防膨技术调研与思考

防膨技术调研与思考

为了保护油气地层的渗透性，必须使用化学处理剂稳定地层中的粘土矿物（即粘土稳定剂，也称分子膜剂）。防止粘土矿物膨胀以及粘土微粒运移，增加油井的产量，减少损害油管线和油泵情况发生。油田常用的的粘土稳定剂有无机盐（如氯化钾）型粘土稳定剂及聚胺、聚季铵等高分子型防膨剂。无机盐性粘土稳定剂易获取，价格便宜，维护简单，但时效性差，投药量大，不耐水洗；聚胺和聚季铵等高分子型防膨剂在盐酸体系中具有较好的防膨作用且投药量小，但其热稳定性较差，且耐温性能随着相对分子质量的增加而降低，不适用于高温条件下的粘土防膨。同时，随着中低渗透油藏的开发，聚合物型高分子防膨剂由于分子链较长，容易吸附阻塞孔道，造成储层渗透率的降低，增加后期的注水开发难度。

一、技术机理

1.1 粘土矿物

粘土矿物主要包括高岭石，伊利石，蒙脱土，蛭石和海泡石，其中蒙脱土为膨胀性粘土。蒙脱土是两层硅氧四面体晶片之间夹着铝氧八面体晶片层产生重叠结构形成粘土颗粒的单元晶胞。因为在晶格中存在晶格取代（晶格取代是指低价阳离子取代晶格中的高价阳离子的现象，例如Al3+→Si4+，Mg2+→Al3+），晶格正电荷的损失造成晶格带负电荷，该电荷被层间补偿阳离子中和，从而保持晶格呈电中性。补偿阳离子是指为保持电中性而被带负电的晶体层表面吸附的阳离子。

高岭石晶体层的一侧是氧层，另一侧是氢氧化物层。在结晶层之间可以形成氢键，因此结合力相对较强，并且不容易发生吸水和膨胀现象。

由于油藏储层复杂的地 ……此处隐藏1953个字……价原料，合成了以长链酰胺基为疏水基的表面活性剂。叶志文等以—二溴丙烷和—二甲基十二焼基叔胺为原料，无水乙醇为溶剂，合成了阳离子双季按盐，并对其结构和性能进行表征，表明其具有很好的防膨性能。

图双子季铵盐结构式

硅烷偶联剂：

现今有机硅行业，有机聚合物工业，复合材料工业及相关高科技领域中硅烷偶联剂已经是重要的辅助化学品。有机硅烷也可用于粘土稳定并具有良好的耐高温性。当遇到水时，有机硅烷单体会发生水解，形成具有反应能力的中间产物“硅烷醇”，“硅烷醇”进一步缩聚形成聚合物，聚合物再水解，其产物可与粘土表面上的羟基反应，使粘土矿物的表面由亲水性变成亲油性表面并扩展到水中，从而抑制粘土溶胀。同时，有机硅烷可与粘土表面缩合形成化学键，可有效防止粘土膨胀。

聚季铵盐类粘土稳定剂：

聚季铵盐类粘土稳定剂水解后一般能产生具有较高正电价的阳离子，可以形成吸附保护膜，起到阻止水分子进入的作用，此类粘土稳定剂吸附能力强，吸附效率高[。季铵盐粘土稳定剂主要以环氧氯丙烷、二甲胺等为原料合成，诸多现场应用效果表明，低聚季铵盐类粘土稳定剂具有很多优点：(1)应用范围较广；(2)剪切稀释率较低；(3)防泥包能力强，且润滑性良好；(4)流变能力较强；(5)可生物降解性强；(6)抗盐性强。而且季铵盐粘土稳定剂合成工艺较为简单，反应条件较易控制，原料便宜，适合油田的大规模生产需要。焦智奕等以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为主要原料，通过水溶液聚合法合成出阳离子聚合物粘土稳定剂PDMC，反应原理如图1-2。PDMC 加量1%时，防膨率达到92.32%，防膨效果较好；水洗3 次后防膨性能下降幅度较小，长效性较好；在90℃下使用仍能保持良好的粘土稳定效果。