用于測量鉆井液處理劑吸附量的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測量鉆井液處理劑吸附量的設(shè)備和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉆井液處理劑與粘土之間的吸附作用是處理劑實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。例如，降濾失劑 通過吸附作用在粘土表面形成水化膜，引起粘土表面ζ電位升高，阻止粘土顆粒因碰撞產(chǎn) 生聚結(jié)，保持了鉆井液中細(xì)顆粒的含量，降低濾失量；降粘劑通過在粘土端面的吸附形成水 化膜，拆散和削弱了粘土顆粒之間通過端-面和端-端連接形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到降低 粘度的目的。
[0003] 因此，在進行鉆井液處理劑分子設(shè)計和分子優(yōu)化時，需要充分考慮處理劑分子在 粘土上的吸附性能，并根據(jù)處理劑分子在粘土上的吸附量，挑選合適的吸附基團或調(diào)整吸 附基團比例，從而優(yōu)化處理劑分子結(jié)構(gòu)，從而使處理劑分子發(fā)揮更高性能。
[0004] 然而，目前還沒有用于測量高溫高壓條件下的鉆井液處理劑吸附量的專有設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于測量鉆井液處理劑吸附量的設(shè)備。在本發(fā) 明的范圍中，所述鉆井液處理劑指的是有機處理劑，因為現(xiàn)有的鉆井液處理劑主要是有機 處理劑。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備主要是基于熱過濾原理，獲取高溫高壓條件下的液相部分，計算 未被吸附的處理劑的量，繼而得到已吸附的處理劑的量。
[0006] 所述設(shè)備包括：過濾機構(gòu)；用于容納待測樣品的具有開口的容器，所述待測樣品 包括能夠通過所述過濾機構(gòu)的濾液部分和不能通過所述過濾機構(gòu)的濾渣部分，所述濾液部 分能夠通過所述過濾機構(gòu)流至所述容器外部；環(huán)境影響機構(gòu)，所述環(huán)境影響機構(gòu)能夠影響 所述容器內(nèi)部的壓力和/或溫度；數(shù)據(jù)處理機構(gòu)，所述數(shù)據(jù)處理機構(gòu)能夠測量并運算關(guān)于 所述濾液部分的參數(shù)以獲得所述待測樣品的吸附量。
[0007] 優(yōu)選地，所述過濾機構(gòu)包括平鋪于所述容器的開口處的濾膜和用于支撐所述濾膜 的濾膜墊塊。
[0008] 優(yōu)選地，所述設(shè)備還具有穿過所述濾膜墊塊而與所述濾膜的與所述容器中的待測 樣品相反一側(cè)的表面相通的引流導(dǎo)管。在此情況下，只有過濾之后產(chǎn)生的濾液部分能夠經(jīng) 由引流導(dǎo)管流出容器。
[0009] 優(yōu)選地，所述環(huán)境影響機構(gòu)包括包裹在所述容器外部的加熱套、探針延伸至所述 容器內(nèi)部的溫度傳感器和與它們相連的溫控儀，和/或所述環(huán)境影響機構(gòu)包括通過開關(guān)與 所述容器內(nèi)部連通的高壓氣源和壓力傳感器。以此方式，可以所期望的方式，迅速、穩(wěn)定地 調(diào)控容器內(nèi)部的溫度和壓力，以獲得所需的實驗溫度和壓力。
[0010] 優(yōu)選地，所述設(shè)備還包括設(shè)置于所述容器內(nèi)部的超聲波振蕩器以及與所述超聲波 振蕩器相連通的超聲波發(fā)生器，用于使所述待測樣品發(fā)生振蕩。超聲波高頻發(fā)生器發(fā)出超 聲波，驅(qū)動超聲波高頻振蕩器使待測樣品發(fā)生振蕩。如此可保證待測樣品的均勻性，同時防 止在濾膜的內(nèi)表面（與未過濾的待測樣品相通的表面）附近形成濾餅。因為若形成濾餅， 濾液的濾失速度會越來越緩慢，同時會影響處理劑在鉆井液體系中的吸附平衡。以此方式， 可以使得所測得的各項參數(shù)更加精確，保證了整個實驗的順利進行和實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。 [0011] 優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理機構(gòu)包括下述部件：用于將所述濾液部分分段存儲的濾液分段 存儲器；用于測量所述濾液部分中硅元素含量的硅元素測定器；以及用于測量所述濾液部 分中特征元素濃度的特征元素測定器。濾液分段存儲器的作用主要是分段收集濾液，并記 錄每段濾液的質(zhì)量HliJi aij
[0012] 優(yōu)選地，所述容器包括筒狀的釜體和位于所述釜體的端部處的釜蓋。分體式結(jié)構(gòu) 使得裝配更方便，同時，高壓氣源可通過釜蓋上的通孔連通至釜體內(nèi)。
[0013] 優(yōu)選地，在釜蓋和釜體之間沿著所述釜蓋的外周面設(shè)置有密封圈。此舉是為了保 證釜體內(nèi)的密封環(huán)境不受外界影響。
[0014] 優(yōu)選地，在所述釜蓋上設(shè)置有單向放氣閥，用于將所述容器內(nèi)的氣體排放到外部。 打開單向放氣閥，可將釜體內(nèi)的一部分氣體釋放到外界，從而調(diào)低釜體內(nèi)部的壓力。此方案 可協(xié)助調(diào)節(jié)壓力，并保證容器的安全。
[0015] 優(yōu)選地，所述設(shè)備還包括計算機，所述壓力傳感器、溫度傳感器、溫控儀、超聲波發(fā) 生器、濾液分段存儲器、硅元素測定器和特征元素測定器分別與所述計算機連接。如此可方 便地通過計算機進行全局調(diào)控。
[0016] 本發(fā)明還提出了一種用于測量鉆井液處理劑吸附量的方法，其包括以下步驟：
[0017] a)設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；
[0018] b)向所述容器內(nèi)注入待測樣品；
[0019] c)通過所述環(huán)境影響機構(gòu)使所述待測樣品升溫至預(yù)定溫度，和/或通過所述環(huán)境 影響機構(gòu)使所述容器內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定壓力；
[0020] d)通過所述過濾機構(gòu)過濾所述待測樣品，得到濾液部分；
[0021] e)通過所述數(shù)據(jù)處理機構(gòu)對所述濾液部分進行參數(shù)處理，得到吸附量。
[0022] 優(yōu)選地，通過超聲波發(fā)生器和超聲波振蕩器使得所述容器內(nèi)的待測樣品發(fā)生振 蕩。
[0023] 優(yōu)選地，通過硅元素測定器測定濾液部分中硅元素的含量，若測得的數(shù)據(jù)不為零， 則更換更小孔徑的過濾機構(gòu)，重復(fù)實驗步驟a)到d)，直至測得的濾液部分中硅元素的含量 為零，進行步驟e)。
[0024] 優(yōu)選地，所述方法還包括下列步驟：通過濾液分段存儲器將濾液部分分段存儲； 通過硅元素測定器測量所述濾液部分中硅元素含量；以及通過特征元素測定器測量所述濾 液部分中特征元素的質(zhì)量百分濃度。
[0025] 優(yōu)選地，所述待測樣品為處理劑-粘土鉆井液體系，且
[0027] 其中，Kww表示高溫高壓狀態(tài)下處理劑在粘土上的吸附量，單位為mg · g 1 ;
[0028] mft±表示鉆井液中粘土的質(zhì)量，單位為g ;
[0029] 表示鉆井液中處理劑的質(zhì)量，單位為g ;
[0030] Hissa表示濾液部分的質(zhì)量,單位為g ;
[0031] P表示濾液部分中特征元素質(zhì)量百分含量（即質(zhì)量百分濃度），單位為％ ;
[0032] L表示所述特征元素在處理劑分子中理論上的質(zhì)量百分含量（即質(zhì)量百分濃度）， 單位為％。
[0033] 進一步優(yōu)選地，所述方法還包括如下步驟：
[0034] 通過濾液分段存儲器來分段收集濾液，同時將每段濾液的質(zhì)量作為Hiifta ;
[0035] 將處理劑和粘土的總質(zhì)量除以分段次數(shù)，分別得到每個分段所對應(yīng)的處理劑和粘 土的質(zhì)量，并分別將其作為和;以及
[0036] 處理后得到與相應(yīng)的分段次數(shù)相對應(yīng)的多個，并由計算機記錄保存。
[0037] 由此，可以結(jié)合多次處理參數(shù)后取平均值的方法來減小誤差。
[0038] 優(yōu)選地，所述特征元素為有機碳或有機氮。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法可專門用于測定高溫高壓條件下鉆井液處理劑在粘土 上的吸附量，且設(shè)備為一體化的設(shè)備，方法具有測定過程科學(xué)、測定結(jié)果準(zhǔn)確、人為操作因 素的誤差小等優(yōu)點，從而為設(shè)計并優(yōu)化鉆井液處理劑產(chǎn)品、探究鉆井液處理劑作用機理和 優(yōu)化鉆井液體系配方提供了可靠的技術(shù)支持。
[0040] 上述技術(shù)特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術(shù)特征來替代，只要能夠達(dá) 到本發(fā)明的目的。
【附圖說明】
[0041] 在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細(xì)的描述。其中：
[0042] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0044] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0045] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于測量鉆井液處理劑吸附量的設(shè)備。
[0046] 由圖1可看出，設(shè)備包括用于容納處理劑-粘土鉆井液的釜體2,釜體2在頂部具 有藎蓋3。藎體2為筒狀結(jié)構(gòu),其在底端具有液體可流通的開口