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根据相对分子质量和阳离子基团的比例不同,两性离子聚合物在钻井液中可以起包被、絮凝、增黏、降滤失和抑制等作用。如,以AA、AMPS、AM和DMDAAC为单体,引入纳米二氧化硅(nano-SiO2)合成的钻井液降滤失剂P(AM-AMPS-AA-DMDAAC)/nano-SiO2———LX-2,具有良好的降滤失能力,其高温抗盐和高温抗钙性能明显优于其他降滤失剂,与其他处理剂的复配性能良好,可有效提高钻井液的降滤失性能、抗盐性能和耐温性能。采用氧化还原引发体系,合成的AM、AA、丙烯腈(AN)、AMPS和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)五元共聚物钻井液降滤失剂,抗温性能良好,抑制包被能力强。
以AM、DMDAAC和SS为原料,在单体配比n(AM)∶n(DMDAAC)∶n(SS)=8∶1∶1,单体质量分数为25%,引发剂[过硫酸铵(APS)和亚硫酸氢钠(SS)]的用量为0.5%(以单体质量计),60℃下反应6h合成的一种两性离子共聚物,具有良好的降滤失效果,常温中压下API为7mL,抑制效果很明显。以SS,DMDAAC和AM为原料,采用水溶液聚合法,在单体质量比m(SS)∶m(DMDAAC)∶m(AM)=4.5∶0.5∶5.0,单体用量30%,引发剂用量0.14%,体系pH值为7,75℃下反应5h合成的钻井液增黏剂SDA,与增黏剂FA367相比,具有更好的耐温抗盐性能。用AA、AM、AMPS、二乙基二烯丙基氯化铵(DEDAAC)等作为聚合单体,用过硫酸钾、亚硫酸氢钾作引发剂合成的钻井液用抗盐相对分子质量聚合物包被絮凝剂CP-1,其1.0%水溶液视黏度大于50mPa·s,抗盐15%,在10%盐水浆中抗温达140℃,抑制能力强,与其他钻井液处理剂配伍性好。在塔河油田TK870X等井的现场使用取得了很好的效果。
此外,还以AM、AMPS、DMDAAC和NVP为原料合成了一种具有一定抗高温、抗盐钙能力的两性离子共聚物降滤失剂PADMS。以甲基丙烯酸、AM、SS、DMDAAC为原料合成的具有较好的抗温、抗盐、抗钙、降滤失以及防膨能力的两性离子聚合物降滤失剂,在饱和盐水钻井液中降滤失效果显著,抗温能力达到200℃以上。
为提高雾化/泡沫液的强包被吸附能力,延长雾化/泡沫钻井井壁稳定时间,兼顾絮凝污水,提高雾化/泡沫液的循环利用率,采用氧化-还原引发体系,在引发剂用量为0.05%~0.2%、单体质量分数为20.0%~25.0%、阳离子单体质量分数为5.0%~10.0%的条件下,合成了雾化/泡沫钻井用包被絮凝剂PDAM,所制得的包被絮凝剂具有强抑制防塌及包被絮凝能力,0.05%聚合物溶液一次页岩回收率可达98.2%,相对回收率可达92.7%,24h膨胀量为3.36mm,5min清液析出量为92.5mL。
除上述采用水溶液聚合方法合成的两性离子聚合物外,还利用反相乳液和反相悬浮聚合方法合成了一些两性离子聚合物处理剂,如,以AM、AMPS、DAC为原料,采用氧化还原引发剂体系,通过反相乳液聚合,制备了两性离子P(AM-AMPS-DAC)反相乳液聚合物。当油水体积比为1.0,单体质量分数为30%,复合乳化剂质量分数为5%~6%,复合乳化剂HLB值为7.1,引发剂用量为0.2%,n(AM)∶n(AMPS)∶n(DAC)=0.59∶0.35∶0.06时,能够制得热稳定性好的反相乳液聚合物,且在淡水、盐水、饱和盐水和复合盐水基浆中具有较好的增黏、降滤失能力,抗温、抗盐能力强,同时具有较强的润滑和防塌能力。
此外,还以AM、AA、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、1-溴丁烷或1-溴己烷为原料,采用反相乳液聚合法合成了两种乳液聚合物P(AM/KAA/C4A)和P(AM/KAA/C6A)。以丙烯酰胺类单体和二甲基氯化铵类单体为原料,反相悬浮聚合法合成了一种适用于深水水基钻井液用的低相对分子质量包被抑制剂PF-UCAP。PF-UCAP的黏均相对分子质量≤100万,平均粒径在50μm左右,钻屑滚动回收率高达85%以上。同时,UCAP对3%基浆的黏度影响较小,低温条件下的流变性也较小,可在高固相含量,高密度的泥浆体系中使用。