早在20世紀60年代，聚丙烯酰胺就被作為絮凝劑用於鑽井液鑽屑和粘土的控製。在 鑽井液中加入極少量的PAM可使鑽屑絮凝而全部除去。這樣鑽井速度大大提高，但因其 攜帶鑽屑能力差、濾失量大、影響井壁穩定等缺點，不能廣泛應用，隻能用於地層特別 穩定的淺層井段。後來，發現了部分水解聚丙烯酰胺，具有選擇性絮凝作用。它可絮凝 除掉劣質土和岩屑，而未絮凝優質造漿粘土。同時，對鑽屑的分散具有良好的抑製能力， 處理後的鑽井液體係中亞微米顆粒含量明顯低於其它類型的水基鑽井液，這對提高鑽速 是十分有利的。為進一步提高聚合物鑽井液的防塌能力，70年代後期發展了聚合物與無 機鹽（主要是氯化鉀）配合的鑽井液體係。近20年來，聚合物處理劑的發展很快，除帶 陰離子基團的處理劑，近幾年又開發了帶陽離子基團的陽離子聚合物和分子鏈中帶陰離 子基團、陽離子基團和非離子基團的兩性離子聚合物處理劑，使聚合物鑽井液技術得到 不斷發展和完善。而水分散型兩性高分子聚丙烯酰胺是在分子鏈中帶陰離子基團、陽離 子基團和非離子基團的兩性離子聚合物中引入了疏水締合基團，從而使水分散型兩性高 分子聚丙烯酰胺賦予了新的性能。這就是在PAM分子鏈引入陽離子基團、疏水基團和 AMPS (2-丙烯酰胺基一2—甲基丙磺酸），分子中的陽離子中和了粘土顆粒上的負電荷 而減小靜電斥力。此時聚合物能在許多位置上與粘土發生橋鏈，因而對粘土能夠起到很 好的保護作用。同時由於分子鏈中含有疏水基團，使吸附在粘土表麵的聚合物表現為憎 水性質，故有利於阻止水分子的進入，從而能有效地抑製頁岩的膨脹。而AMPS結構中 的一個重要官能團是磺酸基。磺酸基主要功能是提供一種強親水和強水化基團，通過平 麵氫鍵吸附，端麵靜電吸附，在粘土粒子表麵形成氫結構的溶劑化膜，具有較高的抗鹽 和抗溫能力。這樣改性後的的PAM即水分散型兩性高分子聚丙烯酰胺，不僅具有良好的 水溶性而且具有優良的抑製性、抗鹽性及抗溫性。
2.3.1水分散型兩性髙分子聚丙烯酷胺具有良好的頁岩抑製能力水分散型兩性高分子聚丙烯酰胺具有良好的頁岩抑製能力，頁岩是通過粘土顆粒膠 結而成的，其強度隨顆粒間的引力增大而增加。當頁岩、與水接觸時，水分子慢慢擴散 到頁岩地層中，引起粘土水化膨脹，最終以膠體或固相顆粒分散到液體中。
水溶性聚合物具有極性的和能與水分子發生作用的官能團。聚合物加至水中，聚合 物水化基團即與水分子相結合，水化程度影響聚合物分子展開的程度。當頁岩與聚合物 水溶液接觸時，聚合物靠氫鍵或靜電吸力吸附到粘土顆粒上。若聚合物的相對分子質量 足夠高，並具有較強的線型展開能力和合適的分子結構，則它不僅能夠吸附在一個粘土 顆粒上，而且還能進一步連接到相鄰的粘土顆粒上，將多個粘土顆粒橋接在一起，阻止 頁岩分散（常稱為包被作用），從而保持頁岩的完整性，促使井壁穩定，岩屑保持原狀， 在地麵有利於被固相控製設備清除。因此可以認為，聚合物穩定頁岩主要是靠吸附一包 被作用。聚合物穩定頁岩與下述因素有關：(1)聚合物在粘土表麵上的吸附量對頁岩起穩定作用的聚合物必須能被頁岩所吸附，若聚合物通過氫鍵和靜電吸力僅 有少量被頁岩所吸附，則僅能形成少量聚合物橋，不足以抑製頁岩分散；若頁岩吸附聚 合物達到飽和，這種飽和吸附集中在一個或幾個粘土顆粒上，從而降低聚合物橋接數量， 也會降低穩定頁岩的效果；因而，隻有當頁岩表麵吸附聚合物達到最佳量時，才能有效 地起到穩定頁岩的作用。幾種不同性質的聚合物在粘土表麵的吸附見表2-12。
表2-12聚合物在粘土表麵上的吸隨聚合物類型飽和吸附量（mg/ (g土））吸附自由能（kJ/mol)
兩性離子聚合物FA367134.8-69.8陰離子聚合物PHPA75.6-12.7兩性離子聚合物XY27138.0-81.8部分水解聚丙烯酰胺HPAN45.8-8.9水分散型兩性高分子143.6-84.8從上表可以看出，水分散型兩性高分子聚丙烯醜胺具有較低的吸附自由能和較高的 吸附量，這是由於吸附方式由單一的氫鍵吸附轉變為氫鍵吸附和靜電吸附的雙重吸附。 聚合物以較快的速度牢固地吸附在粘土表麵，一方麵中和了部分粘土表麵電荷，另一方 麵依靠聚合物鏈的多點吸附更為完全地包被粘土顆粒，使粘土顆粒水化分散達到有效控 製。
(2)聚合物的相對分子質量聚合物穩定頁岩必須在頁岩顆粒之間發生橋接。低相對分子質量的聚合物由於其 分子鏈短，難以在頁岩顆粒之間發生橋接。一般來講，用做頁岩穩定劑的聚合物分子 量愈大，分子鏈愈長，包被的鑽屑顆粒愈多，吸附的牢固程度也愈大。不同分子量的 水分散型兩性聚丙烯酰胺與粘土作用後，粘土顆粒的變化見表2-13所示。
耙-13不同分子量的水分散型兩性聚丙烯艦粘土顆粒變化水分散型兩性聚丙烯雜岩樣粒徑中值/nm分子量/萬加量/%2500.116.43800.125.56400.128.78500.137.8(3)聚合物的結構特性聚合物穩定頁岩的效果與其結構特性有關。例如，聚丙烯酰胺實驗表明，和高質 量分數改性澱粉具有良好的穩定頁岩的作用，優於聚陰離子纖維素、生物聚合物等。 聚合物在頁岩表麵橋接粘土顆粒的數目與其鏈的伸展情況、吸附基團所占的比例（包 括陽離子基團）、水化基團所占的比例、疏水基團所占的比例有關，表2-14為不同水 分散型兩性高分子聚丙烯酰胺中頁岩的粒徑。
表2-14不同水分散型兩性高分子聚丙烯廉胺頁岩的粒徑水分散型兩性聚丙烯総岩樣粒徑中值—陽離子基團/%疏水基團/%.2.02.023.14.04.038.78.06.027.4從上表可以看出，不同比例的陽離子基團和疏水基團岩樣粒徑中值不同，這是由 於聚合物靠陽離子基團以較快的速度牢固地吸附在粘土表麵，中和了部分粘土表麵電 荷，此時聚合物能在許多位置上與粘土發生橋鏈，因而對粘土能夠起到很好的保護作 用。同時由於分子鏈中含有疏水基團，使吸附在粘土表麵的聚合物表現為憎水性質， 故有利於阻止水分子的進入，從而能有效地抑製頁岩的膨脹。
(4)不同聚合物對頁岩抑製能力對比①用頁岩回收率方法評價FA367、80A51、HPAM、分散型兩性高分子聚丙烯酰 胺的頁岩回收率結果見表2-15。
表2-15不同聚合物的頁岩回收率聚合物頁岩回收率/%類型加量/%一次頁岩回收率/%二次頁岩回收率/%清水/4.24/FA3670,446.8938.8480A510.439.5827.20HPAM0.433.3619.80分散型兩性高分子0,459.9657.62②用頁岩膨脹實驗評價FA367、80A51、HPAM、分散型兩性高分子聚丙烯酰胺 的抑製性，結果見表2-16和圖2-6。
表2-16FA367、80AS1、HPAM、分散型兩性高分子聚丙烯醜胺頁岩膨脹高度實驗評價內容膨脹時間（h)
123456780.2% HPAM1.782.522.833.954.004.134.264.370.2%分散型兩性聚合物0.510.770.961.111.251.371.471.580.2%FA3671.452.102.592.983.303.583,824.050.2%80A511.652.352.833.213.513.784.014.22圖2-6FA367、80A51、HPAM、分散型兩性髙分子聚丙烯酸胺頁岩膨脹髙度實驗③用粒度測定方法評價FA367、80A51、HPAM、分散型兩性高分子聚丙烯酰胺的 抑製性，分別配製0.2%FA367、80A51、HPAM、分散型兩性高分子聚丙烯酰胺水溶液， 分別加入6.0%的鈣土、6.0%的泥岩粉水化24h,測定粒徑中值和比表麵，結果見表2-17。
表2-17泥岩粉在各種聚合物水溶液粒徑中值和比表麵實驗液6.0%的鈣土6.0%的泥岩粉粒徑中值/pm比表麵/m2/g粒徑中值，卩m比表麵/m2/g清水6.3148.2312.562.140.2%FA36727.413.8228.427.640.2%80A5112.023.4918.840.710.2%HPAM26.814.9329.328.430.2%分散型兩性高分子32,512.3534.710.122.4水分散型兩性髙分子聚丙烯酰胺的鑽井液性能 2.4.1水分散型兩性髙分子聚丙烯酰胺在淡水鑽井液中的性能水分散型兩性高分子聚丙烯酰胺在淡水鑽井液中的性能見表2-1晰示。
表2-18水分散型兩性髙分子聚丙烯酸胺在淡水鑽井液中的性能鑽井液組成-進井液性能AV(mpa*s)PV(mpa.s)YP(pa)API(mL)pH基漿12.04.58.030.010.0基衆+0.1 %水分散聚合物32.015.017.011.010.0基漿+0.2%水分散聚合物39.016.023.010.010.0基衆+0.3%水分散聚合物54.521.033.59.510.02.4.2水分散型兩性高分子聚丙烯酰胺在鹽水鑽井液中的性能在含有15%的膨潤土的鹽水鑽井液中（鹽水組成氯化鈉45g/L、氯化鈣5g/L及含有 6個結晶水的氯化鎂13g/L),加入不同量水分散聚合物，測定的鑽井液性能見表2-19所/J、0表2-19水分散型兩性髙分子聚丙烯酰胺在鹽水鑽井液中的性能鑽井液性能鑽井液組成AVPVYPAPIpH(mPa-s)(mPa*s)(pa)(mL)
基漿6.04.02.065.09.0基裝+0.3%水分散聚合物23.021.02.012.09.0基漿+0.5%水分散聚合物3624.012.010.09.02.4.3水分散型兩性髙分子聚丙烯酰胺的抑製性用JL-9100粒度分析儀測定了各種基漿加入共聚物前後的體積分布，表2-20是不 同類型鑽井液在加共聚物前後比表麵積和粒度中值對比。
表2-20不同類型鑽井液在加共聚物前後比表麵積和粒度中值配方共聚物加量比表麵積Sv粒度中值D50(%)(cm2/cm3)(fim)
0161183.76%鈉土1.0524972.56% 鈉土+4%NaCl0169963.32.0421263.76% 鈉土+36%NaCI0_3.72.51491704%抗鹽土+10%NaCl+4%CaCi20113006.41.5302549_15%±+4.5%NaCl+0.5%CaCl2+1.3%MgCi20138874.72.0482667.3從表2-20可以看出共聚物具有較強的的抑製包被性，不同類型基漿加入共聚物後 比表麵積大大降低，粒度中值大大增大，表明共聚物大分子能把小粒徑的粘土顆粒的包 被起來，從而大大降低整個固相顆粒的比表麵積，使鑽井液體係中大粒徑的顆粒含量大 大増加，表明共聚物具有較強的抑製包被性，能夠有效的抑製地層粘土造漿，有利於保 護油氣層。
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