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油基钻井液中碱式碳酸锌除硫作用机制分析

张震 尹达 秦国川 陈林 王贵

张震,尹达,秦国川,等. 油基钻井液中碱式碳酸锌除硫作用机制分析[J]. 钻井液与完井液,2026,43(2):202-208 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.008
引用本文: 张震,尹达,秦国川,等. 油基钻井液中碱式碳酸锌除硫作用机制分析[J]. 钻井液与完井液,2026,43(2):202-208 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.008
ZHANG Zhen, YIN Da, QIN Guochuan, et al.Evaluation of sulfide removing rate by basic zinc carbonate in oil based drilling fluids and analyses of sulfide removing mechanisms[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(2):202-208 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.008
Citation: ZHANG Zhen, YIN Da, QIN Guochuan, et al.Evaluation of sulfide removing rate by basic zinc carbonate in oil based drilling fluids and analyses of sulfide removing mechanisms[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(2):202-208 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.008

油基钻井液中碱式碳酸锌除硫作用机制分析

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.008
基金项目: 中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“万米超深层油气资源钻完井关键技术与装备研究”(2022ZG06);中国石油天然气集团有限公司超深层复杂油气藏勘探开发技术研发中心项目“除硫剂科学评价方法及应用研究”(2023510104000512)。
详细信息
    作者简介:

    张震,高级工程师,1983年生,2006年毕业于重庆大学矿物工程专业,主要从事钻井液技术研究工作。E-mail:zhzhen-tlm@petrochina.com.cn

    通讯作者:

    王贵,博士,副教授,1982年生,主要从事油气井工作液理论与应用方面的教学与科研工作。E-mail:wanggui@126.com

  • 中图分类号: TE254

Evaluation of Sulfide Removing Rate by Basic Zinc Carbonate in Oil Based Drilling Fluids and Analyses of Sulfide Removing Mechanisms

  • 摘要: 碱式碳酸锌是高含硫地层水基钻井液常用除硫剂,其在油基钻井液中的除硫能力和作用机制尚不明晰。针对传统评价方法中硫化氢浓度和流量偏低、适用温度不高、反应时间过短等不足,搭建了适用于深井钻井液除硫率评价的实验平台;利用钻井液除硫率评价实验平台,测试了碱式碳酸锌在油相、水相、油包水乳液及油基钻井液中的除硫率;基于除硫率实验结果,分析了硫化氢在油包水乳液中的存在形式,厘清了中性及弱碱性水相环境中碱式碳酸锌除硫反应机制,进而揭示了油基钻井液中碱式碳酸锌除硫作用机制。结果表明,油基钻井液中碱式碳酸锌除硫率可达100%;侵入油基钻井液的硫化氢大部分(>90%)以未离解硫化氢分子形式存在于油相中,少部分硫化氢(<10%)溶解于水相中并离解形成以HS为主的离子;水相中碱式碳酸锌电离出的Zn2+离子直接与硫化氢一级电离产物HS离子发生反应生成ZnS沉淀,水相高pH值并非为除硫的必要条件;反应-扩散耦合作用是油基钻井液中碱式碳酸锌的主要机制;温度升高有助于提高除硫效率。揭示的油基钻井液中碱式碳酸锌除硫作用机制,为碱式碳酸锌用作油基钻井液除硫剂提供了科学依据。

     

  • 图  1  钻井液除硫率评价实验平台

    图  2  硫化氢在水中的存在形式

    图  3  NaHS水溶液与乙酸锌水溶液反应现象

    图  4  沉淀物XPS光谱峰拟合曲线

    图  5  油包水乳液中硫化氢存在形式示意图

    图  6  油包水乳液中碱式碳酸锌除硫作用机制图

    表  1  不同液体中碱式碳酸锌除硫率实验

    液体 Vs/
    mL
    Vp/
    mL
    Vh/
    mL
    Vr/
    mL
    η/
    %
    1636 480 464 1056 64.56
    水+3%碱式
    碳酸锌
    1725 370 0 1630 94.51
    白油 1829 281 401 1318 72.05
    白油+3%碱式
    碳酸锌
    1754 312 340 1348 76.84
    油包水乳液 1771 1084 338 828 46.75
    油包水乳液+
    3%碱式碳酸锌
    1771 684 0 1566 88.42
    油基钻井液 1292 1404 45 801 61.99
    油基钻井液+
    3%碱式碳酸锌
    1484 981 0 1269 85.53
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    表  2  温度对碱式碳酸锌除硫率的影响

    样品 T/℃ p/MPa η/%
    油基钻井液 25 0.10 61.99
    油基钻井液+
    3%碱式碳酸锌
    25 0.10 85.53
    120 0.27 93.96
    150 0.34 96.14
    180 0.72 96.53
    下载: 导出CSV

    表  3  不同流体中硫化氢溶解度实验结果

    液体 Vs/
    mL
    Vp/
    mL
    Vr/
    mL
    常温常压溶解度/
    mL/mL
    1829.2 110.2 1719 2.87
    1635.6 115.6 1520 2.53
    25%CaCl2水溶液 1252.9 551.9 701 1.17
    W/O乳液(90∶10) 1806.4 156.4 1650 2.75
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-10-28
  • 修回日期:  2025-12-05
  • 刊出日期:  2026-04-08

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