Page 32 - 《精细化工》2020年第9期
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·1746·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            间的潜在协同增效作用；设计专门与有机土配合的                             发了一种纳米纤维素流型调节剂。该纳米纤维素中
            流型调节剂      [11] ；可制备具有更长或更多烷基链的改                   纤维素链之间相互缠绕形成了三维网络结构，实现
            性 OMt  [12] 。另外，纳米颗粒     [13] 作为新兴技术，具有            了增黏提切的效果〔150  ℃老化 16 h 后，与只添加
            良好的应用前景，但其还不能完全替代有机土。目                             膨润土相比，添加膨润土和流型调节剂的表观黏度
            前，有关纳米颗粒的研究大多集中在水基钻井液，                             （AV）由 8 mPa·s 提升为 26.5~32.0 mPa·s，塑性黏
            油基钻井液的研究及性能评估还较少                  [10] 。           度（PV）由 6 mPa·s 提升为 15.5~19.0 mPa·s，屈服
            1.2    聚合物                                         强度（YP）由 2 Pa 提升为 11~13 Pa，动塑比由 0.33
                 在油基钻井液中往往需要加入大量有机土才能                          提升为 0.65~0.71〕。且这种结构受外力后迅速恢复，
            起到悬浮与携岩的作用，但有机土会增加塑性黏度                             能实现快速弱凝胶，从而更有效调控钻井液的流
            使泥饼变厚，易造成管道黏连和地层损害。另外，                             变性。
            随着地下深层钻井温度的升高，有机土的增黏效果                                 SONG 等  [17] 用纤维素纳米颗粒 CNP〔包括 CNC
            会随之减弱。因此，有学者研制了聚合物流型调节剂。                           和纤维素纳米纤维（CNF）〕和膨润土制备了一种
            1.2.1    天然聚合物                                     低固含量钻井液流型调节剂。结果表明，含 CNP 的
                 天然聚合物流型调节剂广泛应用于水基钻井                           流体表现出明显的剪切稀释性。与 CNC 相比，CNF
            液。按天然聚合物原料的不同，可划分为纤维素类、                            的剪切稀释性受固相影响较小，在低固相时表现出
            淀粉类和胶体类。                                           较好的流变性（AV 为 29 mPa·s，PV 为 18 mPa·s，
                （1）纤维素类                                        YP 为 10.1  Pa）。这是因为，CNF 与膨润土间不仅
                 天然纤维素是由 β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖单                      没有形成斥力，其内部高度缠绕形成的三维网络还
            体组成的聚合物。纤维素中的羟基可通过接枝共聚、                            增加了钻井液的流动阻力，进而实现增黏。另外发
            醚化、交联、酯化等反应制得性能优异的钻井液用                             现，可以通过调整 CNP 的尺寸分布、浓度和表面功
            流型调节剂。纤维素单体结构              [14] 如下所示：              能进一步优化 CNP 的流变性和过滤性。
                                                                   总之，纳米纤维素具有出色的增黏提切效果和
                                                               化学稳定性。作者认为，纳米纤维素或成为流型调
                                                               节剂未来发展方向之一。但目前纳米纤维素的成本
                                                               较高，因此，开发低成本的纳米纤维素就显得颇为
                                                               重要  [17] 。作者建议，可以适当调整并优化纳米纤维
                                                               素的尺寸、分布、浓度和功能来降低成本                  [17] 。另外，
                                                               有关纳米纤维素水基钻井液应用的研究还较少，应
                 RAMASAMY 等    [14] 总结了纳米纤维素在油田中
                                                               进一步研究     [14] 。
            的应用。他们发现，纳米纤维素不仅可以应用于钻
                                                                  （2）淀粉类
            井液，还可应用于固井。其能增加钻井液黏度、减
                                                                   淀粉是通过 α-1,4-糖苷键连接的葡萄糖单元组
            少流体损失，并生成薄且韧的泥饼。纳米纤维素的
                                                               成的聚合物，数量上是仅次于纤维素的第二大生物
            粒径不再是常规纤维素的微米级，而是纳米级（宽
                                                               质。可将淀粉链上的伯羟基和仲羟基化学改性制得
            度 5~20 nm、长度最长 2000 nm），其具有高抗拉强
                                                               钻井液流型调节剂。
            度（7500  MPa）、高刚度（杨氏模量为 140  GPa）
                                                                   钟汉毅等    [18] 用淀粉纳米晶和酸（硫酸、盐酸、
            和丰富的羟基基团。                                          硝酸或磷酸中的 1 种）为原料合成了淀粉纳米晶流
                 LI 等 [15] 利用流变模型研究了膨润土（BT）、纤
                                                               型调节剂。结果表明，淀粉纳米晶在提高钻井液切
            维素纳米晶体（CNC）和聚阴离子纤维素（PAC）
                                                               力和动塑比的同时，不会引起过高的 AV 和 PV。并
            的浓度对 PAC/CNC/BT 水基钻井液流变性的影响。
                                                               且其内部形成的网络结构在一定剪切速率下易拆
            他们发现，随着 BT 浓度的增加，BT 由起初的“纸                         散，有利于钻井液的携岩和泵送。另外，当钻井液
            牌屋”结构转化为更为致密的“卡片屋”结构，达                             停止循环时，静切力能迅速恢复，表现出良好的弱
            到了增黏提切的作用。这是因为硫酸根和羧基分别                             凝胶性。钱晓琳等        [19] 用玉米淀粉、马铃薯淀粉和交
            使得 CNC 和 PAC 带负电，二者受到静电力的作用                        联剂为原料研发了一种淀粉微凝胶水基钻井液流型
            而被吸附在 BT 表面。另外，CNC 和 PAC 中大量的                      调节剂。结果表明，该流型调节剂属于微米级的凝
            羟基与 BT 形成的氢键也是增黏提切的内因之一。                           胶颗粒，150 ℃下仍能增黏提切，使钻井液保持良
                 刘均一等    [16] 用羧甲基纤维素纳米纤维、阳离子                  好的剪切稀释性和触变性。
            纤维素纳米纤维或羟乙基纤维素纳米纤维为原料研                                 钱晓琳等     [19] 研制的淀粉微胶流型调节剂耐温
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