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(jì)

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(jìn)一步探討其合成設(shè)計(jì)。

鉆井液處理劑；現(xiàn)狀；合成設(shè)計(jì)

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(jì)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(jì)。

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(shí)質(zhì)性進(jìn)展。以聚合物處理劑為例。無論是20世紀(jì)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(tuán)和結(jié)構(gòu)上，鉆井液處理劑僅對基團(tuán)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(tuán)與結(jié)構(gòu)示意圖

與20世紀(jì)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(dú)創(chuàng)性的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，且對基礎(chǔ)研究不重視；二是在生產(chǎn)方面，缺少規(guī)?；髽I(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(rèn)識上的問題，其中關(guān)系問題指的是不正當(dāng)?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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)

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(jì)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(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)控制：一是基團(tuán)，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(shí)施與聚合特性，其中包括單體與聚合物合成的實(shí)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(jì)

聚合物優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容是鏈結(jié)構(gòu)與基團(tuán)設(shè)計(jì)。其中，鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(tuán)的設(shè)計(jì)，鑒于官能團(tuán)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(tuán)的概念，并在此基礎(chǔ)上完成基團(tuán)的設(shè)計(jì)。其中，主導(dǎo)官能團(tuán)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(tuán)；非主導(dǎo)官能團(tuán)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(tuán)共同改善聚合物的性能的官能團(tuán)。在基團(tuán)設(shè)計(jì)中，應(yīng)將基團(tuán)的選擇與設(shè)計(jì)區(qū)分開來，其中選擇是以已有單體為依據(jù)，而設(shè)計(jì)要求給出新結(jié)構(gòu)及合成為具備新基團(tuán)的單體，注意設(shè)計(jì)應(yīng)以提高鉆井液處理劑的性能為根本出發(fā)點(diǎn)，具體構(gòu)想如圖2所示。

圖2 基團(tuán)的構(gòu)想示意圖

針對圖2所示基團(tuán)的原料或單體，可利用分子與合成設(shè)計(jì)來進(jìn)行合成。其中，合成設(shè)計(jì)是根據(jù)分子設(shè)計(jì)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(tuán)及其分布、目標(biāo)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(tuán)，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(shí)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(qiáng)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(tuán)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(jìn)新的基團(tuán)和鏈結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)天然材料的功能，使其具有更強(qiáng)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(jìn)鉆井液技術(shù)進(jìn)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(jì)為重點(diǎn)。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(jìn)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)。

[1]王中華.鉆井液處理劑現(xiàn)狀分析及合成設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)思路[J].中外能源, 2013,01:36-46.

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