周啟成，單海霞，位華，李彬，周亞賢，符俊昌

（1.中石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院，河南濮陽 457001；2.中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司，河南濮陽 457001)

降濾失劑作為鉆井液的重要處理劑，對于穩(wěn)定井壁、保護油氣層起著重要作用。磺化酚醛樹脂降濾失劑（以SMP 為代表）因具備優(yōu)良的穩(wěn)定性和高溫高壓降濾失性被廣泛應用，但隨著國家環(huán)保要求提高，降濾失劑除了具備抗溫、抗鹽之外，還應易生物降解[1-3]。筆者圍繞綠色化學品、綠色合成的發(fā)展方向，利用可再生的生物質資源——木質素為原料，經生物降解和化學反應合成出一種綠色環(huán)保、抗溫可生物降解的生物質合成樹脂降濾失劑LDR-501。性能評價表明，LDR-501 降濾失性能優(yōu)良、抗溫抗鹽能力強、可生物降解，與鉆井液配伍性好，解決了鉆井液抗溫性與環(huán)保性之間的矛盾，還可為環(huán)境敏感地區(qū)、環(huán)保要求高地區(qū)的鉆井材料提供一種選擇，具有廣闊的應用前景[4-6]。

1 生物質合成樹脂降濾失劑的制備思路

利用生物酶定向催化，將木質素大分子解聚成富含芳香基、酚羥基和醇羥基等活性基團的小分子，然后利用分子重排、化學聚合等反應，一方面提高主鏈剛性，利用空間體積和空間位阻效應，增強抗溫性能；另一方面利用空間體型結構的吸附點，提高在黏土上的吸附性、吸附厚度及抑制性，形成低滲透性致密泥餅，使生物質合成樹脂降濾失劑的性能滿足抗高溫、抗鹽和降濾失性能需求[7-9]。

2 生物質合成樹脂降濾失劑的性能評價

2.1 理化性能和環(huán)保性能

按照標準SY/T 5094—2017《鉆井液用降濾失劑磺甲基酚醛樹脂SMP》、SY/T 6787—2010《水溶性油田化學劑環(huán)境保護技術要求》對產品性能進行測定，同時對比分析了LDR-501 和SMP-Ⅱ的理化和環(huán)保性能，結果見表1。由表1 可知，LDR-501 水溶性較好，易水解，濁點鹽度為160 g/L，表明產品抗鹽能力強，生物降解性BOD5/CODCr為0.26，屬于可生物降解，是傳統(tǒng)磺化酚醛樹脂降濾失劑SMP-Ⅱ的21 倍，生物毒性EC50為440 000 mg/L，是國家規(guī)定指標的44 倍，表明產品無毒。

表1 降濾失劑LDR-501 與SMP-Ⅱ理化性能和環(huán)保性能

2.2 降濾失性能

按照SY/T 5241—1991《水基鉆井液用降濾失劑評價程序》，分別配制淡水基漿和鹽水基漿，加入不同濃度的LDR-501，在不同溫度下老化16 h，測定基漿的API 濾失量，評價產品在基漿中的降濾失劑性能，結果見圖1 和圖2?？芍SLDR-501加量的增加，淡水基漿和鹽水基漿的API 濾失量逐漸下降；不同溫度老化后，3%LDR-501 淡水基漿，API 濾失量在5.6～8.4 mL，降低率達73.4%～86.0%；5%LDR-501 鹽水基漿，API 濾失量在7.0～10.8 mL，降低率達79.2%～88.2%，顯示出良好的降濾失效果。LDR-501 具有空間體型結構的酶解木質素為主原料合成，保留了木質素吸附點多的特點，通過交聯(lián)劑，增加主鏈長度和剛性，達到抗溫降濾失的效果，陰陽離子的引入，增強了水化抑制能力。淡水基漿和鹽水基漿配方如下。

淡水基漿 4%膨潤土+4%評價土+0.3%Na2CO3

鹽水基漿 4%膨潤土+4%評價土+4%NaCl+0.3%Na2CO3

圖1 LDR-501 加量對淡水基漿API 濾失量的影響

圖2 LDR-501 加量對鹽水基漿API 濾失量的影響

2.3 基漿中抗鹽性能

考察5%LDR-501 在不同濃度鹽水基漿中抗鹽性能，結果見表2。由表2 可知，隨著鹽含量的增加，基漿的黏度也隨之增加。150、180 ℃老化下，25%NaCl 高溫高壓濾失量均小于25 mL；在150、180 ℃老化下，30%NaCl 鹽水基漿高溫高壓降濾失量分別是32.4、36.6 mL，表明LDR-501 抗鹽能力可達25%，具有較強的抗鹽能力?；鶟{配方如下。

4%膨潤土+4%評價土+5%LDR-501+5%SMC+0.3%Na2CO3

表2 不同濃度的NaCl 對鉆井液基本性能的影響

2.4 抗溫性能

配制密度為1.65 g/cm3的鉆井液，加入5%LDR-501，在不同溫度下老化16 h，評價其抗溫性能，并與傳統(tǒng)磺化酚醛樹脂降濾失劑SMP-Ⅱ進行對比，結果見表3。由表3 可以看出，在120～180 ℃老化后，LDR-501 與鉆井液的配伍性良好，鉆井液均具有良好的流變性和高溫高壓濾失性，高溫高壓濾失量在8.4～12.4 mL，優(yōu)于相同條件下SMP-Ⅱ；溫度大于200 ℃下老化，鉆井液黏度上升，高溫高壓濾失量為30.6 mL，這可能是在此溫度下LDR-501 生物質材料有降解，后期繼續(xù)研究生物質抗高溫單體，以滿足抗200 ℃高溫的要求。

鉆井液配方為4%基漿+5%LDR-501+5%SMC+1.0%PAMS601+0.5%銨鹽+0.1%NaOH+7%KCl

表3 不同老化溫度對鉆井液性能變化影響

2.5 長期老化性能

配制密度為1.65 g/cm3的鉆井液，向其中加入5%LDR-501，在180 ℃下老化不同時間，測定鉆井液流變性能，結果見表4。由表4 可知，LDR-501 鉆井液在180 ℃下老化168 h，高溫高壓降濾失量為10.8 mL，中壓和高溫高壓濾失量均優(yōu)于SMP-Ⅱ，表明LDR-501 具有良好的長期穩(wěn)定性，但此時表觀黏度達到77 mPa·s，鉆井液出現(xiàn)增稠。分析認為，隨著老化時間的增長，鉆井液體系中自由水減少，通過維護補漿來改變鉆井液流型。鉆井液配方如下。

4% 基漿+5%LDR-501+5%SMC+0.5% 銨鹽+1.0%PAMS601+0.1%NaOH+7%KCl

表4 不同老化時間對LDR-501 鉆井液性能的影響

2.6 現(xiàn)場井漿配伍性

分3-1 井是位于四川省宣漢縣毛壩鎮(zhèn)彈子村的一口定向開發(fā)評價井，設計井深為5982 m，斜深為6406.56 m，完鉆斜深為6620 m，采用聚磺封堵防塌潤滑鉆井液，井漿密度為1.69 g/cm3、漏斗黏度為49 s、固相含量為26%、膨潤土含量為21 g/L、Cl-含量為119 635 mg/L，加入1.0%LDR-501 在150 ℃下老化16 h，考察其與井漿的配伍性能，并與SMP-II 進行對比，結果見表5。可知，1%LDR-501井漿的高溫高壓失水降低了55%，從28.8 mL 降到12.8 mL，鉆井液流型與加入同樣加量SMP-II 基本一致，濾失性能優(yōu)于SMP-II，表明LDR-501 與現(xiàn)場井漿的配伍性良好。鉆井液配方如下。

0.3%NaOH+（3%～4%）SMP-2+2%膨潤土+（2%～3%）FT-1+（2%～3%）SCL+1%LV-PAC+0.5%PAMS-150+0.3%DS-301+20%NaCl

表5 不同降濾失劑與井漿配伍性能

3 機理分析

生物質合成樹脂降濾失劑產品分子通過其分子上的磺酸等吸附基團在黏土顆粒表面吸附，形成一定的溶劑化膜，穩(wěn)定黏土膠體顆粒，使鉆井液中黏土粒子的聚集-分散程度適中，從而保證鉆井液的流變性、濾失造壁性和抑制性以及其他相關性能，滿足鉆井作業(yè)要求；產品分子中水化基團的水溶性好，可增強處理劑高分子鏈的親水性，從而使鉆井液中黏土粒子表面形成較強的親水溶劑化層，產生抗溫的作用效能。

4 結論

1.以木質素為原料，經生物降解和化學反應得到生物質合成樹脂降濾失劑LDR-501。LDR-501性能測試結果表明，其BOD5/CODCr為0.26，可生物降解；EC50為440 000 mg/L，無毒；濁點鹽度為160 g/L，180 ℃老化16 h 后基漿的高溫高壓濾失為18.6 mL，抗溫、抗鹽、降濾失性能好。

2.LDR-501 綜合性能與SMP-Ⅱ相當，環(huán)保優(yōu)勢突出，促進生物質資源在鉆井液領域中的應用，提高水基鉆井液綠色環(huán)保性能。