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钻井液用阴离子聚合物研究主要集中在降滤失剂方面。如,以烯丙基磺酸钠(AS)、甲基丙烯酸甲酯(MA)、AM为原料,在单体配比AM∶AS∶MA=35∶15∶50,引发剂用量0.35%,单体质量分数30%,pH=7,温度为65℃下,反应合成了一种具有良好的降失水效果,且对钻井液的流变性影响不大的降滤失剂。
采用AMPS、AM与具有大分子侧链聚氧乙烯基(C2H4O)n的烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)为原料,在n(AM)∶n(AMPS)∶n(APEG)=14∶5∶1,单体质量分数为15%,引发剂质量分数为0.2%,反应温度为60℃下,制备了一种具有较好的抗温能力(200℃),在盐质量分数为30%的盐水泥浆中仍具有较好的降失水能力的钻井液用降滤失剂SJ-1。采用AM、AS、对苯乙烯磺酸钠(SS)与烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)为原料,在单体质量比m(AM)∶m(APEG)∶m(SS)∶m(AS)=6.5∶2.0∶0.5∶1.0,单体质量分数为20%,引发剂用量为单体总质量的0.2%,反应温度为60℃下,制备的AM-AS-SS-APEG四元共聚物钻井液降滤失剂,抗温能力较好(190℃),在盐水及复合盐水钻井液中均具有较好的降失水能力。以纳米二氧化硅(nano-SiO2)、AA、AM和AMPS等单体为主要原料,合成的四元共聚物降滤失剂P(AA-AMPS-AM)/nano-SiO2,具有良好的耐温抗盐降滤失性能,同时具有良好的抑制性能,与常用处理剂配伍性好,可显著降低钻井液高温高压滤失量。
此外,还有以AMPS、AM、丙烯腈(AN)、AA和硅烷偶联剂为主要原材料,合成的新型抗温耐盐钻井液降滤失剂———腈硅聚合物降滤失剂SO-1,以AM、AMPS和烯丙醇聚氧乙烯醚为原料,合成的具有防膨作用的抗盐钙聚合物降滤失剂,以AMPS、N-乙烯基己内酰胺、二乙烯基苯等为原料,合成的无固相钻井液超高温增黏剂SDKP,以及AM/AMPS/NVP共聚物钻井液降滤失剂等。以AA、AM为原料,超细CaCO3为填料,用水溶液聚合法制备了一种吸水树脂堵漏剂,评价表明,该堵漏剂具有较好的稳定性和较高强度。
作为钻井液处理剂,反相乳液聚合物与粉状聚合物相比,能够减少聚合物在烘干、粉碎过程中由于降解、交联等反应造成的不利影响,产品可以直接加入钻井液并快速分散,在达到同样效果的前提下,可减少用量,降低钻井液处理费用,并且更容易实现绿色环保生产。如,采用反相微乳液聚合方法,以AM、AA为共聚单体,在乳化剂用量5%,引发剂用量0.15%,水相单体质量分数40%的情况下,合成的AA/AM反相微乳液钻井液处理剂,在淡水、盐水、饱和盐水和复合盐水钻井液中均具有良好的增黏效果,而且在120℃下热滚老化16h之后仍保持较好的增黏性能,且具有良好的抑制性能和润滑性能。以AMPS、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)和AN为共聚单体,Span80和Tween80为复合乳化剂,白油为油相,NaHSO3和(NH4)2S2O8为氧化还原引发剂,采用反相微乳液聚合法制备的AMPS-DMAM-AN三元共聚物增黏剂PADA,具有良好的热稳定性,能有效提高淡水钻井液和饱和盐水钻井液的黏度,并降低滤失量,高温老化前后各参数变化不大,抗高温抗盐性能优异。
以AA、AMPS、AM为原料,采用氧化还原引发剂体系,在RAFT试剂存在条件下,通过反相乳液聚合,制备了超支化P(AA-AM-AMPS)反相乳液聚合物。当引发剂过硫酸铵与亚硫酸氢钠之比等于1∶1,引发剂用量为0.16%~0.2%,油水体积比为0.875~1.0,复合乳化剂HLB值为6.9~7.1,复合乳化剂用量为7.6%~8.5%时,制得的反相乳液聚合物在淡水、盐水、饱和盐水以及复合盐水基浆中均具有较好的增黏、降滤失能力,且抗温、抗盐能力强,同时具有较强的润滑能力。
此外,还以AM、IA、AMPS为原料,采用过硫酸钾-亚硫酸氢钠氧化还原引发体系,通过超浓反相乳液聚合制备了三元共聚钻井液降滤失剂。
除降滤失剂外,聚合物降黏剂方面也开展了一些研究。如,以AM、AMPS、衣康酸(IA)为原料,在AM∶AMPS∶IA为1∶2∶2,pH值为6,单体质量分数为20%,引发剂加量为单体总质量的0.3%,80℃下反应4h合成的AM/AMPS/IA共聚物降黏剂,在淡水钻井液中加入0.3%共聚物,降黏率可达94.4%;且在220℃老化16h后,降黏率仍达53.4%。在加入FA367的聚合物钻井液中加入0.3%共聚物,降黏率可达90.4%;在220℃老化16h后,降黏率仍可达50%,同时具有较好的抗盐性。以马来酸酐(MA)、SAS、AMPS为原料,在n(MA)∶n(SAS)∶n(AMPS)=5∶4∶4,引发剂过硫酸铵质量分数为3.0%,单体质量分数为45%,85℃下反应4h合成的耐240℃高温的三元共聚物水基钻井液降黏剂,当加量为0.5%时,可使淡水基浆在常温下的表观黏度由45mPa·s降至30mPa·s,降黏率为80.2%,使淡水基浆在240℃老化16h后的表观黏度由50mPa·s降至34mPa·s。
在降黏剂方面还以AA、AMPS为原料,过硫酸铵为引发剂,考察了次亚磷酸钠、甲酸钠、亚硫酸钠、巯基乙醇等作为链转移剂对降黏剂性能的影响。研究表明,采用次亚磷酸钠作为链转移剂制备的聚合物的相对分子质量约6000,降黏性能较好,而且次亚磷酸钠具有抗氧化性,作为链转移剂制备的聚合物具有更好的抗温性能。