Page 33 - 《精细化工》2020年第9期
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第 9 期                          杨双春，等:  钻井液用流型调节剂的研究进展                                   ·1747·


            150 ℃，但未推广应用。目前，淀粉类流型调节剂                           因此，作者建议，纳米纤维素流型调节剂应该着重
            的耐温性仍然较差，当温度高于 115 ℃就会不稳定，                         关注成本问题，而淀粉类和胶体类流型调节剂应提
            发生降解     [20] 。因此，作者建议，淀粉类流型调节剂                    升其耐温性和 pH 适用范围。
            的研发可考虑与其他化合物间潜在的协同作用                      [21] 、   1.2.2    人工合成聚合物
            氢键及三维网络结构         [22] 以增强其性能。此外，可考虑                   人工合成聚合物与天然聚合物相比，其耐温、
            引入纳米流体以更好地调节钻井液的黏度                  [23] 。         耐压性更好。人工合成聚合物用于流型调节剂的主
                （3）胶体类                                         要有改性脂肪酸类、丙烯酰胺和相关衍生物类。
                 胶体具备良好的与水结合的特性，这种性质使                             （1）改性脂肪酸类
            其能够调节钻井液的流变性，因而被用作流型调节                                 改性脂肪酸大多是在脂肪酸或类脂肪酸链上引
            剂，其中，瓜尔胶和黄原胶是最常见流型调节剂。                             入酰胺基、羰基、酯基等极性基团，通过静电力或
                 MAHTO 等   [24] 用罗望子树胶、聚阴离子纤维素                 氢键作用缔合得到流型调节剂。
            （PAC）和膨润土为原料研制了一种对环境友好的                                黄贤斌等    [28] 用二聚酸、二乙醇胺合成了一种改
            流型调节剂。结果表明，协同使用罗望子树胶和 PAC                          性脂肪酸流型调节剂。结果表明，该流型调节剂能
            的效果最佳，与单独使用罗望子树胶相比，AV 由                            提高切力和动塑比（180  ℃老化 16 h 后，动切力由
            11.5 mPa·s 提高到 19.5 mPa·s，PV 由 6 mPa·s 提高          5.621  Pa 提升至 10.730  Pa，动塑比由 0.076 提升至
            到 11 mPa·s，YP 由 5.5 mPa 提高到 8.5 mPa。其机             0.250），且通过氢键形成的三维网络还增强了调节
            理为：罗望子树胶与 PAC 形成了氢键。另外，罗望                          剂的弱凝胶性。杨斌         [29] 用脂肪酸二聚体、多元醇和
            子树胶的成本极为低廉，其价格约是瓜尔胶价格的                             肉豆蔻酸为原料合成了提切剂 G322-MOD。结果表
            1/7，有良好的应用前景。                                      明，该提切剂可以有效增加钻井液的动切力和低剪
                 瓜尔胶能有效改善钻井液流变能力，但瓜尔胶                          切速率下 的切力（ 加入浓度 为 0.5  mol/L
            的耐碱性差，只能在 pH 为 3~4 时保持良好的黏度。                       G322-MOD，动切力增加了 30.8%，低剪切速率切
            因此，学者研究黄原胶作为流型调节剂。黄原胶易                             力增加 33.3%，PV 增加了 3~48 mPa·s），且耐温 180
            溶于水，且其双螺旋结构可以形成复杂的网络结构，                            ℃。应用于长宁-威远页岩气示范区和四川反承包项
            具备良好的增黏性、假塑性、耐温性和耐 pH 性。                           目效果较好（AV 由 57 mPa·s 提升至 76 mPa·s，PV
            许明标等     [25] 用黄原胶、沙蒿胶、魔芋胶等为原料研                    由 45  mPa·s 提升至 62  mPa·s，YP 由 12  Pa 提升至
            发了一种钻井液流型调节剂。该流型调节剂有较高                             14 Pa）。王伟等    [30] 用二聚脂肪酸和二乙烯三胺制备
            的 AV 和低剪切速率黏度（AV 为 25~30 mPa·s，低剪                  了油基增黏提切剂 VSSI。结果表明，VSSI 可以起
            切速率黏度为 45452~52014 mPa·s），且内部的聚合物                  到增黏提切的效果（加入浓度为2 mol/L VSSI后测得，
            与黄原胶在羟基作用下与水分子能够协同增黏，使                             AV 为 59.5  mPa·s，PV 为 46  mPa·s，动切力为
            钻井液具备良好的剪切稀释性。杨超等                  [26] 用黄原胶、      13.5 Pa）。另外，VSSI 增黏提切的效果明显优于商
            瓜尔胶和文莱胶合成的流型调节剂、两性离子改性                             品化的流型调节剂 PF-  MOD 和无极性官能团的聚
            淀粉、无水氯化钙等制备了一种高润滑水基钻井液。                            苯乙烯树脂。
            结果表明，改性淀粉和 CaCl 2 的协同作用使钻井液                            总之，改性脂肪酸类流型调节剂的增黏提切的
            有良好的增黏提切效果，并且高浓度的 CaCl 2 使磺                        效果明显优于商品化的流型调节剂，或成为未来发
            酸基和铵基与膨润土充分作用，提高黏土颗粒的稳                             展方向之一。作者建议，在设计该类流型调节剂时应
            定性，减少滤失。                                           考虑强静电作用、氢键作用以及三维网络结构                    [28-30] 。
                 总的来说，瓜尔胶分子为直链结构，只能在pH                            （2）丙烯酰胺和相关衍生物类
            为3~4时保持良好的黏度，黄原胶类流型调节剂虽然                               GHADERI 等   [31] 用丙烯酰胺、苯乙烯和马来酸
            能改善瓜尔胶类pH范围，但其性能受温度的影响较                            酐合成了一种改性水溶性三元缔合聚合物 PASM-t。
            大 [27] ，因为高温下黄原胶的结构会由有序向无序改                        结果表明，与羧甲基纤维素（CMC）相比，含有
            变，导致黄原胶的增黏效果大幅降低。                                  PASM-t 的钻井液具有更高的黏度、抗腐蚀性和抗腐
                 天然聚合物流型调节剂虽然可以起到增黏提切                          蚀速率。此外，NaCl 的加入也对聚合物的结构有影
            的效果，但在高温高压下会发生降解和劣化。纳米                             响。NaCl 对 CMC、PASM-t 结构的影响以及温度对
            纤维素类研发成本高，有关水基钻井液应用的研究                             PASM-t 的影响见图 2。
            较少；淀粉类流型调节剂耐温性较差，当温度高于                                 如图 2 所示，在添加 NaCl 后，CMC 钻井液无
            115  ℃就会不稳定     [20] ；瓜尔胶类流型调节剂 pH 适用              法形成连续的三维网络，导致了黏度的降低。而
            范围窄，黄原胶类流型调节剂受温度的影响较大                     [27] 。   PASM-t 不仅表现出更高的黏度，还显示了良好的耐
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