1前言

在过去工作的基础上，近两年国内在钻井液处理剂方面又有了一些新进展，特别是油基钻井液在页岩气水平井钻井中的广泛应用，引起了人们对油基钻井液处理剂研究与应用的关注，也在一定程度上推动了油基钻井液技术与应用水平的提高，使国内逐步结束了油基钻井液使用较少的局面。就两年来的整体情况看，尽管关于钻井液处理剂合成的研究较多，而投入生产及应用的产品却很少，且研究的面比较窄，如在天然材料方面，主要集中在淀粉、腐殖酸、木质素改性，而栲胶、纤维素、植物胶等方面的研究基本没有开展，在合成材料方面，主要集中在合成聚合物处理剂，研究尽管很多，但与过去的工作相比，大多数属于重复性研究，从研究路线和产品性能来讲没有取得突破性进展。可喜的是，采用反相乳液方法制备钻井液聚合物处理剂逐步受到重视，在抗高钙聚合物处理剂和非水溶性聚合物封堵材料等方面也有了一些探索。

为满足深层及复杂地质条件下，尤其是满足页岩气水平井钻井的需要，今后在处理剂研究上要拓宽研究思路，在水基钻井液处理剂方面围绕新材料合成加强攻关，并强化推广应用，油基钻井液处理剂方面，重点针对油基钻井液发展的需要尽快使处理剂完善配套，并围绕绿色环保的目标开展天然改性或合成处理剂的研究与应用。

本文结合期刊文献，介绍国内近两年钻井液处理剂的研究与应用情况，分析了当前钻井液处理剂研究与应用中存在的问题，提出了处理剂的研究发展方向。

2天然材料改性处理剂

钻井液用天然材料改性处理剂主要有淀粉、纤维素、植物胶、木质素、栲胶和腐殖酸等改性产物，根据材料来源及改性反应的不同，可以制备增黏剂、降滤失剂、降黏剂、防塌剂、堵漏剂等不同作用的处理剂，是制备绿色钻井液处理剂的重要途径，深受油田化学工作者重视。但由于天然材料结构特征及反应活性、改性手段的限制，在天然材料改性产物的耐温抗盐能力和改性手段方面始终没有新的突破，不同程度地限制了天然材料改性处理剂的发展。尽管如此，人们对天然材料改性处理剂的研究仍然具有浓厚的兴趣，近两年在天然材料利用方面开展了一系列研究，主要涉及淀粉、木质素和腐殖酸改性，并以淀粉和腐殖酸改性为主，在淀粉改性方面，接枝改性和烷基糖苷类更受重视。在腐殖酸改性产品中，不同于以前的是主要集中在油基钻井液处理剂研究与应用，从这一点上说明油基钻井液的应用在不断扩大，并受到重视。

2.1淀粉改性处理剂

淀粉与烯类单体的接枝共聚是提高产物综合性能的有效途径，以淀粉(St)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为原料，通过接枝共聚，合成了一种环保性能好的抗高温抗盐两性离子改性淀粉降滤失剂，加有1%改性淀粉降滤失剂的淡水钻井液在150℃老化前后的滤失量分别为7.9mL和10.9mL，在160℃老化后的滤失量为12mL，盐水钻井液老化前后的降滤失效果较好，180℃、3.5MPa下的高温高压滤失量为22mL，表现出较好的抗盐性和抗高温稳定性。在淀粉丙烯酰胺接枝物中添加一种抗氧剂复配得到的水基钻井液降滤失剂HRS，在150℃使用环境中抗盐至饱和，抗Ca2+至2300mg/L，抗Mg2+至900mg/L，且低毒易降解。为提高淀粉接枝共聚物应用的针对性，研究了含有酰胺基、羧基和磺酸基等不同基团的接枝共聚物在钻井液中的流变性和降滤失性能。结果表明，含不同基团的接枝共聚物在淡水钻井液中均具有很好的降失水能力和增黏能力，而在盐水泥浆中，具有不同基团的接枝共聚物会表现出不同的抗盐、抗温能力。相对而言，含吸附性基团(酰胺基)的接枝共聚物有着更好的抗盐能力，而含水化基团(磺酸基、羧基)的接枝共聚物的抗温性更好。

通过适当的交联反应，可以减少淀粉在改性反应中由于甙健水解带来的性能降低，提高羧甲基淀粉的应用性能，如，以马铃薯淀粉为原料，以90.0%乙醇为溶剂，环氧氯丙烷为交联剂，氯乙酸为醚化剂，当淀粉、氯乙酸及氢氧化钠物质的量比为1∶0.57∶1.01，交联剂用量为干淀粉质量的0.67%，在65℃下反应70min，合成的高黏度交联-羧甲基化复合变性淀粉(CCMS)，具有较好的抗剪切性能和较高的黏度，在不同钻井液体系中均有较好的增黏性、降滤失性、抗高温性和抗盐性，高温老化后仍具有良好的降滤失能力。

作为淀粉衍生物，烷基糖苷的研究日益受到重视，从而扩大了淀粉衍生物的研究应用范围。以葡萄糖与三甲基氯硅烷为原料合成的三甲基硅烷基葡萄糖苷TSG，具有较好的抑制黏土水化膨胀、分散的作用。在质量分数为10%的TSG水溶液中，膨润土的线性膨胀率仅为54.62%，防膨率为79.07%。同时对水基钻井液具有一定的增黏作用和降滤失作用，且摩阻系数降低。由工业级淀粉、辛醇及磺化类催化剂等反应制得的改性聚糖类钻井液防塌润滑剂MAPG，对膨润土浆及模拟现场钻井液流变性影响很小，有明显的降滤失作用，形成的泥饼致密光滑，润滑性好，抑制能力强，抗温达140℃，抗盐达35%。阳离子烷基糖苷CAPG在保持烷基糖苷的优越性能的基础上，与烷基糖苷相比，抑制能力更突出，现场应用表明，以CAPG为主剂的钻井液体系性能稳定，应用井段平均井径扩大率较小，起下钻顺利，井壁稳定效果突出，有效解决了水平段泥页岩及砂泥岩地层的井壁失稳问题，具有较好的经济效益和社会效益，应用前景广阔。在分析聚醚胺和烷基糖苷特性的基础上，合成了一种新型的烷基糖苷衍生物———聚醚胺基烷基糖苷，评价表明，聚醚胺基烷基糖苷与常规水基钻井液配伍性好，0.1%产品水溶液对岩屑一次回收率大于96%，相对回收率大于99%，0.7%产品对钙土相对抑制率大于95%，产品可使无土基浆和有土基浆的抗温性能由110℃提高到160℃。上述关于烷基糖苷的改性思路也可以用于淀粉的直接改性，通过不同反应制备具有抑制、防塌和增黏及流型调节作用的淀粉改性处理剂。

2.2木质素改性处理剂

为了充分利用木质素资源，进一步优化木质素磺酸盐作为钻井液处理剂的性能，通过其与甲醛的羟甲基化反应制备了羟甲基化木质素磺酸盐，与木质素磺酸盐相比，羟甲基化木质素磺酸盐在室温下对基浆有较强的提黏作用，经180℃高温老化后，降黏、降滤失作用有所增强，形成的泥饼厚度降低，对黏土水化膨胀的抑制作用增强。而采用对苯乙烯磺酸钠、马来酸酐、木质素磺酸钙为原料，过硫酸铵为引发剂合成的接枝改性木质素磺酸钙降黏剂SMLS，在淡水钻井液、盐水钻井液和钙处理钻井液中的降黏率可分别达到80.77%、75.00%和70.50%，具有良好的抗盐性能，在150℃以下的降黏作用几乎不受老化温度的影响，在经200℃老化16h后，加量为0.4%的SMLS在淡水钻井液中的降黏率仍可达70%，表现出良好的抗温能力。

研究表明，在一定条件下得到的木质素-聚糖复合物SPS-LCC，在钻井液中具有弱增黏作用和一定降滤失作用，但抗温性和钻井液剪切稀释能力有待提高。

分析这些研究，均不是木质素资源直接利用，如何将木质素资源直接改性制备钻井液处理剂，是今后木质素改性利用的重点。

2.3腐殖酸改性处理剂

相对于以前，在水基钻井液用腐殖酸改性方面有了新的思路，如，将腐殖酸与浓硫酸在160℃下反应8h，生成磺化腐殖酸；磺化腐殖酸与过量二氯亚砜在70℃下反应6h，生成腐殖酰氯；按腐殖酰氯与脂肪胺质量比25∶4加入脂肪胺，在0～10℃下反应4h，得到一种钻井液防黏附剂，其可将钻头和岩屑表面由强亲水性转变为弱亲水性，并能大幅度降低钻井液表面张力，在4%膨润土浆中加入2%防黏附剂，润滑系数由0.43降至0.27，膨润土岩心在1.5%防黏附剂水溶液中的膨胀率为1.6%(2h)和3.5%(16h)，表现出较好的润滑性和抑制性。

利用腐殖酸改性制备油基钻井液处理剂逐步得到重视，如，用有机胺对腐殖酸进行亲油改性，研制出一种适合油基钻井液用的腐殖酸类降滤失剂FLA180，采用4%FLA180配制的密度为2.0g/cm3油包水乳化钻井液，在180℃高温下中压滤失量为0、高温高压滤失量为9mL，具有较强的抗钻屑和抗盐污染能力，同时该降滤失剂还具有降黏作用。

采用腐殖酸与改性剂反应，制备用于油基钻井液的抗高温降滤失剂，在腐殖酸与改性剂的质量比为11∶4、180℃下反应8h合成的产物，在钻井液中加量为3%时，150℃高温高压滤失量为13mL，综合性能优于沥青类降滤失剂。为进一步改善腐殖酸类产品在油包水乳化钻井液中的抗温、分散和降滤失能力，采用十八烷基三甲基氯化铵对腐殖酸进行改性，制备了降滤失剂H-QA，作为油包水乳化钻井液降滤失剂，在H-QA加量为4%时，常温中压滤失量从6.4mL降到4.0mL，150℃高温高压滤失量从8.6mL降到6.8mL，且对钻井液流变性影响较小，有较好的分散能力。

为解决合成基钻井液高温高压滤失量大的问题，以有机硅、腐殖酸和二椰油基仲胺等为主要原料，研制了一种亲有机质的有机硅腐殖酸酰胺降滤失剂FRA-1。FRA-1在合成基钻井液体系中有良好的分散性和耐温性，优于常用的油基钻井液降滤失剂，并且对钻井液流变性影响较小，可以替代沥青类和褐煤类产品作为合成基钻井液降滤失剂。

从文献情况看，近两年，在腐殖酸改性方面的研究以油基钻井液处理剂较多，在油基钻井液用腐殖酸改性处理剂方面，尽管研究较多，但多为腐殖酸与有机胺的酰胺化反应产物，改性途径较单一，如何结合腐殖酸的结构和活性基团的特点，开拓新的改性途径，制备高性能腐殖酸改性产物，将是下步工作重点。

2.4其他天然改性处理剂

除前面所述的淀粉、腐殖酸和木质素改性产物外，在天然材料改性方面还有以下一些工作。如，以天然材料与乙烯基单体进行接枝共聚合成的超高密度钻井液用分散剂JZ-1。在密度为2.8g/cm3的钻井液中加入2%JZ-1后，体系漏斗黏度由282s降低至130s，24h上、下密度差从0.56g/cm3降低至0.03g/cm3，该剂显著提高了钻井液的流变性和沉降稳定性。以黄原胶为主要原料，制备的抗钙增黏剂IPN-V，含增黏剂IPN-V的CaCl2水溶液经90～120℃老化16h后的表观黏度可维持在30mPa·s以上；增黏剂IPN-V能够满足CaCl2浓度为20%及40%的无土相水基钻井液对黏度和切力的要求，抗温可达120℃。

为充分利用生物质资源，对柿子皮、橘子皮和香蕉皮等天然材料在钻井液中的应用性能进行了探索，结果表明：①柿子皮粉末作为水基钻井液添加剂，随着老化温度的升高，所处理水基钻井液黏度先增大再降低而后又增大，在水基钻井液中降滤失作用逐渐减弱，大于150℃之后失去降滤失作用，与改性淀粉钻井液配伍性较好，但与聚丙烯酰胺钻井液配伍效果不佳。②橘子皮粉末作为降滤失剂，随着老化温度的升高，橘子皮粉末处理水基钻井液黏度逐渐升高，在水基钻井液中降滤失作用逐渐减弱，大于140℃之后失去降滤失作用，与改性淀粉钻井液配伍好。③香蕉皮粉末作为水基钻井液添加剂，在温度不超过150℃的情况下，具有较好的降滤失作用，在改性淀粉钻井液体系中表现出良好的降黏、降滤失和润滑作用，在聚丙烯酰胺钻井液体系中表现出降滤失和润滑作用，在杂多糖甙钻井液体系中表现出降黏作用。上述3种材料的水提取液对膨润土的水化膨胀抑制作用均优于4%的KCl溶液。④核桃青皮经过干燥、粉碎后得到的粉末，用作钻井液处理剂，在膨润土基浆中具有降滤失作用，而对钻井液黏度影响小，同时也表现出一定的抑制能力。

上述关于柿子皮、橘子皮和香蕉皮等利用的研究为天然资源的利用提供了一些很好的思路，将来应该开展深入研究探索，扩大天然资源的应用面，同时也可以探索其他天然资源的利用。

3合成材料

近两年，在合成材料研究方面仍然以烯类单体聚合物最多，就所采用的单体看，尽管与以前的研究没有太大区别，但可喜的是，采用反相乳液聚合的方法制备聚合物处理剂逐步受到重视，特别是利用反相乳液聚合制备超支化聚合物处理剂，为聚合物处理剂的研究提供了新思路。

3.1合成聚合物

3.1.1阴离子型聚合物

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。

3.1.2两性离子共聚物

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。

3.1.3非水溶性共聚物

该类研究主要是制备具有封堵特征的钻井液处理剂。如，为了使钻井液体系在泥页岩等地层井壁成膜以稳定井壁，利用乳液聚合法合成了AM-VAc-St三元共聚物成膜剂，其在泥球表面成膜抑制性较好，泥球吸水量只有43.38%，对泥球抑制能力优于其他抑制剂，且具有较好的降滤失作用。以苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)等单体为原料，通过无皂乳液聚合技术，合成了CaCl2无土相钻井液用降滤失剂SPH-F，结果表明，降滤失剂SPH-F粒径分布在0.2～1μm之间，在CaCl2含量为25%的无土相钻井液中，SPH-F加量为2%时，高温高压滤失量(120～130℃)可控制在10.0mL以内，SPH-F加量为3%时还可以同时起到降滤失和改善钻井液触变性的作用。采用微乳液聚合的方法，用苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、硅烷偶联剂和自制表面活化剂，合成了粒径在300～800nm之间可调的具有“核壳”结构的纳米处理剂，评价表明，该处理剂作为钻井液抗高温降滤失剂，具有良好的抑制性和润滑性。

3.2合成树脂

两性离子型磺甲基酚醛树脂的优越性已在应用中证实，将阳离子单体在催化剂作用下引入酚醛树脂结构，再通过多步磺化反应制得阳离子型磺化酚醛树脂，其在黏土颗粒上的饱和吸附量高达33.51mg/g土，浊点盐度(以Cl-计)≥160g/L，参考石油天然气行业标准SY/T5094—2008，将阳离子型磺化酚醛树脂200℃热滚16h后，在180℃、3.5MPa条件下测试其滤失量，评价结果显示，阳离子型磺化酚醛树脂的抗高温高压降滤失性优于现用SMP系列产品。

根据目前使用钻井液润滑剂存在的不足，研制了一种新型钻井液润滑剂———砜醛树脂。实验结果表明：在钻井液中加入0.1%的砜醛树脂，钻井液润滑系数可达到0.205，钻井液的润滑系数降低率可达到58.1%。该润滑剂与钻井液配伍性好，用量少，可以应用在高固相、高密度地区以及高温、高盐地层。该研究为合成树脂类处理剂的研制提供了一个新途径。

3.3其他改性处理剂

除前面介绍的合成聚合物和合成树脂外，还有一些不同用途的合成化合物或混合物，这些研究也为钻井液处理剂的制备提供了一些途径和方法。下面围绕处理剂用途或作用分类介绍。

3.3.1防塌护壁剂

针对目前克拉玛依油田钻井所遇泥页岩地层井壁失稳问题，基于沥青的封堵防塌及阳离子的正电性抑制，结合钾离子的晶格抑制作用，研制了一种具有降低近井壁泥页岩地层渗透率、抑制泥页岩水化膨胀和封堵防塌作用于一体的护壁剂。为解决伊利石、伊蒙混层为主的硬脆性泥页岩微裂缝发育容易引起井壁失稳的问题，研制了一种在高温高压条件下可变软变形的新型热塑性封堵剂HSH。

HSH在高温条件下软化变形，在压差作用下挤入微裂缝，与黏土颗粒一起形成致密封堵层，其封堵能力与乳化沥青相当，且优于聚乙二醇和乳化石蜡。HSH无荧光，且与钻井液配伍性好，抑制性强，在较宽温度范围内(90～150℃)具有优异的封堵效果。

针对现有防塌封堵剂沥青类荧光级别高，石蜡类、聚合醇类易起泡、易大幅增大钻井液黏度，不能满足防塌钻井液需要的缺点，应用二异氰酸酯、乙酸乙酯和多羟基化合物，合成出了一种新型封堵剂JA。该剂不仅荧光强度很小，且能在微裂缝和孔隙处快速封堵，形成致密封堵层，对钻井液体系流变性基本无影响。

针对海洋勘探开发泥页岩地层存在的黏土矿物水化膨胀、分散等问题，研制出了具有较强抑制作用的环境友好型抑制剂GGD。在渤海湾曹21井的现场试验结果表明，GGD钻井液对大段泥页岩有较强的抑制效果，且能够长时间维护井壁稳定，克服长井段长时间裸露易发生的井壁稳定问题。该钻井液可以满足渤海石油勘探开发环境保护及施工作业要求。

针对水基钻井液钻遇盐水层、石膏层、水泥塞时，遭遇高钙污染后导致钻井液流变性、滤失造壁性恶化等问题，室内合成了一种抗高温高钙的抑制剂ZTL-1。评价结果表明，其具有良好抗温性(160℃)和抗钙性能(40g/L)，护胶能力强，与钻井液的配伍性好，有一定的提黏、提切效果，还具有明显的降滤失作用。

在过去胺基抑制剂研究的基础上，研制出了含有胺基和醚键等多官能团的低分子聚合物———聚胺页岩抑制剂SDPA。SDPA在黏土颗粒表面不易解吸，能发挥长期抑制作用。现场试验表明，含SDPA水基钻井液抑制性强，性能稳定且易维护，能满足现场钻井工程需要。

3.3.2润滑剂

针对目前钻井液润滑剂存在抗温能力差、荧光级别高、易引起钻井液发泡、泥饼黏附润滑能力差等问题，研制出了一种以白油为基础油的钻井液用泥饼黏附润滑剂BH-MAL。该润滑剂在膨润土浆中的加量为0.25%时，泥饼黏附摩阻降低率即可达到75%，可抗180℃高温，其荧光级别小于2，且不会引起钻井液发泡，对钻井液的流变性和滤失性无明显影响。利用地沟油、二乙二醇进行酯交换反应生成直链的酯类产物，利用单质硫将直链酯类产物部分转变为网状酯类，用石墨进行复配得到钻井液润滑剂RH-B，淡水钻井液中加量1%时，润滑系数降低率达到86.19%，海水钻井液中加量2%时，其润滑系数降低率达到63.4%，对钻井液的表观黏度和滤失量影响较小、无毒无污染、荧光级别较低。

以废动植物油、乙醇胺反应产物和白油为原料制备了一种钻井液润滑剂BZ-BL，其抗温、抗盐能力强，现场应用表明，其润滑性能好，能够有效地降低摩擦阻力，减轻钻机负荷，且与其他处理剂配伍性良好。以生物柴油为原料的钻井液用生物油高效润滑剂，抗温达到140℃，润滑剂的加量为1%时即可将钻井液的润滑系数降低70%以上，同时在不同体系水基钻井液中均显示出较好的润滑性，润滑系数降低率均在70%以上。该剂在新疆油田3口井的现场应用均取得了较好的效果，而且该产品对环境无污染。以植物油酯作内相、多元醇水溶液作外相、失水山梨醇三油酸酯/聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯复合表面活性剂为乳化剂，制备了一种水包油型钻井液用润滑剂GreenLube，在渤海油田数口井的钻探应用表明，其润滑效果良好，泥饼摩擦系数和钻具的扭矩显著降低。

针对目前钻井液用常规润滑剂极压膜强度低、润滑持久性差、荧光级别高、抗温性能差等问题，首先在植物油提取物中引入硫、磷、硼等活性元素，合成出一种钻井液用极压抗磨添加剂，将其与表面活性剂按一定比例添加到基础油中制备了一种极压抗磨润滑剂SDR，在加量为1.5%时，极压润滑系数降低率大于75%、极压润滑持久性强，抗温达180℃，对钻井液流变性和滤失性无明显影响，与不同钻井液体系配伍性良好，且荧光级别低(1～2级)、无毒、易生物降解。

3.3.3消泡剂

研究表明，以有机硅为主体的乳液型消泡剂稳定性好，在淡水钻井液中的消泡抑泡性能好，具有低用量、高效率的优点，消泡抑泡效果大大优于传统的消泡剂。采用以沉淀二氧化硅处理过的含硅聚醚和二甲基硅油作为消泡剂的主要有效成分，配以高效的复合乳化分散体系制备了消泡剂XPS-20，消泡率达90%以上。以航空煤油为基液，用双硬脂酸铝、油酸、异辛醇、磷酸三丁酯制备的高效消泡剂RXJ，经现场应用表明，加量为0.1%～0.2%时，不仅消泡迅速，且消泡效果持久。

3.3.4油基钻井液处理剂

在油基钻井液处理剂方面，除前面介绍的腐殖酸改性产物外，还开展了如下一些探索。以苯乙烯和α-烯烃为原料，利用本体聚合法制备苯乙烯和α-烯烃的共聚物，再用乙酸酐与浓硫酸的混合物对其处理制备的油基钻井液增黏剂，能够有效增黏提切，而且可以降低钻井液的塑性黏度，抗温可达到180℃。以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯为单体，通过悬浮聚合法合成的一种亲油共聚物提切剂，具有良好的热稳定性。该聚合物可以使柴油基钻井液切力大幅上升，高温高压滤失量显著下降，较好地改善了泥饼质量，而且不会影响钻井液体系的稳定性。以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯为单体和原料，采用乳液聚合法合成了一种油基钻井液用纳米聚合物封堵剂。该封堵剂粒径分布在50～300nm之间，热稳定性好，分解温度高达393℃。钻井液性能评价结果表明，加入1%封堵剂的白油基钻井液与未加入封堵剂的白油基钻井液相比，破乳电压基本不变，泥饼质量得到了很大改善，高温高压滤失量降低34%，封堵率从90%提高到100%。该封堵剂尺寸与微裂缝匹配良好，能在微裂缝表面形成致密封堵层，有利于页岩地层井壁稳定。

以高级脂肪酸、二乙烯三氨为主要原料，浓H2SO4为催化剂，利用缩合法合成了一种浅黄色片状或颗粒状的增黏剂。该剂可使全油基钻井液的增黏作用增强。

选用软化点为124℃的松香与马来酸酐为原料，合成了油基钻井液用马来松香乳化剂。与常用油基钻井液乳化剂及市售的马来松香相比，合成样品的乳化性能最好，合成样品加量为2.5%～3.5%时，油基钻井液的流变性能很好地满足钻井要求，以合成样品为主乳化剂的油基钻井液的抗温、抗盐性能较好。

用有机酸、二乙烯三胺以及二氯亚砜等为原料，合成了一种三聚型酰胺类非离子表面活性剂AM-1。研究表明，油水比为85∶15时，以0.4%十二烷基苯磺酸钠作辅乳化剂，加入2.0%的AM-1配制的乳状液，在50～220℃的温度范围内具有破乳电压值高(大于1000V)、乳化率高(大于91.0%)、析液量低(小于0.7mL)的特点。以AM-1、改性腐殖酸类降滤失剂SLJ-1和有机土为主处理剂，形成的抗高温油基钻井液体系，其密度在1.2～2.0g/cm3之间可调，抗温达220℃，流变性能好，能抗40%水或15%劣质土的污染。通过对钙基膨润土钠化和有机改性，制备出了可抗240℃高温的白油基钻井液用有机土。该有机土在白油中胶体率高，抗温性强，能起到很好的增黏提切作用，且具备较好的流变性能，具有较好的推广前景。

4存在问题及下步工作

4.1存在问题

近两年，在钻井液处理剂方面尽管有针对性地开展了不少工作，也见到了初步的效果，但多局限在室内研究，工业化生产和投入现场应用的很少，同时在思路和方法上仍然比较单一，且缺乏创新性，主要体现在：

①在天然材料改性方面，涉及的面还比较窄，在改性难度大的栲胶、纤维素和植物胶等方面没有涉及，即使在淀粉、腐殖酸方面，改性也主要基于传统方法，缺乏新思路和方法，农林副产品利用方面有一些报道，但深度不够。

②在合成聚合物方面，处理剂作用机理研究较少，研究与现场的针对性和处理剂发展的针对性不强，重复研究多，近两年仍然集中在AM、AMPS、SS、AS、AA、AN、DMAM、NVP、DAC、DMDAAC等单体的二元或多元共聚物的合成上，产品结构和性能没有实质性进展。

③油基钻井液处理剂的研究主要集中在易于实现的腐殖酸改性方面，关于其他方面的研究较少，特别是专用乳化剂合成鲜见报道。同时研究的针对性还有待提高，目前研究没有针对油基钻井液发展及处理剂完善配套的需要，油基钻井液堵漏剂研究还属空白。

④将一些在其他领域或本领域已经成熟的材料仍然作为新材料，缺乏对精细与专用化学品行业的整体把握，研究缺乏创新性，且涉及现场应用的很少，对处理剂经济性和应用的可行性缺乏分析，相当数量的研究仅以完成论文发表为目标。

4.2下步工作

今后钻井液处理剂研制应紧密结合现场需要，并以解决现场问题、提高钻井液技术水平、推动行业技术进步为目标，避免简单的重复性研究，结合钻井液的发展方向，从有利于钻井液及处理剂规范出发，应重点从以下几方面开展研究：

①围绕绿色环保、抗温抗盐的目标，继续重视腐殖酸、淀粉资源的利用，形成系列化产品，深化烷基糖苷类处理剂的研究。在天然材料改性产品方面，既要突出重点，又要考虑到均衡发展，重视纤维素、植物胶、栲胶等资源的利用，同时加大木质素资源的深度改性，关键是寻找新制备方法和溶剂，力求在合成工艺上有所突破，以提高反应效率和产物的综合性能。近年来，在柿子皮等利用方面的探索性工作，为农、林、副资源利用提供了思路，今后可以围绕农、林、副资源利用深入探索，寻求更多用于处理剂生产的低成本原料。

②针对新处理剂研制开发的需要，研制开发新单体和功能性有机化合物，开展含膦基的阴离子单体及高温下水解稳定性好的支化阴离子单体或非离子单体，以及支化或星形结构的聚醚和聚醚胺等化合物的研制工作。

③探索超支化的树枝状或树形结构的处理剂合成方法，合成抗钙能力强，以及适用于高温、高矿化度钻井液及无黏土相钻井液处理剂，加快反相乳液聚合物钻井液处理剂的推广应用。充分利用合成树脂类材料的结构优势，针对超高温条件下高温高压滤失量的控制，开发高性能合成树脂类处理剂。

④继续重视工业废料的利用，特别是充分利用碱法造纸废液，这样既有利于开发低成本处理剂，又有利于环境保护。深化植物秸秆作为纤维素源制备钻井液用羧甲基纤维素的研究，以降低生产成本。

⑤在油基钻井液处理剂方面，基于新材料合成开发油基钻井液用乳化剂、增黏提切剂、降滤失剂，特别是无土相油基钻井液的结构剂、乳化剂、增黏剂和封堵剂。同时，为了提高堵漏一次成功率，减少油基钻井液的漏失，针对油基钻井液漏失特征，研制适用于油基钻井液的防漏、堵漏材料。朝着环保型油基钻井液发展目标，探索合成生物质合成基和绿色油基钻井液处理剂。

⑥在室内合成的基础上，还需要重视处理剂生产工艺及经济性研究，加快工业化试验，促进处理剂成果转化，体现处理剂研究成果的价值。要认识到对于处理剂的研究，成果转化与推广更重要，只有处理剂在现场的推广应用，才能真正地促进钻井液技术进步。

5结语

近两年我国在钻井液处理剂研究与应用方面又取得了一些新的进展，尤其是随着油基钻井液在页岩气水平井钻井中的广泛应用，促进了人们在油基钻井液处理剂方面的研究兴趣，使钻井液处理剂由以水基钻井液为主，逐步向水基、油基钻井液处理剂并重。值得强调的是，采用反相乳液聚合法制备聚合物处理剂也日益受到重视。

两年来，虽然取得了一些可喜的进展，但就处理剂研究方面的文献分析看，尽管文献较多，但研究的深度和现场需要的针对性、创新程度还不够，大多数研究仍然属于无实质性进展的低水平重复工作。特别是在分子设计的针对性方面还存在大的差距，适用于复杂地层，尤其是水平井水基钻井液的处理剂研究较少。

今后处理剂研究方面要在强化基础研究，并在新原料开发的基础上，重视分子设计，探索超支化聚合物处理剂合成，提高处理剂研究的针对性和适用性，重视生物质资源的利用，围绕绿色环保的目标，开发绿色高效的钻井液处理剂，强化处理剂研究成果的转化与推广，以促进钻井液技术进步。