国内钻井液处理剂研发现状与发展趋势

王中华

(中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001)



国内钻井液处理剂研发现状与发展趋势

王中华

(中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001)

为指导钻井液处理剂的开发，在介绍各种不同作用的合成聚合物、合成树脂磺酸盐等合成材料处理剂，淀粉、纤维素、木质素、腐殖酸和油脂等天然材料改性处理剂，以及废塑料、油脂下脚料改性处理剂等钻井液处理剂研究与应用现状的基础上，分析了不同类型钻井液处理剂在应用、研发和生产中存在的问题，指出了钻井液处理剂的发展趋势和开发方向，对今后研发新单体、寻找新原料、开发新结构的合成材料和对天然材料进行改性、利用工业废料及农林加工副产品研发新型、低成本、绿色环保的钻井液处理剂具有较好的指导作用。

钻井液；钻井液处理剂；合成材料；天然材料改性；工业废料；聚合物

自20世纪70年代以来，为满足钻井液性能维护处理需要和保证在复杂条件下能够安全、顺利钻井，我国钻井液处理剂的研制与应用越来越受到重视，并逐步实现了专用处理剂由国外引进到自主研发的转变，尤其是聚合物处理剂的研发与应用奠定了低固相不分散钻井液的发展基础。近年来，随着油基钻井液在页岩气水平井及强水敏性地层的应用，油基钻井液处理剂也有了快速发展，短短几年内就研发出油基钻井液乳化剂、降滤失剂、增黏剂和封堵剂等处理剂，使我国油基钻井液技术逐步趋于成熟。

总体而言，经过近50年的发展，我国钻井液处理剂已基本满足各种复杂情况下钻井施工对钻井液的要求，且对各种合成材料、天然材料改性和新型表面活性剂类处理剂的研究更深入，对工业及农林加工副产品的应用更重视，特别是超高温、超高密度钻井液专用处理剂已在应用中见到较好的效果[1]。尽管我国钻井液处理剂正逐步赶上国际先进水平，但与国外油田技术服务公司相比仍然存在一些差距，尤其是随着钻遇地层日益复杂，深井超深井、深水油气井、非常规井等越来越多，为更好地满足复杂情况下钻井施工对钻井液的要求，仍然需要不断完善已有钻井液处理剂的性能并研制新型处理剂。

1 钻井液处理剂研究现状

1.1 合成材料类处理剂

1.1.1 合成聚合物

无论从应用还是研究方面，合成聚合物始终占据钻井液处理剂的主导地位。20世纪80年代发展起来的含羧酸基的阴离子型和两性离子型丙烯酸、丙烯酰胺类聚合物处理剂因基团比例及相对分子质量不同，可分别用作增黏剂、降滤失剂、包被絮凝剂、流性调节剂、防塌剂和降黏剂，在钻井液中占有重要位置，直至现在仍然是国内用量最大的处理剂之一。

实践表明，含羧酸基的聚合物尽管具有较强的抗温抗盐能力和一定的抗钙能力，但在高温下，特别是存在高价金属离子时其作用会明显下降，甚至失去作用。针对丙烯酸类聚合物抗温、抗钙能力不足，国外在20世纪80年代就广泛应用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合物，并形成了具有不同作用的钻井液处理剂。随着AMPS单体的国产化，国内于20世纪90年代初研制生产了以PAMS601为代表的AMPS与AM等单体的共聚物处理剂，并在现场应用中取得良好效果。由2-丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸(MAOPS)与AM、阳离子单体合成的共聚物CPS-2000，于2000年投入生成和现场应用，并形成了两性离子磺酸盐聚合物钻井液。而由AM、丙烯酰胺基长链烷基磺酸和双烯磺酸单体为原料合成的低相对分子质量的抗高温聚合物降滤失剂PFL[2-3]，在钻井中表现出良好的抗高温性能。

近年来，随着人们对AMPS聚合物处理剂性能的逐步认识，AMPS与其他单体的聚合物成为聚合物处理剂研制的主要方向，表1为AMPS共聚物处理剂的研究情况。从AMPS共聚物处理剂的组成看，可分为2类：1)AMPS、AM与其他单体的共聚物抗温能力虽然得到一定程度的提高，但在高温下酰胺基的水解作用仍然会使其性能降低，尤其是存在钙、镁等高价金属离子时；2)AMPS与烷基取代或其他非离子基团的共聚物抗温抗钙能力得到显著提高，适用于高钙环境，但由于原料来源有限、成本高，其应用受到一定限制。

表1 AMPS共聚物处理剂研究情况

Table 1 Research and development of the copolymer additive AMPS

共聚物或名称主要用途或适用条件 P(AMPS⁃AM⁃AN)、P(AMPS⁃AM⁃VAc)、P(AN⁃AMPS⁃DMAM)、P(AMPS⁃IPAM⁃AM)、P(AM⁃AMPS⁃NVP)、AN与AMPS和带环状侧取代基乙烯单体的聚合物[4]、AMPS和AM与聚氧乙烯基的烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)的共聚物[5]，AMPS、AM、AN、AA和硅烷偶联剂合成的降滤失剂SO⁃1[6]等 阴离子型聚合物，具有良好的抗温、抗盐、抗钙能力的增黏降滤失作用 P(AM⁃AMPS⁃DMDAAC)、P(AM⁃AMPS⁃DEDAAC)、P(AMPS⁃DMC⁃AM)、P(AA⁃AM⁃AMPS⁃DEDAAC)、P(AMPS⁃AM⁃AOETAC⁃AA)、P(DEAM⁃AMPS⁃NVP⁃DM⁃DAC)、P(AM⁃AMPS⁃DMDAAC⁃NVP)，以及AM、DMDAAC、AMPS和酯类单体的共聚物等[7] 两性离子型聚合物，用于降滤失、增黏、包被和防塌 超高温降滤失剂LP527和MP⁃488[8]、P(AMPS⁃AM⁃AA)/SMP复合聚合物降滤失剂[9]等 适用于超高温条件 P(AMPS/DMAM)、P(AMPS⁃DEAM)以及AMPS、N⁃VCL、二乙烯基苯交联聚合物增黏剂SDKP[10]等 具有较强的抗温抗盐能力，特别是抗钙能力

注：IPAM为异丁基丙烯酰胺，DMAM为N，N-二甲基丙烯酰胺，DEAM为N，N-二乙基丙烯酰胺，NVP为乙烯基吡咯烷酮，N-VCL为N-乙烯基己内酰胺，DMDMAC为二甲基二烯丙基氯化铵，DEDMAC为二乙基二烯丙基氯化铵，AOETAC为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，DMC为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。

长期以来，粉状聚合物处理剂的生产以水溶液聚合为主，而采用反相乳液聚合方法制备的聚合物反相乳液，与粉状聚合物相比，不仅能够减少在烘干、粉碎过程中因降解、交联等造成的不利影响，且可以直接加入钻井液并快速分散，并可减少用量。实践证明，P(AM-AA)聚合物反相乳液的性能明显优于水溶液方法制备的组分相同的粉状聚合物，并在应用中表现出良好的性能。为此，针对反相乳液聚合物的合成开展了一系列研究，如P(AM-AA-AMPS-DMAM)共聚物反相微乳液、P(AM-IA-AMPS)超浓聚合物反相乳液、超支化P(AA-AM-AMPS)聚合物反相乳液和两性离子P(AM-AMPS-DAC)聚合物反相乳液等。

一直以来，聚合物处理剂的研究始终基于改善侧链的稳定性，选择吸附基团和水化基团(不同单体)，一些烷基取代丙烯酰胺后尽管水解稳定性高于AM，但酰胺基仍然存在水解趋势，长期稳定性仍然没有解决；就结构而言，始终以链状为主的聚合物处理剂在热稳定性和剪切稳定性方面仍然存在缺陷，高温老化前后钻井液的黏度和切力变化大，给钻井液处理维护带来困难。由于国内缺少诸如乙烯基乙酰胺和乙烯基甲酰胺等水解稳定性强的单体，因此与国外相比，适用于高温、特别是高钙条件下的聚合物仍然存在差距。

1.1.2 合成树脂磺酸盐

尽管近期关于合成树脂磺酸盐类处理剂的研究较少，但20世纪70年代研制开发的磺化酚醛树脂(SMP)却在钻井液研究中始终占据着重要位置，由于其良好的耐温、抗盐和配伍性，一直是用量最大的钻井液高温高压降滤失剂之一。20世纪90年代，开发了阳离子或两性离子磺化酚醛树脂(CSMP)，不仅增强了SMP的抑制性，还提高了其耐温抗盐能力。作为我国特有的钻井液处理剂，CSMP的优越性已在现场应用中得到证实，并被推广应用。

为探索合成树脂磺酸盐的新途径，采用苯酚、对氨基苯磺酸、甲醛等合成了与SMP结构相似的对氨基苯磺酸-苯酚-甲醛树脂降滤失剂[11]。为提高水化基团数量和改善水化能力，研制了磺化2-苯氧基乙酸-苯酚-甲醛树脂。基于磺化酚醛树脂，经过分子修饰合成了适用于超高温钻井的高温高压降滤失剂，进一步拓宽了合成树脂磺酸盐类处理剂的应用范围[12]。

1.1.3 聚醚及胺基聚醚

早在20世纪70年代，人们就认识到了聚乙二醇的抑制和降滤失作用，但直到20世纪90年代，基于国外高性能钻井液的应用经验，以聚合醇为代表的聚醚才真正受到人们的重视。目前由于聚合醇品种混乱、质量差别大、产品浊点不明确，而掩盖了其优势。同时由于其主体作用没有充分体现，聚合醇钻井液的优势没有充分发挥，还未形成真正意义上的高性能聚合醇钻井液，从而限制了其发展。

有机胺类可作为水基钻井液页岩抑制剂或黏土稳定剂。早在20世纪80年代，我国就开发了一些专用的有机胺小阳离子黏土稳定剂，它们对黏土和页岩抑制性好、稳定周期长，能够絮凝清除低密度固相，减少亚微粒子含量，保证钻井液清洁；但缺点是加量大时会使钻井液过度絮凝，胶体稳定性降低，滤失量增加，因此其应用受到限制。以胺基聚醚(APE)为代表的非离子有机胺不仅具有优异的抑制性能，且对钻井液性能的影响小，配伍性好，可生物降解，作为强抑制性水基钻井液的主处理剂，近年来逐步受到重视[13]。胺基聚醚具有独特的分子结构，能很好地镶嵌在黏土层间，使黏土层紧密结合在一起，从而起到抑制黏土水化膨胀、防止井壁坍塌的作用。胺基聚醚用于高温高固相钻井液中，可以改善钻井液的抑制性和流变性。胺基聚醚的优点奠定了胺基聚醚钻井液发展的基础，但国内多数情况下仅将其作为一种处理剂使用，其优点还没有得到真正体现。

1.1.4 现状分析

从我国合成聚合物处理剂的研究现状及应用情况看，分子设计时还没有考虑处理剂在加入钻井液后的变化情况。近期合成聚合物处理剂的研究主要集中在AMPS与AM、AA等单体的二元或多元共聚物的室内合成与评价方面，多为简单的重复，缺乏创新。对于胺基聚醚的研究则多是一些重复性的评价试验，没有从形成钻井液的角度出发进行深入研究。现用合成材料类处理剂仍然以丙烯酸多元共聚物和SMP为主，很少用AMPS聚合物。现场大量应用的仍以最初研发的一些产品为主，新产品多是换名或代号，由于产品以低价为导向，使研制生产合成材料类处理剂主要围绕是否满足标准、而非实效，致使多数产品的质量甚至低于早期。

国外对合成材料的研究及现用处理剂的品种远少于国内，但研究的针对性更强，主要针对现用处理剂进行性能完善提高和系列化，并以钻井液技术发展以及解决复杂问题为目标，更注重处理剂间的配伍性和钻井液的形成，很少追求某一处理剂的单一性能，且处理剂的纯度高、主体成分明确。对于已有的化工产品，通常是直接使用。自20世纪80年代以来，国外以AMPS聚合物、乙烯基磺酸聚合物等为主导的聚合物处理剂的发展以及聚合醇、胺基聚醚等的研发，都以形成钻井液为目标。

1.2 天然材料改性处理剂

1.2.1 淀粉改性处理剂

20世纪80年代，以CMS、HPS等为代表的淀粉醚化产物，因具有良好的抗盐能力而成为饱和盐水钻井液的理想降滤失剂，但抗温能力不足限制了其应用范围，故提高抗温性是淀粉改性的主要方向，而目前的改性方法主要局限在醚化和接枝共聚方面。在醚化方面，以环氧氯丙烷、苯基有机胺与Na-CMS反应制备的苯基阳离子羧甲基淀粉，在160 ℃高温下滚动16 h后，API滤失量仅为8.4 mL[14]。以环氧氯丙烷为交联剂合成的高黏度交联-羧甲基淀粉，抗剪切能力强，具有较好的增黏、降滤失、抗温和抗盐能力。

国内在淀粉接枝共聚物方面开展了一些探索性研究，并得到了具有良好的降滤失、抑制性、增黏及抗温抗盐能力的接枝共聚物，代表性产物如AM/AMPS-淀粉接枝共聚物、AM/AA/MPTMA-淀粉接枝共聚物、AM/AMPS/DAC-淀粉接枝共聚物[15]、两性离子AM/DMC/SSS-淀粉接枝共聚物[16]等。但目前这些共聚物研究中很少突出淀粉的主体作用，尤其对于接枝反应缺乏数据支撑，关于接枝共聚物组成、接枝效率和接枝率等基本没有涉及，没有明确产物是接枝共聚物还是混合物，没有评价接枝物和混合物对钻井液性能的影响。

作为淀粉下游产物，由于以甲基葡萄糖苷、乙基葡萄糖苷等为主剂的钻井液所特有的优越性，使烷基糖苷(APG)的应用日益受到重视。与APG相比，阳离子烷基糖苷(CAPG)在保持APG优越性的同时，抑制能力更突出，以CAPG为主剂的钻井液可有效解决水敏性泥页岩地层的井壁失稳问题。此外，以葡萄糖与三甲基氯硅烷为原料合成了具有较好抑制性、润滑性和一定增黏、降滤失作用的三甲基硅烷基葡萄糖苷TSG[17]。由淀粉、辛醇及磺化类催化剂等反应制得的改性聚糖类防塌润滑剂MAPG对钻井液的流变性影响小，降滤失作用明显，润滑性好，抑制能力强，滤饼致密光滑[18]。

1.2.2 纤维素改性处理剂

以羧甲基纤维素(Na-CMC)、聚阴离子纤维素(PAC)等为代表的水溶纤维素醚，自20世纪70年代广泛应用以来，一直是用量最大的钻井液处理剂之一。为降低生产成本，以造纸木浆为原料，采用水媒法制备了低黏羧甲基纤维素钠盐(LV-CMC)；以废纸浆为原料，利用干法工艺制备了LV-CMC，其性能可以满足钻井液用LV-CMC的要求，但由于质量控制难度大，还没有实现工业化生产。

钻井液用纤维素接枝共聚物方面的研究较少，且都是基于醚化产物的改性，如CMC-AM/DMDAAC接枝共聚物、HEC-AM/AMPS接枝共聚物[19]、PAC-AMPS接枝共聚物[20]等，这些接枝共聚物热稳定性好、抗电解质能力强，用作钻井液抗温降滤失剂表现出较好的抑制作用。这些基于醚化产物的接枝改性产物，虽然性能有所提高，但性价比并不高。

1.2.3 木质素改性处理剂

从酸法造纸废液中分离出的木质素磺酸盐是最早用于制备钻井液降黏剂的原料之一。随着降黏剂用量的减少，用于合成降黏剂的木质素改性产物的用量将会越来越少。近期主要围绕接枝共聚和高分子化学反应改性开展了一些研究，如木质素与不同单体接枝共聚制备的低相对分子质量的AMPS/AA/DMDAAC-木质素磺酸接技共聚物和SS/Ma-木质素磺酸钙接枝共聚物[21]等，用作降黏剂具有很强的耐温、抗盐和抗钙镁离子污染的能力，而高相对分子质量的AM/AMPS-木质素磺酸接枝共聚物和木质素磺酸盐-AA接枝共聚物[22]用作钻井液降滤失剂不仅热稳定性好，而且抗盐抗钙能力强。

研究表明：木质素磺酸盐与甲醛、伯胺或仲胺的Mannich反应产物具有增黏和降滤失作用；在不同温度下用硝酸处理木质素磺酸盐可得到具有不同作用的产物；木质素磺酸盐的氧化氨解产物，在常温下具有增大钻井液动切力、降低滤失量的作用，而在高温下具有减小动切力和降低滤失量的作用[23-24]。

上述改性产物主要是以木质素磺酸盐为原料，而直接以木质素为原料进行改性及利用碱法造纸废液的研究较少。

1.2.4 腐殖酸改性处理剂

腐殖酸改性产物在钻井液处理剂中不仅占据首要地位，而且是应用最早和用量最大的钻井液处理剂之一。近年来在腐殖酸利用方面又开展了一些新的探索，典型的研究有用作高温或超高温钻井液降滤失剂的AM/AMPS-腐殖酸接枝共聚物，磺化酚醛腐殖酸树脂、AMPS、AM和DMAM的接枝共聚物及AOBS-AM-AA/腐殖酸接枝共聚物[25]等。这些产物具有较强的抗盐和抗温能力，能够有效降低钻井液的高温高压滤失量，保持钻井液良好的流变性，但目前在现场应用的还较少。

近期用于油基钻井液降滤失剂的腐殖酸改性产品深受重视，例如：不同结构的有机胺与腐殖酸的反应产物用于油基钻井液不仅具有良好的降滤失效果，且对油基钻井液流变性的影响小[26]。腐殖酸与改性剂进行反应制备的油基钻井液降滤失剂综合性能优于沥青类降滤失剂。

从现场应用情况看，应用较多的仍然是传统的腐殖酸改性产物，近期研究的腐殖酸改性产品均没有进行现场应用，而用于油基钻井液的腐殖酸改性产品的研究刚起步。腐殖酸不仅来源丰富、价格低廉，而且具备经过深度改性制备新型处理剂的结构特征，具有良好的应用前景。

1.2.5 油脂改性处理剂

油脂在钻井液中应用较广泛，不同类型的脂肪酸酯或酰胺可以用作高密度钻井液的润滑剂。脂肪酸和多元胺的酰胺化产物与多元酸进行酰胺化反应所得的产物，是目前应用较多的油基钻井液乳化剂。

近期，围绕油脂的利用，还开展了一些有益的探索，例如：改性植物油和多羟基胺的反应产物与阴离子表面活性剂混合制备的低荧光水基润滑剂RY-838具有良好的润滑性能，能够有效地降低滤饼摩擦系数和钻具扭矩[27]；以高级脂肪酸、二乙烯三胺为主要原料、浓H2SO4为催化剂，合成了一种增黏剂，对全油基钻井液具有很强的增黏作用[28]；以有机硅、腐殖酸和二椰油基仲胺等为原料，合成的有机硅腐殖酸酰胺降滤失剂FRA-1具有良好的分散性和耐温性，并且对钻井液流变性的影响较小，可作为合成基钻井液的降滤失剂[29]。

1.2.6 现状分析

国外对天然材料改性处理剂的研究重点有2个：1)发展绿色的环保钻井液；2)利用天然材料的结构和基团特征制备特殊功能的处理剂，且更注重天然材料的主体作用，并保持材料的自身优势，适用范围更明确，目的性更强，且在强调环保时并不过于强调抗温能力。国外注重完善已有产品的性能及研制满足新要求的产品，并以钻井对钻井液的需求为发展目标，且更重视增加天然材料改性处理剂的应用范围和用量，而不是追求增加品种。

与国外相比，国内在天然材料改性处理剂研究方面存在较大差别：生产和应用缺乏延续性；缺乏新手段和新思路，通常是研究多，转化和推广应用少，且重复研究多，更多研究以发表论文为目标；研究多局限在室内性能评价，没有重视天然改性处理剂所组成钻井液的环保性能。

1.3 工业废料及农林加工副产品改性处理剂

工业废料及农林加工副产品是制备钻井液处理剂的廉价原料，长期以来虽然在处理剂制备中占有重要位置，但多为直接应用或简单改性，而近期进行了一些新的研究，例如：以废泡沫、丙烯酸酯、丙烯酰胺为原料，通过乳液聚合制备的一种封堵微裂缝用的胶乳护壁材料，抗温达200 ℃，具有较好的降滤失和成膜护壁作用[30]。还有一些基于废油脂的改性产品，典型产品有：以废动植物油、乙醇胺反应产物和白油为原料制备的具有良好抗温抗盐和配伍性的钻井液用润滑剂BZ-BL[31]；以废弃植物油脂与小分子醇类进行酯化或酯交换反应生成长链的脂肪酸酯，再与表面活性剂等优化配方制得的一种低荧光、无毒植物油钻井液润滑剂[32]；以地沟油、二乙二醇进行酯交换反应生成的直链酯类产物，进行硫化反应后与石墨复配得到的无毒、低荧光钻井液润滑剂RH-B[33]；废机油通过磺化与表面活性剂复配制备的具有抗高温、降滤失、抑制和井壁稳定能力强的钻井液用多功能润滑剂DRH-1[34]。此外，还有油脂加工废料经过提纯和胺化制备的一种可生物降解的润湿剂CQ-WBP[35]。

国外关于工业废料及农林加工副产品在钻井液及钻井液处理剂制备中的应用已经比较成熟，尤其是苏联成功将工业废料、釜残及油脂工业下脚料直接或改性后用作钻井液润滑剂、乳化剂、消泡剂、降黏剂、降滤失剂和防塌剂等；进入21世纪，除完善一些产品的性能外，新产品的研发已很少。21世纪以来，国内对工业废料及农林加工副产品改性处理剂的研究比较多，尤其是围绕废物利用、绿色环保、降低成本的目标，工业废料及农林加工副产品的利用越来越受到重视，呈现出良好的发展势头，然而该类处理剂真正转化为生产，并在钻井液中占据重要位置，仍然有很长的路要走。

2 钻井液处理剂的发展趋势

随着钻井液技术的进步，钻井液中膨润土及低密度固相含量控制水平越来越高，尤其是钻井液的抑制性逐步增强，因膨润土引起的钻井液黏度和切力升高、流变性变差的现象越来越少，因此降黏剂用量将会越来越少。从提高钻井液抑制性出发，强化钻井液抑制性的化合物将越来越受到重视，传统的依靠提高相对分子质量来达到增黏切、包被、絮凝及降滤失等作用的处理剂，将会逐步发展为以基团热稳定性和水解稳定性强、且吸附和水化能力强的低分子聚合物为主。未来的增黏剂、提切剂等将通过处理剂与黏土或固相颗粒及处理剂分子间的有效吸附而形成空间网架结构，而使钻井液具有良好的剪切稀释性，以赋予钻井液良好的触变性和低的极限(水眼)黏度，以有效发挥钻头水功率。包被絮凝剂将更强调通过多点强吸附、形成疏水膜和强抑制作用来达到控制黏土、岩屑水化分散的目的，以保证钻井液清洁。降滤失剂则要求黏度效应低，对钻井液流变性不产生不利影响，并有利于提高钻井液的抑制性和润滑性、改善滤饼质量。在强化钻井液降滤失剂抑制性的同时，具有良好配伍性的抑制剂也会成为未来用量最大的处理剂之一。

就天然材料改性而言，通过改变吸附基和水化基团性质和数量，提高其在钻井液中的应用效果，并通过结构重排、分子修饰等途径提高处理剂的热稳定性，延长使用周期，扩大应用范围。通过天然材料的水解、降解等反应制备用于生产处理剂的原料，研发低成本、绿色环保的处理剂。工业废料和农林加工副产品的利用应着眼于环境保护和资源化方向，以发展绿色环保产品为目标，研制开发新型低成本的处理剂，在完善已有处理剂性能的前提下，重点通过不同的分离、纯化工艺及化学反应制备用于页岩抑制、防漏堵漏、降滤失、降黏、润滑、防卡、乳化和封堵等作用的产品。

结合钻井液及处理剂的发展趋势及国内实际情况，将今后不同类型处理剂的研究重点或方向归纳如下：

1) 合成材料方面。研制含膦酸基的阴离子单体及高温稳定的支化阴离子或非离子单体，以及星形结构的聚醚、聚醚胺等有机化合物；围绕绿色环保及抗温抗盐目标，突破传统处理剂的分子结构，制备剪切稳定性和高温稳定性好、抑制性强、黏度效应低、基团稳定性好的新型聚合物，探索树枝状或树形结构的低分子聚合物处理剂的合成；研究处理剂加入钻井液后的变化及处理剂间的相互作用，重视处理剂的配伍性和协同增效作用，探索降解后仍然具有抑制和降黏作用的大分子处理剂的合成；开展用于封堵、堵漏和井壁稳定的吸水互穿网络聚合物颗粒或凝胶材料、树状聚合物交联体、可反应聚合物凝胶、两亲聚合物凝胶、吸油互穿网络聚合物等；加强反相乳液聚合物处理剂的研究，加快乳液产品工业化，扩大应用范围；研制油基钻井液高效乳化剂、增黏提切剂、降滤失剂和封堵剂，特别是减少钻井液在钻屑上吸附量的表面活性剂；研制油基钻井液防漏、堵漏材料，探索合成生物质合成基和绿色油基钻井液处理剂。

2) 天然材料改性方面。淀粉和纤维素方面，突出淀粉的主体作用，通过烷基化、交联、接枝共聚等提高淀粉改性产物的抗温和抗钙能力，制备降滤失剂、增黏剂、防塌剂、包被剂和絮凝剂等；开展纤维素的直接改性研究，探索两性离子或阳离子纤维素醚和混合醚的合成，制备具有暂堵和降滤失作用的超细纤维素，实现低成本的、以非棉纤维为原料的CMC工业化生产。木质素方面，一是围绕提高抗盐、抗温目标进行分子修饰，二是将木质素分解(水解)成不同结构的单元，再进一步反应制备高温高压降滤失剂、絮凝剂、表面活性剂、抑制剂、分散剂和油基钻井液乳化剂等。褐煤方面，通过活化、氧化、磺化、酰胺化、缩合、接枝共聚等增加基团数量、改变基团性质、引入功能性侧链，以提高产物的水化、抗盐和抗温能力，制备水基钻井液高温高压降滤失剂、高温稳定剂、降黏剂、抑制防塌剂和油基钻井液降滤失剂、增黏剂等。栲胶方面，探索以橡碗壳及槲树、栎木、云杉树皮等含单宁成分的林产资源直接作为原料，制备钻井液降滤失剂、分散剂、封堵剂等；用栲胶水解产物合成油基钻井液乳化剂、增黏剂、降滤失剂等。油脂方面，制备适用于高温高密度条件下的钻井液润滑剂、防卡剂和絮凝剂等；通过优化配方与合成工艺，合成新型乳化剂、润滑剂、消泡剂和起泡剂等，以及油基钻井液乳化剂、增黏剂等。

3) 工业废料及农林加工副产物利用方面。利用废聚苯乙烯制备具有润滑和封堵作用的低磺化度聚苯乙烯乳液、具有降滤失和降黏作用的磺化聚苯乙烯，以及具有絮凝、抑制等作用的阳离子改性产物；利用聚乙(丙)烯蜡或废塑料等，通过引入极性吸附基和水化基团，制备井壁稳定剂、封堵剂、油溶性暂堵剂和润滑剂、防卡剂。以油脂加工下脚料及工业釜残等为原料制备钻井液润滑剂、乳化剂、防卡剂、防塌剂和封堵剂等；利用油脂加工的下脚料制备脂肪酸，进行处理后与脂肪胺反应制备油基钻井液乳化剂和水基钻井液润滑剂、防卡剂等。

3 结束语

近年来，由于我国钻井液处理剂的研制、生产和应用不统一，尽管在钻井液处理剂方面开展了大量研究，但投入现场应用的很少，现场所用产品仍然以早期开发的为主。现用钻井液处理剂尽管品种多，但高质量的少，尤其是适用于高温、高盐、高密度及页岩气水平井钻井液的处理剂与国外相比还存在差距，这既有客观原因，也有主观原因，分析认为有以下几点：1)基础研究薄弱，缺乏原料或研发的单体；2)理论研究欠缺，无法为钻井液处理剂研究提供必要的支撑；3)研究力量分散，重复研究及以发表论文为目的的研究多，转化和推广力度小；4)处理剂生产规模小，生产设备简陋，技术力量薄弱，检测手段不健全，产品质量难以保证；5)钻井液体系不规范，对性能的要求各异，应用上重价格、轻实效；6)企业标准水平低，行业标准通用性不强，标准制定缺乏试验和应用依据。为促进我国钻井液处理剂健康发展，今后需要结合我国实际情况，从寻找新原料、新方法上突破传统钻井液处理剂的结构，集中研究力量，避免重复研究，加快成果转化，同时进一步规范钻井液处理剂的研制、生产与应用，提高研发效率，加快成果转化，以满足不同地质条件下安全高效钻井对钻井液的新要求。

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[编辑 刘文臣]

Present Status and Trends in Research and Development of Drilling Fluid Additives in China

WANG Zhonghua

(Research Institute of Drilling Engineering and Technology, Sinopec Zhongyuan Oilfield Sevice Corporation, Puyang, Henan，457001, China)

To facilitate development of drilling fluid additives, it was necessary to analyze existing problems in the application, development and production of different types of drilling fluid treatment agents. The state of research was determined with respect to the application of for various synthetic polymers, synthetic resin sulfonate, starch,cellulose, lignin, humic acid, lipa, waste plastics, etc. in drilling fluids. The research also revealed development trends and directions for drilling fluid additives. The resulting analysis can provide useful guidance to the modification of natural materials, and the use of industrial byproducts, and further research and development of new, low-cost and environment-friendly drilling fluid additives with further research and development of new monomers, while also seeking new materials and structures.

drilling fluid； drilling fluid additive； synthetic material； natural material modification； industrial waste； polymer

2016-04-20。

王中华(1965—)，男，河南柘城人，1985年毕业于郑州大学高分子化学专业，教授级高级工程师，主要从油田化学研究及钻井液技术管理工作。系本刊编委。E-mail：zpebwzh@126.com。

◀专家视点▶

10.11911/syztjs.201603001

TE254+.4

A

1001-0890(2016)03-0001-08