Page 31 - 《精细化工》2020年第9期

第 9 期 杨双春，等: 钻井液用流型调节剂的研究进展 ·1745·

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流型调节剂也叫做增黏提切剂或提切剂，能增 更好的耐温性。近年来，纳米技术 也得到应用并
加钻井液的黏度和切力，使钻井液保持较好的悬浮、 取得较好效果。
携带、稳定井壁的能力。在国外，流型调节剂也被 1.1 有机土
叫做流变改性剂（Rheology modifier）。随着大位移 有机土是指对黏土进行插层或接枝有机化合物
井、大斜度定向井及深水、超深水井等的发展，在 得到的一类材料。有机土可以提高钻井液的黏度和
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复杂地层下的钻井液的流变性还难以有效调控，易 切力。其中，钠基膨润土 是一种广泛应用于水基
引发一系列井下事故。因此，钻井液流型调节剂的 钻井液的流型调节剂。
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研发引起广泛关注。 李振邦 研究发现，改性良好的有机土不仅能
美国市场研究咨询机构透明市场研究 增黏提切，还可以形成网状结构提高油包水乳化钻
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（Transparency Market Research）公司 报告指出， 井液的稳定性。另外，流型调节剂能增强有机土颗
2014 年流型调节剂的市场规模约为 48 亿美元，并 粒在油相中的分散效果。
预估在 2015~2023 年间的复合增长率（CAGR）为 不同类型 有机土的 增黏提切 程度不同。
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3.50%，到 2023 年其市值将会达到约 65 亿美元。调 ZHUANG 等 对油基钻井液中有机蒙脱石（OMt）
研表明，国内外学者主要关注聚合物类流型调节剂 和有机坡缕石（OPal）的结构和性能进行了研究。
的研究，相比较而言，国外更加重视环保问题。如 他们发现，OMt 和 Opal 的流变行为非常不同（见
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沙特阿拉伯石油公司 研发了一种含脂肪酸和脂肪 图 1）。Opal 是纤维状结构且层间间距固定不变，
二醇流变改性剂的钻井液。该钻井液能有效平衡等 而 OMt 是层状结构且层间间距可发生变化。二者形
效循环密度（ECD）和携带岩屑、固体悬浮物。尼 成完全不同的网络结构，Opal 形成的“干草堆”结
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日利亚的 Covenant University 合成了马铃薯淀粉 构只不过是简单的堆叠，而 OMt 形成“纸牌屋”结
纳米复合材料（PSPNP），该材料可在 120 ℃时增 构则拥有更大的间隙，能更多地接触纳米片。因此，
加剪切速率，黏度不变且可提高 2%的采油率。国内 OMt 的稳定性和流变性更好，但其热稳定性较差。
也有学者对流型调节剂进行了研究，传统的理论认 高温会使有机土发生降解，导致钻井液的流变
为，流型调节剂是通过增加钻井液的黏度进而提高 性变差。ZHUANG 等 [10] 发现，当 OMt 与 Opal 以质
切力的大小。但近年来，有学者提出流变性的好坏 量比 1∶1 协同使用时，混合有机土比单一有机土表
不单单是切力所决定的，动塑比才是描述钻井液流 现出更好的剪切稀释性。这是因为 Opal 在纳米层间
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变性的重要指标 。随着研究的深入，还有学者 [5] 的交织作用增强了 OMt 的网络结构（见图 1）。

从分子角度提出：流型调节剂中的极性基团，如—OH、
—CONH 2 、—OCO—NH—等，是通过静电力或氢键
形成网络结构实现增黏提切。
本文主要介绍了现有的钻井液用流型调节剂的
研究进展和应用情况，按钻井液类型可划分为：典
型钻井液用流型调节剂、恒流变钻井液用流型调节
剂和其他钻井液用流型调节剂。并对不同钻井液用
流型调节剂的增黏提切能力、耐温性、环保性和价
格优势进行比较和评价，最后对流型调节剂的发展
提出了建议。

1 典型钻井液用流型调节剂

对于典型钻井液而言，流型调节剂可以调节并 图 1 OMt、Opal 和混合 OMt、Opal 的结构变化 [10]
Fig. 1 Structural changes of OMt, Opal and mixed OMt
维持钻井液流变性的相对稳定，提高钻井液的携岩 [10]
and Opal
屑、防沉降和控制当量循环密度的能力以应对突发
情况，确保钻井作业的顺利进行。典型钻井液用流 随着温度升高，有机土增黏效果会有所减弱，
型调节剂包括有机土和聚合物两大类。其中，有机 随着大位移井、复杂深井的增加，有机土的耐温性
土应用范围最广，但其在高温下容易稠化，污染储 成为瓶颈问题。另外，加入大量有机土来实现增黏
层，导致钻井液的使用寿命缩短。这些缺点极大地 提切也是不可取的，这会造成管道的黏连和地层的
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限制了有机土的应用 。于是，学者研制了聚合物 损害。因此，作者建议：可以优化有机土用量来提
流型调节剂。相比于有机土，聚合物流型调节剂有 高钻井液必要的悬浮能力；研究与其他流型调节剂