降滤失剂的应用现状与发展方向

重庆科技学院

钻井液工艺学（论文）题目降滤失剂的应用现状与发展方向

院（系）化学化工学院

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2013年4月25日

降滤失剂的应用现状与发展方向

摘要：降滤失剂在石油钻井中是用量最大且最重要的一类处理剂，它对维护钻井液性能稳定、安全高效钻井有着重要的作用。在这方面研究最多、发展最快，且在新型含磺酸基聚合物降滤失剂方面取得了可喜的进展。降滤失剂的研究约占钻井液处理剂的50%，这与降滤失剂在钻井液中所处的地位和钻井液所面临的新问题有关。

降滤失剂产品可分为两大类：颗粒材料和水溶性高分子材料。早期使用的是颗粒材料如膨润土、沥青、硅灰、花生壳、胶乳等，现在实际应用较少。目前，大部分降滤失剂均为水溶性的高分子与合成高分子及它们的改性产品［1-2］。近年来，很多新兴的降滤失剂不断被开发出来，例如聚合物/无机物纳米复合降滤失剂，以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为基料的多元聚合物，两性离子型共聚物降滤失剂AADM，新型膨润土接枝聚合物钻井液降滤失剂等。

1.天然材料及其改性产品

纤维素类改性产品以其价廉质优等特性一直受到重视，征对现场应用中出现的问题，近年来开展了一系列的研究，如对聚阴离子纤维素的进一步改性，提高了抗盐、抗钙、抗高温及降滤失能力并明显提高了增黏作用。选用锌类纳米材料ZZ作为纳米复合处理剂的原料，采用溶液共混法与乳液共混法为主、机械共混法为辅的共混方法制得的纳米改性材料CMC-ZZ［3］，改善了钻井液的护胶性能，降低了常温及常压滤失量，也能提高塑性黏度和动切力。

淀粉类改性产品多以醚化和接枝为主，可明显提高产品的抗温、抗盐能力，这方面的研究有以玉米淀粉为原料研制的两性离子型改性淀粉降滤失剂CSJ，其阴离子取代度为0.5-o.8，阳离子取代度为0.2-0.4，在淡水钻井液、正电胶钻井液和盐水钻井液中，均有较好的流变性能和降滤失性能，能保持增强正电胶钻井液的结构和流变特性，与正电胶钻井液具有良好的配伍性

能，其抗温性能和降滤失效果优于DFD，抗盐可达饱和、抗温可达140℃。

改性羧甲基淀粉加量2%的降滤失率约46%，抗盐、抗钙性能较好，具有一定抗温能力［4］。以马铃薯淀粉和氯乙酸为主要原料，通过交联-醚化制备了交联-羧甲基符合变形淀粉（CCMS），在饱和盐水泥浆和4%盐水泥浆中，当CCMS用量分别为MV-CMC质量分数的57%和75%时，就可达到钻井液用MV-CMC的增黏、降滤失水性能指标。为克服羧甲基淀粉类降滤失剂的缺陷，研究人员合成了醚化、接枝热交联淀粉，将这两种产物单独及复配后用作钻井液降滤失剂，醚化淀粉与接枝淀粉复配质量比为1:1时降滤失性能较理想，可达到50%，该产物对环境基本无伤害。高素丽［5］等采用丙烯酰胺、丙烯晴、丙烯酸为单体，在一定温度和引发剂作用下，与淀粉接枝共聚制得AM/AN/AM淀粉四元接枝共聚物，在淡水、饱和盐水和符合盐水钻井液中均有优良的降滤失作用和较好的耐温（抗温>150℃）、抗盐（抗NaCl 至饱和）和抗钙（>20%）污染的能力，对泥页岩有较强的抑制包被性。

2 合成类聚合物

酚醛树脂和乙烯基聚合物为代表的合成类聚合物降滤失剂种类繁多，具有性能优异、结构易调节等特点，是我国将滤失剂研究的重点。

2.1 磺化酚醛树脂类

磺化酚醛树脂类产品有SMP、磺化木质素磺甲基酚醛树脂（SLSP）和尿素改性磺甲基酚醛树脂（SPU）。其中，SMP在深井盐水浆中有着广泛的应用，以SMP 为重要组成的三磺钻井液体系已应用多年。近年来，为了提高产品性能，采用氧化还原引发体系，制备了AMPS、AA、和AM、与SMP的复合聚合物降滤失剂，其耐温性能可达240℃，且具有较好的抗盐效果［6］。以苯酚、甲醛、亚硫酸钠、二甲胺和溴丁烷为原料，APR，具有比SMP更好的耐温抗盐性能，由于引入了阳离子基团，提高了产品的抑制性。在SMP分子中引入季铵盐基团，得到了两性磺化酚醛树脂ASP-1，提高了产品的降滤失效果，并能更好的抑制地层的膨胀和分散。在碱性条件下，用一步法合成了磺化羟甲基苯酚，其耐温性能明显提高，性能优于SMP-1［7］。

2.2 乙烯基聚合物降滤失剂

乙烯基聚合物降滤失剂通常由两种及以上含双键的单体聚合而成，由于可以通过分子设计针对性的提高目标产物的耐温、耐盐等性能，满足当前深井、超深井、水平井等复杂井对钻井液高温性能的要求，越来越多的研究关注于乙烯基单体制备聚合物降滤失剂。常见的单体有：AM、AA、N-乙烯-2-吡咯烷酮（NVP）、苯乙烯磺酸（SS）、AMPS、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）等，通过单体的共聚可以得到阴离子乙烯基聚合物和两性离子乙烯基聚合物。由于AMPS中的磺酸基团是典型的强水化基团，可以增加聚合物的耐温和耐盐等性能，其共聚物是当前的研究热点和重点。

2.3 阴离子乙烯基聚合物

阴离子乙烯基聚合物主要有：采用氧化-还原引发体系合成的耐温抗盐性能强的AMPS-AM的二元共聚物，以及AMPS/AM/V AC、AM/AMPS/MAA三元共聚降滤失剂。室内评价结果表明，合成的聚合物在淡水、饱和盐水和含钙基浆中都有较好的降滤失作用。具有一定的抗温抗盐效果。采用2-丙烯酰氧-2-乙烯基甲基丙磺酸钠（AOEMS）、丙烯酰氧丁基磺酸（AOBS）、DMAM、AM、AA共聚，通过控制合成条件以及配方优化，合成的LP527和MP488两种共聚物，两者与SMC、SMP配伍性良好。由它们组成的钻井液体系高温稳定性好，没有出现高温稠化，通过配方优化，可以控制高温高压滤失量在15ml以内［8］。采用ANPS和DMAM为单体，用均匀设计优化了聚合物的合成配方，所得聚合物在淡水河盐水钻井液中具有较强的降滤失和提黏切能力，在220℃高温老化后降滤失效果明显。

以AMPS等单体为原料，合成的新型抗高温多元聚合物降滤失剂JHW，抗温性能达到210℃，具有优异的抗盐和抗钙镁性能。随后合成的AMPS/AM/MAM 三元共聚物，通过正交实验确定了最佳合成条件。180℃老化前后滤失量变化不大［9］。

研究表明，AMPS/AM/衣康酸（IA）三元共聚物降滤失剂具有良好的耐温性能，其分解温度（240℃）远高于AMPS均聚物的热降解温度（182℃），在220℃