【摘 要】
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深水钻探作业过程中,钻井液体系常常经历较大范围的温差作用,常规水基钻井液在作业中流变性难以调控、井漏与压力控制难等一系列井下问题屡见不鲜。油基与合成基钻井液虽然发展迅速且应用效果明显,但是环境友好程度较低且相较于水基钻井液造价高昂,使用受到了诸多限制。因此,开发出水基钻井液低温流变性流型调节剂、实现深水钻井液“恒流变性”是我国能源开发布局向深水迈进无法绕开的问题之一。在调研了大量文献的基础上,设计
【基金项目】
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国家自然科学基金会项目《深水水基钻井液低温流变性调控用温敏聚合物研制及作用机理研究》,项目编号:2018010392,2019-2022；
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深水钻探作业过程中,钻井液体系常常经历较大范围的温差作用,常规水基钻井液在作业中流变性难以调控、井漏与压力控制难等一系列井下问题屡见不鲜。油基与合成基钻井液虽然发展迅速且应用效果明显,但是环境友好程度较低且相较于水基钻井液造价高昂,使用受到了诸多限制。因此,开发出水基钻井液低温流变性流型调节剂、实现深水钻井液“恒流变性”是我国能源开发布局向深水迈进无法绕开的问题之一。在调研了大量文献的基础上,设计并制备了两种能够对含黏土相水基钻井液体系起到流型调节作用的温度敏感型聚合物P（NVCL-co-DMAM）与P（NVCL-co-DEAM）。聚合方式为自由基聚合,N-乙烯基己内酰胺（NVCL）为聚合物主要组成,偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂,水为溶剂,功能单体N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）与N,N-二乙基丙烯酰胺（DEAM）分别与NVCL聚合。通过正交实验确定了两种共聚物的最优合成条件分别为:P（NVCL-co-DMAM）:反应时长4 h,反应温度55℃,m（引发剂）:m（单体总质量）:m（溶剂）=3:100:500,单体摩尔比mol（NVCL）:mol（DMAM）=7:3;P（NVCL-co-DEAM）:反应时长4 h,反应温度55℃,m（引发剂）:m（单体总质量）:m（溶剂）=3:100:1000,单体摩尔比mol（NVCL）:mol（DMAM）=9:1。通过红外光谱、凝胶渗透色谱（GPC）等测试方法,对两种共聚物进行了分子结构表征。探讨了共聚物对环境因素变化的响应特征。通过正交实验分析了各实验条件对产物LCST的影响程度,结果为溶剂加量＞单体摩尔比＞反应温度＞引发剂加量。按配方对两种产物进行了低温流变性调控能力测试,P（NVCL-co-DMAM）可使钻井流体在4℃下的PV值降低20%,PV波动降低19.4%,提高了体系稳定性。P（NVCL-co-DEAM）可使钻井流体在4℃下PV值的降低9%,PV波动降低19.2%,提高了钻井液的稳定性。对P（NVCL-co-DMAM）进行了抗温、抗盐测试,结果表明P（NVCL-co-DMAM）可以在150℃高温下稳定存在16 h以上,具有较好的抗温能力;聚合物P（NVCL-co-DMAM）对Na Cl等常见盐有着较好的抗性。结合宏观实验与微观机理对聚合物作用机理进行了分析。
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