Page 36 - 《精细化工》2020年第9期
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·1750· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷
成本的纳米颗粒流型调节剂或成为流型调节剂未来 原料合成了 温敏聚合物 聚 N- 乙烯基己内酰胺
的发展方向之一。 （PVCL）。PVCL 能在 4~60 ℃改善钻井液的流变
性，尤其是低温下的流变性（4 ℃，与只添加膨润
2 恒流变钻井液用流型调节剂 土相比，添加 PVCL 的 AV 由 7.5 mPa·s 提升至
18.5 mPa·s，PV 由 4.5 mPa·s 提升至 14.0 mPa·s，YP
深水、超深水钻井面临最大的问题之一就是钻
由 3 Pa 提升至 5 Pa）。此外，PVCL 耐温 120 ℃且
井液会在 4~150 ℃内作业，引起流变性能的急剧变
耐 NaCl、CaCl 2 能力较好，但抗 MgCl 2 较差。虽然
化。典型钻井液流型调节剂已无法满足深水、超深
PVCL 性能良好，但其温度调节范围仍然较小。XIE
水钻井的要求。因此，学者提出了恒流变钻井液用
等 [43] 以丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠和
流型调节剂，使其在宽温度范围下依然能保持性能
N-乙烯基己内酰胺为原料合成一种温敏聚合物
稳定的工作。
PANA。PANA 在 4~75 ℃表现出一定的增黏现象，
2.1 水基
水基钻井液具有环保、易于制备、经济高效等 并且低温下增黏现象更加明显（ 4 ℃， AV 为
39.5 mPa·s、PV 为 26 mPa·s、YP 为 13.5 Pa），这
优点，因而得到广泛应用。
可归因于 PANA 中的热敏基团——己内酰胺基团。
有学者对低温下水基钻井液的增黏机理进行了
研究。ZHAO 等 [41] 研究发现，在低温下钻井液的增 当温度升高时，热敏基团通过热效应发生缔合行为，
黏机理可归为三点：（1）水黏度的增加；（2）钻 使 PANA 形成“紧凑”的三维网络结构，使流变性
大幅改善；而低温不仅不会发生缔合行为，还会减
井液体系变成以黏土（固体）为主；（3）聚合物分
子的缠绕（见图 5）。 缓膨润土颗粒的布朗运动，降低膨润土的分散性，
导致形成“松散”的网络结构。温度对 PANA 结构
的影响，见图 6。
图 6 温度对 PANA 结构的影响 [43]
Fig. 6 Effect of temperature on PANA structure [43]
有的学者还研发了核-壳结构来减缓温度急剧
变化带来的影响。黄孟等 [44] 以丙烯酸、丙烯酰胺、
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为原料合成了一种水基
钻井液恒流变流型调节剂。结果表明，随着温度从
a—聚合物在高温下的结构；b—聚合物在低温下的结构
65 ℃降至 4 ℃，水基钻井液的 AV、PV、YP 的最
图 5 温度对聚合物结构的影响 [41]
Fig. 5 Effect of temperature on polymer structure [41] 大变化分别为 3 mPa·s、3 mPa·s、1 Pa，而常规的
Plus/KCl 水基钻井液的 3 种流变参数的变化依次高
如图 5 所示，在高温下，聚合物分子热运动剧 达 34 mPa·s、20 mPa·s、14 Pa，后者变化幅度是前
烈且分子间的距离很大，导致分子间的作用力和摩 者的一个数量级以上。这是因为，前者的核-壳结构
擦力都很小。因此，水分子可以自由流动且流动阻 使得损耗的基团能够得到补充，保持基团数量的相
力小。但随着温度的降低，聚合物分子间距离逐渐 对稳定，提高了钻井液的稳定性。
变小，分子间作用力逐渐变大。此外，分子链的活 总之，有关恒流变水基钻井液流型调节剂的研
性也有所降低，形成了更多的缠绕。因此，导致大 究取得一定的成果，但其温度的可调节范围仍过窄。
量的水分子被困在聚合物结构中。 作者建议，可以引入多个热敏基团，增强其耐温性。
顾甜甜 [42] 以乙烯基己内酰胺、偶氮二异丁腈为 此外，可研发如“核-壳”结构 [44] 的新型流型调节剂。
