李茂（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

鉆井液處理劑現(xiàn)狀分析及合成設(shè)計

李茂（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

為了滿足復(fù)雜條件下的鉆井需要，研發(fā)綜合性能高的鉆井液處理劑至關(guān)重要。但在這一過程中，鉆井液處理劑的發(fā)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(xiàn)狀，然后再進一步探討其合成設(shè)計。

鉆井液處理劑；現(xiàn)狀；合成設(shè)計

鉆井液處理劑是一種用在鉆井液配制與處理中的化學(xué)劑，其引至其他專業(yè)及在20世紀80年代初次投入生產(chǎn)。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(fù)雜條件下的鉆井需要。對此，筆者根據(jù)鉆井液處理劑的現(xiàn)狀，淺析鉆井液處理劑的合成設(shè)計。

1 鉆井液處理劑的現(xiàn)狀

從總體上來講，鉆井液處理劑雖在數(shù)量上大幅度增加，但其在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和合成方法上卻未發(fā)生改變，因此難以獲得實質(zhì)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(jié)構(gòu)上，鉆井液處理劑僅對基團和相對分子質(zhì)量做了優(yōu)化，而未在主體結(jié)構(gòu)上有所突破。

圖1 聚合物處理劑的基團與結(jié)構(gòu)示意圖

與20世紀80、90年代相比，鉆井液處理劑目前的發(fā)展較為緩慢且存在重復(fù)研究的現(xiàn)象，尤其是隨著（超）深井鉆井的增多及非常規(guī)油氣的開發(fā)，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(xiàn)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(chuàng)性的研發(fā)團隊，且對基礎(chǔ)研究不重視；二是在生產(chǎn)方面，缺少規(guī)模化企業(yè)，因此無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量；三是在應(yīng)用方面，存在關(guān)系與認識上的問題，其中關(guān)系問題指的是不正當?shù)母偁庩P(guān)系將會制約鉆井液處理劑的良性發(fā)展，而認識問題指的是落后的觀念和體系制約新產(chǎn)品的推廣；四是在管理方面，存在體系命名不規(guī)范、技術(shù)標準不統(tǒng)一及產(chǎn)品定價不合理等問題。

2 鉆井液處理劑的合成設(shè)計

為了提高鉆井液處理劑的綜合性能，應(yīng)重視鉆井液處理劑的合成設(shè)計研究，具體表現(xiàn)如下：

(1)研制專用原料（單體）

在專用原料（單體）的研制中，應(yīng)對如下要點進行重點控制：一是基團，即其應(yīng)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(chǔ)、方法的簡單化、反應(yīng)的可行性及對工業(yè)化有利；三是聚合物的性能，即其結(jié)構(gòu)應(yīng)與處理劑的性能要求及熱穩(wěn)定性相符。一般來講，應(yīng)在室內(nèi)研究某些具有價值的單體，以優(yōu)化配方及完善工藝。

(2)優(yōu)化聚合物設(shè)計

聚合物優(yōu)化設(shè)計的重點內(nèi)容是鏈結(jié)構(gòu)與基團設(shè)計。其中，鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計要求以鉆井液處理劑的主、支鏈結(jié)構(gòu)為依據(jù)來設(shè)計樹形、樹枝狀和梳型等結(jié)構(gòu)，從而提高處理劑的性能、熱/剪切穩(wěn)定性。針對基團的設(shè)計，鑒于官能團的性能與鉆井液處理劑的性能直接相關(guān)，則應(yīng)明確（非）主導(dǎo)官能團的概念，并在此基礎(chǔ)上完成基團的設(shè)計。其中，主導(dǎo)官能團是一種在分子中具有關(guān)鍵地位且會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生較大影響的官能團；非主導(dǎo)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(dǎo)官能團共同改善聚合物的性能的官能團。在基團設(shè)計中，應(yīng)將基團的選擇與設(shè)計區(qū)分開來，其中選擇是以已有單體為依據(jù)，而設(shè)計要求給出新結(jié)構(gòu)及合成為具備新基團的單體，注意設(shè)計應(yīng)以提高鉆井液處理劑的性能為根本出發(fā)點，具體構(gòu)想如圖2所示。

圖2 基團的構(gòu)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(shè)計來進行合成。其中，合成設(shè)計是根據(jù)分子設(shè)計來合成處理劑，其需要將節(jié)能、環(huán)保、工藝的可行性、產(chǎn)物的性能、基團及其分布、目標結(jié)構(gòu)產(chǎn)物及相對分子質(zhì)量等考慮其中，并按需采用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。

(3)SMP改性

根據(jù)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(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。另外，根據(jù)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(fā)發(fā)現(xiàn)，褐煤、栲膠、淀粉、纖維素和木質(zhì)素等天然材料在鉆井液處理劑生產(chǎn)中的應(yīng)用價值可觀。但淀粉、纖維素和木質(zhì)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(yīng)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(lián)反應(yīng)等。其中，分子修飾是通過改變基團及其側(cè)鏈的性質(zhì)來賦予其新的含義；接枝共聚是通過引進新的基團和鏈結(jié)構(gòu)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(jié)語

綜上，鉆井液處理劑的研發(fā)是促進鉆井液技術(shù)進步的關(guān)鍵所在，則應(yīng)重視處理劑的合成研究，其中以分子設(shè)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(jié)構(gòu)的束縛，才能進入新的發(fā)展階段。據(jù)此，特殊結(jié)構(gòu)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(lǐng)鉆井液處理劑研究的方向。但在這一過程中，應(yīng)將現(xiàn)場的應(yīng)用需要考慮其中，并提高每一位研究人員的綜合素質(zhì)。

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

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