粘土稳定剂

粘土稳定剂综述

1．背景

随着油田的开发，粘土稳定剂的应用越来越广泛，种类越来越多，根据不同的结构及所使用的化学药品不同，在这方面的研制大致可以可分为三个阶段：50年代到60年代后期，主要用无机盐类粘土稳定剂来防膨；70年代主要用无机多核聚合物和阳离子表面活性剂粘土稳定剂来防膨；80年代以后，主要开展了用阳离子有机聚合物粘土稳定剂来防膨。

1.1无机盐类

无机盐类粘土稳定剂的种类、特点、使用条件和效果见表1。

表1 无机盐类粘土稳定剂性能对比表

种类化学式特点用量使用条件效果

钠盐NaCl 易离子化、易水化8~10% 高浓度对粘土有防

膨作用，低浓度促

使粘土水化、分散

运移

高浓度有效，

易被其它离

子置换

钾盐铵盐

KCl

NH4Cl

离子直径与粘土

构造空穴相当，易

进入空穴中，结合

牢固

3~5%

pH=3~7时效果较

好，与30%甲醇配

合使用，效果更好

与粘土结合

牢固，效果都

比较好

氢氧化

钾KOH

易进入粘土空穴

中结合牢固，特殊

化学作用

15~20%

温度22~85℃

时间24小时

比以上无机

盐更有效的

防膨粘土

氢氧化

钙Ca(OH)2

与粘土反应转化

为铝硅酸钙

随使用情

况而定

温度需要高于

65℃，配合其它处

理剂使用

对砂岩中粘

土防膨好

三氯化

铝AlCl3

离子电价较高，与

粘土吸力强

1~2% 无特殊使用条件

比其它无机

盐防膨好

该类粘土稳定剂货源广、价格低、使用维护简单，但它只能暂时防膨粘土颗

粒，当油层环境变化时，该类粘土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像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。该类粘土稳定剂主要用在钻井、压裂、酸化等作业中。

1.2无机多核聚合物

目前，油田上用于粘土稳定剂的多核羟桥络离子主要有两种：羟基铝和羟基锆。多核羟桥络离子类粘土稳定剂可作为长效粘土稳定剂使用，能消除微粒运移和粘土水化膨胀的危害，能处理大面积的储层，但耐酸性差，货源不充分，价格偏高。

1.3 Gemini阳离子表面活性剂

Gemini阳离子表面活性剂由于在水中可以解离出有表面活性的阳离子，能吸附在粘土颗粒的表面上中和粘土颗粒上的负电荷，因此Gemini阳离子表面活性剂也能做粘土稳定剂。Gemini阳离子表面活性剂溶于水后都电离出有机阳离子基团，这些有机阳离子基团可取代粘土晶层表面的K+、Na+、Ca2+等金属阳离子而吸附到粘土颗粒的表面上，另外，阳离子表面活性剂分子可以通过分子间力及形成氢键吸附在粘土颗粒的表面上。阳离子表面活性剂吸附在粘土颗粒的表面以后，阳离子的有机尾部伸向空间，形成一层亲油憎水的吸附层，将水和粘土分开，同时被吸附的阳离子中和了粘土表面的负电荷，减少晶层之间的斥力，从而避免了粘土颗粒的水化、膨胀、分散、运移。当阳离子表面活性剂的有机基团链较长时，就阻止其它阳离子进入吸附的中心，使吸附在粘土颗粒表面上的阳离子表面活性剂不会被其它阳离子取代。

阳离子表面活性剂防膨粘土的效果优于KCl，而且长期持久，但其最大的缺点是能使储层的水润湿性变为油润湿性，可使水的相对渗透率下降。

1.4 有机阳离子聚合物

有机阳离子聚合物防膨粘土的能力超过无机盐类和无机多核聚合物与阳离子表面活性剂类粘土稳定剂，且具有用量少、效能高、吸附能力强、受PH值影响小、对地层适应性强等优点，是近几年来国内外重点研究和应用的对象。该类粘土稳定剂正电荷密度高，当它加入水中后，电离出的有机阳离子可以通过静电作用吸附在粘土颗粒的表面上，由于有机阳离子聚合物所带的正电荷较多，可以

同时与多个粘土颗粒，形成多点吸附，吸附之后，在粘土颗粒的表面形成一层有机阳离子聚合物的吸附保护膜，将粘土颗粒保护起来，防止粘土颗粒的水化、膨胀、分散、运移。