一种阳离子聚合物粘土防膨剂的设计合成

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1、一种阳离子聚合物粘土防膨剂的设计合成《有机合成》论文摘要在石油的开采中，绝大多数低渗透油层都含有粘土矿物，且具有一定的水敏性。粘土矿物的水化膨胀、分散运移与沉淀堵塞是造成油气层损害和采收率降低的主要原因之一。如果在入井流体中使用粘土防膨剂来防止粘土矿物的水化膨胀和分散运移，就可避免或大大减轻作业过程中引起的伤害，达到保护油气层的目的。所以，研究合适的粘土防膨剂对于储层保护有重要意义。本论文致力于设计合成一种分子量低的季铵盐阳离子聚合物，对于一些低渗透地层和一些特殊井的作业比较适用,其具有配伍性好、抗冲刷能力强、作用效果持久、

2、耐高温等特点，可用在注水作业中。用乙二胺和溴乙烷作为原料合成QN-1粘土防膨剂，用正交法确定了合成QN-1粘土防膨剂最佳反应条件，影响反应产物的因素包括：温度、时间、原料比、乙醇加量和蒸馏水加量等。再设计对其性能进行评价。关键词:季铵盐；阳离子；性能评价11.粘土防膨剂的发展现状1.1粘土防膨剂的种类粘土防膨剂从最初的无机盐发展至今，已形成规模化、系列化的生产，根据其结构特点，可把粘土防膨剂分为以下几类，而目前主要使用的还是有机阳离子聚合物类。（1）无机盐与酸无机盐包括CaCl2，MgCl2等，通过减少粘土表面的扩散双电层厚

3、度，减少粘土表面的Zeta电位而起作用。也可与粘土表面的钠离子交换，使粘土成为相对不膨胀的粘土。优缺点：该类稳定剂货源广、价格低、使用维护简单，但它只能暂时稳定粘土颗粒，当油层环境变化时，该类稳定剂发生阳离子交换，使粘土恢复至原来的水敏状态，另外，这类粘土稳定剂不可能象聚合物那样产生多点吸附，因此对防止粘土运移效果不明显[1]。（2）无机聚合物类这类聚合物通常含有高价金属离子，如Fe3+、Al3+和Zr4+，他们在一定的条件下可组成多核酸络离子，带有很高的正电荷，紧紧吸附在粘土表面上，有效控制粘土的膨胀和分散运移。常用的无机

4、阳离子聚合物是羟基铝和羟基钴[2]，其通式如下式：优缺点：成本低，无毒，容易制取，一般能长时间地稳定粘土。耐酸性差，不能用于2碳酸盐，货源不充分，价格偏高。不能用于碳酸盐地层。（3）阴离子聚合物油田上常用的阴离子聚合物是部分水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐和石油磺酸盐等。优缺点：本品的防膨效果不甚理想，其絮凝能力低，对泥浆性能的改变不大，在水溶液中遇到高价无机阳离子，如Mg2+、Ca2+易生成沉淀。（4）非离子聚合物这一类主要使用具有极性基团的水溶性聚合物，如烷基醇胺等。它主要在钻井液中使用，优点是可减少或消除页岩的不稳定性，钻头

5、的泥泡及黏着现象，还可提高钻速。这一类的聚合物其实本身不具有抑制泥页岩水化膨胀的能力，而是在使用过程中随着井深增加,井温升高,它就达到浊点,使原来水溶性的泥浆体系变得像油基泥浆体系，从而不使泥页岩水化，起到相当于粘土稳定作用，这一类聚合物的典型代表是聚合醇。（5）两性离子聚合物两性离子聚合物是在水溶液中能同时离解带正电荷和负电荷基团的高分子聚合物积聚电解质。两性聚电解质存在一个特殊结构，在一个单元同时存在正离子和负离子，即每个单元就是一个偶极子。两性离子聚合物因分子链上同时含有阳离子和阴离子，因此具有以下特点：a.阳离子基团

6、与粘土表面负电荷强烈吸附，阴离子基团的水化能力强，从而使其絮凝能力减弱，泥浆体系稳定性增强。b.阳离子基团被粘土颗粒表面吸附，中和了颗粒表面的负电荷，降低了电位。c.两性离子聚合物的大量水化基团可在粘土颗粒表面形成溶剂化层，提供了粘土颗粒的空间稳定作用，有利于协调泥浆体系的强抑制性与维持良好性能之间的关系，还能够与现有泥浆体系及阴离子聚合物处理剂相兼容[3]。（6）阳离子聚合物阳离子聚合物是含氮、磷和硫的聚合物。阳离子聚合物的化学结构可以用以下通式表示：31R3Z4nR2nx-其中，R为碳原子数在2~40的脂肪族、芳香族和脂

7、环族基团，R为脂环族基团时，可在或不在阳离子的主链上，不同于有机基团，含0~3个碳原子和0~2个氧或氮原子。为硫时，不存在；为氮、硫和磷时，所产生的阳离子聚合物居多。它包括氮阳离子位于主链上和侧链上的阳离子聚合物，还有氮阳离子位于芳环中的盐，如下所示：3CH32H22Cl-+H33Cl-(CH2CH2N+)nCH32Cl-CH2N+(CH3)3优缺点：在水中能解离高正电价的阳离子，有效的中和粘土表面的负电荷，少量存在就有很好的防膨效果，并有耐酸碱，耐盐，作用时间长等优点，但絮凝效果明显，常会改变泥浆的性能，是国内外研究最多的

8、[4]。1.2粘土防膨剂的发展趋势国外开发使用粘土防膨剂己有30多年的历史，并有多种投人现场应用粘土防膨剂。80年代以来，油层的保护问题在我国开始受到重视，研制粘土防膨剂工作也逐步开展。储层中粘土矿物的危害性国外五十年代就认识到了并开展了防止粘土损害储层的研究工作，几十年来先后开发了无机盐