Page 35 - 《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 ·1749·

胺、二烯丙基二甲基氯化铵接枝阿拉伯树胶制备了 14.5 Pa）。这是因为，氢键使聚合物缠绕得更紧密，
接枝共聚物，并与黄原胶、氯化钾和聚阴离子纤维 导致结构更加稳定。另外，与传统的部分水解聚丙
素配制了水基钻井液。结果表明，随着共聚物用量 烯酰胺相比，该纳米材料的流变性和过滤性在 80℃
的增加，钻井液的 AV、PV、YP 和凝胶强度都有所 下基本保持不变。SABOORI 等 [39] 用 CuO 纳米颗粒
增加，在表现出更高的剪切稀释性的同时，还形成 和 PAM 为原料合成了 CuO/PAM 纳米复合材料。结
了薄而韧的泥饼。但超过 95 ℃黄原胶链就会发生 果表明，CuO/PAM 材料会增加钻井液的黏度，这是
断裂，导致钻井液流变参数下降。 因为，纳米复合材料中 PAM 充当增黏剂，并且会降
星型聚合物由多个线型聚合物支链组成，与线 低泥饼的厚度（减少了 3.7%）和滤失量（减少了
型聚合物相比，拥有更加致密的结构和更加丰富的 2.4%），这可归因于 PAM 和 CuO 的尺寸效应（平
官能团。LUO 等 [37] 用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2- 均粒径为 55.4 nm），使得 CuO/PAM 会形成少孔、
甲基丙磺酸钠、苯乙烯、马来酸酐、膨润土等为原 低渗透的滤饼，减少流失到地层中的水分。另外，
料合成了具有相同相对分子质量的线型共聚物 该材料还 能使钻井 液的热导 率增加 16.06%~
L-poly 和星型共聚物 S-poly。结果表明，与 L-poly 69.68%，但该纳米复合材料抗盐性较差。
不同，S-poly 可以在高温下起到增黏提切的作用。 随着油藏开发不断向深层和复杂性地层深入，
这是因为，S-poly 中有相对更多的链和更紧凑的结 对流型调节剂性能的要求也越来越高，该类流型调
构，能更容易地形成网络结构，即在高温下不易降 节剂具备出色的增黏提切效果，并且耐温性好，将
解导致星型共聚物相对分子质量显著下降的问题出 是未来的研究重点。作者建议，在设计该类流型调
现。剪切力和高温对 L-poly 和 S-poly 结构的影响见 节剂时应偏向高相对分子质量方向 [40] ，同时引入多
图 4。 功能性单体 [31-33] 。另外，应更加深入地研究接枝聚
合物 [34-36] 和星型聚合物流型调节剂 [37] 。除此之外，
纳米颗粒具备用量少、效果显著的优点，但研发成
本较高，研究应偏向低成本方向。作者总结了典型
钻井液用流型调节剂的性能特点，见表 1。

表 1 典型钻井液用流型调节剂性能对比
Table 1 Performance comparison of rheology modifiers
for typical drilling fluids
性能特点
主要原料 增黏提 耐温性/℃
切能力/ （一般情 环保性 价格优势
级 况）
膨润土 [7-10] 1 <180 少量环保， 廉价
大量有污染
淀粉 [18-20] 3 <115 环保 廉价
纳米纤维素 [14-17] 2 <200 环保 成本高
黄原胶 [25-27] 2 <95 环保 廉价
[28-30]
图 4 剪切力和高温对 L-poly（a）和 S-poly（b）结构的 改性脂肪酸 2 <200 有残留 成本较高
影响 [37] 丙烯酰胺及衍生 1 >200 有残留 成本高
物 [31-38]
Fig. 4 Effects of shear force and high temperature on
L-poly (a) and S-poly (b) structures [37]
如表 1 所示，有机土虽然廉价、易推广，但单
除此之外，纳米材料在钻井液中也得到应用， 独使用有机土已不能满足钻井液流变性要求；天然
仅仅加入极少量的纳米材料，就可以得到显著的效 聚合物具有环保、无污染的优点，但是耐温性差；
果。JAIN 等 [38] 用黄原胶、丙烯酰胺、过硫酸钾、丙 人工合成聚合物耐温性强，但合成工艺复杂，研发
酮等为原料合成了聚丙烯酰胺接枝黄原胶/多壁碳 成本高。总之，随着油藏开发不断偏向深层和复杂
纳米管（PA-g-XG/MWCNT）纳米复合材料。研究 性地层方向发展，流型调节剂的增黏提切、抗高温
发现，随着纳米复合材料浓度的增加，钻井液的 PV、 性需进一步提高。纳米材料比相应的宏观和微观材
AV、YP 得到增加（加入浓度为 0.5 mol/L 纳米复合 料具备更好的性能，通过改善纳米颗粒的类型、组
材料，PV 为 24 mPa·s，AV 为 38.5 mPa·s，YP 为 合、尺寸、分布和表面功能，研究可生物降解、低