鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析與檢測(cè)方法探討

張運(yùn)峰

中國(guó)石化中原油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （河南 濮陽(yáng) 457001）

鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析與檢測(cè)方法探討

張運(yùn)峰

中國(guó)石化中原油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （河南 濮陽(yáng) 457001）

目前石油行業(yè)中鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，即SY/T 5946-2002及Q/SH 0048-2007，對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)純度、氯離子含量檢測(cè)方法進(jìn)行了探討，指出了Q/SH 0048-2007純度指標(biāo)檢測(cè)方法的先進(jìn)性和存在的不足。

鉆井液 聚丙烯酰胺鉀鹽 標(biāo)準(zhǔn) 檢測(cè)方法

鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽是鉆井液重要的處理劑之一，它具有較強(qiáng)的抑制黏土和鉆屑分散能力，同時(shí)具有良好的抗溫、抗鹽性能和一定的降濾失能力，能有效抑制地層造漿，有利于油氣層的發(fā)現(xiàn)與保護(hù)。可用于淡水、鹽水、飽和鹽水鉆井液及不同相對(duì)密度的水基鉆井液體系，并與陰離子和兩性離子型處理劑具有良好的配伍性。

1 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

SY/T 5946-2002《鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽》是石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]，Q/SH 0048-2007《鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽技術(shù)要求》是中國(guó)石化制定的一級(jí)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)有一定差別，檢驗(yàn)方法也存在不同之處，測(cè)定項(xiàng)目及指標(biāo)見表1。

從表1可以看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的不同點(diǎn)是：①中石化標(biāo)準(zhǔn)中去掉了“巖心線膨脹降低率”指標(biāo)，鉀含量指標(biāo)給出了11.0～16.0范圍，主要目的是為了防止在鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽加入過(guò)多的無(wú)機(jī)鉀鹽來(lái)提高鉀離子的含量；②純度指標(biāo)定為：≥80.0%，比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)≥75.0%更加嚴(yán)格；③氯離子含量指標(biāo)：中石化標(biāo)準(zhǔn)定為≤1.0%，比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中氯離子含量≤7.0%更為嚴(yán)格。

表1 鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的相同點(diǎn)是：①中石化標(biāo)準(zhǔn)中使用了“細(xì)度”和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“篩余量”意義一樣，方法相同，使用的標(biāo)準(zhǔn)篩相同；②外觀、水分、水解度、特性黏數(shù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中指標(biāo)及檢測(cè)方法完全相同。

2 檢測(cè)方法的區(qū)別

2.1 純度

式中C—純度;%

m1—醇洗并烘干后殘留樣品、燒杯、玻璃棒及濾紙的總質(zhì)量，g;

m2—醇洗前樣品、燒杯、玻璃棒及濾紙的總質(zhì)量，g;

m—燒杯、玻璃棒及濾紙的總質(zhì)量，g。

（2）“稱取試樣1g(稱準(zhǔn)至0.0001g)置于100mL溶液中(75mL無(wú)水乙醇加25mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的鹽酸)玻璃棒慢慢攪動(dòng)，使聚合物沉2～3h，用已于105℃±2℃下烘干恒質(zhì)的濾紙過(guò)濾，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%的乙醇溶液洗滌濾紙表面，洗至濾液pH值為7.0，折疊包有樣品的濾紙放于烘干恒質(zhì)的質(zhì)量瓶，于105℃±2℃下烘干4h后取出，立即放于干燥器內(nèi)冷卻30min后稱量。純度按式（2）計(jì)算”[2]。

式中X—純度，%；

在行李寄存處常碰到客人取行李扯皮的事，什么東西少了、電腦壞了啊的，隔三差五就有，寄存處的人個(gè)個(gè)都練得一張鐵嘴還有一張鐵臉皮，他們從未敗過(guò)，因此客人們只能是自認(rèn)倒霉。

m3—干燥后試樣、稱量瓶及濾紙的總質(zhì)量，g；

m—稱量瓶、濾紙的總質(zhì)量，g；

m4—洗滌前試樣、稱量瓶及濾紙的總質(zhì)量，g。

（3）檢測(cè)方法的要點(diǎn)是Q/SH 0048-2007是采用了75mL無(wú)水乙醇加25mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的鹽酸來(lái)作為清洗劑，其目的主要是用鹽酸溶解混入到鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽中的無(wú)機(jī)鹽，體現(xiàn)了該方法的科學(xué)性。而SY/T 5946-2002只是用“加入預(yù)熱到30℃的95%乙醇溶液40mL，用玻璃棒攪拌溶解”，無(wú)法防止鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽產(chǎn)品中摻假的問(wèn)題。

2.2 氯離子含量

（1）稱取0.lg經(jīng)105℃±3℃干燥4h的試樣(稱準(zhǔn)至0.000 lg)于150mL燒杯中，加幾滴無(wú)水乙醇潤(rùn)濕后，加入約100mL蒸餾水，在電磁攪拌器上攪拌至完全溶解。然后轉(zhuǎn)移至500mL容量瓶中，洗燒杯至樣品全部轉(zhuǎn)移，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，此液為試液A。

用50mL移液管移取試液A 50mL于250mL三角瓶中，加3%雙氧水5mL，搖勻，并在電爐上微沸2min，冷卻，加50g/L鉻酸鉀10滴，用0.lmol A硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至磚紅色剛剛出現(xiàn)為滴定終點(diǎn)。記下消耗硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)V，并用式(3)計(jì)算氯離子含量[1]。

式中L—氯離子的含量;

C—硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L;

V—滴定中消耗硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL;

m—稱取試樣的質(zhì)量，g;

0.3544 —系數(shù)。

（2）“稱取經(jīng)105℃±2℃干燥4 h的試樣1g（稱準(zhǔn)至0.000 1g），置于盛有100mL80%的乙醇溶液的250mL三角瓶中，充分搖勻（約30min），使聚合物沉1～2h，用濾紙過(guò)濾，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液30mL分3次洗滌濾紙表面，收集濾液至250mL三角瓶中，加50g/L鉻酸鉀10滴，用0.1mol/ L硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至磚紅色剛剛出現(xiàn)為滴定終點(diǎn)。記下消耗硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)V，氯離子含量按式（4）計(jì)算[2]。

式中L—氯離子的含量，%；

C—硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；

V—滴定中消耗硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

m—稱取試樣的質(zhì)量，g；

35.44 —系數(shù)。

（3）檢測(cè)方法的區(qū)別在于文獻(xiàn)[2]中，是“用100mL80%的乙醇溶液使聚合物沉降1～2h，用濾紙過(guò)濾,然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液30mL分3次洗滌濾紙表面”，方法中沒(méi)有 “加入3%雙氧水5mL”。而文獻(xiàn)[1]中，是“用加幾滴無(wú)水乙醇潤(rùn)濕后，加入約100mL蒸餾水，在電磁攪拌器上攪拌至完全溶解。然后加入3%雙氧水5mL”，可見兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間是有差異的。

2.3 巖心線膨脹降低率指標(biāo)去掉的原因分析

鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽具有一定的抑制性。抑制性很強(qiáng)的抑制劑如小陽(yáng)離子頁(yè)巖抑制劑，其分子能夠較快的滲透入巖芯中，使用相對(duì)膨脹降低率的測(cè)試方法較好，而對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量高的產(chǎn)品，抑制能力反而不好，所以相對(duì)膨脹降低率不能很好的表征抑制頁(yè)巖的水化分散能力。反之，有些質(zhì)量較差的產(chǎn)品使用相對(duì)膨脹降低率的測(cè)試方法，測(cè)得效果反而好，所以使用相對(duì)膨脹降低率的測(cè)試方法，不能客觀地評(píng)價(jià)頁(yè)巖抑制劑產(chǎn)品的真實(shí)質(zhì)量，容易造成一些假象。所以,目前普遍采用相對(duì)抑制率來(lái)評(píng)價(jià)抑制劑產(chǎn)品質(zhì)量。

3 檢測(cè)方法的探討

鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽是鉆井液中重要的處理劑，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣將影響鉆井液性能。近幾年來(lái)，市場(chǎng)上銷售的鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽質(zhì)量良莠不齊，有些供應(yīng)商采用復(fù)配方式來(lái)生產(chǎn)，有些甚至摻雜一定量無(wú)機(jī)鹽來(lái)以次充好。所以，該產(chǎn)品純度指標(biāo)就是來(lái)控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。在Q/SH 0048-2007中純度的檢測(cè)方法中引進(jìn)了鹽酸來(lái)溶解混入產(chǎn)品中無(wú)機(jī)鹽的新方法，來(lái)鑒別產(chǎn)品的真?zhèn)危摲椒ㄊ强茖W(xué)的、有效的、先進(jìn)的，并且純度指標(biāo)也提高到了80%。雖然檢測(cè)方法有了改進(jìn)，但是經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，很多質(zhì)檢機(jī)構(gòu)和供應(yīng)部門在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)該方法存在一些漏洞。

3.1 純度檢測(cè)方法探討

按照2.1中Q/SH 0048-2007純度檢測(cè)方法敘述中，對(duì)純度理解有兩種：一是按照原文敘述的含義，產(chǎn)品中的水分也包括到純度的計(jì)算之內(nèi)，也就是說(shuō)，在做純度試驗(yàn)時(shí)，稱取的樣品是“原樣”；另外一種理解是：純度即物質(zhì)的有效物含量，不應(yīng)計(jì)算水分在內(nèi)，故在試驗(yàn)時(shí)稱取的樣品是去掉水分的樣品（即烘干后的樣品）。而在SY/T 5946-2002中，純度檢測(cè)時(shí)是“稱取已在105℃±3℃下烘干4h的試樣1g(稱準(zhǔn)至0.001g)”，這顯然是在稱量樣品去掉了水分，一般而言，樣品的水分大概在6%～8%之間，如果是1g試樣，那么將會(huì)存在0.06～0.08g的偏差。如果用沒(méi)有去掉水分的試樣檢測(cè)純度將會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，表2是采用兩種方法檢測(cè)同一樣品純度的結(jié)果。

從表2中檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)看，如果在檢測(cè)純度時(shí)，不是烘干后樣品，實(shí)測(cè)純度值均偏低，而同樣的樣品采用SY/T 5946-2002標(biāo)準(zhǔn)中純度檢測(cè)方法，所得到純度結(jié)果均比采用Q/SH 0048-2007純度檢測(cè)方法測(cè)得要偏高。

表2 采用不同方式稱取樣品檢測(cè)純度數(shù)據(jù)

3.2 “洗至濾液pH值為7.0”問(wèn)題

在Q/SH 0048-2007中，純度試驗(yàn)方法中“用質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%的乙醇溶液洗滌濾紙表面，洗至濾液pH值為7.0”敘述，但是，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，85%的乙醇溶液為弱酸性，經(jīng)過(guò)采用酸度計(jì)和pH值試紙兩種方法檢測(cè)結(jié)果見表3。

從表3可見，要想將濾液洗至pH值為7.0，可能性不大。

表3 采用酸度計(jì)和pH值試紙檢測(cè)結(jié)果

3.3 鹽酸的雙重性

在Q/SH 0048-2007中，純度測(cè)試過(guò)程中加入了25mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的鹽酸，其作用除了溶解殘留堿外，多余的鹽酸也會(huì)使-COOK的K+被H+置換，這樣會(huì)使純度最終檢測(cè)數(shù)據(jù)偏低，所以，應(yīng)考慮鹽酸加量的合理性。

4 結(jié) 論

（1）鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽純度是重要指標(biāo)，檢測(cè)純度時(shí)采用稀鹽酸來(lái)溶解混入的無(wú)機(jī)鹽，方法是科學(xué)的、先進(jìn)的，但是應(yīng)考慮到鹽酸的濃度和最佳加量。

（2）鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽純度檢測(cè)時(shí)，稱取樣品時(shí)應(yīng)考慮到水分存在對(duì)純度檢測(cè)結(jié)果的影響。

（3）鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽純度指標(biāo)定為≥75.0%較為科學(xué)。

[1]SY/T 5946-2002鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽[S].

[2]Q/SH 0048-2007鉆井液用聚丙烯酰胺鉀鹽技術(shù)要求[S].

At present there are two testing standards of drilling fluid of polyarylamide potassium salt in petroleum industry:SY/T 5946-2002 and Q/SH 0048-2007.So the contrastive analysis is carried out between two standard technological indexes,followed by the discussion on the testing method for purity and the content of chloride ion.At last,it is pointed out there are advantages and disadvantages in the purity index testing method of Q/SH 0048-2007.

drilling fluid;polyarylamide potassium salt;standards;testing methods

張運(yùn)峰（1965-），男，長(zhǎng)期從事鉆井液化學(xué)劑質(zhì)量檢測(cè)工作。

路萍

2010-02-22