作者：于涛,丁伟,曲广淼
出版社：石油工业出版社
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油田化学剂试读：
内容提要本书根据油田化学剂的分类和应用领域，阐述其应用原理与结构、性能关系，对原油开采的工艺过程也作了扼要的叙述，重点介绍了在钻井、提高采收率、原油开采、油气集输、油田水处理等方面使用的化学剂及其作用原理，此外，还介绍了一些常用油田化学剂的生产工艺。本书可供石油院校化学化工类和石油工程类专业的本科生和研究生作为教材使用，也可供从事油田化学研究工作的工程技术人员参考。
图书在版编目（CIP）数据
油田化学剂／于涛，丁伟，曲广淼编著．—2版．北京：石油工业出版社，2008.4
石油高等院校特色教材
ISBN 978-7-5021-6495-9
Ⅰ．油…
Ⅱ．①于… ②丁… ③曲…
Ⅲ．油田化学剂-高等学校-教材
Ⅳ．TE39
中国版本图书馆CIP数据核字（2008）第025248号
出版发行：石油工业出版社（北京安定门外安华里2区1号 100011）网 址：www.petropub.com.cn编辑部：（010）64523574 发行部：（010）64523620
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2008年5月第2版 2008年5月第2次印刷
787×1092毫米 开本：1/16 印张：12.75
字数：322千字 定价：20.00元（如出现印装质量问题，我社发行部负责调换）
版权所有，翻印必究第二版 前言
油田化学技术是研究用化学方法解决油田作业中遇到的各种问题的一门应用性强的工程技术。油田化学剂是油田化学技术的核心，也是油田化学技术发展的关键标志，没有新的油田化学剂，就没有新的油田化学技术。随着石油工业的发展和科学技术的进步，油田化学剂的品种不断增多，质量不断提高，并广泛地应用于油田生产的各个环节中。例如钻井液、完井液及其处理剂的开发与应用，不仅提高了钻进速率和钻井、完井质量，降低了钻井、完井成本，而且使钻进复杂地层成为可能；各种驱油剂的研制和应用，提高了水驱油的波及系数和洗油效率，从而使原油采收率大大提高，使三次采油技术成为油田可持续发展的技术保障；各种压裂液添加剂和酸化液添加剂的开发与应用，提高了油井产量和注入井注入量，使压裂和酸化技术成为油田持续稳产的有力措施；新型原油流动改进剂的开发成功，为高凝油和高粘油的开采以及原油的常温输送展示了可喜的前景；各种防砂剂、调剖剂、堵水剂、防蜡剂和清蜡剂的开发与应用，解决了油井出砂、油井出水、油井结蜡等问题；各种水质处理剂的使用，既解决了金属管线和设备的腐蚀和结垢等问题，又提高了注水效率；其他如原油破乳剂、粘土稳定剂、油水井解堵剂、驱油牺牲剂、示踪剂等的使用，提高了各种化学方法的效率，减少了对油水井和地层的伤害。总之，油田化学剂的使用已经成为油田可持续发展的有力措施，油田化学剂的开发与应用在油田生产中的重要性不言而喻。
油田化学剂是指在解决油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及集输等过程中的化学问题时所使用的药剂。油田化学剂用途广泛，种类繁多，按油田化学剂应用领域的不同可将其分为如下六大类：（1）通用化学剂，是指能广泛用于油田不同生产工艺过程的同一种化学剂。（2）钻井用化学剂，包括钻井液处理剂和油井水泥外加剂两个亚类。钻井液处理剂是指在钻井液配制和处理过程中所用的化学剂；油井水泥外加剂指的是在固井作业中，为保证施工顺利和固井质量，在水泥中添加的化学剂。（3）提高采收率用化学剂，是指在提高原油采收率（EOR）过程中所用的化学剂。（4）原油开采用化学剂，包括酸化用化学剂、压裂用化学剂和采油用其他化学剂等三个亚类。酸化用化学剂是指在酸化作业过程中，为满足工艺要求、提高酸化效果所用的化学剂；压裂用化学剂是指压裂作业过程中，为满足工艺要求、提高压裂效果所用的化学剂；采油用其他化学剂是指除酸化、压裂作业外，用于油、气、水井增产增注的采油化学剂。（5）油气集输用化学剂，是指在油气集输过程中，为保证油气质量、保证生产过程安全可靠和降低能耗所用的化学剂。（6）油田水处理用化学剂，是指在油田注水（水源水、回注污水）水处理过程中，为保证注水质量，提高注水开发效果所用的化学剂。
油田化学剂在石油勘探开发中占有重要的地位，关系着石油勘探开发能否顺利进行。随着油田的深入开发，人们对油田化学剂的质量、数量及应用技术的要求日益提高。由于油藏条件不同，原油、水质、岩石的性质各异，对油田化学剂的结构和性能的要求也不尽相同，即油田化学剂的使用有很强的针对性。这就要求从事油田化学剂研究的人员不仅要有较好的化学理论知识，还要对原油开采技术有深入的了解。本书在编写过程中注重这两方面知识的结合，根据油田化学剂的分类和应用领域，在阐述其应用原理与结构、性能关系的同时，对原油开采的工艺过程也作了扼要的叙述。本书介绍了在钻井、提高采收率、原油开采、油气集输、油田水处理等方面使用的化学剂及其作用原理，并介绍了一些常用油田化学剂的生产方法。
本书第一版是在作者编写的教学讲义的基础上编著而成的，2002年由石油工业出版社出版，曾经作为大庆石油学院应用化学专业教材使用，并作为兄弟院校相关专业的参考教材。此次再版，是由作者申请，经石油高等院校教材编审专家委员会研究评审，获得了首批“石油教材出版基金”资助，在充分考虑专家意见的基础上，结合作者近年来教学和科研心得并参阅大量国内外相关文献，重新补充修订而成。
我国著名化学家傅鹰先生曾经说过：“编写课本既非创作，自不得不借助于前人，编者只在安排取舍之间略抒己见而已。”本书在撰写之中，参考了诸多前辈和同行的书籍著作和公开发表的文献文章，不能逐一提及，仅列于参考文献，在此一并表示真挚的谢忱。虽然作者力图在油田化学剂的深度和广度上编写得更加全面，但鉴于油田化学剂涉及领域之广泛，其理论和技术发展之迅速，加之作者水平所限，书中难免有不妥或疏漏之处，敬请读者予以指正。第一版 前言
石油是一种重要的战略资源，随着人们对石油的开采与使用，这种不可再生性资源将逐渐减少，最终必然导致枯竭。目前世界每年对石油的需求量达30多亿吨，并且以大约每年1.6%的速度递增。按照如此的需求量和需求增长速度，并根据目前的石油开采技术估算，世界范围内的石油剩余可采储量尚可开采50年左右。因此，如何扩大地质储量和增加可采储量是世界石油界面临的共同课题。国内外各油田的开发经验表明，油田化学剂的开发与应用在增加可采储量方面具有极其重要的作用。
油田化学剂是指在解决油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及集输等过程中的化学问题时所使用的药剂。随着石油工业的发展和科学技术的进步，人们对油田化学剂的质量、数量及应用技术的要求日益提高。由于油藏条件不同，原油、水质、岩石的性质各异，对油田化学剂的结构和性能的要求也不尽相同，即油田化学剂的使用具有很强的针对性。这就要求从事油田化学剂研究的人员不仅要有较好的化学理论知识，还要对原油开采技术有深入的了解。本书在编写过程中注重了这两方面知识的结合，在根据油田化学剂的分类和应用领域阐述其应用原理与结构、性能关系的同时，对原油开采的工艺过程也做了扼要的论述，介绍了在钻井、提高采收率、油气开采、油气集输、油田水处理等方面使用的化学剂及其作用原理，并介绍了一些常用油田化学剂的生产方法。
本书是在作者原编写的教学讲义的基础上，结合作者多年的教学、科研实践以及近年来国内外油田化学剂的发展编著而成的。本书第四章、第五章、第六章由于涛执笔，第一章、第二章由丁伟执笔，第三章、第七章由罗洪君执笔，全书由于涛统稿。
虽然作者力图在油田化学剂的深度和广度上编写得更加全面，但鉴于油田化学剂涉及领域之广泛，其理论和技术发展之迅速，加之作者水平所限，书中难免有不妥或错误之处，敬请读者予以指正。第一章 钻井用化学剂
为了寻找和开发地下的油气资源，从勘探找油到油气田开发的各个阶段，根据任务、目的和作用的不同，要钻各种类型的井。这些井可分为探井、资料井、生产井、注入井、检查井和加密井等。
在油气田勘探阶段，为了认识和研究某个地区的地层情况、岩石的沉积特征和构造特征等所钻的井称为探井；为了探明油气的储存情况和油气层的性质，以及含油气水的边界情况所钻的井称为资料井；在已经探明的油气田上，为了开采油气而钻的井称为生产井（分为油井和气井）；在油气田开发阶段，为了保持油气层的压力，增加油气井产量，提高油气田采收率，而向油气层注入水或注入气的井称为注入井（分为注水井和注气井）。
在上述各类井中，最多的是生产井与注入井。
在钻井过程中，为保证钻井质量和完井质量，除了需要使用一些专用的机械设备外，还需要使用一些专用的流体。在这些流体中通常要加入各种化学剂来满足钻井工艺的要求。其中钻井液处理剂和油井水泥外加剂是最重要的化学处理剂。第一节 钻井液及其功能
在钻井过程中，被钻头破碎的岩石碎屑堆积在井底需要及时进行清除，否则钻头就不能继续向下破碎新的岩石。在旋转钻井中，清除岩石碎屑的任务是靠循环的钻井液来完成的（图1-1）。一、钻井液类型
钻井液通常是水、膨润土（一种蒙皂石含量不少于85%的粘土矿物）和化学处理剂组成的一种混合流体，通常称为泥浆。所谓钻井液，实际上是粘土以小颗粒（＜2μm）分散在水中形成的胶体体系。钻井液中的粘土颗粒大小不一，多数在悬浮体范围内（＞0.1μm），少数在溶胶范围内（0.001～0.1μm），属多级分散体系。为使钻井液具有钻井工艺所要求的各种性能，常需要加入各种化学处理剂。除常用的水基钻井液外，还有以油（原油或柴油）为分散介质的油基钻井液，以及泡沫钻井液等。不同的钻井液适合于不同的钻井工艺要求。图1-1 钻井液循环示意图
钻井液有如下一些类型。（一）水基钻井液
水基钻井液以水为分散介质，基本组分有膨润土、水和化学处理剂。这类钻井液发展最早，使用最广泛，它可分为六类。
1．淡水钻井液2+
以含盐量（NaCl）小于10g/L、含钙量（Ca）小于120mg/L的水配制的钻井液。
2．盐水钻井液
以含盐量（NaCl）大于10g/L的水配制的钻井液，包括普通盐水钻井液、饱和盐水钻井液和海水钻井液。主要特点是抗可溶性盐侵污能力较强，常用于海上钻井，钻盐岩层及泥页岩层等易坍塌地层。
3．钙处理钻井液
以含钙量大于120mg/L的水配制的钻井液，包括石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液。主要特点是防塌性能好，抗可溶性盐侵污能力较强，流动性好，性能较稳定。
4．低固相钻井液
一般的低固相钻井液的粘土含量（体积分数）小于7%，不分散低固相聚合物钻井液的粘土含量小于4%。这类钻井液的主要特点是钻速快，流变性能好，钻井总成本低。
5．混油钻井液
根据需要，在钻井液中混加一定量的原油或柴油，使油呈小液滴分散的乳化状态。主要特点是润滑性和流动性好，滤失量及泥饼摩擦系数较低。
6．无固相钻井液
由水和化学处理剂组成。目前发展较快的不分散无固相钻井液，是由淡水和高分子化合物配制而成，在钻进过程中可始终保持钻井液体系基本无固相。主要特点是密度低、钻速快。（二）油基钻井液
1．油包水乳化钻井液（逆乳化钻井液）
以柴油（或原油、白油）为分散介质，水及有机膨润土或其他亲油粉末状物质作分散相，加乳化剂等处理剂配制而成。主要特点是热稳定性能好，有较好的防塌效果，对油气层损害小。常用于超深井的高温井段，钻进易塌地层和低压油气层。
2．复合油基钻井液
由柴油（或原油、白油）和沥青（或有机膨润土）及有关化学处理剂配制而成。主要特点是对油层损害小，抗可溶性盐侵污能力强。（三）泡沫钻井液
泡沫钻井液是以气体（通常为空气）为分散相、液体（水或油）为分散介质，并添加适量发泡剂和稳定剂而形成的分散钻井液。主要特点是密度低，钻速快，可有效保护油气层，并能有效防止井漏等复杂情况的发生。二、钻井液的主要功能
钻井液在钻井工艺中起着重要的作用，人们常把钻井液称为钻井的血液，钻井液停止循环时，钻井工作就不能继续进行。随着钻井工艺的发展和钻井液技术水平的提高，钻井液是关系钻井成败的主要因素之一已经得到公认。钻井液在钻井工作中的主要作用如下所述。（一）携带和悬浮钻屑
钻井液的一个基本功能，就是把钻屑从井底带出井眼，保持井眼净化。钻井液配制好之后，储存在地面的泥浆池中，用泵抽吸经钻杆内部从钻头水眼喷出，携带着钻屑，经由钻杆与井眼的环形空间上返至地面流入净化槽中，将钻屑沉淀净化后返回泥浆池，再泵入井中。如此循环往复。当接单根、起下钻或临时停止循环时，钻井液又能使井眼内的钻屑悬浮，使其不致很快下沉，防止沉砂卡钻。这要求钻井液有适当的粘度等流变性能。（二）稳定井壁
井壁稳定、井眼规则是优质快速钻井的重要基础条件。在钻进一些比较松软的地层时，易发生井壁坍塌，影响正常钻进。在钻进易水化膨胀的页岩地层时，钻井液必须对页岩的膨胀有较强的抑制作用，以防止因膨胀而引起的缩径现象发生。在钻进过程中，钻井液中的“滤饼”阻止了水的进一步渗入，起到保护井壁的作用。近年来，防塌钻井液技术发展迅速，更加显示了钻井液在稳定井壁方面的重要作用。（三）冷却和清洗钻头、净化井底
钻头在井底承受压力飞速旋转，不停地与岩石摩擦，产生大量的热量，循环的钻井液可及时带走热量，防止钻头因高温而损坏，延长钻头使用寿命。钻井液清除井底钻屑，保持井底净化，可避免重复切削，提高钻头的破碎效率。井底净化直接影响机械钻速和钻头进尺，因而十分重要。影响井底净化的因素很多，从钻井液本身来说，密度小、剪切稀释能力大、固相含量低、最初瞬时失水量大等，都有利于保持井底净化。（四）平衡地层压力
钻井液的密度可在较大范围内调整，以建立与地层压力相平衡的液柱压力，防止喷、漏、塌、卡等井下复杂事故的发生。平衡压力钻井不仅是一种防喷、漏的措施，它对井底净化、提高钻速，以及减少钻井液对油层的侵害，提高油井产量等方面，都具有重要的意义。因此，在钻井过程中通过预测地层压力，可调节钻井液密度，实现平衡压力钻井。（五）获取井下信息
钻井液携带到地面的钻屑，可以反映钻遇岩层的性质，判断地层层位。尤其是通过对钻井液的观察，可以发现油气显示，帮助分析是否钻遇到了油气层。
钻井的目的是探明地层情况和开采油气。因此，除要求钻井液具有上述功能外，还应尽可能不损害油气层的渗透性，不降低油气产量，并有利于获得良好的砂样、岩心和电测资料。此外，在钻进各种复杂地层时，对钻井液还有特殊要求。例如，钻进盐岩层、石膏层时，要求钻井液具有较强的抗盐、抗钙能力；钻遇高温地层或超深井段时，要求钻井液具有较高的热稳定性等。第二节 钻井液处理剂
要使钻井液能满足不同地层的要求，需要在钻井液中加入各种化学处理剂，而且钻遇不同地层和不同深度所需要的化学处理剂不尽相同。随着钻井工艺向高速优质、超深井、定向井、大位移井、海洋和复杂地层发展，钻井液体系和化学处理剂的种类也在不断地增加和更新。我国使用的钻井液处理剂已接近300种，按其在钻井液中所起的作用不同，可分为十六类。本章只讨论一些常用且重要的钻井液处理剂。一、降粘剂
降粘剂是指能降低钻井液粘度和切力的化学剂，也称稀释剂。无论从使用的必要性，还是从使用的数量来说，降粘剂都是重要的钻井液处理剂之一。
配制钻井液的粘土颗粒在钻井液中形成网状结构，以及其他各种因素造成的污染往往会引起钻井液的稠化，使钻井液的粘度和切力增大。对于深井和高温井，钻井液的稠化引起的问题尤为突出。控制钻井液稠化的手段除控制固相含量外，主要是添加降粘剂。（一）钻井液稠化的原因图1-2 粘土颗粒间形成的空间网状结构
钻井液中固相颗粒含量过多及粘土颗粒形成网状结构是一般水基钻井液稠化的主要原因。配制钻井液用的粘土颗粒一般是片状晶体颗粒。由于晶格取代的原因，使粘土颗粒表面带有一定量的负电荷；又因断键的缘故，粘土颗粒边角局部地方带正电荷，这样就使得粘土颗粒不同部位的带电情况和水化程度不同。一旦钻井液受到地层中无机电解质的侵污，由于它们挤压双电层，使得粘土颗粒边角处净的负电荷更少，水化层进一步变薄，粘土颗粒在这些部位的相互吸力增大，这些部位就容易相互吸引在一起；而其余带电量较多、水化层较厚的部位则相互排斥。这种有吸有斥的作用结果，使得钻井液中粘土颗粒彼此间形成空间网状结构（图1-2）。这种网状结构中包裹大量的自由水，这些被包裹的自由水失去了流动性，只能随着粘土颗粒的网状结构一起运动。这种网状结构引起的结果是自由水大量减少，使钻井液稠化，表现为切力增大，粘度增高，流动困难，工艺上出现泵压升高或憋泵，钻具运动阻力增大等现象。
当钻井液固相含量增高，特别是膨润土含量增高时，由于颗粒间距离缩短，有利于粘土网状结构的形成，容易引起粘度和切力的增大。
在含有聚合物的钻井液中，由于聚合物长链分子与粘土颗粒作用，或聚合物分子间的相互作用，也可形成空间网状结构，从而引起钻井液粘度和切力增大。（二）降粘剂作用原理
降粘剂在钻井液中的作用主要是拆散或削弱粘土颗粒间或粘土颗粒与聚合物间形成的空间网状结构。对于分散型粘土钻井液，单宁是一种常用的降粘剂。单宁的主要成分是五倍子酸钠，五倍子酸钠含一个钠羧基和三个相邻的酚羟基。五倍子酸钠主要通过相邻双酚羟基与片状粘土颗粒边上断键处的铝离子以螯合键发生吸附，而剩余的羟基与钠羧基使粘土颗粒边缘形成水化层（图1-3），结果是拆散和削弱了钻井液中粘土颗粒间形成的网状结构，释放出包裹的自由水。同时也减小了粘土颗粒运动时相互之间的摩擦，从而起到稀释作用。图1-3 五倍子酸钠在粘土颗粒断键边缘的吸附
对于聚合物钻井液，聚合物分子与粘土颗粒的相互作用及聚合物分子之间的相互作用形成空间网状结构，引起聚合物钻井液稠化。磺化苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚物（SSMA）是用于聚合物钻井液的有效降粘剂。例如，SSMA对水解聚丙烯酰胺—膨润土钻井液的稀释作用来自两方面：一是SSMA在粘土颗粒边缘上吸附，拆散网状结构，如同前面讨论的那样；二是SSMA与体系中的水解聚丙烯酰胺形成聚合物配合物。后者又分两种情况，一种情况是SS-MA与吸附在多个粘土颗粒上的水解聚丙烯酰胺形成配合物，与粘土表面争夺酰胺基，有可能在某些点上把水解聚丙烯酰胺的个别链节解吸下来，随后SSMA或吸附在粘土颗粒上，或与脱附下来的水解聚丙烯酰胺链节形成配合物，从而削弱和拆散体系中水解聚丙烯酰胺分子同时吸附在多个粘土颗粒上形成的网状结构；另一种情况是SSMA与溶液中的水解聚丙烯酰胺形成大分子配合物，这样就降低了溶液中水解聚丙烯酰胺分子之间的相互作用，使水解聚丙烯酰胺分子线团尺寸缩小，导致滤液粘度降低，起到稀释作用。（三）常用的降粘剂
为控制钻井液稠化，早在20世纪30年代末就开始使用聚磷酸盐降粘剂，在常温和低温下它们具有较好的稀释效果，但在约65℃它们就开始分解失效。40年代单宁（Tannins）被广泛地用作钻井液降粘剂，但也仅适用于中深井。50年代开始使用单宁和木质素磺酸钙处理的石灰钻井液，以及铁铬木质素磺酸盐处理的石膏钻井液，但它们分别出现高温固化和高温稠化问题。从60年代起，钻高温井使用的降粘剂主要是铬木质素磺酸盐和铁铬木质素磺酸盐，它们比聚磷酸盐和单宁有高得多的热稳定性，但在高温下也减效。80年代初美国开发了SSMA降粘剂，其热稳定性非常好。近年来美国使用的合成聚合物降粘剂，多为具有不同磺化度的乙烯型聚合物。这类聚合物降粘剂既抗盐、抗污染，又有很好的稀释和降滤失效果。
目前我国常用的降粘剂有以下五种。
1．单宁
单宁广泛存在于植物的根、茎、皮、叶、果壳或果实中，是一大类多元酚的衍生物。由不同植物得来的单宁，其化学组成不尽相同。我国四川、湖南、广西等地盛产五倍子单宁，它是五倍子酸葡萄糖的149967酯式缩合物，其分子式可简写成5（CHO）·CHO，结构式如下：
五倍子单宁是从五倍子中浸提制取的。五倍子是一种称作盐肤木树的叶子轴被蚜虫刺伤后生成的虫瘤，其中含有50%～70%的单宁。五倍子经过除虫和研碎后，在水中煮沸，即可将单宁提取出来，经过提纯和干燥，得到工业用单宁。
单宁可溶于水、含水乙醇、乙酸乙酯、甘油、吡啶等极性溶剂，但不溶于无水乙醇、苯和烃类溶剂。单宁易吸潮结块，易受光的作用，宜存放在阴凉干燥处。
五倍子单宁在水中可逐步水解，生成双五倍子酸、五倍子酸和葡萄糖。反应如下：
在氢氧化钠溶液中，五倍子单宁的水解产物是双五倍子酸钠和五倍子酸钠。这两种钠盐对钻井液都有稀释作用。在氢氧化钠浓度高时，两种钠盐的酚羟基亦可变成酚钠盐。它们主要是通过相邻的酚羟基与粘土颗粒表面断键处的铝离子发生吸附，而羧基的负电性和水化作用使粘土颗粒表面负电性增强，水化层增厚。结果可拆散或削弱网状结构，使钻井液粘度和切力降低。
实际上，现场应用时，都将单宁配成单宁碱液，单宁和氢氧化钠的质量比为2∶1或1∶1或1∶2。单宁碱液的优点是价格便宜，原料易得；缺点是耐盐性和耐温性都较差，遇到高浓度盐侵时，会发生盐析或沉淀，稀释作用明显减效。
2．栲胶碱液
栲胶是由橡宛、红柳根或落叶松树皮加工制成，含单宁48%～70%，与烧碱配成栲胶碱液后，其中起稀释作用的主要成分仍是单宁酸钠。栲胶与烧碱的比例为1∶1或2∶1或3∶1或4∶1。栲胶与单宁的作用相同，差别在于栲胶含糖较多，在温度较高时易发酵，引起钻井液发泡，性能变坏，故栲胶碱液只适合用于浅井和中深井。
3．磺甲基单宁
在碱性（pH=9～10）条件下，五倍子酸钠和甲醛与亚硫酸氢钠进行磺甲基化反应制得磺甲基单宁（SMT）：
磺甲基单宁进一步与重铬酸盐作用，经氧化与螯合反应可得到磺甲基单宁铬螯合物，稀释作用更好。磺甲基单宁铬螯合物的主要特点是热稳定性能好，在180～200℃的高温井中能有效地控制淡水钻井液的粘度，适用于高温深井。
磺甲基单宁适用的pH值范围在9～11之间，在钻井液中一般加入0.5%～1.0%的磺甲基单宁就可获得较好的稀释效果。它的抗盐性较差，抗钙可达1000mg/L，但含盐量超过1%时稀释效果大幅度下降。
4．铁铬木质素磺酸盐
木质素广泛地存在于各种植物中，是构成植物骨架的主要成分之一，在数量上仅次于纤维素。
木质素是一种结构极其复杂的无定形高分子化合物，主要由碳、氢、氧三种元素组成。各种元素的含量随原料品种和分离方法不同而略有不同。一般含碳量可高达60%～66%，而含氢量仅为5.0%～6.5%，显示出木质素的芳香族物质特性。木质素具有的紫外吸收光谱和较高的折射率也表明它属于芳香族化合物。
木质素的基本结构单元是带正丙基侧链的苯环碳骨架，苯环上含有羟基和甲氧基，正丙基侧链上也含有羟基。近代分析方法证实，木质素的基本结构单元有许多种，常见的有愈疮木基丙基、紫丁香基丙基、对羟基苯丙基，结构如下所示：
铁铬木质素磺酸盐（FCLS）简称铁铬盐。含有大量木质素磺酸盐的亚硫酸纸浆废液经过发酵并浓缩成黑褐色液体后，在70～80℃下与硫酸亚铁和重铬酸盐反应，得到液体铁铬盐制品，如果将液体铁铬盐过滤除去硫酸钙沉淀，再经喷雾干燥，可得到铁铬盐干粉。2+3+6+3+
在反应过程中，Fe被氧化成Fe，而Cr被还原成Cr，最后3+3+Fe和Cr与木质素磺酸盐发生配位反应生成铁铬盐。由于木质素的结构相当复杂，至今尚未完全弄清楚，因此铁铬盐的结构也不十分清楚。目前提出的结构片段有两种，一种认为在铁铬盐分子中，铁、铬离子先生成多核羟桥配位离子，然后再与木质素磺酸盐作用形成铁铬盐，其结构片段如下：另一种认为，铁铬盐中的铁、铬离子与木质素磺酸盐中的磺酸基以及醚键或甲氧基形成多元环状配位结构，其结构片段如下：
铁铬盐具有较强的抗盐、抗钙能力，适用于淡水、海水、饱和盐水钻井液及各种钙处理钻井液中，由于其分子中含有磺酸基，且磺酸基与铁或铬离子形成螯合环，因此铁铬盐的热稳定性很高，可抗150℃以上高温。
铁铬盐的降粘作用包括两个方面，一是吸附在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，削弱或拆散空间网状结构，使钻井液粘度和切力显著降低；二是铁铬盐分子在页岩上的吸附，有抑制其水化膨胀和分散的作用，这不仅有利于井壁稳定，还可防止页岩造浆引起的钻井液粘度和切力上升。
铁铬盐在130℃以上发生减效现象，可加入少量重铬酸盐恢复其稀释作用，这样可使其热稳定性提高到177℃，温度高于177℃时铁铬盐发生不可逆降解。铁铬盐在钻井液中添加量超过3%时，有显著的抑制粘土水化膨胀作用。铁铬盐钻井液的泥饼摩擦系数较高，使用时要与润滑剂配合使用。此外使用铁铬盐时，易使钻井液发泡，需加入适量的消泡剂。
铁铬盐是目前公认的抗盐、抗钙、抗温性能较优良的降粘剂，但由于其分子中含有重金属铬，在制备和使用过程中易对环境造成污染。随着人们环保意识的增强，铁铬盐的使用已经受到了限制。因此，目前国内外都在致力于研制能替代铁铬盐的无铬降粘剂。
5．聚合物降粘剂
聚合物降粘剂适用于低固相或无固相聚合物钻井液。由于常规的分散性降粘剂虽能有效地降低钻井液的动切力，但不能使塑性粘度降低，因而导致钻井液的动塑比减小，同时还削弱了钻井液抑制钻屑分散的能力。近年来开发的聚合物降粘剂不仅能同时降低钻井液的动切力和塑性粘度，而且还能增强钻井液抑制页岩造浆的能力。
比较重要的聚合物降粘剂有聚丙烯酸钠和丙烯磺酸钠—丙烯酸钠共聚物，结构如下：
聚丙烯酸钠的商品代号为X-A40，其平均相对分子质量为5000左右，在钻井液中的加入量为0.3%时，可抗0.2%硫酸钙和1%的氯化钠，并可抗150℃的高温。
丙烯磺酸钠—丙烯酸钠共聚物的商品代号为X-B40，其平均相对分子质量为2340。由于其分子中引入了磺酸基，故抗温性、抗盐和抗钙能力均优于X-A40。
丙烯酸钠—2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠共聚物的商品代号为CPD，其平均相对分子质量小于5000，抗温极限可达到260℃，即使钙离子质量浓度高达1800mg/L，它所处理的钻井液仍有良好的流动性。
磺化苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚物的商品代号为SSMA，它是由苯乙烯和顺丁烯二酸酐共聚后经磺化和水解得到的产物。其相对分子质量为1000～5000，可抗400℃以上的高温，不污染环境，是一种极有发展前景的降粘剂，特别适合于深井钻井液。
聚天冬氨酸（PASP）是近年来颇受关注的一种新型钻井液降粘剂，它具有无毒、易降解、不破坏生态环境等特点，是一种“绿色降粘剂”，相对分子质量在5000左右。
这些相对分子质量较低的聚合物之所以具有较强的稀释作用，主要是其线型结构和强阴离子基团所决定的。在聚合物钻井液中，由于它们的相对分子质量较低，更容易通过氢键作用吸附在粘土颗粒上，从而顶替原已吸附在粘土颗粒上高相对分子质量的聚合物，拆散了粘土颗粒与高相对分子质量的聚合物形成的网状结构。此外，这些低相对分子质量的聚合物降粘剂可与高相对分子质量的主体聚合物发生分子间交联作用，阻碍高相对分子质量的聚合物与粘土颗粒间网状结构的形成，从而达到降低粘度和切力的目的。因此，这类聚合物降粘剂的相对分子质量控制十分重要，若相对分子质量过高，反而会使粘度和切力增加。二、降滤失剂
在钻井过程中，由于压差的作用，钻井液中的水分不可避免地通过井壁滤失到地层中，造成钻井液失水。随着水分进入地层，钻井液中粘土颗粒便附着在井壁上形成“滤饼”，形成一个滤饼井壁。由于滤饼井壁比原来的井壁致密得多，所以它一方面阻止了钻井液的进一步失水，一方面起到了保护井壁的作用。但是在滤饼井壁形成的过程中，滤失的水分过多，滤饼过厚，细粘土颗粒随水分进入地层等都会影响正常钻井，并对地层造成伤害。（一）钻井液的滤失及滤饼的形成
在钻井过程中钻井液的滤失是必然的，通过滤失可形成滤饼保护井壁。但是钻井液滤失量过大，易引起页岩膨胀和坍塌，造成井壁不稳定。此外，滤失量增大的同时滤饼增厚，使井径缩小，给旋转的钻具造成较大的扭矩，起下钻时引起抽汲和压力波动，易造成压差卡钻。因此，适当地控制滤失量是钻井液的重要性能之一。
显然，钻井液的滤失量与地层渗透率密切相关。但钻井液发生滤失的同时就有滤饼形成，钻井液再发生滤失时，必须经过已经形成的滤饼。因此，决定滤失量大小的主要因素是滤饼的渗透率。如何形成低渗透率的高质量滤饼，阻止钻井液的进一步滤失，是钻井液配制中要考虑的主要问题之一。
1．静滤失方程
钻井液的滤失可分为瞬时滤失、静滤失和动滤失。瞬时滤失在整个滤失过程中占的比例较小；动滤失比较符合井下情况，但无论是室内还是现场都难以测定；静滤失尽管与实际情况有一定差距，但评价方法简单，能很好地反映钻井液的滤失性能。通常用静滤失方程来描述静滤失量：f32式中 V/A——单位面积上的滤失量，m/m；2k——滤饼的渗透率，μm；Δp——滤饼两侧的压差，Pa；cC——滤饼中固相的体积分数，%；mC——钻井液中固相的体积分数，%；t——渗滤时间，s；μ——滤液的粘度，Pa·s。
由静滤失方程可知，单位面积上滤失量的大小与滤饼的渗透率、滤饼两侧的压差、渗滤时间、滤液粘度以及钻井液中固相的类型和数量等因素有关。其中渗滤时间和压差是与滤饼本身性质几乎无关的操作条件因素。提高滤液粘度可降低滤失量，但这与钻井液流变性要求是矛盾的。因此，可以说调整钻井液滤失量大小的主要途径是调整滤饼的渗透率。
2．滤饼形成过程图1-4 钻井液固相侵入地层示意图
在实验室常利用滤失量测定仪测量静滤失量。实验中，在滤杯中的钻井液经滤纸而流出。在滤饼形成前滤液流出的速率相当快，1～2s后，滤液流出速率渐渐变慢，经一定时间趋于匀速。滤饼形成前经过滤纸的滤失称为瞬时滤失（也称初损），此间的滤失量称为瞬时滤失量。在钻经渗透性的地层时也存在这一过程。为减少瞬时滤失量，钻井液中需要含有适当大的固相颗粒，来桥堵岩石孔隙。当这些较大的颗粒在岩石孔喉处形成桥堵后，较小的颗粒再堵塞在较大颗粒之间所形成的孔隙中，一直进行下去，直至小的溶胶颗粒将滤饼的小孔隙堵死，这时只有水分才能渗入地层。这样使钻井液中的颗粒在井壁和地层中形成三种分布（图1-4）：（1）井壁上的外滤饼。（2）进入地层的颗粒形成的内滤饼。（3）钻井液瞬时滤失时形成的初损侵入带，这些颗粒经过运移将阻塞地层孔隙，伤害油层。
因此，要形成低渗透率、滤失量小的滤饼，在钻井液配制时必须具备两个条件：（1）合理的多级分散的颗粒分布。即在钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布。实践表明，钻井液中必须含有比被钻地层最大孔隙小的和直到相当于地层最大孔隙尺寸三分之一的桥堵颗粒。这样有利于尽快桥堵刚钻开地层的大孔隙，减少瞬时滤失量。另外，钻井液必须含有尺寸由大到小，直至小到相当于溶胶颗粒的一系列颗粒。这样在钻井过程中，由大到小的颗粒相继桥堵由大到小的孔隙，如此循序渐进，孔隙越堵越小，滤饼越来越致密，其渗透性越来越小。钻井液中固相颗粒大小分布越合适，形成致密滤饼的时间就越短，滤饼渗透性越低。（2）胶体颗粒类型。滤饼渗透性的高低，不仅与钻井液中所含胶体及细颗粒的尺寸分布、数量有关，而且与胶体颗粒类型密切相关。如果胶体颗粒扁平，水化性好，则在压力作用下容易变形，形成的滤饼渗透率自然就低。
除上述条件外，在钻井液中还要添加降滤失剂来控制钻井液的滤失量。（二）降滤失剂的作用原理
降滤失剂是指能降低钻井液滤失量的化学剂。降滤失剂多为水溶性高分子化合物，它们可通过下列途径降低钻井液的滤失量。
1．稳定胶体颗粒作用
如前所述，钻井液中粘土颗粒要求有合适的大小分布，同时要求具有较多的细粘土颗粒。滤失量大的钻井液一方面是粗颗粒较多，另一方面是细颗粒已絮凝为粗颗粒，体系中溶胶细颗粒（＜100μm）较少。这种粗颗粒多而细颗粒少的钻井液所形成的滤饼疏松而孔隙大，故滤失量大。
降滤失剂是在水中能解离出负电基团的高分子化合物。它一方面可吸附在粘土表面上形成吸附层，以阻止粘土颗粒絮凝变大；另一方面能把钻井液循环搅拌作用下所拆散的细颗粒通过吸附稳定下来，不再粘结成大颗粒（图1-5）。这样就能保证足够量的细颗粒比例，从而使钻井液能形成薄而致密的滤饼，降低滤失量。这种作用也称为护胶作用。图1-5 钠羧甲基纤维素与粘土颗粒的吸附方式及护胶作用
值得注意的是，降滤失剂在钻井液中的浓度必须足够高，以利于将拆散的粘土颗粒包围起来，这样一方面给粘土颗粒表面带来较高的负电荷密度，提高ξ电位，增大颗粒间的斥力；另一方面因水化基团的水化作用而形成较厚的水化膜，使粘土颗粒不易合并变大。如果加入的降滤失剂浓度低于保护作用所需的浓度，降滤失剂不但对胶体颗粒没有保护作用，反而会使粘土颗粒更容易聚沉。
2．提高滤液粘度
由静滤失方程可知，滤失量与钻井液的滤液粘度的二分之一次方成反比。高分子降滤失剂加入钻井液中可提高滤液粘度，使滤失量降低。但值得注意的是，粘度升高会使钻速降低。故一般要求降滤失剂不要大幅度地增加粘度。
3．降滤失剂的堵孔作用
作为高分子化合物的降滤失剂，其分子尺寸在胶体颗粒范围内，加入这些处理剂相当于增加了钻井液中胶体颗粒的含量，它们对滤饼起封堵孔隙的作用。这些大分子以两种方式封堵孔隙。cppcp
设高分子无规线团直径为d，孔隙直径d。若0.3d＜d＜d，高分子可滞留在孔隙中，形成不完全的物理堵塞，降低滤饼的渗透率，cp称为捕集。若d＞d，高分子就不能进入孔隙，但能够封堵孔隙入口，称为堵塞，也可减少滤失量。（三）常用的降滤失剂
1．羧甲基纤维素
纤维素是一种天然高分子化合物，其结构是聚β-葡萄糖，由于分子链上的羟基形成分子内和分子间氢键而产生结晶，故不溶于水。经改性后可生成水溶性的改性纤维素。羧甲基纤维素（CMC）是纤维素的改性产物，其钠盐在油田中有广泛的应用，也称钠羧甲基纤维素，其分子结构为：
CMC是直链线型水溶性高分子化合物。它的两个主要性能指标是相对分子质量和取代度（每个失水糖单元上的羟基中的氢被羧甲基取代的数目）。
CMC的相对分子质量越高，水溶液粘度越大。工业上按其水溶液粘度的大小把CMC分成三个等级：高粘度的CMC，在25℃时1%水溶液的粘度为400～500mPa·s，由于其增粘能力强，一般不作为降滤失剂使用；中粘度的CMC，在25℃时2%水溶液粘度为50～270mPa· s，可作为一般钻井液的降滤失剂，既可降低滤失量，同时又可提高钻井液的粘度；低粘度的CMC，在25℃时2%水溶液粘度小于50mPa·s，可作为加重钻井液的降滤失剂，以避免引起粘度过大。
取代度的高低是决定CMC水溶性的主要因素，取代度大于0.5的CMC才易溶于水，取代度越高其水溶性越好。作为钻井液处理剂的CMC，取代度为0.6～0.9效果较好。
CMC是一种抗盐、抗温能力较强的降滤失剂，也有一定的抗钙能力。降滤失量的同时还有增粘作用，适用于配制海水钻井液、饱和盐水钻井液和钙处理钻井液，是目前应用广泛的一种降滤失剂。国内钻5000m以上的超深井时，用CMC作降滤失剂可获得较好效果。
CMC主要是通过稳定胶体颗粒作用达到降低滤失量的目的。CMC在钻井液中解离成长链多价负离子，链上的羟基与粘土颗粒表面上的氧原子形成氢键吸附，一部分羧基与断键边缘处的铝离子之间产生静电吸力，一部分羧基则通过水化作用使粘土颗粒表面形成水化层，同时增加了粘土颗粒表面的ξ电位。由于CMC分子链较长，一个分子可同时吸附多个粘土颗粒，与粘土颗粒形成混合网状结构，避免粘土颗粒相互粘结变大，从而大大提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于形成致密而坚韧的滤饼。此外，CMC能提高滤液粘度，以及本身的堵孔作用都可降低滤失量。
2．腐殖酸及其衍生物
腐殖酸是由生物残体在空气和水分存在下部分分解的产物，是可以从泥炭、褐煤或某些土壤中提取的天然高分子化合物。
腐殖酸不是单一的化合物，而是由分子大小不同，结构组成各异的羟基芳香羧酸族组成的混合物，用不同的溶剂可将其分成三个组分：
元素分析表明，腐殖酸的化学组成一般为C：55%～65%；H：5.5%～6.5%；O：25%～35%；N：3%～4%；还有少量的S和P。腐殖酸各组分的相对分子质量也相差较大，黄腐酸为300～400，棕腐45酸为2000～20000，黑腐酸为10～10。腐殖酸的化学结构十分复杂，目前还不十分清楚，一般认为它是由几个相似的结构单元组成的大复合体，每个结构单元又由核、桥键和活性基团组成，其主要官能团有羧基、羰基、羟基、甲氧基和醚键。腐殖酸及其改性产物的结构片段可表示为：其中 X=H，Y=H，腐殖酸；X=K，Y=H，腐殖酸钾，K-Hm；X=Na，Y=H，腐殖酸钠，煤碱剂，Na-Hm；2X=Na，Y=NO，硝基腐殖酸钠，Na-NHm；23X=Na，Y=CHSONa，磺甲基腐殖酸钠，Na-SMHm。
作为降滤失剂使用的主要有下列腐殖酸衍生物。1）煤碱剂
煤碱剂（Na-Hm）是由褐煤加适量烧碱和水配制而成的，其中主要有效成分为腐殖酸钠。褐煤中腐殖酸含量为20%～80%，腐殖酸难溶于水，易溶于碱溶液生成腐殖酸钠。现场配制煤碱剂的配比为：褐碱∶烧碱∶水=15∶（1～3）∶（50～200）；具体配比视褐煤的腐殖酸含量和实际使用条件而定。
由于腐殖酸分子的基本骨架是碳链和芳环结构，因此煤碱剂有很好的热稳定性。室内实验表明，对于淡水钻井液，在200℃静置恒温24h，降滤失性能基本不变。但煤碱剂的抗盐和抗钙能力较差。
由于腐殖酸分子中含有较多可与粘土颗粒吸附的官能团，特别是邻位双酚羟基，又含有水化作用较强的钠羧基等基团，使腐殖酸钠既有降滤失作用，又兼有稀释作用。
煤碱剂的降滤失机理在于：含有多种官能团的阴离子大分子腐殖酸钠吸附在粘土颗粒表面形成吸附水化层，同时提高粘土颗粒的ξ电位，因而大大增加了粘土颗粒的聚结稳定性，使钻井液中的粘土颗粒保持多级分散状态，易形成致密的滤饼。特别是粘土颗粒的吸附水化膜的高粘度和弹性带来的堵孔作用，使滤饼更加致密，从而降低了滤失量。此外，它可提高滤液粘度，有利于降低滤失量。2）铬褐煤
铬褐煤（铬腐殖酸）是重铬酸盐与褐煤的反应产物，其中腐殖酸与重铬酸盐的质量比为3∶1或4∶1。两者的混合物在80℃以上反应生成腐殖酸或氧化腐殖酸的铬螯合物，其有效成分是铬腐殖酸。反应包括氧化和螯合两步，氧化使腐殖酸的亲水性增强，同时重铬酸盐被还3+3+原成Cr，Cr再与氧化腐殖酸或腐殖酸进行螯合。铬腐殖酸在水中有较大的溶解度，其抗盐、抗钙能力都优于腐殖酸钠。
铬腐殖酸既有降滤失作用，又有稀释作用。尤其是它与铁铬盐复合使用时，有良好的协同效应。由铁铬盐、铬腐殖酸和表面活性剂组成的“铬腐殖酸活性剂钻井液”具有良好的热稳定性和防塌效果，现场曾在6280m的高温深井和易塌地层使用。3）硝基腐殖酸
硝基腐殖酸是用浓度为3mol/L左右的稀硝酸与褐煤在40～60℃反应制成的。投料配比为腐殖酸∶硝酸=1∶2，反应包括氧化和硝化两步，均为放热反应。反应使腐殖酸平均相对分子质量降低，羧基增多，并在分子中引入了硝基。
硝基腐殖酸再与烧碱作用便得到其钠盐。硝基腐殖酸钠具有良好的降滤失性和稀释作用，其突出特点是抗盐能力增强。此外，它还具有较高的热稳定性（抗温可达200℃以上），抗钙能力也较强。4）磺甲基褐煤
磺甲基褐煤（SMC）是由甲醛和亚硫酸钠或亚硫酸氢钠在pH为9～11条件下，与褐煤经磺甲基化反应制得的。反应产物进一步用重铬酸盐进行氧化和螯合，生成的磺甲基腐殖酸对钻井液的处理效果更好。
磺甲基褐煤既有降滤失作用又有稀释作用，其主要特点是热稳定高，在200～220℃的高温下它能有效地控制淡水钻井液的滤失量和粘度。其缺点是高温下的抗盐性能较差。
3．树脂类降滤失剂1）磺甲基酚醛树脂
SMP与SP均为磺甲基酚醛树脂的商品代号，它们的合成路线略有不同。SMP的合成是先在酸性条件（pH=3～4）下使甲醛与苯酚反应，生成适当相对分子质量的线型酚醛树脂，再在碱性条件下加入磺甲基化试剂进行磺甲基反应。适当控制反应条件，可得到磺化度较高，相对分子质量较大的产品。反应如下：
SP的合成是将苯酚与甲醛、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠一次投料，在碱性条件下，边缩合边磺甲基化，生成磺甲基酚醛树脂。反应如下：
磺甲基酚醛树脂是一种水溶性的不规则线型高分子，分子结构主要以苯环、亚甲基桥和C—S键组成。分子中的酚羟基为吸附基团，磺甲基为亲水基团。它的抗盐能力和热稳定性均很强，抗温可达200～220℃。2）磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物
磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（SLSP）是一种水溶性线型高分子共聚物。它的制备分两步完成，首先在碱性催化下，苯酚、甲醛与亚硫酸氢钠发生缩合反应，生成磺甲基酚醛树脂。然后将其与磺化木质素（纸浆废液）在甲醛溶液和氢氧化钠存在下，加热回流进行脱水缩合，在干燥后即可得到SLSP产品。
SLSP热稳定性好，抗盐、抗钙能力强。用SLSP处理的钻井液经150～180℃高温后，滤失量变化不大。由于其分子中含有大量的磺酸基团，遇到大量钠、钙或镁离子时，不易产生去水化作用和盐析现象。SLSP分子链上含有羟基等吸附基团，能与粘土颗粒上的氧进行氢键吸附。磺酸基团可使粘土颗粒表面的溶剂化水膜增厚，ξ电位提高，因而可提高粘土颗粒的聚结稳定性。由于SLSP的稳定胶体颗粒作用，并能提高钻井液粘度，从而使滤失量降低。3）磺化褐煤树脂
磺化褐煤树脂商品名为Resinex，由50%的磺化褐煤和50%的磺甲基酚醛树脂组成。产品易溶于水，在pH=7～14的各种水基钻井液中均可使用。它是一种抗盐耐温的降滤失剂。在盐水钻井液中抗温可5达230℃，抗盐最高可达1.1×10mg/L；在含钙量2000mg/L的情况下，仍能保持钻井液性能稳定。在降滤失量的同时，它不增加钻井液的粘度，尤其在高密度钻井液中实现了控制滤失量而不增加钻井液的粘度。用磺化褐煤树脂处理的钻井液滤饼渗透性极低，对于稳定井壁、预防粘卡和不堵塞油气层都是有利的。
4．改性淀粉
改性淀粉如羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉在钻井液处理剂中占有重要地位，其用量仅次于铁铬盐和褐煤类产品，居第三位。
羧甲基淀粉是在预胶化淀粉的基础上，进一步与醚化剂氯乙酸反应，然后经洗涤、脱水、干燥、粉碎过筛得到的产品；羟乙基淀粉是在预胶化淀粉基础上，与氯乙醇或环氧乙烷反应生成的；羟丙基淀粉是在预胶化淀粉基础上，与环氧丙烷反应制得的。它们的结构如下：
改性淀粉的降滤失机理与钠羧甲基纤维素类似，由于分子中含有大量羟基、甙键和醚键，它们能与粘土颗粒上的氧或羟基发生氢键吸附；而强水化基团可使粘土颗粒表面的溶剂化膜增厚，ξ电位提高；淀粉分子链是螺旋状结构且相对分子质量较高，可吸附多个粘土颗粒形成空间网架结构，也有利于提高其聚结稳定性；改性淀粉的增粘性能强，能提高钻井液中自由水的粘度和降低滤饼的渗滤作用，故改性淀粉加入钻井液后能大幅度降低滤失量。
5．丙烯酰胺类聚合物
丙烯酰胺类聚合物是分子中含有丙烯酰胺（AM）链节的一类共聚物的总称。1）水解聚丙烯腈
聚丙烯腈是由丙烯腈聚合而成的高分子化合物，俗称腈纶。水解聚丙烯腈（HPAN）是以腈纶生产中的废丝为原料，用碱水解后得到的产物，结构如下：
水解聚丙烯腈在结构上可以看作是丙烯酸钠、丙烯酰胺、丙烯腈的三元共聚物。分子链上的腈基和酰胺基是吸附基团，钠羧基是水化基团。未水解的腈基在井底高温碱性条件下可水解成酰胺基或钠羧基，这样就缓和了井下高温对整个分子链的作用，故能提高其抗温性。
水解聚丙烯腈处理钻井液的性能主要决定于其相对分子质量和水解程度。相对分子质量较高的HPAN降滤失能力比较强，增加钻井液的粘度也较明显；相对分子质量较低的HPAN降滤失能力较弱，增粘作用也不明显。水解聚丙烯腈可耐240～250℃高温，抗盐能力也较强，但抗钙能力较弱，遇到高浓度的氯化钙溶液就生成絮状沉淀。2）AM和AMPS的共聚物
在各类水溶性聚合物中，聚丙烯酰胺（PAM）是性能优良，价格便宜的人工合成产品。它具有良好的增稠、降阻、降滤失、絮凝等作用。其主要缺点是：剪切安定性差，耐盐性差，热稳定性差，可以通过化学改性方法改善其性能。PAM的改性主要是开发功能性单体，然后通过与AM共聚，制备具有新的功能的聚合物。在钻井液处理剂中最引人注目一种改性单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），AMPS可看作是AM的衍生物，其结构如下：
由于AMPS分子中含有强阴离子水溶性的磺酸基团、亲水的酰胺基团及不饱和双键，使其具有优良的性能。磺酸基团使其具有抗盐、抗酸、抗碱及热稳定性；酰胺基团使其有很好的水解稳定性，而活泼的双键又使其具有聚合性能。AMPS与AM及其他功能性单体可形成二元共聚物、三元共聚物，甚至四元共聚物，在油田中均有应用。具有代表性的有：
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