烷基糖苷及其衍生物在钻井液中的应用研究进展

烷基糖苷（APG）主要应用于日化产品、纺织、皮革助剂、造纸助剂等多个行业，国外于1994年最先报道了将烷基糖苷应用于钻井液的情况，国内从1996年开始了烷基糖苷在钻井液中的应用研究。最先研究并应用于钻井液的烷基糖苷是甲基糖苷（MEG），随后又出现了乙基糖苷、丙基糖苷、十二烷基糖苷、三甲基硅烷基糖苷、羧甲基糖苷等，其中研究最多、应用最广泛的烷基糖苷当属MEG。

由于烷基糖苷要充分发挥其作用加量应不低于35%，国内针对烷基糖苷在钻井液应用中成本高、抑制性和抗温性不足的问题，以烷基糖苷为基础进行了改性烷基糖苷衍生物的研究开发，改性烷基糖苷衍生物在钻井液中应用也逐渐得到重视，先后研发了磺甲基烷基糖苷、聚醚烷基糖苷、阳离子烷基糖苷、聚醚胺基烷基糖苷等烷基糖苷衍生物，其中研究最深入、应用最广泛的烷基糖苷衍生物是阳离子烷基糖苷（CAPG）和聚醚胺基烷基糖苷（NAPG）。

1 、烷基糖苷在钻井液中的应用研究

1.1 甲基糖苷

EG是由葡萄糖和甲醇在一定条件下制成的，张琰等最早发现MEG能提高钻井液的润滑和抑制性能，也首次对MEG可在井壁形成一层吸附膜给出了理论依据。丁彤伟等研究进一步表明，MEG通过成膜、渗透及去水化等作用稳定页岩，表现出独特的抑制、润滑和储层保护特性。雷祖猛等研究发现：MEG可在黏土表面吸附、成膜；MEG在泥页岩表面的膜效率与MEG浓度、浸泡时间有关；MEG浓度越高、浸泡时间越短，则膜效率越高；MEG通过吸附成膜抑制黏土水化和提高膜效率共同实现井壁稳定。吕开河等研究发现，MEG通过降低钻井液的水活度，提高泥页岩的膜效率，减少钻井液滤液向地层浸入，最终实现防塌。

MEG在不同钻井液体系中可发挥不同的作用。MEG加入超低渗透钻井液体系中，在提高钻井液抑制性、润滑性和固相容量的同时，可降低钻井液的滤失量。MEG加入硅酸盐钻井液体系中，其胶束吸附在处理剂和固相颗粒表面形成的憎水屏障，可阻止或降低硅酸盐与重晶石表面作用及硅酸盐自身的聚集作用，从而改善硅酸盐钻井液的流变性，显著降低钻井液高温高压滤失量。

1999年，MEG在沙113井进行了首次现场试验，结果表明：加入MEG的钻井液抑制性好，储层保护性能及造壁护壁作用突出，有效解决了强水敏地层井壁垮塌问题，井径规则，电测取心一次成功，平均机械钻速比邻井提高47. 8%。随后，大庆、胜利、中原等油田相继开展了MEG的现场试验，应用结果表明：加入MEG的钻井液具有较好的润滑性能，同时储层保护和抑制防塌效果突出。

1.2 其他烷基糖苷

除了MEG，国内同期在室内还开展了其他烷基糖苷在钻井液中的应用研究，但该类产品真正在现场钻井液中得到应用的报道较少。

夏小春等利用淀粉与乙醇合成乙基糖苷（ETG），当ETG加量为20%时，对基浆的润滑系数降低率和线性膨胀降低率均大于60%。赵素丽等利用淀粉与乙醇合成了乙基糖苷，在加量为2%时即可明显提高页岩滚动回收率50%以上，抗温可达到150℃。雷祖猛等以葡萄糖和无水乙醇为原料合成了乙基糖苷，与SD一17W、LV—CMC等常规处理剂配伍性好，可提高其抗高温能力，乙基糖苷加量达到10%后，钻井液页岩滚动回收率为95%以上。蔡利山等发现，乙基糖苷加入硅酸盐钻井液体系中，体系在页岩表面形成膜的能力进一步增强，提高了体系的润滑能力，改善了页岩抑制效果。

王锐利用葡萄糖和乙二醇制成的乙二苷可通过置换和水化等作用进入蒙脱土的层间，取代蒙脱土的层间水，破坏了蒙脱土中的水化膜，抑制了黏土的水化膨胀。

蒋娟等以玉米淀粉为原料合成了正丙基糖苷（BEG）和异丙基糖苷（PEG），室内研究表明，当钻井液中加入7%的BEG或PEG时，钻井液页岩滚动回收率达到95%以上、润滑系数为0.029、渗透率恢复值大于90%，同时具有一定的抗盐污染能力。

张华辉以淀粉和脂肪醇为原料合成了多羟基糖苷防塌剂DTG一1，具有一定的抑制泥页岩水化膨胀、分散的作用，能有效提高泥页岩的膜效率、降低钻井液的水活度。该产品无毒， EC50值大于100 000 mg/L，属于环保型钻井液处理剂。DTG一1具有一定的降滤失作用，而且在高密度钻井液中具有良好的调节流型作用，能有效降低高密度钻井液的表观黏度和动切力，使高密度钻井液具有很好的流动性能。

张洁等研究表明：杂聚糖苷KD一03与水解聚丙烯腈盐配合可以形成非稠化型钻井液体系，黏度显著降低，各项性能明显改善。

苏慧君、蔡丹等以葡萄糖和三甲基氯硅烷为原料合成了三甲基硅烷基糖苷（TSG），试验结果表明：TSG具有较好的抑制黏土水化膨胀、分散的作用；在质量分数为10%的TSG水溶液中，膨润土的线性膨胀率仅为54.62%，防膨率为79.07%。蔡丹等通过氯乙酸钠和葡萄糖合成了羧甲基糖苷，90 min时，其10.0%水溶液中膨润土线性膨胀率为60.09%；通过2，3一环氧丙基三甲基氯化铵和葡萄糖合成了季铵型糖苷，90 min时，其10.0%水溶液中膨润土线性膨胀率为56.11%；通过葡萄糖和环氧氯丙烷合成了双联糖苷，90 min时，其10.0%水溶液中膨润土线性膨胀率为56.37%。

孙傲合成的十二烷基糖苷可作为主乳化剂，配合稳乳剂月桂醇、辅乳剂司盘一20，以该乳化剂配制的无固相低密度水包油钻井液抗温达120℃，具有良好的抵抗土侵、原油侵、盐侵的性能。

辛寅昌等研究发现，由烷基糖苷、DM5512、甜菜碱、1631制备的离子型复合起泡剂QR一1，可作为耐温耐盐耐油微泡体系的起泡剂，在矿化度为10×104 mg/L的基液中还能保持很好的性能。

高长虹研究发现，复配的烷基糖苷APG—AB即使在加量很小的情况下也可显著改善钻井液的高温高压失水，加量1%的APG—AB可将盐水聚合物基浆的高温高压失水从36 mL降至8 mL，同时可提高钻井液中聚合物的抗温能力。赵素丽认为，烷基糖苷与常规聚合物配伍性良好，同时可协同提高钻井液中聚合物的抗温能力，可提高钻井液的固相容量，可用作钻井液降黏剂、水泥浆分散剂及缓凝剂。

赵虎等进行了氯化钙一烷基糖苷钻井液的室内研究，烷基糖苷可提高聚合物的抗温抗污染能力，解决氯化钙钻井液流变性和滤失量控制难的问题，氯化钙一烷基糖苷钻井液抗温达130℃，抑制性和润滑性良好。

2、烷基糖苷衍生物在钻井液中的应用研究

2.1 磺化烷基糖苷

通过在乙基糖苷上引入磺甲基，将非离子型表面活性剂烷基糖苷改性为阴离子型表面活性剂磺甲基乙基糖苷。该产品与膨润土的作用能力较烷基糖苷进一步增强，降黏能力、防塌抑制性也进一步提高，加量较小就可达到满意效果，起泡性减弱，由于增加了磺甲基基团，抗温可达180℃，可广泛应用于中深井或超深井钻井液中。

磺甲基乙基糖苷在胜利油田盘斜5井等5口井的现场应用表明，新型多羟基聚合物钻井液具有良好的综合性能，能有效抑制泥页岩的水化膨胀、分散，防止地层的坍塌，摩阻系数小、钻速快，完全能够满足深井、特殊工艺井等复杂井的要求。其中盘斜5井的设计建井周期50 d，实际建井周期仅为28d，大大缩短了建井周期，节省了钻井成本。

2.2 聚醚烷基糖苷

通过十六醇、葡萄糖、环氧乙烷和环氧丙烷合成了聚醚烷基糖苷，该产品作为稠油乳化降黏剂无皮肤急性毒性、无鱼毒性，属于环保型乳化降黏剂。当乳化降黏剂质量分数为O.3%时，油水界面张力可以达到10-3 mN/m数量级，降黏率达到92.1%，具有很好的降黏效果。

2.3 阳离子烷基糖苷

司西强等通过分子设计，首次在烷基糖苷基础上合成了阳离子烷基糖苷。该产品一次页岩回收率99.15%，2% CAPG水溶液极压润滑系数0.088，产品EC50值为483 500×10-6，抗温可达150℃。CAPG产品与常规水基钻井液体系配伍性良好。

目前，CAPG已在现场应用40余口井。靖南72—13H1井使用CAPG后，水平段平均机械钻速9.71 m/h，比邻井靖南70—6H1井同层位平均机械钻速提高72%；文209一侧7井使用CAPG后，应用井段平均井径扩大率仅为11.4%，比邻井文209—27 h降低44.63%，体现了CAPG的强抑制性。

2.4 聚醚胺基烷基糖苷

司西强等通过分子设计，首次在烷基糖苷基础上研制出了聚醚胺基烷基糖苷。该产品在含量较小的情况下即可对岩屑的水化分散起到较强的抑制作用，0.1% NAPG水溶液一次页岩回收率96.8%，产品EC50值为528 800×10-6，抗温可达160℃。NAPG产品与CAPG相比，其抑制性能更加优异，与常规水基钻井液配伍性好。

目前，该产品在金跃4—3井、策勒1井等20余口井进行现场试验。针对现场出现的一系列问题，如换钻头下钻至井深4960 m遇阻，反复划眼仍上提下放困难，开泵后返出掉块比较多，在现场井浆中加入0.5% NAPG产品，钻井液循环一段时间后遇阻现象消失，掉块明显减少，在后期钻进过程中，保持钻井液中NAPG加量2%，井下无掉块，电测和下套管一次成功。

以NAPG、CAPG和APG为核心的烷基糖苷衍生物高性能水基钻井液在昭通页岩气示范区YS108H8—5井等三口井进行了现场试验，应用结果表明：烷基糖苷衍生物高性能水基钻井液性能稳定，抑制封堵性强，润滑性好，极压润滑系数为0.09，黏滞系数为0.04，起下钻畅通，下套管作业一次成功，未出现井下复杂情况。同时与中石油和国外应用的高性能水基钻井液相比，机械钻速较高，钻井周期较短，与邻井相比，成本降低15%～20%。

以NAPG为主剂形成的类油基钻井液在延长页岩气示范区云页平6井现场试验，在二开造斜段软泥岩高达70%情况下，该段起下钻平均摩阻2～4t，平均井径扩大率仅为4.89%；而邻井云页平3井的平均井径扩大率为20.2%。试验结果表明，NAPG类油基钻井液可有效解决高活性泥页岩地层的井壁失稳和钻头泥包问题。

3 、结论及建议

1）烷基糖苷作为一种复合功能的处理剂，可以针对钻井液的不同需求选择使用。不同结构的烷基糖苷在钻井液中除了具有抑制防塌、润滑、环保的主要作用外，同时可提高钻井液的固相容量和钻井液中聚合物的抗温能力，还可作为常规钻井液的降黏剂、降滤失剂，水泥浆的分散剂、缓凝剂，水包油钻井液的乳化剂和微泡体系的起泡剂。

2）烷基糖苷衍生物磺甲基乙基糖苷在钻井液中加量减少、抑制性提高的同时，抗温性得到了大幅度提升；烷基糖苷衍生物CAPG和NAPG，在钻井液中的加量少，成本低，在泥页岩地层的抑制防塌能力得到大幅度提高，目前已实现规模化生产并在现场累计应用60余口井，效果显著。

3）在烷基糖苷衍生物高性能水基钻井液、NAPG类油基钻井液的基础上，目前室内正在探索以具有强抑制、高润滑、绿色环保特点的NAPG等烷基糖苷衍生物为主剂，形成烷基糖苷衍生物基钻井液，将会使国内高性能水基钻井液的研究和应用再上一个台阶。