Q/SHCG 35-2012《钻井液用合成聚合物降滤失剂技术要求》标准实施分析

张月华，湛玉玲，周姝娜

中国石化中原油田分公司技术监测中心 （河南 濮阳 457001）

钻井液合成聚合物降滤失剂为丙烯酸、丙烯酰胺和丙烯酸钠等多元共聚物产品，是目前钻井液体系中用量最大的降滤失剂之一。产品种类较多，用量较大，据不完全统计，中国石化油田企业每年用量在2万t左右。产品以其较好的降滤失能力，较强的抗温、抗高价阳离子污染的能力，在钻井液中得到广泛应用。

通过现场调研和室内实验发现，现场在用产品存在着“合格而不好用”的现象，部分产品在钻井液中经过循环后降滤失效果明显变差，加量大时出现增稠、起泡等现象。为了解决这一问题，进一步规范产品质量，2011年，根据《中国石化18项油田化学剂技术要求编制项目任务书》的要求，在参考各油田企业标准的基础上，制定了中国石化一级企业标准Q/SHCG 35-2012《钻井液用合成聚合物降滤失剂技术要求》[1]，本标准于2012年8月1日发布并实施。

1 标准技术关键点

1）通过“有效物”及“降解残余物”的测定，共同控制产品纯度。

2）标准规定了“室温老化后API滤失量”指标及“120℃/16h老化后API滤失量”指标。滤失量的测定是以复合盐水配制基浆，并且复合盐水基浆中钙镁离子含量提高到各企业标准中复合盐水的1.5倍，对产品质量提出了更高的要求。

3）为了适应不同的钻井液体系，标准对产品进行分类，分为非增黏型降滤失剂和增黏型降滤失剂，增黏型适合于适度增黏的钻井液体系，非增黏型适合于不需要提黏的钻井液体系。

2 标准实施对产品纯度的影响

标准制定前，中国石化油田使用各自的企业标准控制产品质量，部分企业标准制定了“有效物”指标，所有企业标准中都没有制定“残渣”指标。通过调研得知现场在用产品“有效成分”较低，杂质含量较高，严重影响产品的现场应用效果。由于合成聚合物水溶液为粘稠液体，杂质很难从溶液中分离出来，不能直接测定。

本标准提出用“降解残余物”的指标及测定方法（即溶液降解法）表示难以测定的杂质含量；“有效物”的测定参考Q/SH 0049-2007《钻井液用包被剂PAC-141、降滤失剂PAC-142、增黏降滤失剂PAC-143技术要求》[2]的醇洗法。抽取现场在用产品进行“有效物”及“降解残余物”测定，并和室内合成聚合物进行比较，测定结果见表1。

表1 2011年样品“有效物”及“降解残余物”测定结果

由表1看出，室内合成聚合物产品 “实际有效物”大于85%，“降解残余物”含量只有3%左右。和室内合成聚合物相比，现场在用产品杂质含量占到18%～40%，实际有效物仅有50%左右。此外，1#～5#号产品所执行的企业标准中由于没有有效物指标，“有效物“相对较低，“降解残余物”也相对较少，7#、8#样品所执行的企业标准规定了“有效物”指标（有效物要求不小于83.0%），从表1数据看出，“有效物”确实达到指标要求，但是“降解残余物”也成倍增加，产品“实际有效物“反而很低。

“有效物”的测定沿用醇洗法，也叫沉降法，即利用聚合物不溶于乙醇溶液的性质，用75%的乙醇溶液把聚合物聚沉下来，通过过滤把可溶性无机盐过滤掉，滤纸上余下部分即为“有效物”。“有效物”的测定是建立在纯聚合物基础上，产品“降解残余物”较少，可忽略不计。如果聚合物中含有大量的既不溶于水又不溶于乙醇的矿物质，即所谓的 “外掺料”，那么，这些矿物质也和聚合物一起沉淀下来，导致“有效物”测定结果增大的假象。这说明生产商在生产过程中添加“外掺料”，既节约了成本，还能保证产品合格。所以不测定“降解残余物”含量，单纯的测定“有效物”不能起到控制产品纯度的目的。

本标准不但规定“有效物”的指标，还制定了“降解残余物”的检验方法，标准实施后，由于“有效物”和“降解残余物”共同控制产品质量，产品添加“外掺料”现象得到有效控制。产品质量的变化从其1%水溶液就可以直观地看出来，图1是标准实施前后合格产品1%水溶液。由图1看出，标准实施前，现场在用产品1%水溶液为不均匀的混浊液，有明显杂质；标准实施后，产品1%水溶液颜色无色略透明，杂质明显减少。

图1 标准实施前后产品1%水溶液外观比较

3 标准实施对产品降滤失效果的影响

原来各油田企业标准，多数只测定 “室温滤失量”，由于聚合物降滤失剂多用于中深井钻井液体系，新标准规定了高温（120℃/16h）滚动后API滤失量测定，并把基浆中钙镁离子含量增加到原来企业标准的1.5倍。

按传统的复合盐水配制方法[3-4]（氯化钙加量0.5%，六水氯化镁1.31%），虽然计算得钙镁离子总量为3 370mg/L，但通过基浆的测定实际基浆中的钙镁离子总量，却由于碳酸钠的加入而部分消耗，测得基浆中的钙镁离子含量只有1 500mg/L。通过实验证明，传统的复合盐水配制基浆，120℃/16h老化后滤失量不能明显的区分出现场样品的优劣。所以，要使钙镁离子总量达到3 000mg/L左右，必须增加钙镁离子加量。为了考察产品的真正抗高价离子的能力，本标准根据实测情况确定钙镁加量，当氯化钙加量0.75%，六水氯化镁2.62%时，测得基浆中的钙镁总量为3 000mg/L，用此基浆考察目前的产品的抗钙镁离子的能力，进行滤失量的检验，测定现场在用产品1#～10#样品的室温和120℃/16h滤失量[5]，结果见表2。

表2 产品室温和120℃/16 h API滤失量的比较

由表2看出，1#～10#产品“室温滤失量”比较接近，基本都能满足小于10mL的要求，但“120℃/16 h老化后滤失量”的测定结果表现出明显的差别，质量较好的产品只有10mL左右，质量差的产品达到78mL，接近原浆滤失量（80～110mL），完全失去降滤失性能。由表1和表2比较还可看出，实际有效物和滤失量并不完全成正比，比如3#产品“有效物”不是最小的，“120℃/16h老化后滤失量”却最差。这种现象说明合成聚合物的降失水能力除和纯度有关外，本身还存在质量差别。产品合成生产工艺不同，生产出的聚合物质量也有很大区别，质量较好的产品为了降低成本，产品加入了部分“外掺料”；质量较差的产品，即使不加“外掺料”，由于聚合物官能团配比欠佳，其降失水效果仍然显出劣势。

4 标准实施效果分析

标准实施前，合成聚合物产品合格率超过90%，2012年新标准实施后，合格率仅有30%，不合格项目主要是降解残余物及“120℃/16h老化后滤失量”。标准实施前后产品合格率由原来的90%降低到30%，现场在用产品质量存在着“合格而不好用”的矛盾现象得到有效控制，产品在钻井液中降滤失效果明显提高。

随着标准的逐步实施，产品质量也在逐步提高，合格率也在不断提高，表3是2013年抽查产品的检验结果。

表1中现场在用产品和表3中产品对比看出，标准实施后，产品实际有效物平均含量从50%增加到70%，提高了20%，“残渣”从26%降低至16%，减少了10%，说明新标准的实施促使生产厂家及时调整生产工艺，提高了产品质量。

5 结束语

1）新标准实施后，产品合格率由原来的90%降低到30%，产品“合格不好用”现象得到了控制。

表3 2013年现场在用产品“有效物”及“降解残余物”检验结果

2）新标准实施后，每口井合成聚合物降滤失剂产品用量减少了约20%，降低了成本。

3）新标准实施后，通过对产品的杂质含量较好的控制，使得产品中无效固相成分减少，对地层的污染减少了，达到了清洁生产、节能减排的目的。

[1]Q/SHCG 35-2012钻井液用合成聚合物降滤失剂技术要求[S].

[2]Q/SH 0049-2007钻井液用包被剂PAC-141、降滤失剂PAC-142、增黏降滤失剂PAC-143技术要求[S].

[3]王中华.钻井液化学品设计与新产品开发[M].西安：西北大学出版社，2006.

[4]王中华.油田化学品[M].北京：中国石化出版社，2001.

[5]周姝娜，黄伟琴.钻井液化学剂检验中复合盐水基浆配制方法探讨[J].石油工业技术监督,2008,24（1）：49-51.