季铵盐粘土稳定剂

季铵盐型粘土稳定剂的合成及应用,高志立,一、研究背景,粘土稳定，是低渗透油田开发所面临的一个重要课题，一般认为膨胀和运移是这些矿物质损害渗透率的两个重要因素。,粘土把水吸入到晶体结构中可以堵塞地层孔道；粘土物质被外来液体分散，在毛细管的孔隙喉道处形成桥阻或节流点，导致地层渗透率的下降。,粘土稳定剂的研究可以分为三个阶段：,50年代到60年代后期主要用无机盐类来稳定粘土，70年代主要用无机多核聚合物和阳离子表面活性剂来稳定粘土，80年代以后主要开展用阳离子有机聚合物稳定粘土的研究和实验。,本文重点介绍了当前的研究热点季铵盐型粘土稳定剂分类、合成及应用。,二、季铵盐型阳离子聚合物简介及其防膨机理,2.1简介：季铵盐型阳离子聚合物粘土稳定剂，其稳定粘土的能力远远超过无机盐和水溶性非电解质聚合物，具有用量少、效能高、对地层适应性强、在酸碱中同样有效的优点。,可将其分成三类：主链型、侧链型和杂环型。,主链型,主链型，即阳离子位于聚合物的骨架上；,例如以环氧氯丙烷和二甲胺为原料合成的PTA粘土稳定剂，产品结构式如下：,侧链型，即阳离子位于聚合物的侧链上；,侧链型,例如以三甲基烯丙基氯化铵和丙烯酞胺为原料合成的侧链型阳离子聚合物，产品的结构式如下：,杂环型，即在聚合物的骨架上有一个环状结构，阳离子位于环上。,杂环型,例如以二甲基二烯丙基氯化按和丙烯酞胺合成的杂环型阳离子聚合物，产品结构式如下：,2.2防膨机理季铵盐聚合物链上的正电离子与粘土表面的低价阳离子发生阳离子交换，并通过它们之间的范德华力使聚合物牢固地吸附在粘土颗粒表面，形成一层保护膜，从而抑制粘土的分散和微粒的运移。,季铵盐的阳离了极性端占据的空阻很大，可以深入到扩散双电层内部，直接与粘土颗粒表面的水合负电层产生静电吸附，造成少量的分子占据很大的表面积。同时空间效应造成了吸附双电层的加厚，水分子在粘土颗粒表面的吸附大为降低。,添加稳定剂后，通过阻止水分子与粘土颗粒的接触而抑制粘土膨胀。另外，通过主剂与其它添加剂的协同作用，也可阻止粘土微粒的运移，抑制一次堵塞，降低储层的速敏程度。,阳离子基团与粘土矿物晶层，除了靠静电吸附外，还有分子间的吸附力，或氢键吸附力。阳离子表面活性剂对粘土的防膨性具有较长的持久性。,三、两种典型季铵盐聚合物的合成工艺,3.1聚环氧氯丙烷二甲胺粘土稳定剂的合成聚环氧氯丙烷二甲胺阳离子聚合物的常规合成方法：一是通过两种反应物逐步聚合反应，二是通过硫酸钾、亚硫酸钠为引发剂的自由基聚合反应。,逐步聚合：合成的聚合物阳离子度高但相对分子质量较低。自由基聚合：是在氧化-还原体系引发下，环氧氯丙烷与二甲胺发生聚合反应，反应按自由基聚合和开环聚合机理同时进行，此类聚合产物具有链短、阳离子度较高的特点。,四、应用4.1在保护油气层领域中的应用在完井、修井、增产作业中,各种工作液进入地层,不可避免会引起地层中的粘土矿物水化膨胀、分散运移损害地层。在上述各种水基工作液中,添加性能优良的有机阳离子聚合物稳定剂可以很好地抑制粘土对地层的损害。,4.2在聚合物防塌泥浆中的应用现有聚合物泥浆体系,由于大分子聚合物的大量使用,普遍存在网状结构强度大