基漿；消除實(shí)驗(yàn)漿中氣泡，按改進(jìn)方案“2.3”后測(cè)試實(shí)驗(yàn)漿性能?！弊鳛椤盎腔癁r青抑巖性能檢測(cè)”的推薦的實(shí)驗(yàn)方法。

需要指出的是，改進(jìn)方案“1.3”是在原實(shí)驗(yàn)方法按常規(guī)鉆井液實(shí)驗(yàn)程序，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的基漿中的NaOH的質(zhì)量的情況下，使用的一種理化分析常用的實(shí)驗(yàn)方法。我們?cè)阢@井液配制與測(cè)試時(shí)，遇到用常規(guī)鉆井液實(shí)驗(yàn)方法外不能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性的情況，可考慮使用一些理化分析用的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)。

[1]鄭曉宇，吳肇亮.油田化學(xué)品〔M〕.北京:化學(xué)工業(yè)出版社2001:252.

[2]鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)〔M〕.東營(yíng):石油大學(xué)出版社2005：145，224.

[3]張孝華.羅興樹.現(xiàn)代泥漿實(shí)驗(yàn)技術(shù)〔M〕.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社1999：193～195.