钻井液处理剂现状分析及合成设计

李茂（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

钻井液处理剂现状分析及合成设计

李茂（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

为了满足复杂条件下的钻井需要，研发综合性能高的钻井液处理剂至关重要。但在这一过程中，钻井液处理剂的发展却受到多种因素的影响。对此，笔者首先分析钻井液处理剂的现状，然后再进一步探讨其合成设计。

钻井液处理剂；现状；合成设计

钻井液处理剂是一种用在钻井液配制与处理中的化学剂，其引至其他专业及在20世纪80年代初次投入生产。但从目前的情况来看，钻井液处理剂在制约因素的影响下而停滞不前，甚至无法满足复杂条件下的钻井需要。对此，笔者根据钻井液处理剂的现状，浅析钻井液处理剂的合成设计。

1 钻井液处理剂的现状

从总体上来讲，钻井液处理剂虽在数量上大幅度增加，但其在产品结构和合成方法上却未发生改变，因此难以获得实质性进展。以聚合物处理剂为例。无论是20世纪70年代的SPAM、CPAM、HPAM、HPAN或是90年代至今的AMPS聚合物系列，其虽在使用水平上有所提升，但在基团和结构上，钻井液处理剂仅对基团和相对分子质量做了优化，而未在主体结构上有所突破。

图1 聚合物处理剂的基团与结构示意图

与20世纪80、90年代相比，钻井液处理剂目前的发展较为缓慢且存在重复研究的现象，尤其是随着（超）深井钻井的增多及非常规油气的开发，更是要求深入研究钻井液处理剂来满足快速安全钻井的需要。针对我国钻井液处理剂的现状问题，其主要受到如下因素的影响：一是在研究方面，缺乏一支具有独创性的研发团队，且对基础研究不重视；二是在生产方面，缺少规模化企业，因此无法保证产品的质量；三是在应用方面，存在关系与认识上的问题，其中关系问题指的是不正当的竞争关系将会制约钻井液处理剂的良性发展，而认识问题指的是落后的观念和体系制约新产品的推广；四是在管理方面，存在体系命名不规范、技术标准不统一及产品定价不合理等问题。

2 钻井液处理剂的合成设计

为了提高钻井液处理剂的综合性能，应重视钻井液处理剂的合成设计研究，具体表现如下：

(1)研制专用原料（单体）

在专用原料（单体）的研制中，应对如下要点进行重点控制：一是基团，即其应满足钻井液处理剂的性能、价格及性价比要求；二是单体的实施与聚合特性，其中包括单体与聚合物合成的实施基础、方法的简单化、反应的可行性及对工业化有利；三是聚合物的性能，即其结构应与处理剂的性能要求及热稳定性相符。一般来讲，应在室内研究某些具有价值的单体，以优化配方及完善工艺。

(2)优化聚合物设计

聚合物优化设计的重点内容是链结构与基团设计。其中，链结构设计要求以钻井液处理剂的主、支链结构为依据来设计树形、树枝状和梳型等结构，从而提高处理剂的性能、热/剪切稳定性。针对基团的设计，鉴于官能团的性能与钻井液处理剂的性能直接相关，则应明确（非）主导官能团的概念，并在此基础上完成基团的设计。其中，主导官能团是一种在分子中具有关键地位且会对产品性能产生较大影响的官能团；非主导官能团是一种具有吸附或水化作用、不会明显影响处理剂的性能及与主导官能团共同改善聚合物的性能的官能团。在基团设计中，应将基团的选择与设计区分开来，其中选择是以已有单体为依据，而设计要求给出新结构及合成为具备新基团的单体，注意设计应以提高钻井液处理剂的性能为根本出发点，具体构想如图2所示。

图2 基团的构想示意图

针对图2所示基团的原料或单体，可利用分子与合成设计来进行合成。其中，合成设计是根据分子设计来合成处理剂，其需要将节能、环保、工艺的可行性、产物的性能、基团及其分布、目标结构产物及相对分子质量等考虑其中，并按需采用相应的化学反应。

(3)SMP改性

根据SMP的配方与制备工艺，通过利用不同的基团，可提高SMP的性能。例如，磺化-3-苯氧基-烃基丙基三甲基氯化铵酚醛树脂，不可可以保证SMP的性能，还可起到抑制作用，目前已实现了工业化生产。另外，根据SMP合成，可利用分子修饰来合成抗盐能力较强的超高温降滤试剂。

(4)天然高分子材料改性

研发发现，褐煤、栲胶、淀粉、纤维素和木质素等天然材料在钻井液处理剂生产中的应用价值可观。但淀粉、纤维素和木质素等不能与水相溶，则不可直接使用；褐煤、栲胶等虽可与碱水相溶，但直接应用会降低钻井液处理剂的耐温抗盐性。对此，需对天然材料做改性处理，具体做法包括氧化处理、酶化处理、活化处理、分子修饰、接枝共聚和交联反应等。其中，分子修饰是通过改变基团及其侧链的性质来赋予其新的含义；接枝共聚是通过引进新的基团和链结构来增强天然材料的功能，使其具有更强的抗温抗盐能力。

3 结语

综上，钻井液处理剂的研发是促进钻井液技术进步的关键所在，则应重视处理剂的合成研究，其中以分子设计为重点。从目前的情况来看，钻井液处理剂唯有突破先前结构的束缚，才能进入新的发展阶段。据此，特殊结构单体的研制、超支化聚合物处理剂及天然材料的选用等将会引领钻井液处理剂研究的方向。但在这一过程中，应将现场的应用需要考虑其中，并提高每一位研究人员的综合素质。

[1]王中华.钻井液处理剂现状分析及合成设计探讨[J].中外能源,2012,09:32-40.

[2]王中华.高性能钻井液处理剂设计思路[J].中外能源, 2013,01:36-46.

[3]王中华.2013～2014年国内钻井液处理剂研究进展[J].中外能源,2015,02:29-40.