我校張潔教授團隊研發(fā)了無機插層聚合物、改性石墨作為抗高溫鉆井液抑制劑、提切劑、潤滑劑，其抗溫性可達200℃以上，為我國深層、超深層和非常規(guī)油氣層開發(fā)提供了新思路。其相關研究成果發(fā)表在Nanomaterials（IF=5.719）、Materials（IF=3.748）、Minerals（IF=2.818）期刊上，化學化工學院碩士研究生張博文、王全得分別為論文第一作者，導師分別為張潔教授和顧雪凡教授。
水基膨潤土鉆井液中的粘土在高溫下易發(fā)生聚結、表面鈍化等作用，超高溫還會導致處理劑降解或者分解，削弱甚至消除處理劑在粘土表面的吸附作用，致使鉆井液抗溫性差，因此，超高溫鉆井液技術是實現(xiàn)深層超深層鉆井的關鍵技術之一。該課題組針對高溫鉆井液的技術需求開展研究工作。采用表面活性劑改性石墨制備高度分散的滑潤劑，如圖1所示。由于石墨表面改性后出現(xiàn)擴散雙電層，使得石墨在水中和水基鉆井液中表現(xiàn)出強分散性。在180℃下，添加改性石墨可降低泥餅粘滯系數(shù)67%（Materials2022,15,1083. https://doi.org/10.3390/ma15031083）
圖1 改性石墨結構特征及其分散性
該課題組同時對抗高溫環(huán)保型鉆井液抑制劑進行了研究，在現(xiàn)有鎂鋁插層聚合物（MMH）的基礎上，優(yōu)化制備條件，如圖2所示。當鎂鋁比為3時插層聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，在鉆井液中添加量為0.3%時鉆井液的抑制性能參數(shù)較添加4%KCl的鉆井液提高了136.2%。經過200℃老化16h后，添加了鎂鋁插層聚合物的鉆井液仍表現(xiàn)出良好的抑制性和提切性。（Minerals2022, 12(4), 459.論文鏈接：https://doi.org/10.3390/min12040459）
圖2 鎂鋁插層聚合物制備及其抑制性能
該插層聚合物仍存在許多不足，比如造漿能力不強和攜巖性差。為了解決這些問題，該課題組通過引入Cu、Fe、Zn等離子制備多元插層聚合物（M-MMH），評價了其抑制粘土分散的作用，并研究了其作為抗高溫鉆井液基漿組分的可能性，如圖3所示。
圖3 多元插層聚合物的結構特征及其作用效能
實驗表明，多種M-MMH具有強抑制作用，線性膨脹較4%KCl溶液中降低70%以上。進而對M-MMH漿作為鉆井液基漿的性能進行了評價，發(fā)現(xiàn)M-MMH漿具有低粘度和高切力的特點。在200℃下老化16小時后，其粘度和動塑比穩(wěn)定，表明其作為基漿具有很強的提高熱穩(wěn)定性作用。目前正在進行抗250℃水基鉆井液材料的研究，并且將基于該材料進一步開展具有抗高溫和強攜巖能力水基鉆井液體系研究，以解決我國高溫、超深鉆井液的技術需求。（Nanomaterials2022, 12, 3863.論文鏈接https://doi.org/10.3390/nano12213863）
