我校張潔教授團(tuán)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(dá)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(guān)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(xué)化工學(xué)院碩士研究生張博文、王全得分別為論文第一作者，導(dǎo)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(jié)、表面鈍化等作用，超高溫還會導(dǎo)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(shù)是實現(xiàn)深層超深層鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一。該課題組針對高溫鉆井液的技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jìn)行了研究，在現(xiàn)有鎂鋁插層聚合物（MMH）的基礎(chǔ)上，優(yōu)化制備條件，如圖2所示。當(dāng)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(jìn)而對M-MMH漿作為鉆井液基漿的性能進(jìn)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(jìn)行抗250℃水基鉆井液材料的研究，并且將基于該材料進(jìn)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(shù)需求。（Nanomaterials2022, 12, 3863.論文鏈接https://doi.org/10.3390/nano12213863）
