鉆井液處理劑現狀分析及合成設計

李茂（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

鉆井液處理劑現狀分析及合成設計

李茂（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

為了滿足復雜條件下的鉆井需要，研發綜合性能高的鉆井液處理劑至關重要。但在這一過程中，鉆井液處理劑的發展卻受到多種因素的影響。對此，筆者首先分析鉆井液處理劑的現狀，然后再進一步探討其合成設計。

鉆井液處理劑；現狀；合成設計

鉆井液處理劑是一種用在鉆井液配制與處理中的化學劑，其引至其他專業及在20世紀80年代初次投入生產。但從目前的情況來看，鉆井液處理劑在制約因素的影響下而停滯不前，甚至無法滿足復雜條件下的鉆井需要。對此，筆者根據鉆井液處理劑的現狀，淺析鉆井液處理劑的合成設計。

1 鉆井液處理劑的現狀

從總體上來講，鉆井液處理劑雖在數量上大幅度增加，但其在產品結構和合成方法上卻未發生改變，因此難以獲得實質性進展。以聚合物處理劑為例。無論是20世紀70年代的SPAM、CPAM、HPAM、HPAN或是90年代至今的AMPS聚合物系列，其雖在使用水平上有所提升，但在基團和結構上，鉆井液處理劑僅對基團和相對分子質量做了優化，而未在主體結構上有所突破。

圖1 聚合物處理劑的基團與結構示意圖

與20世紀80、90年代相比，鉆井液處理劑目前的發展較為緩慢且存在重復研究的現象，尤其是隨著（超）深井鉆井的增多及非常規油氣的開發，更是要求深入研究鉆井液處理劑來滿足快速安全鉆井的需要。針對我國鉆井液處理劑的現狀問題，其主要受到如下因素的影響：一是在研究方面，缺乏一支具有獨創性的研發團隊，且對基礎研究不重視；二是在生產方面，缺少規模化企業，因此無法保證產品的質量；三是在應用方面，存在關系與認識上的問題，其中關系問題指的是不正當的競爭關系將會制約鉆井液處理劑的良性發展，而認識問題指的是落后的觀念和體系制約新產品的推廣；四是在管理方面，存在體系命名不規范、技術標準不統一及產品定價不合理等問題。

2 鉆井液處理劑的合成設計

為了提高鉆井液處理劑的綜合性能，應重視鉆井液處理劑的合成設計研究，具體表現如下：

(1)研制專用原料（單體）

在專用原料（單體）的研制中，應對如下要點進行重點控制：一是基團，即其應滿足鉆井液處理劑的性能、價格及性價比要求；二是單體的實施與聚合特性，其中包括單體與聚合物合成的實施基礎、方法的簡單化、反應的可行性及對工業化有利；三是聚合物的性能，即其結構應與處理劑的性能要求及熱穩定性相符。一般來講，應在室內研究某些具有價值的單體，以優化配方及完善工藝。

(2)優化聚合物設計

聚合物優化設計的重點內容是鏈結構與基團設計。其中，鏈結構設計要求以鉆井液處理劑的主、支鏈結構為依據來設計樹形、樹枝狀和梳型等結構，從而提高處理劑的性能、熱/剪切穩定性。針對基團的設計，鑒于官能團的性能與鉆井液處理劑的性能直接相關，則應明確（非）主導官能團的概念，并在此基礎上完成基團的設計。其中，主導官能團是一種在分子中具有關鍵地位且會對產品性能產生較大影響的官能團；非主導官能團是一種具有吸附或水化作用、不會明顯影響處理劑的性能及與主導官能團共同改善聚合物的性能的官能團。在基團設計中，應將基團的選擇與設計區分開來，其中選擇是以已有單體為依據，而設計要求給出新結構及合成為具備新基團的單體，注意設計應以提高鉆井液處理劑的性能為根本出發點，具體構想如圖2所示。

圖2 基團的構想示意圖

針對圖2所示基團的原料或單體，可利用分子與合成設計來進行合成。其中，合成設計是根據分子設計來合成處理劑，其需要將節能、環保、工藝的可行性、產物的性能、基團及其分布、目標結構產物及相對分子質量等考慮其中，并按需采用相應的化學反應。

(3)SMP改性

根據SMP的配方與制備工藝，通過利用不同的基團，可提高SMP的性能。例如，磺化-3-苯氧基-烴基丙基三甲基氯化銨酚醛樹脂，不可可以保證SMP的性能，還可起到抑制作用，目前已實現了工業化生產。另外，根據SMP合成，可利用分子修飾來合成抗鹽能力較強的超高溫降濾試劑。

(4)天然高分子材料改性

研發發現，褐煤、栲膠、淀粉、纖維素和木質素等天然材料在鉆井液處理劑生產中的應用價值可觀。但淀粉、纖維素和木質素等不能與水相溶，則不可直接使用；褐煤、栲膠等雖可與堿水相溶，但直接應用會降低鉆井液處理劑的耐溫抗鹽性。對此，需對天然材料做改性處理，具體做法包括氧化處理、酶化處理、活化處理、分子修飾、接枝共聚和交聯反應等。其中，分子修飾是通過改變基團及其側鏈的性質來賦予其新的含義；接枝共聚是通過引進新的基團和鏈結構來增強天然材料的功能，使其具有更強的抗溫抗鹽能力。

3 結語

綜上，鉆井液處理劑的研發是促進鉆井液技術進步的關鍵所在，則應重視處理劑的合成研究，其中以分子設計為重點。從目前的情況來看，鉆井液處理劑唯有突破先前結構的束縛，才能進入新的發展階段。據此，特殊結構單體的研制、超支化聚合物處理劑及天然材料的選用等將會引領鉆井液處理劑研究的方向。但在這一過程中，應將現場的應用需要考慮其中，并提高每一位研究人員的綜合素質。

[1]王中華.鉆井液處理劑現狀分析及合成設計探討[J].中外能源,2012,09:32-40.

[2]王中華.高性能鉆井液處理劑設計思路[J].中外能源, 2013,01:36-46.

[3]王中華.2013～2014年國內鉆井液處理劑研究進展[J].中外能源,2015,02:29-40.