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1、第一章、钻井液原材料及处理剂2014年9月13日第一章钻井液原材料及处理剂第一节钻井液原材料及处理剂简介第二节钻井液原材料及处理剂质量检验相关参数四、亚甲基蓝容虽（MBT测试（一）测定意义亚甲基蓝容量就是测定钻井液内含膨润土的量， 就是膨润土在泥 浆中的含量，可通过 MBT5?验测量，也就是用亚甲基蓝溶液来滴定。 在滤纸上目测。亚甲基蓝容量是钻井液的活性黏土（膨润土和 /或钻屑）含量的 一个指标。用亚甲基蓝容量可估算钻井液中固相的总阳离子交换容 量。亚甲基蓝容量和阳离子交换容量并非必须相等，通常前者略小于实际的阳离子交换容量。膨润土含量过高严重影响泥浆性能以致失 控。一般控制在20以下。最好用
2、无固相泥浆。膨润土，又叫斑脱岩、皂土或膨土岩。性状一般为白色、淡黄色， 因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等。相对 密度2-3g/cm3。是以蒙脱石为主要成分的层状铝硅酸盐粘土矿物，含量在85-90%,属于蒙皂石族的二八面体低电荷粘土矿物，其晶胞由 两层硅氧四面体中间加一层铝氧八面体构成， 四面体与八面体之间共 享氧原子形成高度有序的准2维片层，具有很大的比表面积。张艳晶、孟庆鑫、李晓娟、张会哲i第一章、钻井液原材料及处理剂2014年9月13日Q：Si；QQ；Si；Q 0-Ak0-AI：0 h20 0；Si；00；Si：Q其中的硅铝离子可以被镁铁锂等低价离子代替， 从而造成膨
3、润土 层间电价不饱和，使层间带永久负电荷。这种负电荷通常由层间具有 交换性的水合阳离子来平衡。因此膨润土具有良好的离子交换性， 吸 水性，膨胀性，粘结性，吸附性等一系列很有价值的特性。膨润土可分为钙基膨润土和钠基膨润土， 膨润土的层间阳离子种 类决定膨润土的类型，层间阳离子为 Na耐称钠基膨润土 ；层间阳离 子为Ca耐称钙基膨润土。小块体加水后体积胀大，钙膨润土5-15倍，钠膨润土 20-30倍，钠膨润土的性质比钙质的好，钠土水化能力 较弱，造浆能力较高，所以适合钻井液使用。钠土一般较少，钙质土的分布远广于钠质土。因此除了加强寻找 钠质土外就是要对钙质土进行改性，使它成为钠质土。现场使用时，
4、利用其离子很好的交换性能，对天然钙基膨润土进行钠化处理， 其产 品水化性能变优（米用纯碱或烧碱改造），可做钻井泥浆材料，来满足 钻井液用土的需要。孙焕引.刘亚元主编.钻井液 北京：石油工业出 版社.2008.10.第33页钻井液在国内绝大部分为水基泥浆体系， 膨润土作为钻井泥浆的 主要处理剂，用于配浆材料，降低钻井液的滤失量，提高钻井液的粘 切，还可以用作堵漏剂的组分。孙焕引.刘亚元主编.钻井液 北京: 张艳晶、孟庆鑫、李晓娟、张会哲 I 2第一章、钻井液原材料及处理剂2014年9月13日2014年9月13日石油工业出版社.2008.10.第33-34页但膨润土用量不宜过大，因 此，在钻井液中
5、必须保持适宜的膨润土含量。（二）测定方法测定膨润土含量主要有两个方法，比色发和亚甲基蓝容量法。比色方法试验操作比较繁琐和费时。目测比色法的比色管中标准溶液放 置一段时间后受紫外线影响逐渐分解而脱色，而且离心机、比色计和 光度计都非型砂工厂实验室的常备装置。亚甲基蓝容量法的方法，直到 60年代中期，美国从事石油钻井 泥浆行业的National Lead Co. Baroid Div.发表文章说明研究成功应用滴定法测定膨润土的吸蓝量法。如果加入的亚甲基蓝全部被膨润 土吸附，则试料液中不存在游离状态的亚甲基蓝。如果膨润土的吸附已经饱和，试料液中开始出现游离的亚甲基蓝，这时即已达到终点。 从而得出亚甲
6、基蓝溶液的吸附量。终点的判断是靠将试料液滴在滤纸 上，观测滤纸上泥点周围渗出蓝绿颜色的晕环。亚甲基蓝在水溶液中电离出一价的有机阳离子，与搬土发生阳离子交换。亚甲基兰是一种阳离子材料，在溶液中离解。当粘土中可交 换阳离子水化时，带负电荷粘土晶片便与带正电荷的染色离子结合生 成蓝色水不溶物，此时亚甲基兰褪色，只有当溶液中有游离的亚甲基 兰时才呈绿蓝色。M +金属阳离子；带负电荷的般土粒子。式中B-在溶液中，有机阳离子呈蓝色，与粘土晶片亲合力更大，能够将原来 吸附在粘土晶片上的交换性阳离子全部交换下来，在吸附达到饱和之 前，溶液中不存在游离的染色离子，滴在滤纸上的渗液无色，只有当 粘土粒子吸附亚甲基
7、兰达到饱和状态时，溶液中才有游离的亚甲基 兰，滴在滤纸上的渗液由于存在染色离子，故呈绿 -蓝色圈。美国石油钻井行业所用的滴定法操作相当简单， 也不需特殊仪器 设备，一般的型砂实验室中都能进行滴定试验。 因而确定以滴定法为 基础，进行膨润土品质和型砂有效膨润土量检测技术的研究。(1).实验仪器和试剂 实验仪器和试剂有亚甲基蓝溶液，双氧水，稀硫酸，移液管，滴定管, 量筒，锥形瓶，注射器，电炉张艳晶、孟庆鑫、李晓娟、张会哲第一章、钻井液原材料及处理剂2014年9月13日双氧水：3%溶液稀硫酸：约2.5mol/L移液管：1.0mL （经过检定），移取稀硫酸滴定管：10mL酸式滴定管量筒：10mL、25
8、mL、50mL各一个，10mL、50mL量筒用于量取蒸1留水，25mL用于量取双氧水。锥形瓶：250mL注射器：2.5或3.0mL电炉：符合实验室安全要求亚甲基蓝溶液：3.20g/L亚甲基蓝分子式为 G6H18CNS3H2。，分子量373.90。用滴定法 检验膨润土品质时，可将分析纯亚甲基蓝近似视为纯品。 美国石油钻 井行业所用亚甲基蓝溶液浓度是 0.01 mol （摩尔），即1000 mL中含 0.01摩尔（即3.74 g）,相当于质量分数0.374 % 每1 mL溶液含亚甲 基蓝为0.01 m mol （毫摩尔），即3.74 mg。其根据是假定在滴定过程 中，亚甲基蓝的离子与膨润土的阳离子
9、起完全的交换反应，从而可以由滴定结果得出100 g膨润土中所含的交换性阳离子总量有多少 m mol。美国铸造学会型砂试验手册中采用同样浓度。亚甲基蓝的水分含量可能与分子式不符，理论上结晶水含量有三个，但还可能搀杂有含量不等的2、4和5个结晶水，分子量也会稍 张艳晶、孟庆鑫、李晓娟、张会哲 I 5第一章、钻井液原材料及处理剂2014年9月13日有差异。所以在检测亚甲基蓝产品纯度和确定配制亚甲基蓝滴定液 时，需要先将试剂在200士5 F（93±3C）烘干成干样（烘干后分子式 为G6Hi8N3SCI 3H2。，分子量319.85）,以测出试剂所含结晶水量， 用来修正配制滴定液所用亚甲基蓝试
10、剂称取量，并不是将烘干后的无水亚甲基蓝重量按照规定的百分比配制滴定用溶液。（2）测试步骤1、在已加有10mL水的锥形瓶中加入2.0mL钻井液样品（或需消 耗2mI-10mI亚甲基蓝溶液的适量钻井液）。所带注射器的容量应大于 2.0mL。通常为2.5mL或3mL使用较大的注射器则可不必除去进入 注射器内的空气。为保证准确加入2.0mL样品，采取下列步骤：必须清除混入钻井 液样品中的空气或天然气。搅拌钻井液以破坏其凝胶，并迅速将样品 吸入注射器内。保持注射器口浸没在钻井液中，缓慢地把注射器内的 钻井液排出。再次将钻井液样品吸人注射器内，直至柱塞的顶端到达 注射器的最大刻度线为止（如 3mL注射器上
11、3mI刻度线）。将柱塞 从最后刻度线开始推进至准确排出 2.0mL样品。对于3mL注射器，注 塞应推至1mL刻度线。2、加入15mL3唬氧化氢溶液和0.5mL稀硫酸。缓慢煮沸IOmin , 但不要蒸干。加水稀释至50mL由于所测钻井液中含有机处理剂， 如木质索磺酸盐、褐煤、纤维索类聚合物、聚丙烯酸盐等有机物质等， 为了减少其对钻井液中膨润土当量测定的影响，加入HO溶液和HSO2014年9月13日溶液并加热是为了消除。如果所测泥浆中含有机处理剂，可能会参与 或影响亚甲基蓝和膨润土的反应，从而影响实验的准确性，由于H>C2溶液和H2SO都具有强氧化性，加入H2Q溶液可以保护游离的亚甲基 兰，
12、加入HSO溶液可以加大粘土分散度，可以消除有机物对亚甲基 蓝的影响。从而得到准确的实验结果。3、以每次0.5mL将亚甲基蓝溶液逐次加入到锥形瓶中。如果在 以前的试验中已大致知道达终点时所需的亚甲基蓝溶液的量，那么可以在开始滴定时可以每次加入1 mL-2 mL。在每次加入亚甲基蓝溶液 后，将锥形瓶摇动30s,在保持固相颗粒悬浮的情况下，用搅拌棒蘸 取一滴悬浮液滴在滤纸上。观察到滤纸上固体颗粒斑点周围的蓝色环 后，则继续摇动锥形瓶2 min,并再取一滴悬浮液于滤纸上，如果蓝 色圆环消失，重复继续滴加，直至 2min后蓝色圆环不再消失即达到 最初的滴定终点（终点判断见图1-1）。当绿蓝色圆圈出现后再
13、搅拌两分钟色圈可能消失，因为泥浆体系可能分布不均匀，粘土中水化后带负电的可交换阳离子没有完全消耗 带正电荷的染色离子，溶液中还有没与粘土结合的亚甲基蓝， 从而局 部有游离的亚甲基兰剩余，所以出现绿蓝色圈，而再搅拌两分钟后使 其混合均匀后，由于进一步与粘土离子结合使溶液中没有游离的亚甲 基蓝，绿蓝色圈就会消失。2014年9月13日图1-1亚甲基蓝滴定终点的判断计算并记录钻井液的亚甲基蓝容量（MBTMBT =强V#式中MBT-亚甲基蓝容量Vmb一滴定消耗的亚甲基蓝的体积， mLVdf-滴钻井液的体积，mL另外，亚甲基蓝容量还可以kg/m3（或者lb/bbl）膨润土当量表示（BE膨润土阳离子交换量为70mol/100g ）BE =14.25 MBTBE'= 5 MBT式中BJ膨润土当量，kg/m3张艳晶、孟庆鑫、李晓娟、张会哲9BE'一膨润土当量,lb/bbl