一种面向深部复杂地层的纳米凝胶增黏堵漏剂性能评价

摘要

针对超深井钻完井过程中钻井液在高温、高盐、高地应力复杂地层环境下普遍存在的流变性失控、滤失量剧增及井壁失稳难题，设计并合成了一种基于丙烯酰胺（AM）与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）的阳离子型纳米凝胶增黏堵漏剂P(AM-DMC)。该材料采用反相悬浮聚合法制备，兼具了聚合物柔性链的增黏特性与纳米颗粒的高界面活性及尺寸效应。利用扫描电镜（SEM）对其形貌进行表征，结果显示其呈现不规则多面体结构，粒径分布为200～500 nm；系统评价了其在低固相水基钻井液基浆中的流变性能、滤失性能和抗盐性；并结合接触角与Zeta电位测试揭示了其微观界面特性。微观机理分析表明，材料表面接触角为13°，Zeta电位为+59.1 mV，这赋予了其高亲水性和优异的分散稳定性，是实现增黏与堵漏协同作用的基础。P(AM-DMC)纳米凝胶通过阳离子链段与黏土颗粒间的强静电吸附作用，以及自身形成的三维空间网络结构，能显著提升钻井液体系的结构黏度与抗剪切能力。当P(AM-DMC)加量增加时，钻井液的表观黏度和动切力较基浆有显著提升，同时API滤失量与高温高压滤失量显著降低；经170℃高温老化后，体系仍能保持优异的流变稳定性和低滤失量，证明其具备突出的热稳定性。P(AM-DMC)纳米凝胶为深部复杂地层钻井液体系的高性能化提供了一种兼具高效增黏、精细封堵和卓越抗温能力的新思路，对保障超深井安全高效钻探具有重要的工程应用价值。

关键词

钻井液 / 纳米凝胶 / 增黏堵漏剂 / 流变性 / 降滤失性 / 抗盐性

基金资助

国家自然科学基金面上项目“深井、超深井水基钻井液失水造壁性与流变性调控机理研究”(52274008); 国家自然科学基金联合基金项目“深层页岩气水平井井壁岩石结构强化及调控机理研究”(U23A2026)