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、亚甲基蓝容量（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偏心轮机构
，大微动开关就是膨润土在泥浆
中的含量，可通过MBT实验测量，也就是用亚甲基蓝
溶液来滴定
。在滤纸
上目测。 冰鲜台
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、淡黄，因含铁量变化又呈浅灰、
浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑等。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。
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+时称钠基膨润土;层间阳离子为Ca+时称钙基膨润土。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，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(采用纯碱或烧碱改造)，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: 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，比发和亚甲基蓝容量法。比方法试验操作比较繁琐和费时。目测比法的比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，而且离心机、比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的晕环。滚动转子式压缩机
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离子结合生成蓝水不溶物，此时亚甲基兰褪，只有当溶液中有游离的亚甲基兰时才呈绿蓝。
式中 M＋——金属阳离子；
B——带负电荷的般土粒子。
在溶液中，有机阳离子呈蓝，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离子，滴在滤纸上的渗液无，只有当粘土粒子吸附亚甲基兰达到饱和状态时，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离子，故呈绿-蓝圈。
固态负氢离子
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。
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、25mL、50mL各一个，10mL、50mL量筒用于量取蒸馏水，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C16H18ClN3S 3H2O，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。美囯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±5 F（93±3℃）烘干成干样（烘干后分子式为C16H18N3SCl·3H2O，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2ml-10ml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3ml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%过氧化氢溶液和0.5mL稀硫酸。缓慢煮沸lOmin，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H2O2溶液和H2SO4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H2O2溶液和H2SO4都具有强氧化性，加入H2O2溶液可以保护游离的亚甲基兰，加入H2SO4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，如果蓝圆环消失，重复继续滴加，直至2min后蓝圆环不再消失即达到最初的滴定终点（终点判断见图1-1）。
当绿蓝圆圈出现后再搅拌两分钟圈可能消失，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，绿蓝微型汽油机圈就会消失。
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（MBT）
式中
MBT—亚甲基蓝容量
Vmb—滴定消耗的亚甲基蓝的体积，mL
Vdf--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）
式中
BE—膨润土当量，kg/m3
BE’—膨润土当量， lb/bbl
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