超高温钻井液体系研究_抗高温钻井液处理剂设计思路_王.pdf

第37卷第3期石油钻探技术Vol137,No13

2009年5月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESMay,2009

#教授专家专栏!

超高温钻井液体系研究(Ñ))))抗高温钻井液处理剂设计思路

王中华

(中原石油勘探局钻井工程技术研究院,河南濮阳457001)

摘要:在分析抗高温钻井液处理剂研制的难点及高温对聚合物的要求的基础上,提出了抗高温(\220e)聚
合物处理剂的分子设计思路,并通过引入主导官能团和非主导官能团的概念,形成了超高温聚合物处理剂的分子
设计思路。根据分子设计提出了用自由基聚合合成烯基单体聚合物处理剂(包括降滤失剂、增黏剂、解絮凝剂和分
散剂),通过分子的化学修饰合成抗盐抗高温高压降滤失剂,并对合成超高温处理剂原料的选择进行了探讨。
关键词:高温;高压;钻井液添加剂;聚合物;超深井
中图分类号:TE254+14文献标识码:A文章编号:1001-0890(2009)03-0001-07

20世纪80年代以来,世界各国深井、超深井、开展适用于深井、超深井的钻井液处理剂和钻井液
复杂井的数量不断增加,这对钻井液技术提出了更体系的研制奠定了基础。笔者在分析抗高温处理剂
高的要求,特别是高温下钻井液流变性和滤失量的研制的难点及高温对聚合物的要求的基础上,从分
控制成为制约钻井液技术发展的主要因素,原有的子和合成设计两方面对抗高温(\220e)处理剂的
钻井液处理剂和钻井液体系已不能完全满足超深井设计进行了讨论,旨在为超高温处理剂的研制提供
钻井技术发展的需要。故世界各国都开始研制开发理论基础。
适用于深井、超深井的抗高温钻井液处理剂和钻井
液体系,以满足深井超深井钻井的需要[1-3]。1抗高温处理剂研制的难点
对于高温钻井液来说,抗高温钻井液处理剂是
其核心,因此近年来国内外研究者根据抗高温水基抗高温处理剂研制的难点主要是化学因素和物
钻井液的需要,围绕适用于超深井的新型钻井液处理因素对处理剂性能的影响,化学因素主要是热降
理剂的研制与开发开展了大量的研究。解和基团变异,物理因素主要是高温对吸附和水化
国外首先针对抗高温钻井液处理剂的需要,研的影响。
制开发或引用了一系列专用的功能性单体如丙
,2-111化学因素
烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺、
N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺和N-聚合物在高温环境下热降解是必然趋势,且不
乙烯基乙酰胺,这些单体的特殊结构为研制高性能可逆,不降解是不可能的,关键是如何提高分子的热
处理剂提供了原料保证,使抗高温钻井液处理剂的稳定性,保证高温下处理剂的相对分子质量能够满
研究取得了较大进展,研制出了以COP-1、COP-2、足控制钻井液性能的需要。在满足钻井液性能要求
MIL-TEMP、PYRO-TROL、KEM-SEAL、Therma-的情况下尽可能降低处理剂的相对分子质量,因为
chekTM、CHEMTROL-X和POLY-DRILL等为代相对分子质量越大降解越明显。
表的独具特色的抗高温处理剂产品,形成了超高温
[4-11]
专用钻井液体系,并成功应用于实践。收稿日期:2009-02-09;改回日期:2009-03-05
国内在抗高温处理剂研制方面也有一些报基金项目:中原石油勘探局重大科技攻关项目/超高温钻井液体
导[12-17],笔者在新型聚合物处理剂研究方面已进行系研究0(编号:2007301-3)部分研究成果
作者简介:王中华(1965)),男,河南柘城人,1985年毕业于郑
了大量的探索[18-22]并根据需要研制了丙烯酰氧
,2--州大学高分子化学专业,中原石油勘探局副总工程师,教授级高级工
2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁基磺酸、2-丙烯酰胺基十程师,主要从事精细化工和钻井液技术的研究和管理工作。
二烷基磺酸和N-异丁基丙烯酰胺等新单体,为深入联系电话:[phone]
#2#石油钻探技术2009年5月

基团变异,即官能团性质的改变,也是必然趋附量受温度影响小;不同作用的处理剂间配伍性好,
势,基团性质的改变可能使处理剂完全丧失作用。高温下具有协同增效作用,有较强的抑制性。
如何抑制基团变异是难点,从聚合物自身来讲,应采
用高温下稳定的基团,也可以引入能够抑制基团变3抗高温处理剂的分子设计
异的功能基。
抗高温处理剂的分子设计可以从单体的分子设
112物理因素
计和聚合物的分子设计两方面考虑,其中单体的分
由于高温加剧了分子的运动,因此高温下吸附子设计是聚合物分子设计的基础,当现有的单体不
量减少,以至脱附(解吸附),这种趋势是自然规律,能满足聚合物分子设计的需要时,必须根据需要设
不可能改变,但可以通过选择高温下吸附能力强的计合成新单体。
基团,并通过提高分子链刚性增加分子运动的阻力
3.1单