摘要：主要研究梳形聚合物KYPAM-1、HPAM和反相乳液MICROG的性能。通過測定其特性黏度，根據(jù)分子量和黏度之間的關(guān)系，計算聚合物的黏均分子量，分析聚合物分子量的影響因素。此外通過改變鹽濃度，測定含鹽量從0.1%-1%NaCl中聚丙烯酰胺溶液黏度的變化，比較其耐鹽性。在鉆井液基漿或體系中測定聚合物的流變性及API失水量，對比分析三種聚丙烯酰胺對鉆井液性能的影響，選出較優(yōu)鉆井液用增黏劑。
實(shí)驗(yàn)研究表明：
① KYPAM-1、HPAM和MICROG的分子量分別為2.644×107，2.434×107，3.13×106。
② KYPAM-1的抗鹽性較好，在含鹽量為0.1%時，黏度維持在21.2mPa·s，隨著含鹽量增加，黏度變化不大；HPAM具有一定的抗鹽性，當(dāng)NaCl含量達(dá)到1%后，黏度仍維持在4mPa·s以上；MICROG的抗鹽性能很差，在0.1%NaCl下黏度就降為0。相同濃度下分子量越大，黏度值越高，耐鹽性越好。
③ MICROG在鉆井液體系中的性能較好，具有很好的熱穩(wěn)定性和降慮失效果，是一種很好的鉆井液流變性調(diào)節(jié)劑，但它的分子量約為300萬，為了能廣泛應(yīng)用于實(shí)際鉆井作業(yè)中，應(yīng)通過一些方法來提高其分子量，或者引入某種結(jié)構(gòu)或基團(tuán)改善其耐鹽性。
隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展和高分子聚合物的深入研究，迫切需求高相對分子質(zhì)量，水溶性好、穩(wěn)定性好且耐溫耐鹽的聚丙烯酰胺類添加劑，滿足鉆井過程中增黏、防塌防漏、降慮失等需要，因此各種耐溫耐鹽聚丙烯酰胺性能的研究成為PAM研究的熱點(diǎn)。
本文主要研究三種聚丙烯酰胺：梳形聚合物KYPAM-1、部分水解聚丙烯酰胺HPAM、反相乳液MICROG的性能，包括分子量、耐溫耐鹽性、鉆井液中流變性等。根據(jù)GB 12005.1-89的實(shí)驗(yàn)方法，測定其特性黏數(shù)，由分子量和黏度之間的關(guān)系，我們可以計算出聚合物的黏均分子量，對比分析不同合成方法對聚合物分子量的影響。此外我們通過改變鹽濃度，測定在0.1%-1%的NaCl中聚丙烯酰胺溶液黏度的變化，比較其耐鹽性，得出相關(guān)結(jié)論。在鉆井液基漿或體系中測定聚合物的流變性及慮失量，比較三種聚丙烯酰胺對鉆井液性能的影響，選出較優(yōu)鉆井液用聚丙烯酰胺。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及主要儀器
1.1.1 主要試劑
主要實(shí)驗(yàn)試劑見表1。
表1 實(shí)驗(yàn)樣品及試劑
| 名稱 | 規(guī)格 | 生產(chǎn)廠家 |
| KYPAM-1 | 工業(yè)級 | 北京恒聚 |
| HPAM | 工業(yè)級 | 山東東營 |
| MICROG | 工業(yè)級 | 實(shí)驗(yàn)室自制 |
| 氯化鈉固體 | 分析純 | 天津市大茂化學(xué)試劑廠 |
| 碳酸鈉固體 | 分析純 | 連云港市大晶化工有限公司 |
| 氫氧化鈉固體 | 分析純 | 天津市大茂化學(xué)試劑廠 |
| 氯化鉀固體 | 分析純 | 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司 |
RS-1粉末、lube乳液、紅坂土及海水、蒸餾水等
1.1.2 主要儀器
本實(shí)驗(yàn)所涉及的主要實(shí)驗(yàn)儀器列于表2；此外，還有烏氏黏度計（0.6mm）、高攪杯、老化罐、高純氮?dú)馄俊⑸靶韭┒?、容量瓶、燒杯、錐形瓶、移液管、量筒、量杯、玻璃棒、溫度計、滴定管、秒表、濾紙、洗耳球和玻璃棒若干等。
表2 實(shí)驗(yàn)儀器
| 名稱 | 型號 | 生產(chǎn)廠家 |
| 控硅恒溫水浴鍋 | GKC | 上海錦屏儀器儀表有限公司 |
| 增力電動攪拌器 | JJ-1 | 常州國華電器有限公司 |
| 電子天平 | JA2103N | 上海錦屏儀器儀表有限公司 |
| 磁力加熱攪拌器 | Jan-79 | 江蘇省金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠 |
| Brookfield黏度儀 | DV-口+ | 美國Brookfield公司生產(chǎn) |
| 六速旋轉(zhuǎn)黏度儀 | ZNN-D6A | 青島海通達(dá)專用儀器廠 |
| 變頻高速攪拌機(jī) | GJS-B12K | 青島海通達(dá)專用儀器廠 |
| 高溫滾子爐 | XGRL-4 | 青島海通達(dá)專用儀器廠 |
| 失水測量儀 | 青島海通達(dá)專用儀器廠 | |
| 電熱鼓風(fēng)干燥箱 | FN101-2 | 長沙儀器儀表廠 |
1.2 聚丙烯酰胺特性黏度的測定
聚合物的特性黏數(shù)描述它在分散體系中的單個分子行為，表征一個大分子在溶液中占有的有效體積。按照分散體系黏度的Einstein理論，大分子在溶液中的特性黏數(shù)愈大，它對溶液黏度的貢獻(xiàn)就愈大。
特性黏數(shù)是聚合物濃度趨近于零時比濃黏度（或比濃對數(shù)黏度）的限值，表示單位聚合物分子在溶液中所占流體力學(xué)體積的相對大小，也是度量聚合物分子尺寸的一個重要參數(shù)。聚合物的特性黏數(shù)對于評價聚合物的增黏性能有著非常重要的意義。
1.2.1 烏氏黏度計的使用方法
（1）將恒溫水槽調(diào)節(jié)至25℃，夾好烏氏黏度計，放入恒溫水槽，液面應(yīng)高過a線上方的球2cm，使毛細(xì)管垂直于水面；
（2）用移液管移取10mL液體，注入A管，恒溫10min；
（3）按住B管不通氣，用洗耳球在C管抽氣，吸至a線上方的球一半時停止；
（4）拿下洗耳球，放開B管；
（5）記錄液面流經(jīng)a-b的時間，測3次，求平均值（時間差不超過0.2s）。
1.2.2 溶劑、溶液的配制
（1）溶劑的配置
1.00mol/L NaCl溶液：準(zhǔn)確稱取29.25g NaCl約200mL水溶解后，倒入500mL容量瓶中，再用蒸餾水潤洗燒杯，倒入容量瓶中，然后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，即配成1.00mol/L NaCl溶液。
2.00mol/L NaCl溶液：先準(zhǔn)確稱取58.5g NaCl固體，用約200mL蒸餾水溶解后，倒入500mL容量瓶中，再用蒸餾水潤洗燒杯，倒入容量瓶中，然后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，即配成2.00mol/L NaCl溶液。
（2）試樣溶液的配置
粉狀聚丙烯酰胺：稱取0.05g均勻的粉狀試樣，準(zhǔn)確至0.0001g。用約25mL的蒸餾水溶解，待試樣溶解后，加入100mL容量瓶中，用移液管準(zhǔn)確加入50mL濃度2.00mol/L氯化鈉溶液，然后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放在30℃水浴中。即得聚合物濃度約0.0005g/mL，氯化鈉濃度為1.00mol/L的試樣溶液。
乳液聚丙烯酰胺：稱取固含量為30%的乳液試樣0.33g，準(zhǔn)確至0.0001g。用約50mL的蒸餾水溶解，待試樣溶解后，加入200mL容量瓶中，用移液管準(zhǔn)確加入100mL濃度2.00mol/L氯化鈉溶液，然后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放在30℃水浴中。即得聚合物濃度約0.0005g/mL，氯化鈉濃度為1.00mol/L的試樣溶液。
1.2.3 測定特性黏度的實(shí)驗(yàn)步驟
（1）測定溶劑流出時間
將鐵架臺放置水平，夾好黏度計，使毛細(xì)管垂直于水面。用移液管從A管注入10mL溶劑，用手按住B管使不通氣，而在C管上用洗耳球抽氣，使溶劑吸至a線上方的球一半時停止抽氣。先把洗耳球取下，而后放開B管，空氣進(jìn)入圓球，使毛細(xì)管內(nèi)溶劑和A管下端的球分開，這時水平地注視液面的下降，用秒表記錄液面流經(jīng)a和b線的時間，此即為t0，重復(fù)三次，誤差不超過0.2s。取其平均值為t0，然后倒出溶劑。
（2）溶液流出時間的測定
用移液管吸取10mL試樣溶液注入黏度計，黏度測定如1，測得溶液流出時間t1，然后再移入5mL溶劑，這時黏度計內(nèi)溶液濃度是原來的2/3，將它混合均勻，并把溶液吸至a線上方的球一半處，混合兩次，再用同法測定t2，同樣操作再加入5mL測得t3；將上述溶液倒出來，取5mL濃度為C0的溶液加10mL溶劑測得t4，再加入5mL溶劑測得t5，填入表格。
（3）清洗黏度計
將黏度計中的溶液倒出，按照少量多次的原則用丙酮進(jìn)行清洗，清洗完畢后再加入甲苯溶劑，測定溶劑的流出時間t'，如果t'與t0相等，則清洗干凈。
1.3 聚丙烯酰胺耐鹽性的測定
1.3.1 溶液的配制
分別配置質(zhì)量濃度為0.1%（按聚合物：水=0.2：200的比例（質(zhì)量比）配置）的KYPAM-1、HPAM和MICROG水溶液，攪拌，自然放置，待其完全溶解，用Brookfield DV-口+黏度儀測出其黏度。再分別在3份聚合物溶液中逐步加入無機(jī)鹽NaCl，濃度從0.1%-1.0%，每加入一次均測定一次其黏度。
1.3.2 Brookfield DV-□+黏度儀的結(jié)構(gòu)及使用方法
（1）DV-III+流變儀工作特點(diǎn)
對于一個特定的轉(zhuǎn)子，在流體中轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力一定的情況下，流體的實(shí)際黏度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成反比，而剪切應(yīng)力與轉(zhuǎn)子的形狀和大小均有關(guān)系。對于一個黏度已知的液體，彈簧的扭轉(zhuǎn)角會隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的速度和轉(zhuǎn)子幾何尺寸的增加而增加，所以在測定低黏度液體時，使用大體積的轉(zhuǎn)子和高轉(zhuǎn)速組合，相反，測定高黏度的液體時，則用細(xì)小轉(zhuǎn)子和低轉(zhuǎn)速組合。
（2）使用方法
① 選擇合適量程的轉(zhuǎn)子安裝在黏度計的接頭上；
② 打開電源開關(guān)，使黏度計自動校零；
③ 輸入轉(zhuǎn)子型號，設(shè)定轉(zhuǎn)速，選擇黏度單位，然后關(guān)閉轉(zhuǎn)速按鈕使轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動；
④ 將轉(zhuǎn)子浸入待測溶液中，直至沒過轉(zhuǎn)子上的刻度線；
⑤ 打開轉(zhuǎn)速按鈕，開始測定黏度，示數(shù)穩(wěn)定后讀取較大值；
⑥ 測量完畢，關(guān)閉轉(zhuǎn)速按鈕，關(guān)閉電源，將轉(zhuǎn)子清洗干凈放回原處。
1.4 聚丙烯酰胺在鉆井液中性能的測定
1.4.1 坂土漿的配制
取5000g熱水，加入450g紅坂土，并且在加入紅坂土的過程中要用泥漿高速攪拌器不停的攪拌，攪拌1h左右后向其中加入22.5g的Na2CO3，然后再用泥漿高速攪拌器攪拌2h左右，停止攪拌，靜置一天即可使用了，每次在使用前都要用充分?jǐn)嚢琛?/p>
1.4.2 處理海水的配制
取一定量的海水，向其中加入0.1%的NaOH和0.25%的Na2CO3，用玻璃棒攪拌至溶解就可以使用了。由于在放置的過程中，溶解的藥品要析出，因此在使用之前要用玻璃棒充分地攪拌。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 聚丙烯酰胺分子量
2.1.1 特性黏度計算分子量原理
線形高分子溶液的基本特性之一是黏度比較大，并且其黏度值與平均分子量有關(guān)，因此可利用這一特性測定其分子量。實(shí)驗(yàn)時，在恒定條件下，用同一支黏度計測定幾種不同濃度的溶液和純?nèi)軇┑牧鞒鰰r間t和t0，可得相對黏度和增比黏度：
ηr=t/t0
ηsp=ηr-1=t/t0-1
式中：
t—試樣溶液的流經(jīng)時間，s；
t0—1.00mol/L的氯化鈉溶液的流經(jīng)時間，s。
黏度對溶液濃度有很大的依賴性，實(shí)驗(yàn)中首先要清除濃度對黏度的影響，常以如下兩個經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá)黏度對濃度的依賴關(guān)系：
ηsp/Cr=[η]C0+K[η]2Cr
lnηr/Cr=[η]C0-β[η]2Cr
式中：
C0—試樣溶液初始濃度，g/mL；
Cr—相對濃度，即Cr=C/C0。
特性黏度[η]是聚合物溶液的特性黏數(shù)，和濃度無關(guān)，由此可知，以Cr為橫坐標(biāo)，ηsp/Cr和lnηr/Cr為縱坐標(biāo)作圖。通過兩組點(diǎn)各作直線，外推至Cr=0，求得截距H，若兩條直線不能在縱軸上交于一點(diǎn)，取兩截距的平均值為H。
計算特性黏數(shù)：[η]=H/C0
當(dāng)聚合物的化學(xué)組成、溶劑、溫度確定后，[η]值只和聚合物的分子量有關(guān)，用下式表達(dá)這一關(guān)系：
[η]=KMαη
式中K和α為常數(shù)，其值和聚合物、溶劑、溫度有關(guān)，和分子量的范圍也有一定的關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)取K=0.75×10-2mL/g，α=0.75。
2.1.2 特性黏度測定結(jié)果
測得KYPAM-1、HPAM和MICROG三種聚合物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表3-5）。水溶液法合成聚合物黏度一般較大，分子量較高，所以采用稀釋法計算其特性黏度；而對于反相乳液合成MICROG，其黏度較小，分子量估計只在200-500萬左右，稀釋后測量的變化不大，因此采用一點(diǎn)法計算。根據(jù)表3-4繪制對應(yīng)的ηsp/Cr和lnηr/Cr與Cr關(guān)系圖（見圖1-2），求得截距H，從而計算特性黏度和分子量。
表3 梳形聚合物KYPAM-1
| Cr | 流出時間/s | 平均 | t0 | ηr | ηsp | ηsp/C | lnηr/C | ||
| 1 | 2 | 3 | |||||||
| 1 | 230.62 | 230.09 | 230.26 | 230.32 | 90.54 | 2.5439 | 1.5439 | 1.5439 | 0.9337 |
| 2/3 | 175.12 | 172.28 | 174.41 | 172.60 | 90.54 | 1.9285 | 0.9285 | 1.3927 | 0.9851 |
| 1/2 | 154.90 | 154.09 | 154.62 | 154.54 | 90.54 | 1.7068 | 0.7068 | 1.4137 | 1.0693 |
| 1/3 | 136.94 | 135.31 | 135.54 | 135.93 | 90.54 | 1.5013 | 0.5013 | 1.5040 | 1.2190 |
| 1/4 | 124.47 | 123.82 | 123.36 | 123.88 | 90.54 | 1.3683 | 0.3683 | 1.4731 | 1.2542 |
表4 部分水解聚丙烯酰胺HPAM
| Cr | 流出時間/s | 平均 | t0 | ηr | ηsp | ηsp/C | lnηr/C | ||
| 1 | 2 | 3 | |||||||
| 1 | 242.11 | 242.91 | 242.34 | 242.45 | 95.44 | 2.5404 | 1.5404 | 1.5404 | 0.9323 |
| 2/3 | 190.03 | 191.25 | 191.59 | 190.96 | 95.44 | 2.0008 | 1.0008 | 1.5012 | 1.0403 |
| 1/2 | 160.59 | 160.78 | 160.17 | 160.51 | 95.44 | 1.6818 | 0.6818 | 1.3636 | 1.0398 |
| 1/3 | 139.28 | 140.03 | 139.57 | 139.63 | 95.44 | 1.4630 | 0.4630 | 1.3889 | 1.1414 |
| 1/4 | 129.40 | 129.88 | 129.51 | 129.60 | 95.44 | 1.3579 | 0.3579 | 1.4315 | 1.2237 |
表5 反相乳液MICROG
| Cr | 流出時間/s | 平均 | t0 | ηr | ηsp | ηsp/C | lnηr/C | ||
| 1 | 2 | 3 | |||||||
| 1 | 119.29 | 118.97 | 119.04 | 119.10 | 90.97 | 1.3092 | 0.3092 | 0.3092 | 0.2694 |
| 2/3 | 110.38 | 110.87 | 110.21 | 110.49 | 90.97 | 1.2145 | 0.2145 | 0.3218 | 0.2915 |
| 1/2 | 106.47 | 106.54 | 106.84 | 106.62 | 90.97 | 1.1720 | 0.1720 | 0.3440 | 0.3174 |
| 1/3 | 104.87 | 104.56 | 104.43 | 104.62 | 90.97 | 1.1500 | 0.1500 | 0.4501 | 0.4194 |
| 1/4 | 103.67 | 103.89 | 104.00 | 103.85 | 90.97 | 1.1416 | 0.1416 | 0.5665 | 0.5298 |
由圖1-2可以看出，實(shí)驗(yàn)曲線與趨勢線的擬合度不高。由于實(shí)驗(yàn)過程中聚合物溶解程度、剪切速率、含鹽量和溫度等因素的影響，同時實(shí)驗(yàn)流出時間記錄有很大的人為因素，導(dǎo)致ηsp/Cr和lnηr與Cr不成線性關(guān)系，普遍在濃度稀釋到1/2時偏差較大。此外，聚合物的密度也影響其溶解速度和均勻程度。本實(shí)驗(yàn)通過特性黏度的測定，計算黏均分子量，定性比較三種不同的聚合物分子量的差別，因此實(shí)驗(yàn)誤差在允許范圍內(nèi)。
2.1.3 分子量計算結(jié)果及分析
將計算得各聚合物的特性黏度和黏均分子量列入表6。
表6 聚丙烯酰胺的特性黏度與黏均分子量
| 聚合物名稱 | H | C0/（g·mL-1） | [η]/（mL·g-1） | Mη/107 |
| KYPAM-1 | 1.387 | 0.0005 | 2774 | 2.644 |
| HPAM | 1.304 | 0.0005 | 2607 | 2.434 |
| MICROG | 0.2795 | 0.0005 | 559 | 0.313 |
表6數(shù)據(jù)顯示，KYPAM-1和HPAM的分子量超過2400萬，而反相乳液MICROG只有300多萬，這表明水溶液聚合法制備的聚丙烯酰胺分子量普遍較高，數(shù)量級在107，而反相乳液法制備的聚合物盡管具有一定的黏度，但其分子量難以提高。在相同濃度下，聚合物的分子量越大，其黏度越大，增黏效果也就越好。在鉆井液中聚丙烯酰胺作為增黏劑使用，就需要具備較高分子量，以提升其增黏效果。
反相乳液聚合物的特性黏度與實(shí)驗(yàn)合成過程中引發(fā)劑加量，體系pH值，聚合反應(yīng)溫度等因素有關(guān)。
大量研究表明：
① 引發(fā)劑含量過高時，聚合物交聯(lián)點(diǎn)間的相對分子質(zhì)量過小，聚合物的黏度降低；反之，則活性中點(diǎn)較少，聚合速率慢，導(dǎo)致交聯(lián)度下降，交聯(lián)點(diǎn)間的相對分子質(zhì)量過大，聚合物的黏度也減小。
② 聚合體系pH較小時，溶液呈酸性，聚合體系中存在大量的羧基負(fù)離子，且聚合物分子鏈上也存在部分羧基負(fù)離子。根據(jù)同性相斥的原理，羧基負(fù)離子妨礙單體與鏈自由基之間的接近，使聚合反應(yīng)難以進(jìn)行，導(dǎo)致產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量和黏度均較低。隨聚合體系pH的增加，溶液逐漸呈堿性，有一部分單體變成羧酸鹽。由于異性相吸作用，聚合體系中電離的正離子在羧基負(fù)離子周圍聚集，形成正離子屏蔽，使得產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量和黏度增加。
③ 聚合反應(yīng)的鏈引發(fā)活化能（＞100kJ/mol） 通常較鏈增長活化能（20-30kJ/mol） 高，而鏈增長通常又是一個放熱反應(yīng)。提高反應(yīng)溫度可以使反應(yīng)體系中單體和自由基的擴(kuò)散速率增快，從而使得產(chǎn)物特性黏數(shù)上升。但聚合反應(yīng)溫度過高，聚合體系的黏度降低，易發(fā)生暴聚，乳膠顆粒變大，嚴(yán)重時發(fā)生凝膠。
在實(shí)驗(yàn)室條件，我們可以通過尋找較佳配比、引發(fā)劑量以及體系pH值和反應(yīng)溫度，提高反相乳液聚合物的分子量。目前國內(nèi)外也致力于研究制備較高分子量聚丙烯酰胺，但存在技術(shù)及工藝難題，很難突破。
2.2 聚丙烯酰胺的耐鹽性
表7 三種聚丙烯酰胺在不同NaCl濃度下的黏度變化
| NaCl濃度 | 0 | 0.1% | 0.3% | 0.5% | 0.7% | 1.0% |
| KYPAM-1 | 141.40 | 21.20 | 11.40 | 9.84 | 7.19 | 5.78 |
| HPAM | 101.30 | 15.80 | 8.12 | 6.47 | 4.69 | 4.53 |
| MICROG | 6.30 | - | - | - | - | - |
從表7可以看出，隨NaCl含量增加，KYPAM-1和HPAM溶液黏度逐漸下降，起初幅度較大，然后趨于緩慢，在NaCl含量高于0.7%后，仍能保持較高的黏度。KYPAM-1的抗鹽性較好，在含鹽量為0.1%時，黏度維持在21.2mPa·s，隨著含鹽量增加，黏度變化不大；HPAM具有一定的抗鹽性，當(dāng)NaCl含量達(dá)到1%后，黏度仍維持在4mPa·s以上；MICROG的抗鹽性能很差，在0.1%NaCl下黏度就降為0。
KYPAM-1分子量約為2600萬、HPAM約為2400萬、MICROG只有不到350萬，分子量越高，抗鹽性越好；KYPAM-1是梳形聚合物，其高分子的側(cè)鏈同時帶親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，由于親油基團(tuán)和親水基團(tuán)的相互排斥，使得分子內(nèi)和分子間的卷曲、纏繞減少，高分子鏈在水溶液中的排列成梳子形狀，因此具有較好的抗鹽能力和良好的剪切穩(wěn)定性。
MICROG含有較多的雜質(zhì)，固含量在30%左右，分子量約為300萬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于KYPAM-1和HPAM，因此其水溶液黏度較低；當(dāng)加入鹽后，聚合物體系里大量存在的羧基負(fù)離子與Na+結(jié)合，使得高分子線團(tuán)間的靜電斥力減弱，線團(tuán)收縮，所以黏度降低。綜合考慮，梳形聚合物KYPAM-1是比較適合的增黏劑，具備較好的抗剪切性和抗鹽性。
2.3 聚丙烯酰胺對鉆井液性能的影響
聚合物溶液的宏觀流變性，是指溶液承受的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的相互關(guān)系。通常用溶液視黏度（表觀黏度）隨剪切速率的變化關(guān)系表示。鉆井液的流變性對鉆井工程意義重大，加入高分子添加劑可以改善其流變性，有利于攜帶巖屑，凈化井眼，對井壁的沖刷較輕。
2.3.1 鉆井液配比
基漿：4%海水坂土（178g坂土漿+222g海水）+0.3%聚丙烯酰胺粉末（1.2g） /5%MICROG（20g） ；
鉆井液體系：4%海水坂土（178g坂土漿+222g海水）+0.3%聚丙烯酰胺粉末（1.2g）/5%MICROG（20g）+2%RS-1（8g） +3%KC 1（12g） +3%lube（12g） 。
2.3.2 基漿性能
表8 不同聚丙烯酰胺對基漿性能的影響
| 聚合物名稱 | AV（mPa·s） | PV/（mpa·s） | YP/Pa | API/mL | |
| MICROG | 滾前 | 36 | 25 | 11 | 6.4 |
| 滾后 | 56 | 42 | 14 | ||
| KYPAM-1 | 滾前 | 14.8 | 9 | 5.8 | 17.2 |
| 滾后 | 11.5 | 8.5 | 3 | ||
| HPAM | 滾前 | 22.5 | 12 | 10.5 | 11.2 |
| 滾后 | 15.8 | 14.5 | 1.25 | ||
表9 不同聚丙烯酰胺對鉆井液體系性能的影響
| 聚合物名稱 | AV（mPa·s） | PV/（mpa·s） | YP/Pa | API/mL | |
| MICROG | 滾前 | 28.5 | 10 | 18.5 | 4.6 |
| 滾后 | 30.5 | 11.5 | 19 | ||
| KYPAM-1 | 滾前 | 23 | 15 | 8 | 9.4 |
| 滾后 | 18 | 13 | 5 | ||
| HPAM | 滾前 | 20 | 14 | 6 | 8.2 |
| 滾后 | 17 | 12 | 5 | ||
由表8和表9可以看出，在基漿或體系中加入MICROG熱滾16h，表觀黏度增加，說明它具有很好的耐溫抗鹽性，而上述實(shí)驗(yàn)中MICROG的耐鹽性并不理想，可能在高溫?zé)釢L過程中，乳液聚合物發(fā)生交聯(lián)作用，使其形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，鉆井液黏度增加。KYPAM-1和HPAM熱滾后表觀黏度均降低，但降低幅度不大，說明兩者具有一定的耐溫性；KYPAM-1在基漿中滾前滾后的黏度均小于HPAM，但在體系中卻大于HPAM，可能是梳形聚合物與體系中的降慮失劑和抵制劑有更好的協(xié)同作用，使其黏度增加。
MICROG的API失水量明顯小于HPAM和KYPAM-1，其降慮失性較好。加入RS-1、KCl及l(fā)ube后，三種聚合物的性能都有較大的改善，特別是慮失量明顯降低，尤其是KYPAM-1從17.2mL降到9.4mL，表明KYPAM-1與體系中的降慮失劑和抵制劑有很好的協(xié)同作用，使鉆井液的包被抵制性增加、黏度增加、慮失減小等。
作為鉆井液流變性調(diào)節(jié)劑，MICROG有其獨(dú)特的優(yōu)勢，它的耐溫抗鹽性、降慮失性使得鉆井液的性能更穩(wěn)定：而KYPAM-1和HPAM需要在熱穩(wěn)定性及降慮失性能上加以改進(jìn)。
3 結(jié)論
分子量是高分子溶液質(zhì)量的一個重要性能指標(biāo)。本文通過實(shí)驗(yàn)利用稀釋法測定聚合物的特性黏度，求出了三種樣品的特性黏度和黏均分子量，KYPAM-1分子量約為2600萬，HPAM約為2400萬，而實(shí)驗(yàn)合成乳液MICROG只有300多萬，這表明水溶液聚合法制備的聚丙烯酰胺分子量普遍較高，而反相乳液法制備的聚合物盡管具有一定的黏度，但其分子量較低，可以從合成單體以及反應(yīng)條件等方面改進(jìn)，從而提高分子量。
對比了三種聚丙烯酰胺在不同鹽濃度下的黏度變化，分析表明KYPAM-1的抗鹽性較好。含鹽量較低時，KYPAM-1水溶液黏度較大，逐漸增加鹽濃度，黏度降低迅速，仍保持較高水平，具有較好的抗鹽能力和良好的剪切穩(wěn)定性；HPAM抗鹽性比梳形聚合物KYPAM-1差，但仍具有一定的耐鹽性；MICROG的抗鹽性能很差，幾乎不耐鹽。
通過測定加入不同聚丙烯酰胺的鉆井液的流變性和API失水量，比較MICROG、HPAM和KYPAM-1對鉆井液性能的影響。結(jié)果表明MICROG在鉆井液中的性能較優(yōu)，HPAM和KYPAM-1雖然都是工業(yè)用增黏劑，但是在鉆井液中的增黏、降慮失效果不如反相乳液合成的MICROG，表明梳形聚合物和較高分子量的聚合物在其熱穩(wěn)定性及降慮失性能上需加以改進(jìn)。由于MICROG與HPAM和KYPAM-1的分子量存在巨大的差異，因此在該實(shí)驗(yàn)中MICROG的加量比較大（5%），但是通過130℃/16h熱滾后的表觀黏度變化可以看出MICROG確實(shí)具有很好的熱穩(wěn)定性和降慮失效果，是一種很好的鉆井液流變性調(diào)節(jié)劑。
