【文章內容簡介】 的現(xiàn)象稱為高溫增稠。一般來講，高溫增稠是高溫分散所導致的結果，其程度與粘土性質和含量有密切的關系。當粘土含量繼續(xù)增大到一定數(shù)值后，高溫分散使鉆井液中粘土顆粒的濃度達到一個臨界值，此時在高溫去水化作用下，相距很近的片狀粘土顆粒會彼此連結起來，形成布滿整個容積的連續(xù)網架結構，即形成凝較 高溫對深井水基鉆井液性能的影響 高溫引起的鉆井液性能變化 在發(fā)生高溫膠凝的同時，如果在粘土顆粒相結合的部位生成了水化硅酸鈣，則會進一步固結成型，這種現(xiàn)象稱為高溫固化。 據(jù)報導，高 pH值的石灰鉆井液發(fā)生固化的最低溫度為 130℃ 實驗還發(fā)現(xiàn)，除上述現(xiàn)象外，當鉆井液中粘土的土質較差而含量又較低時，會出現(xiàn) 高溫減稠 的現(xiàn)象。此時，盡管仍有粘土高溫分散等導致鉆井液增稠的因素，但高溫所引起的鉆井液濾液粘度降低以及固相顆粒熱運動加劇使顆粒間內摩擦作用減弱，有可能起主導作用，從而造成鉆井液表觀粘度降低，即出現(xiàn)了高溫減稠 高溫下，某種鉆井液的性能究竟會出現(xiàn)什么變化，主要取決于粘土類型、粘土含量、高價金屬離子存在與否及其濃度、 pH值、處理劑抗溫能力以及溫度的高低與作用時間等 高溫對深井水基鉆井液性能的影響 如果粘土的水化分散能力強、含量高，很可能出現(xiàn)高溫增稠；反之，則很可能出現(xiàn)高溫減稠。 研究表明，當粘土含量增至某一臨界值時，就會發(fā)生高溫膠凝。通常將鉆井液在某一溫度下發(fā)生膠凝時所對應的最低土量，稱為這種粘土在該溫度下的粘土容量限。 當粘土含量低于其容量限時，鉆井液只發(fā)生增稠，而不發(fā)生膠凝；高于其容量限時則發(fā)生膠凝。一般來講，若粘土水化分散能力弱、溫度低、 pH值低、處理劑抑制高溫分散的作用強，則粘土容量限高；反之則低。至于高溫固化，只有當粘土含量超過其容量限、有較多 Ca2+存在、 pH值較高，并且又缺乏有效的抗高溫處理劑保護時才會發(fā)生。由此可見，搞好固相控制，盡可能降低固相含量，并防止膨潤土超量使用，對于維持深井水基鉆井液的良好性能是非常重要的 高溫對深井水基鉆井液性能的影響 （ 2） 可逆的性能變化 因高溫解吸附、高溫去水化以及按正常規(guī)律的高溫降粘作用而引起的鉆井液濾失量增大、粘度降低等均屬于可逆的性能變化 一般來講，不可逆的性能變化關系到鉆井液的熱穩(wěn)定性；可逆的性能變化則反映了鉆井液從井口到井底，然后再返回到井口這個循環(huán)過程中的性能變化。對于抗高溫水基鉆井液，必須同時考慮這兩個方面的問題。為了研究鉆井液不可逆的性能變化，需要模擬井下溫度，用滾子加熱爐對鉆井液進行滾動老化，然后冷至室溫，評價其經受高溫之后的性能；為了研究可逆的性能變化，則需要測定鉆井液在高溫高壓條件下的流變性和濾失量，評價其高溫下的性能 高溫對深井水基鉆井液性能的影響 通過以上論述，可歸納出對抗高溫鉆井液處理劑的一般要求是： ① 高溫穩(wěn)定性好，在高溫條件下不易降解 ② 對粘土顆粒有較強的吸附能力，受溫度影響小 ③ 有較強的水化基團，使處理劑在高溫下有良好的親水特性 ④ 能有效地抑制粘土的高溫分散作用 ⑤ 在有效加量范圍內，抗高溫降濾失劑不得使鉆井液嚴重增稠；在pH值較低時（ 7～ 10）也能充分發(fā)揮其效力，以利于控制高溫分散，防止高溫膠凝和高溫固化現(xiàn)象的發(fā)生 抗高溫鉆井液處理劑的作用原理 對抗高溫鉆井液處理劑的一般要求 為了能夠滿足上述要求，抗高溫處理劑的分子結構應具備以下特征： （ 1） 為了提高熱穩(wěn)定性，處理劑分子主鏈的連接鍵，以及主鏈與親水基團的連接鍵應為“ C—C”、“ C—N”和“ C—S”等鍵，應盡量避免分子中有易氧化的醚鍵和易水解的酯鍵 （ 2） 為了使處理劑在高溫下對粘土表面有較強的吸附能力，常在處理劑分子中引入 Cr3+、 Fe3+等高價金屬陽離子，使之與有機處理劑形成絡合物，如鉻 腐植酸鈉和鐵鉻鹽等。其目的是用這些高價金屬陽離子作為吸附基，它們在帶負電荷的粘土表面上可發(fā)生牢固而受溫度影響較小的靜電吸附。與此同時，高價金屬陽離子的引入對抑制粘土顆粒的高溫分散也會起相當大的作用 抗高溫鉆井液處理劑的作用原理 抗高溫處理劑的分子結構特征 （ 3） 為了盡量減輕高溫去水化作用，處理劑分子中的主要水化基團應選用親水性強的離子基，如磺酸基（ —SO3–）、磺甲基（ —CH2SO3–）和羧基（ —COO–）等，以保證處理劑吸附在粘土顆粒表面后能形成較厚的水化膜，使鉆井液具有較強的熱穩(wěn)定性。這就是為什么要在單寧、褐煤和酚醛樹脂分子上引入磺甲基的原因。并且，處理劑的取代度、磺化度應與溫度和鉆井液的礦化度相適應 （ 4） 為了使處理劑在較低 pH值情況下也能充分發(fā)揮其效力，則要求其親水基團的親水性盡量不受 pH值的影響。相比之下，帶有磺酸基的處理劑可以較好地滿足這一要求 抗高溫鉆井液處理劑的作用原理 第 2章 鉆井工作流體性能測定 1 鉆井液密度 2 鉆井液流變性 3 濾失造壁性 4 pH值和堿度 5 含砂量 6 固相含量 7 膨潤土含量 8 濾液分析 9 抑制性 10 潤滑性 11 抗溫性 12 熒光度 13 毒性 14 腐蝕性 石油天然氣工程學院 鉆井液添加劑所發(fā)射的熒光屬于分子熒光 。帶有生熒團（生熒團是指分子結構中的一些不飽和鍵，特別是共軛雙鍵和苯環(huán)，尤其是稠環(huán)，可以吸收紫外光并且發(fā)射熒光的官能團）的鉆井液添加劑分子吸收紫外輻射能后，電子躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)為不穩(wěn)定態(tài)，必須躍遷回穩(wěn)定的基態(tài)。 電子由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時能量以熒光發(fā)射的方式放出，由于電子在從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時，通常情況伴隨著能量散失，因此，熒光波長一般比激發(fā)波長大 鉆井液添加劑發(fā)射熒光的波長和強度因添加劑的種類、分子結構以及添加劑所處的鉆井液體系類型不同而存在較大的差異，對原油熒光顯示的影響程度各不相同 因此，排除對原油熒光顯示干擾程度大的添加劑既能保證鉆井施工的順利進行，又能及時發(fā)現(xiàn)原油熒光顯示的目的 12 熒光度 所有鉆井液添加劑本身在紫外光照射下都能連續(xù)發(fā)射熒光，而且熒光發(fā)射波長都在 280～ 520 nm范圍內，與原油的熒光發(fā)射波長范圍重疊。鉆井液添加劑本身的熒光強度大小與其原油熒光顯示的影響程度并不一致，因為巖屑與添加劑的相互作用程度不同，鉆井液添加劑與原油熒光顯示的影響既取決于添加劑本身的熒光強度，還取決于添加劑與巖屑的相互作用程度 溫度變化對鉆井液添加劑的熒光特性具有一定影響 從巖屑熒光錄井的角度來看，鉆井液添加劑引起的巖屑原油熒光強度變化越小越好 12 熒光度 由于石油具有熒光的特性，國外地質學家于 20世紀 30年代將熒光檢測技術應用于鉆井現(xiàn)場，對鉆井中返出巖屑進行紫外光照，以了解地層巖屑是否含油，從而判斷地層的生油及儲藏特性 50年代，該項熒光檢測技術從蘇聯(lián)引入國內，并成功地應用到國內鉆井現(xiàn)場。經過方法上的一些改進成為今天仍在大多數(shù)鉆井現(xiàn)場應用的常規(guī)熒光檢測技術，這項技術的實踐表明，它在勘探開發(fā)中對現(xiàn)場施工有著重要的指導作用，能及時地提示人們有效處理重點層段和確定油氣顯示 熒光檢測技術的產生與發(fā)展 常規(guī)熒光檢測技術作為地質錄井技術的一種方法，是在現(xiàn)場將巖屑樣品放在暗箱中的紫外燈照射下，通過肉眼觀察記錄巖屑的熒光現(xiàn)象（顏色和級別），以氯仿或四氯化碳作為萃取劑，制定 15個系列的標準樣品進行系列對比。其濃度與級別對應關系式如下： 15 ( 4 l g ) / 0. 30 1 2 72BC? ? ? （ ）式中， B為熒光顯示級別； C為原油濃度 mg/L 熒光檢測技術的產生與發(fā)展 然而，常規(guī)熒光有著顯著的局限性，主要表現(xiàn)在： ① 常規(guī)熒光燈是用波長 365nm的紫外光照射石油，不能充分激發(fā)輕質油的熒光 ② 用肉眼觀察只能看到波長大于 410nm的可見光，而輕質油、煤成油、凝析油發(fā)出的熒光波長為小于 400nm的不可見光，因此常規(guī)熒光檢測方法觀察不到，容易漏掉輕質油、煤成油和凝析油顯示層 ③ 常規(guī)熒光錄井用氯仿或四氯化碳浸泡進行系列對比，而氯仿對人體健康有害，四氯化碳則對熒光有猝滅作用，會降低儀器檢測的靈敏度，均不是理想的熒光試劑 ④ 常規(guī)熒光錄井不能消除泥漿中熒光類有機添加劑的熒光干擾，在特殊施工井中影響地質資料的準確錄取 ⑤ 常規(guī)熒光用肉眼觀察和描述，人為影響因素太大 熒光檢測技術的產生與發(fā)展 80年代，美國 TEXACO公司與德克薩斯州 Aamp。M大學成功研制了新一代熒光錄井儀： QFT數(shù)字濾波熒光儀。這是熒光錄井技術上的一個跨越式發(fā)展，它的誕生為定量熒光錄井技術的產生和發(fā)展奠定了基礎 QFT數(shù)字濾波熒光儀是單發(fā)單收的定量熒光儀，它是通過紫外光源發(fā)出連續(xù)的紫外光，經初級濾波成為 254nm單色光對樣品進行激發(fā)，經激發(fā)的樣品發(fā)射熒光光波，由次級濾波器濾波為 320nm的光信號經檢測轉換為電信號，放大、處理后輸出一個熒光強度的數(shù)字量 該項技術的應用較好的解決了常規(guī)熒光錄井肉眼觀察無法識別的、熒光受人為因素影響等難題，實現(xiàn)了熒光錄井由定性解釋向定量解釋的轉變，更有利于熒光波長在 400nm以下的輕質油、凝析油的發(fā)現(xiàn)和識別，較有效地消除鉆井液添加劑及混油對巖屑錄井及儲層識別的干擾 熒光檢測技術的產生與發(fā)展 QFT數(shù)字濾波熒光儀的產生和成功的應用，讓國內外熒光錄井技術的研究人員得到啟發(fā)， 90年代中期，國內開始了熒光錄井技術研究，并開發(fā)了相應的解釋軟件，根據(jù)不同原油發(fā)射波長不同的特點，在原 QFT熒光儀的工作原理上加以改進，采用分光技術，將發(fā)射波長從原來固定的 320nm光波改為 260～ 800nm進行波長掃描，并給出每次掃描的二維熒光圖譜（橫坐標為發(fā)射波長，縱坐標為熒光強度）。結合開發(fā)軟件可自動給出樣品的含油濃度、自動本底扣除、消除礦物熒光的影響 根據(jù)同樣的原理，對激發(fā)波長也采用分光技術，當用不同波長的激發(fā)光對樣品進行照射時就測得了不同的二維光譜，多個二維光譜疊加就生成了三維光譜，經處理可得到樣品的熒光指紋圖，從而產生了三維熒光儀 此外，顯微熒光技術已在一些油田分析化驗領域開始嘗試性的應用，但結論和總結性的文章較少見 值得一提的是，隨著二維定量熒光儀的普及，與之配套的熒光錄井軟件開發(fā)已取得了長足發(fā)展 熒光檢測技術的產生與發(fā)展 熒光檢測技術應用于地質實驗分析領域，主要是利用原油的熒光性，即石油中的不飽和烴和衍生物在紫外光的照射下（激發(fā)），吸收光能后發(fā)生能量躍遷處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的分子會放出光子重新回到分子基態(tài)（發(fā)射） 當被測物質濃度不大時，熒光強度與濃度成線性關系，其表達式為： 熒光檢測技術的基礎理論 2 73oF I C L?? ? ? ? ? ? （ ）對于特定體系在確定實驗條件下，激發(fā)光強度 I0與光程長 L的積為一常數(shù) K=I0L。 因此： F= 式中： ε為被測物質的摩爾吸光系數(shù)； C為被測物質的摩爾濃度； Ф為被測物質的熒光效率 不同原油所含分子成份結構不同，所吸收光的波長和發(fā)射的熒光波長也不同，由此可定性判別原油性質。同一類型的原油，用同一波長的激發(fā)光照射，可發(fā)射相同波長的熒光。若濃度不同，則濃度增加，所發(fā)射的熒光強度也增強 運用這一基本理論，在石油鉆探過程中，根據(jù)定量檢測巖樣中所含石油的熒光強度，再利用鄰井相同層位的油所作的標準工作曲線計算出相當?shù)氖秃?，根?jù)石油含量的多少和油質情況來判斷地層含油情況 在現(xiàn)代地質分析技術中，熒光檢測屬于分子光譜分析范疇，由于熒光檢測技術有很好的理論基礎，因此，這項技術才得以發(fā)展和延續(xù)。在光學、數(shù)學和計算機應用技術迅速發(fā)展的今天，熒光光譜分析技術在理論和方法上都取得了很大發(fā)展，其應用范圍也遍及醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測保護、公安情報和工業(yè)、農業(yè)各大領域，成為一種有效的光譜化學分析手段 熒光檢測技術的基礎理論 儀器自帶的光源輻射出的紫外光束，經過濾波片，使激發(fā)光的波長固定在某一值（ 254nm）后，照射到樣品池上，樣品池的熒光物質吸收激發(fā)光的波長后發(fā)生能量躍遷而發(fā)射熒光，熒光由大孔徑非球面鏡的聚光及光柵的分光后，照射于光電倍增管上，光電倍增管把光信號轉換成電信號，電信號經放大后送至計算機進行處理，然后以數(shù)字顯示或圖譜打印的方式輸出，其特點如下： ① 二維定量熒光儀儀器靈敏度高、重復性好、線性響應好，消除熒光添加劑的能力強 ② 用正自己烷代替氯仿、四氯化碳等有機溶劑，可以避免對原油及巖石烴類抽提物的熒光猝滅作用。使熒光錄井的靈敏度提高 10～ 35倍，從而使煤成油、凝析油及部分輕質油的熒光顯示更充分，避免漏失輕質油層 ③ 不同性質原油及不同產油層具有不同的反應效果 ④ 微機自動化處理，具自動繪制二維坐標的熒光光譜圖，實現(xiàn)樣品含油濃度的自動輸出，自動扣除背景值等功能 二維定量熒光檢測儀熒光檢測技術 工作原理及特點