【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的現(xiàn)象稱為高溫增稠。一般來(lái)講，高溫增稠是高溫分散所導(dǎo)致的結(jié)果，其程度與粘土性質(zhì)和含量有密切的關(guān)系。當(dāng)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(dá)到一個(gè)臨界值，此時(shí)在高溫去水化作用下，相距很近的片狀粘土顆粒會(huì)彼此連結(jié)起來(lái)，形成布滿整個(gè)容積的連續(xù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，即形成凝較 高溫對(duì)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(shí)，如果在粘土顆粒相結(jié)合的部位生成了水化硅酸鈣，則會(huì)進(jìn)一步固結(jié)成型，這種現(xiàn)象稱為高溫固化。 據(jù)報(bào)導(dǎo)，高 pH值的石灰鉆井液發(fā)生固化的最低溫度為 130℃ 實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，除上述現(xiàn)象外，當(dāng)鉆井液中粘土的土質(zhì)較差而含量又較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn) 高溫減稠 的現(xiàn)象。此時(shí)，盡管仍有粘土高溫分散等導(dǎo)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(yùn)動(dòng)加劇使顆粒間內(nèi)摩擦作用減弱，有可能起主導(dǎo)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(huì)出現(xiàn)什么變化，主要取決于粘土類型、粘土含量、高價(jià)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(shí)間等 高溫對(duì)深井水基鉆井液性能的影響 如果粘土的水化分散能力強(qiáng)、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(dāng)粘土含量增至某一臨界值時(shí)，就會(huì)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(shí)所對(duì)應(yīng)的最低土量，稱為這種粘土在該溫度下的粘土容量限。 當(dāng)粘土含量低于其容量限時(shí)，鉆井液只發(fā)生增稠，而不發(fā)生膠凝；高于其容量限時(shí)則發(fā)生膠凝。一般來(lái)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(qiáng)，則粘土容量限高；反之則低。至于高溫固化，只有當(dāng)粘土含量超過(guò)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(hù)時(shí)才會(huì)發(fā)生。由此可見(jiàn)，搞好固相控制，盡可能降低固相含量，并防止膨潤(rùn)土超量使用，對(duì)于維持深井水基鉆井液的良好性能是非常重要的 高溫對(duì)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(lái)講，不可逆的性能變化關(guān)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(gè)循環(huán)過(guò)程中的性能變化。對(duì)于抗高溫水基鉆井液，必須同時(shí)考慮這兩個(gè)方面的問(wèn)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(duì)鉆井液進(jìn)行滾動(dòng)老化，然后冷至室溫，評(píng)價(jià)其經(jīng)受高溫之后的性能；為了研究可逆的性能變化，則需要測(cè)定鉆井液在高溫高壓條件下的流變性和濾失量，評(píng)價(jià)其高溫下的性能 高溫對(duì)深井水基鉆井液性能的影響 通過(guò)以上論述，可歸納出對(duì)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(duì)粘土顆粒有較強(qiáng)的吸附能力，受溫度影響小 ③ 有較強(qiáng)的水化基團(tuán)，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(nèi)，抗高溫降濾失劑不得使鉆井液嚴(yán)重增稠；在pH值較低時(shí)（ 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(duì)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(jié)構(gòu)應(yīng)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(tuán)的連接鍵應(yīng)為“ C—C”、“ C—N”和“ C—S”等鍵，應(yīng)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(duì)粘土表面有較強(qiáng)的吸附能力，常在處理劑分子中引入 Cr3+、 Fe3+等高價(jià)金屬陽(yáng)離子，使之與有機(jī)處理劑形成絡(luò)合物，如鉻 腐植酸鈉和鐵鉻鹽等。其目的是用這些高價(jià)金屬陽(yáng)離子作為吸附基，它們?cè)趲ж?fù)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(shí)，高價(jià)金屬陽(yáng)離子的引入對(duì)抑制粘土顆粒的高溫分散也會(huì)起相當(dāng)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(jié)構(gòu)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(tuán)應(yīng)選用親水性強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)與溫度和鉆井液的礦化度相適應(yīng) （ 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(tuán)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(cè)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(rùn)土含量 8 濾液分析 9 抑制性 10 潤(rùn)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(xué)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(tuán)（生熒團(tuán)是指分子結(jié)構(gòu)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(tuán)）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(shí)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(shí)，通常情況伴隨著能量散失，因此，熒光波長(zhǎng)一般比激發(fā)波長(zhǎng)大 鉆井液添加劑發(fā)射熒光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度因添加劑的種類、分子結(jié)構(gòu)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(duì)原油熒光顯示的影響程度各不相同 因此，排除對(duì)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(jìn)行，又能及時(shí)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(zhǎng)都在 280～ 520 nm范圍內(nèi)，與原油的熒光發(fā)射波長(zhǎng)范圍重疊。鉆井液添加劑本身的熒光強(qiáng)度大小與其原油熒光顯示的影響程度并不一致，因?yàn)閹r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(qiáng)度，還取決于添加劑與巖屑的相互作用程度 溫度變化對(duì)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(lái)看，鉆井液添加劑引起的巖屑原油熒光強(qiáng)度變化越小越好 12 熒光度 由于石油具有熒光的特性，國(guó)外地質(zhì)學(xué)家于 20世紀(jì) 30年代將熒光檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于鉆井現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)鉆井中返出巖屑進(jìn)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(chǔ)藏特性 50年代，該項(xiàng)熒光檢測(cè)技術(shù)從蘇聯(lián)引入國(guó)內(nèi)，并成功地應(yīng)用到國(guó)內(nèi)鉆井現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)過(guò)方法上的一些改進(jìn)成為今天仍在大多數(shù)鉆井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的常規(guī)熒光檢測(cè)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)踐表明，它在勘探開(kāi)發(fā)中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工有著重要的指導(dǎo)作用，能及時(shí)地提示人們有效處理重點(diǎn)層段和確定油氣顯示 熒光檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 常規(guī)熒光檢測(cè)技術(shù)作為地質(zhì)錄井技術(shù)的一種方法，是在現(xiàn)場(chǎng)將巖屑樣品放在暗箱中的紫外燈照射下，通過(guò)肉眼觀察記錄巖屑的熒光現(xiàn)象（顏色和級(jí)別），以氯仿或四氯化碳作為萃取劑，制定 15個(gè)系列的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行系列對(duì)比。其濃度與級(jí)別對(duì)應(yīng)關(guān)系式如下： 15 ( 4 l g ) / 0. 30 1 2 72BC? ? ? （ ）式中， B為熒光顯示級(jí)別； C為原油濃度 mg/L 熒光檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)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(zhǎng) 365nm的紫外光照射石油，不能充分激發(fā)輕質(zhì)油的熒光 ② 用肉眼觀察只能看到波長(zhǎng)大于 410nm的可見(jiàn)光，而輕質(zhì)油、煤成油、凝析油發(fā)出的熒光波長(zhǎng)為小于 400nm的不可見(jiàn)光，因此常規(guī)熒光檢測(cè)方法觀察不到，容易漏掉輕質(zhì)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(jìn)行系列對(duì)比，而氯仿對(duì)人體健康有害，四氯化碳則對(duì)熒光有猝滅作用，會(huì)降低儀器檢測(cè)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(jī)添加劑的熒光干擾，在特殊施工井中影響地質(zhì)資料的準(zhǔn)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(cè)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 80年代，美國(guó) TEXACO公司與德克薩斯州 Aamp。M大學(xué)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(shù)上的一個(gè)跨越式發(fā)展，它的誕生為定量熒光錄井技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 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(guò)紫外光源發(fā)出連續(xù)的紫外光，經(jīng)初級(jí)濾波成為 254nm單色光對(duì)樣品進(jìn)行激發(fā)，經(jīng)激發(fā)的樣品發(fā)射熒光光波，由次級(jí)濾波器濾波為 320nm的光信號(hào)經(jīng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，放大、處理后輸出一個(gè)熒光強(qiáng)度的數(shù)字量 該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用較好的解決了常規(guī)熒光錄井肉眼觀察無(wú)法識(shí)別的、熒光受人為因素影響等難題，實(shí)現(xiàn)了熒光錄井由定性解釋向定量解釋的轉(zhuǎn)變，更有利于熒光波長(zhǎng)在 400nm以下的輕質(zhì)油、凝析油的發(fā)現(xiàn)和識(shí)別，較有效地消除鉆井液添加劑及混油對(duì)巖屑錄井及儲(chǔ)層識(shí)別的干擾 熒光檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 QFT數(shù)字濾波熒光儀的產(chǎn)生和成功的應(yīng)用，讓國(guó)內(nèi)外熒光錄井技術(shù)的研究人員得到啟發(fā)， 90年代中期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始了熒光錄井技術(shù)研究，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的解釋軟件，根據(jù)不同原油發(fā)射波長(zhǎng)不同的特點(diǎn)，在原 QFT熒光儀的工作原理上加以改進(jìn)，采用分光技術(shù)，將發(fā)射波長(zhǎng)從原來(lái)固定的 320nm光波改為 260～ 800nm進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，并給出每次掃描的二維熒光圖譜（橫坐標(biāo)為發(fā)射波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度）。結(jié)合開(kāi)發(fā)軟件可自動(dòng)給出樣品的含油濃度、自動(dòng)本底扣除、消除礦物熒光的影響 根據(jù)同樣的原理，對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)也采用分光技術(shù)，當(dāng)用不同波長(zhǎng)的激發(fā)光對(duì)樣品進(jìn)行照射時(shí)就測(cè)得了不同的二維光譜，多個(gè)二維光譜疊加就生成了三維光譜，經(jīng)處理可得到樣品的熒光指紋圖，從而產(chǎn)生了三維熒光儀 此外，顯微熒光技術(shù)已在一些油田分析化驗(yàn)領(lǐng)域開(kāi)始嘗試性的應(yīng)用，但結(jié)論和總結(jié)性的文章較少見(jiàn) 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(kāi)發(fā)已取得了長(zhǎng)足發(fā)展 熒光檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 熒光檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)實(shí)驗(yàn)分析領(lǐng)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(huì)放出光子重新回到分子基態(tài)（發(fā)射） 當(dāng)被測(cè)物質(zhì)濃度不大時(shí)，熒光強(qiáng)度與濃度成線性關(guān)系，其表達(dá)式為： 熒光檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)理論 2 73oF I C L?? ? ? ? ? ? （ ）對(duì)于特定體系在確定實(shí)驗(yàn)條件下，激發(fā)光強(qiáng)度 I0與光程長(zhǎng) L的積為一常數(shù) K=I0L。 因此： F= 式中： ε為被測(cè)物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)； C為被測(cè)物質(zhì)的摩爾濃度； Ф為被測(cè)物質(zhì)的熒光效率 不同原油所含分子成份結(jié)構(gòu)不同，所吸收光的波長(zhǎng)和發(fā)射的熒光波長(zhǎng)也不同，由此可定性判別原油性質(zhì)。同一類型的原油，用同一波長(zhǎng)的激發(fā)光照射，可發(fā)射相同波長(zhǎng)的熒光。若濃度不同，則濃度增加，所發(fā)射的熒光強(qiáng)度也增強(qiáng) 運(yùn)用這一基本理論，在石油鉆探過(guò)程中，根據(jù)定量檢測(cè)巖樣中所含石油的熒光強(qiáng)度，再利用鄰井相同層位的油所作的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計(jì)算出相當(dāng)?shù)氖秃?，根?jù)石油含量的多少和油質(zhì)情況來(lái)判斷地層含油情況 在現(xiàn)代地質(zhì)分析技術(shù)中，熒光檢測(cè)屬于分子光譜分析范疇，由于熒光檢測(cè)技術(shù)有很好的理論基礎(chǔ)，因此，這項(xiàng)技術(shù)才得以發(fā)展和延續(xù)。在光學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)迅速發(fā)展的今天，熒光光譜分析技術(shù)在理論和方法上都取得了很大發(fā)展，其應(yīng)用范圍也遍及醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)、公安情報(bào)和工業(yè)、農(nóng)業(yè)各大領(lǐng)域，成為一種有效的光譜化學(xué)分析手段 熒光檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)理論 儀器自帶的光源輻射出的紫外光束，經(jīng)過(guò)濾波片，使激發(fā)光的波長(zhǎng)固定在某一值（ 254nm）后，照射到樣品池上，樣品池的熒光物質(zhì)吸收激發(fā)光的波長(zhǎng)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大后送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，然后以數(shù)字顯示或圖譜打印的方式輸出，其特點(diǎn)如下： ① 二維定量熒光儀儀器靈敏度高、重復(fù)性好、線性響應(yīng)好，消除熒光添加劑的能力強(qiáng) ② 用正自己烷代替氯仿、四氯化碳等有機(jī)溶劑，可以避免對(duì)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(zhì)油的熒光顯示更充分，避免漏失輕質(zhì)油層 ③ 不同性質(zhì)原油及不同產(chǎn)油層具有不同的反應(yīng)效果 ④ 微機(jī)自動(dòng)化處理，具自動(dòng)繪制二維坐標(biāo)的熒光光譜圖，實(shí)現(xiàn)樣品含油濃度的自動(dòng)輸出，自動(dòng)扣除背景值等功能 二維定量熒光檢測(cè)儀熒光檢測(cè)技術(shù) 工作原理及特點(diǎn)