基于多臂結(jié)構(gòu)抗高溫高鹽降濾失劑的合成及作用機(jī)制

摘要：以季戊四醇烯丙基醚為核心，合成具有多臂結(jié)構(gòu)的超支化聚合物降濾失劑JHPAN，研究和分析JHPAN配制的鉆井液在高溫、高鹽條件下的流變性能、降濾失性能和降濾失作用機(jī)制。結(jié)果表明：在加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為1.0%時，220 ℃老化前后，淡水漿的表觀黏度分別為10.5和10.0 mPa·s，塑性黏度分別為9.0和11.0 mPa·s，動切力分別為1.5和1.0 Pa；在加量為1.0%時，220 ℃老化16 h后，飽和NaCl鹽水漿的API濾失量和高溫高壓濾失量分別為11.8和25.5 mL；JHPAN的多臂結(jié)構(gòu)中含有大量的吸附基團(tuán)和抗溫耐鹽基團(tuán)有助于鉆井液高溫、高鹽環(huán)境下形成致密的泥餅，從而提升其降濾失效果。

關(guān)鍵詞：鉆井液； 高溫； 高鹽； 超支化聚合物； 降濾失劑

中圖分類號：TE 254.4"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：張穎，余維初，丁飛，等.基于多臂結(jié)構(gòu)抗高溫高鹽降濾失劑的合成及作用機(jī)制［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，48（4）：149-159.

ZHANG Ying， YU Weichu， DING Fei， et al. Synthesis and mechanism of high temperature and high salt fluid loss reducer based on multi-arm structure［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2024，48（4）：149-159.

Synthesis and mechanism of high temperature and high salt

fluid loss reducer based on multi-arm structure

ZHANG Ying1，2， YU Weichu1，2， DING Fei1，2， SHU Wenming1，2， WU Aibin1，2， DING Weijun1，2

（1.College of Chemistry amp; Environmental Engineering in Yangtze University， Jingzhou 434023， China;

（2.Hubei Engineering Research Centers for Clean Production and Pollution Control of Oil and Gas Fields， Jingzhou 434023， China）

Abstract： Hyperbranched polymer fluid loss reducer JHPAN with multi-arm structure was synthesized with pentaerythritol allyl ether as the core. The rheological properties， fluid loss reduction performance and fluid loss mechanism of drilling fluid prepared with JHPAN under high temperature and high salt conditions were studied and analyzed. The results show that when the dosage （mass fraction） is 1.0%， the apparent viscosity of fresh water drilling fluid before and after aging at 220 ℃ is 10.5 and 10.0 mPa·s， the plastic viscosity is 9.0 and 11.0 mPa·s， and the dynamic shear force is 1.5 and 1.0 Pa， respectively. At the dosage of 1.0%， after aging at 220 ℃ for 16 h， the API filtration and HTHP filtration of saturated NaCl brine drilling fluid are 11.8 and 25.5 mL， respectively. The multi-arm structure of JHPAN contains a large number of adsorption groups and temperature-resistant and salt-resistant groups， which contributes to the formation of dense mud cake under high temperature and high salt environment of drilling fluid， thus improving its filtration reduction effect.

Keywords：drilling fluid； high temperature； high salt content； hyperbranched polymer； fluid loss reducer

近年來中國不斷加大深層油氣資源的勘探開發(fā)力度［1-3］，深層油氣藏具有高溫高壓等特點，耐溫能力成為了鉆井液的重要指標(biāo)之一［4-6］，鉆井液抗高溫性能差會導(dǎo)致井塌、井漏、井噴等重大事故［7-8］。油基鉆井液的抗高溫性能良好，但其成本高且極易對環(huán)境造成污染，因而抗高溫水基鉆井液的研究備受關(guān)注［9-10］。降濾失劑是水基鉆井液中的重要組分之一［11-12］，根據(jù)來源，降濾失劑可分為天然高分子和合成聚合物兩大類［13-14］。天然高分子的抗溫性能差，合成聚合物類降濾失劑成為研究熱點［15］。Huang等［15］以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化銨（DMAAC）、對苯乙烯磺酸鈉（SSS）為原料合成一種抗高溫降濾失劑，在220 ℃老化16 h后，摻加2.0%（無特殊說明均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的鉆井液API濾失量和HTHP濾失量分別為8.5和18.9 mL，但其抗鹽能力較差，在4.0% NaCl溶液中的濾失量明顯上升。高偉等［16］合成一種抗高溫降濾失劑，1.5%加量的飽和鹽水鉆井液在180 ℃老化前后的API濾失量分別為7.2和12.6 mL，老化后其濾失量增加明顯?，F(xiàn)有的抗高溫降濾失劑主要為乙烯基單體的線性共聚物，通過在分子鏈中引入剛性基團(tuán)或大側(cè)基提升其抗溫性能，具有良好的抗溫能力，但高溫條件下普遍存在抗鹽能力差的問題［17-21］。超支化聚合物是一種具有三維立體結(jié)構(gòu)的聚合物，其具有高度支化的結(jié)構(gòu)，且含有大量可修飾的末端官能團(tuán)，在提升聚合物耐溫、抗鹽方面具有很大潛力，已成功應(yīng)用于驅(qū)油、壓裂、原油破乳等，但鮮有抗高溫降濾失劑方面的研究報道［22-26］。筆者以季戊四醇烯丙基醚為核心結(jié)構(gòu)單元，通過季戊四醇烯丙基醚在水溶液中自聚形成超支化結(jié)構(gòu)，與功能單體共聚得到具有多臂結(jié)構(gòu)的超支化聚合物，對該聚合物在高溫高鹽條件下的流變性和濾失量進(jìn)行評價，并分析其高溫高鹽條件下的降濾失作用機(jī)制。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

季戊四醇烯丙基醚，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS），分析純，上海麥克林生化科技有限公司；丙烯酰胺（AM），分析純，上海麥克林生化科技有限公司；N-乙烯基吡咯烷酮（NVP），分析純，上海源葉生物科技有限公司；氫氧化鈉、亞硫酸氫鈉、過硫酸銨、氯化鈉、無水碳酸鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；偶氮二異丁脒鹽酸鹽（AIBA），分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；膨潤土，勝利油田；聚合物Driscal D、聚合物Dristemp，工業(yè)級，雪佛龍菲利普斯化工有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 JHPAN的合成

向三口燒瓶中依次加入70.0 mL去離子水和15.0 g 季戊四醇烯丙基醚，將轉(zhuǎn)速調(diào)至300 r/min，升溫至50 ℃，通入氮氣30 min后緩慢滴加5.0 g 1.0% AIBA溶液，持續(xù)通入氮氣，50 ℃恒溫反應(yīng)5 h后關(guān)閉水浴加熱。依次稱取10.0 g AMPS，35.0 g AM，10.0 g NVP并溶于70.0 mL去離子水，使用氫氧化鈉將反應(yīng)體系pH調(diào)至7.0，待三口燒瓶中的底物冷卻至室溫，將混合溶液加入三口燒瓶，持續(xù)通入氮氣，將水浴溫度設(shè)置為35 ℃，待溫度升至35 ℃后緩慢滴加2.0 g 1.0%亞硫酸氫鈉溶液，5 min后滴加2.0 g 1.0%過硫酸銨溶液，35 ℃恒溫反應(yīng)5 h；用無水乙醇提取產(chǎn)物，得到白色固體，烘干后粉碎得到白色粉末即為降濾失劑JHPAN。圖1為JHPAN的合成路線。

1.2.2 JHPAN的表征

紅外光譜。使用Nicolet 6700紅外分光光度計對JHPAN進(jìn)行FT-IR光譜分析，試驗方法為KBr壓片法，光譜范圍4000～400 cm-1。

核磁共振譜圖。利用Bruker AVANCE HD Ⅲ 全數(shù)字化傅里葉超導(dǎo)核磁共振譜儀對得到JHPAN進(jìn)行1H NMR分析。

相對分子質(zhì)量。利用Viscotek TDA 305max凝膠滲透色譜儀對合成的聚合物的數(shù)均相對分子質(zhì)量、質(zhì)均相對分子質(zhì)量、黏均相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布進(jìn)行測定。

聚合物溶液微觀形貌。通過Bruker Multi Mode 8 原子力顯微鏡觀察JHPAN在水溶液中的微觀形貌。

聚合物溶液黏度特性。按照設(shè)計用量將JHPAN配制成溶液，利用博勒飛旋轉(zhuǎn)黏度計測試溶液在室溫（25 ℃）和不同溫度老化16 h后的表觀黏度。

1.2.3 鉆井液的配制及性能評價

淡水基漿。在400 mL水中加入16.0 g膨潤土和2.4 g無水碳酸鈉，高速攪拌20 min，室溫（25 ℃）養(yǎng)護(hù)24 h即為淡水基漿。

鹽水基漿。向淡水漿中加入設(shè)計用量的NaCl，高速攪拌20 min，室溫（25 ℃）養(yǎng)護(hù)24 h即為鹽水基漿。

參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16783.1-2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試》第1部分水基鉆井液，測定鉆井液的流變性和濾失量。

1.2.4 黏土的分散穩(wěn)定性

觀察鉆井液在220 ℃下老化16 h前后的黏土分散狀態(tài)，并利用Zetasizer Nano ZS 90馬爾文zeta激光粒度儀測試鉆井液的zeta電位，利用JEM-F200場發(fā)射高分辨透射電鏡掃描鉆井液中黏土顆粒的分散狀態(tài)。

1.2.5 泥餅的微觀形貌

將配制好的鉆井液在測試API濾失量后形成的濾餅進(jìn)行冷凍干燥處理，利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的微觀形貌。

2 結(jié)果分析

2.1 降濾失劑JHPAN的表征

2.1.1 FT-IR分析

圖2為JHPAN的紅外譜圖?？梢钥闯?，JHPAN在3300～3500 cm-1處的峰為AM上的—NH2基團(tuán)的伸縮振動吸收峰，3200 cm-1處的峰為AMPS上的—NH—基團(tuán)的伸縮振動吸收峰，2930 cm-1處的峰為AMPS、NVP和季戊四醇烯丙基醚上的—CH2—和—CH3的伸縮振動吸收峰，1664 cm-1處的峰為AM和AMPS上的CO的伸縮振動吸收峰，1449 cm-1處的峰為AM上的C—N的伸縮振動吸收峰，1293 cm-1處的峰為AMPS上的C—N的伸縮振動吸收峰，1217 cm-1處的峰為NVP上的C—N的伸縮振動吸收峰，1096 cm-1處的峰為季戊四醇烯丙基醚上的C—O的伸縮振動吸收峰，1041 cm-1處的峰為AMPS上的—SO3的伸縮振動吸收峰。

2.1.2 1H NMR分析

圖3為JHPAN的核磁共振氫譜。在JHPAN中，δ7.65處的峰為AMPS中的—NH—，δ5.83處的峰為AM中的—NH2，δ3.92、δ2.23和δ1.91處的峰為NVP中的—CH2—，δ3.58處的峰為AMPS中的—CH2—，δ3.30處的峰為季戊四醇烯丙基醚中的—CH2—，δ3.16處的峰為聚合物鏈上的—CH—，δ1.52處的峰為AMPS中的—CH3，δ1.40處的峰為AMPS中的—CH3，聚合物鏈上的—CH2—。

由JHPAN的紅外光譜圖和核磁共振氫譜可知，合成的超支化聚合物分子中包含了設(shè)計的官能團(tuán)，因此可以確定合成了目標(biāo)產(chǎn)物JHPAN。

2.1.3 相對分子質(zhì)量

JHPAN相對分子質(zhì)量測試結(jié)果表明，其數(shù)均相對分子質(zhì)量為22 722、質(zhì)均相對分子質(zhì)量為26 813、黏均相對分子質(zhì)量為24 335，相對分子質(zhì)量分布指數(shù)都比較接近。PDI表征物質(zhì)分散性，GPC的多分散系數(shù)是重均相對分子質(zhì)量與數(shù)均相對分子質(zhì)量之比，其值為1.18?？梢钥闯觯酆衔颙HPAN相對分子質(zhì)量屬于窄分布。

2.1.4 JHPAN在水溶液中的微觀結(jié)構(gòu)

圖4為JHPAN的原子力顯微鏡掃描圖?？梢钥闯觯琂HPAN在水溶液形成了“蠶繭”狀的聚集體，這是由于JHPAN的分子中具有很多類似于蜈蚣觸角的多臂結(jié)構(gòu)，這些多臂結(jié)構(gòu)上的酰胺基、磺酸基和羰基等基團(tuán)不僅與水分子之間形成氫鍵，相互之間也形成離子鍵和氫鍵，進(jìn)而相互纏繞形成了高強(qiáng)度、體積大的三維空間網(wǎng)絡(luò)。

2.2 JHPAN在鉆井液中的性能評價

2.2.1 加量對鉆井液流變性能的影響

鉆井液黏度過高會增大鉆井液的性能調(diào)控難度，研究不同加量JHPAN配制的鉆井液的流變性，測定其在220 ℃老化前后表觀黏度（AV）、塑性黏度（PV）和動切力（YP），結(jié)果見圖5。可以看出：鉆井液的AV、PV和YP隨著JHPAN加量的增加而增加；220 ℃老化前后淡水基漿的AV、PV和YP相近，當(dāng)JHPAN的加量為1.0%時，老化前后的AV分別為10.5和10.0 mPa·s，PV分別為9.0和9.0 mPa·s，YP分別為1.5和1.0 Pa。表明JHPAN對鉆井液的流變性影響較小，并且老化前后的流變性保持穩(wěn)定不變，這是由于JHPAN具有高度支化結(jié)構(gòu)，每個支化結(jié)構(gòu)上的分子鏈短，高溫條件下降解程度低，熱穩(wěn)定性好。

2.2.2 加量對鉆井液降濾失性能的影響

降濾失性能是鉆井液的主要性能指標(biāo)之一，測定不同加量JHPAN的鉆井液的API濾失量和高溫高壓濾失量，結(jié)果見圖6。可以看出：隨著JHPAN加量的增加，老化前后的鉆井液API濾失量都隨之下降；當(dāng)JHPAN的加量為1.0%時，老化前鉆井液的API濾失量從37.0下降至7.2 mL，濾失量降低率達(dá)80.5%，220 ℃老化16 h后，鉆井液的API濾失量從106.0下降至8.6 mL，濾失量降低率達(dá)91.9%；當(dāng)JHPAN的加量大于1.0%時，鉆井液的濾失量基本保持不變。因此JHPAN在老化前后均具有良好的降濾失效果，優(yōu)選其最佳加量為1.0%。

2.2.3 抗溫耐鹽性能

（1）不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl鹽水鉆井液的流變性。向不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽水基漿中添加1.0% JHPAN，評價其在220 ℃老化前后的流變性，結(jié)果見圖7?？梢钥闯觯弘S著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鉆井液老化前的AV從10.5下降至8.0 mPa·s，PV從9.0下降至7.0 mPa·s，YP基本不變；鉆井液220 ℃老化16 h后的流變性能與老化前相近。NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鉆井液的流變性影響不大，在高溫條件下，飽和NaCl鹽水中JHPAN配制的鉆井液的流變性穩(wěn)定。

（2）不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl鹽水鉆井液的濾失量。評價不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽水基漿中加入1.0% JHPAN后的濾失量，結(jié)果見圖8。

可以看出：鹽水漿老化前后的API濾失量和HTHP濾失量均較淡水漿的低；飽和NaCl鹽水漿老化前的API濾失量為6.2 mL，220 ℃老化16 h后的API濾失量為11.8 mL、HTHP濾失量為25.5 mL。因此JHPAN在高溫高鹽條件下具有良好的降濾失效果。

2.2.4 性能對比

向含有飽和NaCl的鹽水基漿中分別加入1.0% JHPAN和另外兩種國外的參比降濾失劑（Driscal D、Dristemp），測試鉆井液的流變性和濾失量，結(jié)果見圖9?？梢钥闯觯涸陲柡蚇aCl條件下，加入JHPAN的鉆井液老化前后的流變性維持不變，而加入Driscal D和Dristemp的鉆井液在220 ℃老化16 h后，其表AV、PV和YP均出現(xiàn)不同程度的下降；加入JHPAN的飽和NaCl鹽水鉆井液在老化前后的濾失量均低于加入Driscal D和Dristemp的鉆井液。說明飽和NaCl鹽水鉆井液在220 ℃老化16 h的條件下，JHPAN對鉆井液的流變穩(wěn)定性和濾失量控制能力均優(yōu)于Driscal D和Dristemp。

2.3 高溫高鹽條件下的降濾失機(jī)制

2.3.1 高溫高鹽對JHPAN溶液黏度的影響

測定不同溫度老化后1.0% JHPAN在清水和飽和NaCl鹽水中的表觀黏度，結(jié)果見圖10。可以看出，隨著老化溫度升高，JHPAN在清水和飽和NaCl鹽水中的表觀黏度下降緩慢，當(dāng)老化溫度為220 ℃時，兩種溶液的黏度分別下降至8.5和6.0 mPa·s，黏度保持率分別為85.0%和80.0%。這是由于在清水中，JHPAN分子鏈中含有的磺酸基團(tuán)和酰胺基水解產(chǎn)生的羧酸基團(tuán)為負(fù)電，其分子鏈因靜電排斥作用而呈伸展?fàn)顟B(tài)，而飽和NaCl鹽水中的Na+具有靜電屏蔽作用，導(dǎo)致JHPAN的分子鏈發(fā)生蜷縮［27］，但由于JHPAN分子特殊的多臂結(jié)構(gòu)，基團(tuán)間距離較大，蜷縮程度較低，因此對分子鏈間纏繞形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響較小。此外JHPAN分子鏈中的多臂結(jié)構(gòu)類似于觸角，相互之間以及與水分子之間形成數(shù)量眾多的離子鍵和氫鍵，增強(qiáng)了其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，從而保證了JHPAN在高溫和飽和NaCl鹽水的條件下黏度保持率較高。

2.3.2 JHPAN對黏土分散穩(wěn)定性的影響

通過外觀法觀察淡水基漿（FM）、飽和NaCl鹽水基漿（SM）和飽和NaCl鹽水試驗漿（ASM，SM中添加1.0% JHPAN）220 ℃下老化前后的黏土分散性，結(jié)果見圖11?？梢钥闯觯?種鉆井液的初始分散狀態(tài)相近，黏土顆粒分散在水中發(fā)生了水化作用，形成了水化黏土膠體體系；FM和SM老化后均出現(xiàn)了明顯分層，原因是高溫條件下黏土膠體體系被破壞，使黏土發(fā)生聚結(jié)［28］，由于自身重力造成淡水基漿很快分層；SM老化后的分層現(xiàn)象較FM嚴(yán)重，原因是SM中含有的NaCl會壓縮黏土顆粒表面的擴(kuò)散雙電層，導(dǎo)致黏土水化層的厚度大大減小，黏土顆粒發(fā)生聯(lián)結(jié)而聚沉，高溫則會加速此過程；ASM老化前后的分散性基本不變，220 ℃老化之后，未發(fā)生明顯分層，這是因為JHPAN具有超支化結(jié)構(gòu)，含有大量可吸附黏土的基團(tuán)，在鉆井液中形成了更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在高溫高鹽條件下仍然具有很好的護(hù)膠能力，因此黏土顆粒不會發(fā)生明顯的聚沉。

2.3.3 鉆井液的zeta電位

分別測試220 ℃老化前后淡水基漿（FM）、飽和NaCl鹽水基漿（SM）和飽和NaCl鹽水試驗漿（ASM，SM中添加1.0% JHPAN）的zeta電位，結(jié)果見圖12?？梢钥闯觯?種鉆井液老化前的zeta電位絕對值高于老化后，這是因為高溫作用下，

鉆井液中的黏土粒子表面水化能減弱，黏土外層水化膜變薄導(dǎo)致黏土粒子的zeta電位絕對值降低［28］;老化前，F(xiàn)M和SM的zeta電位絕對值分別為34.3和16.4 mV，這是由于加入飽和NaCl后鉆井液中的陽離子增多，SM中的黏土顆粒擴(kuò)散雙電層被壓縮變薄，引起黏土晶片面-面和端-面聚結(jié)，造成黏土顆粒分散度下降；當(dāng)SM中加入1.0% JHPAN后，ASM老化前后的zeta電位絕對值分別為42.6和35.0 mV，均高于FM和SM，這是由于JHPAN在溶液中形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且聚合物分子上有大量吸附基團(tuán)，這些吸附基團(tuán)吸附在黏土顆粒表面后，ASM中的超支化聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使黏土顆粒在高溫和高鹽作用下仍然保持了很好的分散性，所以表現(xiàn)出zeta電位絕對值上升。

2.3.4 鉆井液中黏土顆粒分散微觀形貌

FM、SM、ASM在220 ℃下老化前后的黏土顆粒的分散狀態(tài)見圖13。

由圖13（a）和（b）看出，老化前FM中的黏土較分散，僅出現(xiàn)少量的黏土顆粒聚集，在220 ℃下老化16 h后，出現(xiàn)了更多的黏土顆粒聚集體，這是由于在高溫條件下水化黏土形成的膠體被破壞，黏土顆粒出現(xiàn)了聚集，使其分散性變差。

由圖13（c）和（d）看出，加入飽和NaCl后，SM中出現(xiàn)了明顯的黏土顆粒聚集，220 ℃老化16 h后，這一現(xiàn)象則更明顯。主要因為加入飽和NaCl后，SM中黏土顆粒表面的擴(kuò)散雙電層被壓縮，使得邊和面上的電性減小，引起黏土顆粒發(fā)生聯(lián)結(jié)。此外在高溫作用下，水化黏土顆粒形成的膠體體系被破壞，基漿中的黏土顆粒聚集體發(fā)生聚沉，進(jìn)而鉆井液的分散性變差。

圖13（e）和（f）看出，加入1.0% JHPAN后，老化前后ASM中都只有少量的黏土顆粒聚集，主要是因為在高溫高鹽條件下，JHPAN能夠在溶液中形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其吸附基團(tuán)可以將黏土顆粒吸附并形成空間結(jié)構(gòu)，未發(fā)生明顯的聚結(jié)。

2.3.5 泥餅的形貌

（1）泥餅宏觀形貌。FM、SM和ASM在220 ℃下老化前后測試API濾失量后形成的泥餅見圖14?？梢钥闯觯匣癋M和SM形成的泥餅表面松散且厚；在220 ℃老化16 h后，F(xiàn)M泥餅的厚度明顯增加，較老化前松散，SM則無法形成完整泥餅。這是由于膨潤土顆粒水化膨脹后形成了膠質(zhì)體系，膠質(zhì)體系在壓力作用下被壓縮后形成不同厚度的泥餅而起到降濾失作用，但在高溫或高濃度鹽的作用下黏土膠質(zhì)體系被破壞，鉆井液就無法形成完整的泥餅，其濾失量也會大大增加。相較于FM和SM，ASM在老化前后形成的泥餅薄且致密，這是因為分散在鉆井液中的JHPAN能吸附在黏土表面，對黏土膠質(zhì)有一定的“護(hù)膠”能力，形成致密且堅韌的泥餅有效控制了鉆井液在高溫高鹽條件下的濾失量。

（2）泥餅微觀形貌。將上述泥餅進(jìn)行冷凍干燥處理，利用SEM掃描泥餅見圖15。由圖15（a）和（b）看出，老化前FM的泥餅表面只有少量孔隙，此時的泥餅中主要由水化后的黏土顆粒以端—面連接的方式形成一種三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)［29］。在220 ℃下老化16 h后，黏土顆粒堆積形成的泥餅結(jié)構(gòu)遭到了破壞，在泥餅上出現(xiàn)了更明顯的孔洞，因此鉆井液的濾失量更大。由圖15（c）和（d）看出，老化前SM的泥餅表面形成大量裂縫，使得鉆井液濾失的通道擴(kuò)大，鉆井液的濾失量增加。在220 ℃下老化16 h后，黏土顆粒發(fā)生更嚴(yán)重的聚結(jié)和絮凝，所形成的泥餅變成了松散的多孔結(jié)構(gòu)，此時的泥餅已經(jīng)不具備降低濾失量的功能。由圖15（e）和（f）看出，加入1.0% JHPAN后，ASM形成的泥餅老化前后均能形成表面均勻且致密的泥餅，JHPAN在鉆井液中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)吸附在黏土顆粒表面，水化黏土顆粒中的結(jié)合水在壓力作用下被擠出，吸附有JHPAN的黏土被壓縮成一層層的致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成致密、具有韌性的泥餅，減少了鉆井液的濾失通道，有效控制濾失量，因此JHPAN在高溫高鹽條件下也能保證很好的濾失量控制能力。

3 結(jié) 論

（1）以季戊四醇烯丙基醚為核心單元，加入AM、AMPS、NVP三種單體進(jìn)行多元聚合，合成了具有多臂結(jié)構(gòu)的超支化聚合物JHPAN，加入該聚合物對鉆井液的流變性影響不大，并且在高溫高鹽條件下流變性穩(wěn)定。

（2）1.0%加量JHPAN在飽和鹽水鉆井液中，220 ℃老后的API濾失量為11.8 mL，HTHP濾失量為25.5 mL，具有很好的抗溫耐鹽能力。

（3）JHPAN在高溫高鹽條件下仍然具有很好的降濾失作用，主要是因為JHPAN具有多臂的超支化結(jié)構(gòu)，含有大量的吸附基團(tuán)和抗溫耐鹽基團(tuán)，可以吸附在鉆井液中的黏土顆粒表面，進(jìn)而顯著提升高溫高鹽條件下鉆井液的分散性能；此外吸附有JHPAN的黏土被壓縮成一層層的致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有助于形成致密的泥餅，從而有效控制鉆井液的濾失量。

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（編輯 劉為清）

收稿日期：2023-12-20

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（52274029）

第一作者：張穎（1991-），女，博士，研究方向為鉆井液與完井液。E-mail：zhangying0093@126.com。

通信作者：余維初（1965-），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為油氣田應(yīng)用化學(xué)。E-mail：yuweichu@126.com。

文章編號：1673-5005（2024）04-0149-11"" doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.04.016