胺基聚醚含量測定干擾因素分析及消除

劉曉燕

（中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院，河南濮陽 457001）

近年來，隨著石油勘探開發的不斷發展，深井、超深井及特殊工藝井的鉆探越來越多，施工領域也逐漸拓展，在鉆井過程中鉆遇的井下復雜情況也隨之增加，其中表現之一就是井壁失穩的情況越來越多。為了提高鉆井過程中的井壁穩定性，聚胺作為一種高效抑制劑，對其進行的研究及其在鉆井液中的使用越來越多[1-3]。但目前現場使用的“聚胺”種類繁多，能夠形成高性能水基鉆井液的僅有胺基聚醚[4-6]。對于胺基聚醚在鉆井液中的應用，研究僅限于抑制性和配伍性評價[7-11]，對于保證鉆井液體系充分發揮作用的胺基聚醚游離含量，卻沒有研究[12-16]。鑒于鉆井液濾液中胺基聚醚游離含量是保證鉆井液發揮作用的關鍵，在建立胺基聚醚胺值測定方法基礎上[17]，研究測定方法，消除常用處理劑的干擾，進行游離含量監測（研究使用典型胺基聚醚D230），為現場有效應用提供依據。

1 干擾因素分析

采用鹽酸滴定法測定胺基聚醚含量，首先配制不同D230 含量的標準溶液，各取5 mL，用鹽酸-異丙醇標準溶液滴定，繪制胺值與消耗標準溶液量標準曲線；取5 mL 待測液滴定，根據消耗標準溶液值，對照標準曲線求得待測液中D230 含量。

當用鹽酸滴定時，胺基（—RNH2、—R2NH、—R3N）轉變成為胺鹽（—RNH3+、—R2NH2+、—R3NH+），根據消耗鹽酸的量計算出胺基聚醚的量。當鉆井液濾液中含有游離堿或其他消耗H+的處理劑時，對胺基聚醚游離含量測定結果有一定影響。選擇配制鉆井液常用處理劑進行干擾分析，其中碳酸鈉是配制膨潤土漿時的必用處理劑，氫氧化鈉是典型的強堿，LV-CMC 是典型的纖維素類處理劑，SMP 和SMC 是具有磺酸基團的處理劑，水解聚丙烯腈銨鹽是含有N 元素的處理劑，水解聚丙烯酰胺鉀鹽（簡稱大鉀）是具有丙烯酰胺基團的分子量較大的處理劑。常用鉆井液處理劑的影響如表1 所示。氯化鈉、氯化鉀等無機鹽，因不消耗H+，對測定結果無影響，不進行考察。

表1 處理劑對胺基聚醚含量的影響程度

配制20 g/L D230 水溶液，移取5 mL，分別加入不同加量的處理劑，考察其對總胺值測定的影響，見表2。

表2 不同處理劑在20 g/L D230 水溶液中的總胺值測定

1.1 氫氧化鈉

由實驗結果可見，當NaOH 加量為0.5%時，D230 含量測定值為35 g/L，較理論值偏大80%，可見氫氧化鈉對測定胺基聚醚含量影響較大。

1.2 碳酸鈉

由實驗結果可知，隨著碳酸鈉用量增大，測定的D230 含量略有升高，在碳酸鈉加量為0.24%（相當于8%膨潤土漿中加入膨潤土量3%的碳酸鈉）時，D230 含量測定值為26.1 g/L，較理論值偏大30%，可見碳酸鈉對測定胺基聚醚含量影響較大。

1.3 聚合醇

配制20 g/L D230 水溶液，移取5 mL，分別加入0～5%的聚合醇，加入50 mL 異丙醇，用0.1 mol/L（實際為0.122 mol/L）鹽酸-異丙醇標準溶液滴定。如表2 所示，聚合醇的加入對胺基聚醚含量測定沒有影響。

1.4 水解聚丙烯腈銨鹽

由表2 可知，隨著銨鹽加量增大，測定值較理論值偏大越多，銨鹽加量為2%時，D230 含量測定值為21.7 g/L，較理論值偏大8.5%，可見銨鹽對測定胺基聚醚含量有一定影響，需進行干擾的消除。

1.5 低黏羧甲基纖維素鈉鹽

由表2 可知，在LV-CMC 加量為0.5%以內，對測定胺基聚醚含量影響較小；隨著LV-CMC 加量增大，胺基聚醚含量測定結果偏差呈增大趨勢，分析認為與LV-CMC 中含有羧甲基有關。

1.6 磺化酚醛樹脂

如表2 所示，在SMP 加量為1%以內，對測定胺基聚醚含量影響較小，隨著SMP 加量增大，胺基聚醚測定結果略有偏高，需進行干擾消除。

1.7 磺化褐煤

如表2 所示，隨著SMC 加量增大，胺基聚醚測定結果逐漸偏高，需消除干擾。

1.8 水解聚丙烯酰胺鉀鹽

由表2 可知，隨著大鉀加量增大，胺基聚醚含量測定結果逐漸偏高，需消除此項干擾。

1.9 小結

通過上述干擾因素考察，鉆井液常用處理劑在常用加量下，對20 g/L 的D230 含量測定影響如下：采用鹽酸滴定法測定胺基聚醚游離含量時，NaOH、Na2CO3等堿性處理劑影響較大，LV-CMC、SMP、SMC、大鉀等有機處理劑均有一定影響，聚合醇對測定結果無影響。

2 消除干擾方法研究

鉆井液常用處理劑中的強堿、有機處理劑對測定結果均有影響，由于處理劑組成、結構差異導致影響作用機理不同，因此采用不同的消除方法。

2.1 NaOH 影響消除

測定胺值時，在胺基聚醚異丙醇溶液中，加入酚酞指示劑，溶液不變色，而當含有NaOH 等堿性較強物質存在時，指示劑變粉紅色，因此在待測液中加入酚酞指示劑，若無色，則證明不含NaOH等游離堿；若出現粉紅色，則先用鹽酸標準溶液滴定至無色，再加入溴酚藍指示劑滴定至藍色變黃色，待測液由藍色變黃色所消耗的鹽酸的量即為胺基聚醚所消耗鹽酸。

2.2 有機處理劑干擾消除

根據胺基聚醚易溶于異丙醇，而多數有機處理劑不溶于異丙醇的特點，采用異丙醇洗滌濾液減少干擾。實驗方法：取多于5 mL 的濾液，按照1∶10的比例加入異丙醇，例如，取8 mL 濾液，加入80 mL 異丙醇，靜置30 min 后收集全部濾出液，從中取55 mL 濾出液進行滴定。

考察了常用鉆井液處理劑在異丙醇中的溶解情況，結果如表3 所示，觀察實驗現象，D230 可完全溶于異丙醇，而其他干擾測定的處理劑不溶于異丙醇，因此采用異丙醇洗滌鉆井液濾液，取濾出液測定胺基聚醚游離含量。進一步考察了醇洗時間的影響。

表3 處理劑在異丙醇中的溶解性

1）醇洗時間考察。模擬鉆井液濾液配制處理劑水溶液，配方為400 mL+0.24%Na2CO3+0.5%水解聚丙烯酰胺鉀鹽+1.0%LV-CMC+3.0%SMP+3.0%SMC +1.0%水解聚丙烯腈銨鹽，取溶液5 mL 加入50 mL 異丙醇，搖晃混勻，室溫下密閉靜置不同時間，過濾，收集全部濾出液，測定該空白濾液消耗鹽酸的體積，繪制消耗鹽酸與醇洗時間關系曲線，如圖1 所示。

圖1 空白濾液消耗鹽酸與醇洗時間的關系曲線

由圖1 中的結果可以看出，隨著醇洗時間的延長，空白濾液消耗的標準溶液逐漸減少，即對胺基聚醚含量測定的影響逐漸減小；靜置時間超過30 min 以后，消耗的鹽酸量不再減少，確定醇洗時間為30 min。

2）醇洗效果。在20 g/L D230 水溶液中加入不同的處理劑，模擬處理劑在鉆井液中的常用較大加量，分別測定醇洗前和用異丙醇洗滌后D230 含量，并計算醇洗后實測值與理論值的偏差，結果見表4。

表4 不同處理劑在鉆井液中的醇洗效果

由表4 實驗結果可以看出，在有干擾因素存在時，不醇洗直接測定，測定值偏高較多；經異丙醇洗滌后測定，測定值更加接近理論值，偏差明顯降低，說明醇洗后提高測定準確性的效果明顯。干擾因素影響考察時，各處理劑加量均采用現場加量的上限，而實際鉆井過程中處理劑的加量相對較低，同時由于鉆井液中各種固相的吸附、鉆井液消耗等原因，鉆井液濾液中的干擾因素會大幅度降低，因此在測定實際鉆井液體系游離含量時，即便幾種干擾因素同時存在，其測定偏差并不等于實驗偏差之和。

3 方法準確性驗證

室內配制聚合物鉆井液、聚磺鉆井液、飽和鹽水鉆井液、聚合物氯化鉀鉆井液等典型水基鉆井液，對鉆井液濾液中胺基聚醚含量測定方法進行確定驗證，實驗結果見表5。

由表5 可以看出，采用該方法測定鉆井液濾液中的胺基聚醚游離含量，偏差均小于10%。

表5 不同鉆井液濾液中的胺基聚醚含量測定結果

4 結論與認識

1.建立了胺基聚醚含量測定方法，強堿、堿性有機處理劑等導致測定結果偏高。采用異丙醇浸泡的方法消除有機處理劑干擾，減少了偏差。

2.室內配制鉆井液，采集濾液測定胺基聚醚游離含量，偏差均小于10%，對于胺基聚醚的使用具有指導意義。下步需研究降低偏差的方法，進一步提高測定的準確性。

3.現場實鉆鉆井液中，除膨潤土外還有重晶石、鉆屑等固相對胺基聚醚產生吸附，同時胺基聚醚隨鉆消耗，其含量是實時變化的。需研究固相等對測定結果的影響，提高測定方法的現場適用性。