钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价

作     者：孙振峰 杨超 李杰 张敬辉 赵凯强 王晨 SUN Zhenfeng;YANG Chao;LI Jie;ZHANG Jinghui;ZHAO Kaiqiang;WANG Chen

作者机构：中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045 

出 版 物：《钻井液与完井液》 (Drilling Fluid & Completion Fluid)

年 卷 期：2024年第41卷第1期

页      面：84-91页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：中国石油化工股份有限公司科技部项目“多功能钻采化学品的开发及应用”(421034) 

主　　题：钻井液 增黏剂 抗高温 抗盐 起效机理 

摘      要：为了解决钻井液用增黏剂高温高盐易降解失效的问题,以两性离子单体N-甲基二烯丙基丙磺酸(MAPS)、甲基丙烯酰胺(MAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为聚合单体,以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)为引发剂,采用自由基共聚法合成了高性能增黏剂DV-1。通过正交实验对合成过程中的主要影响因素进行了考察,确定了最佳合成条件:反应温度为50℃,单体浓度为40%,引发剂用量为0.4%,反应时间为4 h。利用FTIR,1H-NMR,TG-DTA等方法对DV-1进行了表征测试,并对产物的增黏性能、抗高温抗盐性能及长效性能等进行了评价。评价结果显示,1%的DV-1水溶液表观黏度可达44.7 mPa·s。180℃、16 h高温老化后,溶液黏度保持率高达53.2%;DV-1对高浓度盐离子的耐受性能较好。经180℃老化72 h和120 h后,溶液黏度保持率能够达到50.5%和40.7%,长效性能优异。DV-1的半致死浓度EC50值为30200 mg·L^(−1),符合水基钻井液在海域的排放标准。通过观察DV-1在溶液中的空间立体形态及对Zeta电位的数据分析,探讨了聚合物起效机理,DV-1的抗温性能主要归因于分子结构中稳定的主链及侧链刚性基团,两性离子结构抑制了侧链的持续卷曲,提升了DV-1的抗盐性能。