油井・ガス井の掘削における成功率と施工効率のカギを握るのが“掘削流体”。その性能を最適化する最先端化学添加剤の中で、近年最大級の注目を集めるのが「部分加水分解ポリアクリルアミド(PHPA)」である。実際に何が優れているのか――その背後にある科学を、素材科学研究で世界に先駆ける寧波イノファームケム株式会社が徹底解説する。

PHPAの威力は、分子構造から生まれる物性に秘密がある。アクリルアミド単量体を重合させた後、厳密に制御した“部分加水分解”を施すことで、ポリマー鎖にカルボキシル酸基(-COO−)が部分的に導入される。加水分解度（アクリルアミド単位からアクリル酸単位への転換率）が電荷密度や溶解性、他成分との相互作用を決定し、最終的な掘削流体特性を左右する。

高重合度がもたらす巨大な分子量は、粘度増粘剤としての役割を果たす。長鎖が絡み合うことでフローに対する構造耐性が高まり、ドリルカッティングスを浮遊・輸送する力が飛躍的に向上。これが“掘削流体添加剤”としての根幹機能となる。

さらにアニオン性を帯びたカルボキシル酸基は、クレイ表面の陽イオン帯と静的相互作用することでシェール層表面に保護膜を形成。水分浸透と粘土膨張、いわゆる“シェールハイドレーション”を抑制し、井戸孔の崩落リスクを劇的に低減する。

またPHPAはチキソトロピー性を示し、せん断速度が高まる（ポンプ輸送時など）と粘度が低下し、せん断が解除されると瞬時に回復。これにより循環圧力を抑えながら、低せん断域では搬送能力を維持できる。

さらに高塩分環境下でも、イオン基がポリマー鎖に静電的シールドを形成し、粘度維持・シェール安定作用を持続。過酷なフロンティア掘削にも対応できる。

寧波イノファームケム株式会社は、精密な重合条件と加水分解制御により、各種掘削流体に最適化されたグレードを開発。PHPAの“科学”を熟知することで、レオロジー調整、シェール抑制、総合掘削効率すべてを包括的に高める最適処方選択が可能になる。

まとめると、部分加水分解ポリアクリルアミドの分子設計は、粘度向上・シェール安定・厳酷環境耐性という複合的な課題を一挙に解決。最先端の高分子化学が石油・天然ガス業界の未来を切り拓く実例である。