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多功能钻井液处理剂MPA-1的合成与性能评价

李雄

李雄. 多功能钻井液处理剂MPA-1的合成与性能评价[J]. 钻井液与完井液,2026,43(1):41-50 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.01.006
引用本文: 李雄. 多功能钻井液处理剂MPA-1的合成与性能评价[J]. 钻井液与完井液,2026,43(1):41-50 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.01.006
LI Xiong.Synthesis and performance evaluation of multifunctional drilling fluid additive MPA-1[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(1):41-50 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.01.006
Citation: LI Xiong.Synthesis and performance evaluation of multifunctional drilling fluid additive MPA-1[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(1):41-50 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.01.006

多功能钻井液处理剂MPA-1的合成与性能评价

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.01.006
基金项目: 中石化科技部“莺-琼盆地高温高压井钻探关键技术研究”(P23191)。
详细信息
    作者简介:

    李雄,副研究员,硕士,1983年生,毕业于中国石油大学(华东)油气井工程专业,现在从事高温高密度钻井液处理剂及体系、钻井液工艺技术研究工作。电话 (010)56606605;E-mail:lixiong.sripe@sinopec.com

  • 中图分类号: TE254.4

Synthesis and Performance Evaluation of Multifunctional Drilling Fluid Additive MPA-1

  • 摘要: 针对目前水基钻井液处理剂种类多、处理剂主功能突出而副功能效果不理想,多数钻井液体系复杂、维护难度较大、处理剂间易出现配伍性差等问题,提出多功能钻井液处理剂的研发思路。通过L9(34)正交实验确定了合成单体、最优加量和反应条件,室内合成出具有降滤失、抑制和润滑3种功效的多功能钻井液处理剂MPA-1,数均和重均分子量分别为15.6万和28.2万,热重分析显示MPA-1分子初始分解温度约为255℃。在5%钠膨润土浆中,与现场常用单一功能处理剂相比,含1%MPA-1的实验浆经120℃老化16 h后降滤失、润滑和抑制效果突出,经150℃老化16 h后性能优于多数现场常用处理剂。在含5%~10%KCl的5%钠膨润土浆中,MPA-1表现出良好的耐盐能力。在3口现场钾胺基/钾基聚磺井浆中分别加入0.3%~0.5%MPA-1,经120℃老化16 h后,井浆黏度适度升高、API滤失量明显降低,滤饼润滑性能得到改善。使用1.5%MPA-1代替实际钾胺基钻井液中的1%KPAM+1%Lube-3+1%SMJA-1后,配方得到简化,滤失量、黏度、黏滞系数和膨润土压片的相对膨胀率全面降低。机理分析表明,MPA-1中的阳离子基团,通过吸附在黏土颗粒表面适度提高其疏水性,起到抑制作用,同时提高润滑性能。MPA-1中的阴离子基团进入黏土颗粒的水化层,增强了颗粒表面电负性,增加了水化膜厚度,结合主链包覆作用增大了颗粒的粒径分布范围,进而有助于形成更加薄和致密的滤饼,降低滤失量。研究结果表明,研制的多功能钻井液处理剂MPA-1的降滤失性、润滑性和抑制性能满足150℃以内地层钻进需要,有利于简化钻井液体系,降低现场维护处理难度。

     

  • 图  1  多功能处理剂MPA-1红外光谱图

    图  2  MPA-1分子热重分析曲线

    图  3  MPA-1老化前后IR谱图

    图  4  在5%钠膨润土浆中加入不同降滤失剂的性能(120℃、16 h)

    图  5  在基浆中加入不同润滑剂的性能对比(120℃、16 h)

    图  6  不同抑制剂实验浆的性能对比

    图  7  5%钠膨润土+0.5%MPA-1浆中黏土颗粒表面Zeta电位

    图  8  钠膨润土颗粒吸附MPA-1前后接触角变化

    图  9  5%钠膨润土浆(A)和5%钠膨润土+0.5%MPA-1浆(B)的性能

    表  1  磺酸单体考察结果

    产物 单体物质
    的量比
    AV/
    mPa·s
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    黏滞
    系数
    1 A∶B∶C 10.0 7.8 20.0 0.0262
    2 A∶B∶D 10.5 6.0 41.6 0.0349
     注:FLHTHP在120℃测定。
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    表  2  阳离子单体考察结果

    产物 单体物质
    的量比
    AV/
    mPa·s
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    黏滞
    系数
    泥岩相对
    膨胀率/%
    1 A∶B∶C∶E 18.0 6.4 20.4 0.0262 60.67
    2 A∶B∶C∶F 7.5 6.6 17.6 0.0349 48.39
    3 A∶B∶C∶G 11.5 18.0 49.6 0.1405 75.60
     注:FLHTHP在120℃测定。
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    表  3  MPA-1分子量测试结果

    数均分子量(Mn 重均分子量(Mw 占比/%
    Peak1 156 103 282 291 99.13
    Peak2 1730 1788 0.87
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    表  4  在钠膨润土浆中加入MPA-1前后的耐温性能

    MPA-1/
    %
    实验
    条件
    AV/
    mPa·s
    FLAPI/
    mL
    黏滞
    系数
    膨润土压片
    相对膨胀率/%
    0 120℃、16 h 7.0 26.2 0.2035 73.68
    1 120℃、16 h 15.5 6.0 0.0262 46.77
    140℃、16 h 15.0 6.4 0.0437 48.59
    150℃、16 h 11.0 8.8 0.1317 59.30
     注:膨胀率实验在对应配方去掉钠膨润土后的浆液中进行,取第20 h对应的膨胀率值。
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    表  5  在5%钠膨润土浆中加入不同处理剂的性能

    配方 AV/
    mPa·s
    FLAPI/
    mL
    黏滞
    系数
    0 7.0 26.2 0.2035
    5%KCl 4.0 202.0 0.2126
    5%KCl+1%MPA-1 13.5 8.8 0.0437
    5%KCl+1%FLA-1 16.5 16.6 0.1139
    5%KCl+1%FLA-8 6.0 27.0 0.1317
    5%KCl+1%Lube-4 12.0 172.0 0.1405
    10%KCl 3.5 250.0 0.2867
    10%KCl+1%MPA-1 11.5 14.2 0.1139
    10%KCl+1%FLA-1 8.0 44.0 0.1051
    10%KCl+1%FLA-8 4.5 87.2 0.1853
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    表  6  MPA-1与现场井浆的配伍性(120℃、16 h)

    钻井液 Cl/(mg·L−1) K+/(mg·L−1) MPA-1/% 实验条件 FLAPI/mL FLHTHP/mL AV/mPa·s PV/mPa·s 黏滞系数
    钾胺基聚磺
    (A井6347 m井浆)
    24 600 12 400 0 老化前 4.0 11.8 28.0 18.5 0.0524
    0.5 120℃、16 h 2.2 7.8 43.0 23.0 0.0349
    钾基聚磺
    (B井7911 m井浆)
    28 500 10 400 0 老化前 2.4 9.6 20.5 16.0 0.0699
    0.3 120℃、16 h 1.6 8.6 32.5 21.0 0.0524
    钾基聚磺
    (C井7819 m井浆)
    25 915 11 680 0 老化前 3.0 19.5 11.0 0.0699
    0.5 120℃、16 h 1.6 27.5 20.0 0.0612
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    表  7  MPA-1简化钾胺基聚磺钻井液配方实验结果

    配方 实验条件 ρ/(g·cm−3) FLAPI/mL FLHTHP/mL AV/mPa·s PV/mPa·s 黏滞系数 膨润土压片相对膨胀率/%
    A井 老化前 1.37 31 20
    120℃、16 h 1.37 3.6 11.6 25 16 0.0524 58.61
    简化 老化前 1.37 29 17
    120℃、16 h 1.37 1.8 6.8 24 14 0.0262 42.35
     注:膨胀率实验在对应配方去掉钠土后的浆液中进行,取第20 h对应的膨胀率值。
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-08-11
  • 修回日期:  2025-09-29
  • 网络出版日期:  2026-02-09
  • 刊出日期:  2026-02-09

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