钻井液在使用过程中，由于酸性气体侵入、盐侵、钙侵或处理剂降解失效等原因，pH值会逐渐降低。钻井液经过老化处理后pH值都会降低，并且随着时间的延长，pH值会不断下降；老化处理温度越高，pH值下降越快；含盐量越高，pH值下降幅度越大^{[1, 2]}。一般认为，导致钻井液pH值降低的主要原因有：滤液中的Na⁺与黏土矿物晶层问的H⁺发生离子交换，置换出大量的H+使钻井液的pH值降低^{[3, 4]}，即pH值发生变化的机理与离子交换吸附有关；钻井高温作用后，钻井液中黏土颗粒的表面活性降低，消耗OH^-而引起钻井液的pH值下降^[5]；工业食盐中含有MgCl₂、KCI等杂质，其中的一些离子与滤液中的OH^-反应生成沉淀，消耗部分OH^-，导致钻井液pH值降低^[6]。钻井液pH值的降低不仅在一定程度上影响有机处理剂在钻井液中的功效，使钙、镁离子的溶解度增大，降低钻井液的工作性能，还会加重钻具的腐蚀，造成钻井事故，增加钻井成本。目前，针对影响钻井液pH值的因素方面研究还是很少，一些文献的结论存在矛盾和错误，无法给出正确、合理的解释。因此，有必要对影响钻井液pH值的因素进行研究。本文用滴定法研究了钻井液各种组分对pH值的影响规律，尤其对影响盐水聚磺钻井液pH值的原因进行了较深人的探讨。

1 实验部分 1.1 实验仪器与药品材料

实验仪器：电子天平(精度为0.000 2 g)、磁力搅拌器、PHS-3C型pH计、高温滚子炉等。

实验药品：NaOH、NaCl、铁矿粉、石膏、重晶石、甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾、乙酸钠、柠檬酸钾、司班60、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、羧甲基纤维素钠(CMC)、部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、黄胞胶(XC)、磺甲基酚醛树脂(SMP-Ⅱ)。

1.2 实验方法

将实验药品分别加入到蒸馏水中，配制成溶液或悬浊液，在溶液或悬浊液中加入不同量的NaOH，用PHS-3C型pH计测量体系的的pH值。

2 实验结果与讨论 2.1 无机盐对体系pH值的影响

钻井液常用无机盐对体系pH值的影响的实验结果见图 1、图 2。从实验结果可以看出，不同的无机盐对体系的初始pH值影响不同。NaCl使体系的初始pH值降低，且随着NaCl浓度的增大，初始pH值是逐渐降低的；石膏也使体系的初始pH值降低，加重剂铁矿粉和重晶石对体系的初始pH值基本无影响。

NaOH是OH^-的主要来源，随着NaOH浓度的增加，各体系pH值增大。NaCl溶液、石膏及铁矿粉体系的曲线均略低于蒸馏水的变化曲线。石膏为强酸弱碱盐，溶于水后显弱酸性；铁矿粉颗粒表面能结合一定量的OH^-离子，使pH值降低^[7]。重晶石为惰性材料，对体系pH值没有影响。

2.2 有机盐对体系pH值的影响

钻井液常用有机盐对体系pH值的影响的实验结果见图 3、图 4。所研究的有机盐均为强碱弱酸盐，不论是加人到蒸馏水中还是加入到饱和盐水中，均使体系的初始pH值上升。

NaOH是OH^-的主要来源，随着NaOH浓度的增加，有机盐体系pH值增大。在饱和盐水中，有机盐体系在pH值10.5~11.5范围出现缓冲区间。

2.3 表面活性剂对体系pH值的影响

表面活性剂对体系pH值的影响的实验结果见图 5、图 6。从实验结果可以看出，在蒸馏水和饱和盐水中，三种类型的表面活性剂均使体系的初始pH值升高，不同的表面活性剂体系的初始的pH值不同。

NaOH是OH^-的主要来源，随着NaOH浓度的增加，各体系pH值增大。在饱和盐水中，十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵体系的变化曲线与蒸馏水的变化规律相同，而司班60体系在pH值10.5~11.5范围出现平缓段，可能是因为司班60在饱和盐水中溶解度低，活性剂黏附到玻璃电极上带来的实验误差所致。

2.4 常用聚合物对体系pH值的影响 2.4.1 常用聚合物对体系pH值的影响

钻井液常用聚合物对体系pH值的影响的实验结果见图 7、图 8。从实验结果可以看出，无论是在蒸馏水中还是在饱和盐水中，钻井液常用聚合物都使体系的初始pH升高，这主要是聚合物材料中含有的碱性杂质所致。

NaOH是OH^-的主要来源，随着NaOH浓度的增加，以上体系除SMP-Ⅱ体系具有缓冲作用外，其它聚合物体系的pH值增大，可以认为HPAM、CMC、XC等聚合物对调整体系pH值没有抑制。

无论是在蒸馏水中还是在饱和盐水中，SMP-Ⅱ体系的pH值变化曲线与其它体系的变化曲线完全不同，表现出明显的缓冲作用。

2.4.2 SMP-Ⅱ体系缓冲机理研究

SMP-Ⅱ在钻井现场中应用广泛，主要用在深井盐水或饱和盐水钻井液体系中^[8]，现场应用盐水磺化钻井液时经常出现钻井液pH偏低，即使加入大量烧碱仍很难提高的现象。从前述实验结果可知，NaCl降低钻井液初始pH值，而SMP-Ⅱ对钻井液的pH值有显著的缓冲作用，这可能是盐水磺化钻井液体系pH值难调整的主要原因。

为探讨SMP-Ⅱ的缓冲机理，对比研究了SMP-Ⅱ、水溶性酚醛树脂和苯酚对体系pH值影响规律，结果见图 9、图 10。由实验结果可以看出，无论是在蒸馏水中还是在饱和盐水中，SMP-Ⅱ、水溶性酚醛树脂和苯酚都表现出显著的缓冲作用。这三种物质分子中都有酚羟基，在碱性条件下酚羟基与NaOH发生中和反应生成酚钠，在酸性条件下酚钠转化成酚羟基，酚羟基与酚钠构成了缓冲体系。

3 结论

(1) 氯化钠、石膏、铁矿粉使体系的初始pH值下降，而重晶石对体系pH值没有影响。

(2) 有机盐使淡水体系和饱和盐水体系的初始pH值上升，在饱和盐水体系中表现一定的缓冲作用。

(3) 表面活性剂使淡水体系和饱和盐水体系的初始pH值上升。

(4) HPAM、CMC、XC使淡水体系和饱和盐水体系的初始pH值上升。

(5) 在淡水体系和盐水体系中，SMP-Ⅱ有显著的缓冲作用，其原因是SMP-Ⅱ分子上的酚羟基与酚钠构成缓冲体系。