CN111307646B - 一种测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量的方法 - Google Patents

一种测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油田化学领域，公开了一种测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量的方法。本发明的方法包含以下步骤：(1)将含有聚合物的钻井液进行离心，取一定量的离心后的上清液，对上清液进行冷冻、干燥；(2)分别灼烧纯聚合物和冷冻干燥产物，计算两种物质灼烧后的剩余，从而计算得到聚合物在上清液中的浓度；(3)利用差值法，将聚合物初始加量浓度减去上清液中聚合物浓度，即为聚合物在黏土表面的吸附量。本发明所使用的方法原理可靠，可行性高，检测成本低。而且该方法对于聚合物种类没有严格限制且适用于含盐钻井液体系，适用性广泛，测试结果准确可靠。

Description

一种测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量的 方法
技术领域
本发明涉及油田化学领域，具体为测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土颗粒表面的吸附量。
背景技术
聚合物由于分子量分布广泛、种类繁多、合成方法较为成熟等特点，在油气田开发过程中得到了广泛的应用，在盐水钻井液中的其中一个重要作用在于吸附在黏土颗粒表面并保护其胶体稳定性。然而盐水钻井液在作业过程中暴露在地层高温高盐环境下。该极端环境削弱聚合物在黏土颗粒表面的吸附稳定性，进而影响其对黏土胶体性质的保护作用，最终导致盐水钻井液部分性能恶化。因此必要研究一种测定钻井液中聚合物类处理剂在黏土颗粒表面吸附量的方法，定量分析其对黏土颗粒胶体保护的规律，指导抗高温抗高盐钻井液体系的性能优化。
当前，关于盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土颗粒表面吸附量的测定方法基本上处于空白状态。本发明的创新点主要在于通过测定溶液中聚合物含量的方法来计算得出聚合物在黏土表面的吸附量。另外，本发明优化了针对溶液中聚合物浓度的测定方法。目前测定溶液中聚合物浓度的方法主要为：利用被测聚合物所含有的特定基团对一定波长的光的吸收，或者特定基团的荧光强度等特性与聚合物的浓度之间建立线性关系，进而得到溶液中聚合物含量、浓度。这些方法虽然具备一定的准确性，但每一种测定方法仅限于一定种类的聚合物，对于不含可吸收特定波长光的基团的聚合物无法检测其浓度，广谱适用性受限，而且高盐对这类方法的实验结果影响极大。因此，有必要重新建立一种不受盐影响的溶液中聚合物浓度的测定方法，进而间接计算聚合物在黏土表面的吸附量。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量的方法，弥补该测定方法的空白。
为了实现上述目的，本发明提供了一种通过检测盐水中聚合物含量的方法，并结合聚合物原始加量、通过差值法间接得到盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量，该方法操作步骤如下：
(1)配制含有一定浓度聚合物的盐水钻井液基浆，待钻井液各个组分完全溶解之后，取一定体积的基浆置于离心管中，以一定转速离心一定时间；
(2)将离心之后的上清液倒入培养皿内，并称量上清液倒入前后干燥皿的质量；将上清液冷冻、干燥并称量冷冻干燥后培养皿与产物总重；
(3)分别称量一定量的纯聚合物以及冷冻干燥产物，并在一定温度下灼烧一定时间，并称量灼烧后残留物质量；
(4)通过计算得到聚合物灼烧后的残留率，进而计算冷冻干燥产物中盐以及其他未分解物质的含量；
(5)计算得到冷冻干燥产物中聚合物含量，并换算得到聚合物在溶液中的浓度，通过差值法得到聚合物在黏土表面的吸附量。
本发明的方法原理可靠，可行性高，无操作危险性，所需要的装置成本低，实验室中较为常见。此外该方法对于聚合物的种类没有严格限制，适用性广泛，测量结果准确。
本发明的具体操作过程和其他有点特征，将在具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式做详细说明。但此处所使用的实施方式仅限于解释该方法，并不用于限制本发明。
本发明所提供的用于检测聚合物在黏土表面吸附量的方法具体操作过程如下：
配制盐水钻井液基浆，其中聚合物初始浓度为A wt％，黏土含量为B wt％，待钻井液中各成分完全水化溶解后，取一部分钻井液置于离心管中，设置离心机转速为9000r/min并离心20min；
离心后得到的上清液倒入培养皿中并称量，其中培养皿质量为C g，上清液与培养皿总质量为D g；
将上清液冷冻干燥，并称量冷冻干燥产物与培养皿总质量为E g；
称取M g纯聚合物和N g(N＝E-C)冷冻干燥产物，将两种物质在600℃下灼烧30min，分别称量得到灼烧纯聚合物残余质量为X g，灼烧冷冻干燥产物残余质量为Y g；
假设纯聚合物与冷冻干燥产物中聚合物灼烧后残余率相等：X/M＝(Y-S)/(N-S)，其中，S表示上清液中所含的盐的质量单位为g，计算得到S＝(MY-XN)/(M-X)g；
上清液中聚合物质量为：E-C-(MY-XN)/(M-X)g，则上清液中聚合物浓度为：(E-C-(MY-XN)/(M-X))/(D-E)×100wt％；
最终得到聚合物在黏土表面吸附浓度为：(A-(E-C-(MY-XN)/(M-X))/(D-E))×100/Bg/g
本发明中所使用的聚合物可以为含有任意基团得到聚合物，所使用的盐种类也不做具体限定。
本发明所使用的方法不仅可用于测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量，也可用于测定溶液中聚合物浓度，且该方法对聚合物种类并无严格限制。
在灼烧聚合物以及含盐的聚合物固体时，盐不会发生分解，盐的存在不会影响聚合物的降解率，且聚合物在灼烧过程中不会与聚合物发生反应。
在灼烧聚合物以及含盐的聚合物固体时应当考察聚合物所含有的元素，并对聚合物灼烧后所产生的气体做适当推断，对于灼烧过程中可能会产生二氧化硫、二氧化氮等有毒气体的聚合物，在做相关实验室应在通风系统良好的环境下完成，并做好相应的防护工作。
实例1
选择水解聚丙烯酰胺/二甲基二烯丙基氯化铵(HPAD)作为待测聚合物，配制HPAD初始浓度为1wt％，黏土含量为5wt％，盐(NaCl)含量为10％，该混合体系在室温下水化24h之后，取一部分钻井液于离心管中，设置离心机转速为9000r/min并离心20min。
称量空培养皿的质量为115.3593g，上清液倒入培养皿之后，总重量为203.6993g，冷冻干燥后，培养皿与冷冻干燥产物总质量为123.6993g。
称量1.0000g HPAD和8.3400g冷冻干燥产物，将两种物质在600℃下灼烧30min，分别称量得到的灼烧纯聚合物残余质量为0.2200g，灼烧冷冻干燥产物残余质量为8.0748g。
经计算可得干燥物中含盐8.0000g，则干燥物中聚合物为0.3400g，溶液中聚合物浓度为0.425g，吸附浓度为0.115g/g即为115mg/g。
实例2
选择聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)作为待测聚合物，配制PDMDAAC初始浓度为1wt％，黏土含量为5wt％，盐(NaCl)含量为10％，该混合体系在室温下水化24h之后，取一部分钻井液于离心管中，设置离心机转速为9000r/min并离心20min。
称量空培养皿的质量为114.7691g，上清液倒入培养皿之后，总重量为203.0891g，冷冻干燥后，培养皿与冷冻干燥产物总质量为123.0891g。
称量1.0000g HPAD和8.3200g冷冻干燥产物，将两种物质在600℃下灼烧30min，分别称量得到的灼烧纯聚合物残余质量为0.0429g，灼烧冷冻干燥产物残余质量为8.0137g。
经计算可得干燥物中含盐7.9999g，则干燥物中聚合物为0.3200g，溶液中聚合物浓度为0.4g，吸附浓度为0.1199g/g即为119.9mg/g。
实例3
选择聚丙烯酰胺(PAM)作为待测聚合物，配制PAM初始浓度为1wt％，黏土含量为5wt％，盐(NaCl)含量为10％，该混合体系在室温下水化24h之后，取一部分钻井液于离心管中，设置离心机转速为9000r/min并离心20min。
称量空培养皿的质量为114.9816g，上清液倒入培养皿之后，总重量为203.5416g，冷冻干燥后，培养皿与冷冻干燥产物总质量为123.5416g。
称量1.0000g HPAD和8.5600g冷冻干燥产物，将两种物质在600℃下灼烧30min，分别称量得到的灼烧纯聚合物残余质量为0.2443g，灼烧冷冻干燥产物残余质量为8.1368g。
经计算可得干燥物中含盐7.9999g，则干燥物中聚合物为0.5600g，溶液中聚合物浓度为0.7g，吸附浓度为0.06g/g即为60mg/g。

Claims (5)

1.一种测定盐水钻井液中聚合物类处理剂在黏土表面吸附量的方法，其特征在于：
(1)配制盐水钻井液基浆，取一部分基浆然后离心；
(2)将离心之后得到的上清液倒入培养皿内，并进行冷冻干燥并称量冷冻干燥后培养皿与产物总重；
(3)灼烧纯聚合物以及冷冻干燥产物，并称量灼烧前后固体物质含量；
(4)计算聚合物灼烧后的残留率并利用聚合物灼烧残留率相同这一条件，计算冷冻干燥产物中盐以及其他未分解物质的含量；
(5)计算得到冷冻干燥产物中聚合物含量，并换算得到聚合物在溶液中的浓度，通过差值法得到聚合物在黏土表面的吸附量，计算公式如下：
C＝(A-(E-C-(MY-XN)/(M-N))/(D-E))×100/B
其中，C为聚合物在单位质量黏土表面的吸附量，g/g；
A为聚合物初始浓度，wt％；
B为黏土含量，wt％；
C为培养皿质量，g；
D为上清液与培养皿总质量，g；
E为冷冻干燥产物与培养皿总质量，g；
M为纯聚合物质量，g；
N＝E-C为冷冻干燥产物质量，g；
X为灼烧纯聚合物残余质量，g；
Y为灼烧冷冻干燥产物残余质量，g。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：灼烧温度为600℃，灼烧时间为30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：冷冻干燥温度为-50℃，压力为70mTorr。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：离心转速为9000r/min，离心时长20min。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于：不仅适用于测试聚合物在黏土表面吸附量，也适用于用来测试含盐溶液中任意聚合物浓度。
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