粘土防膨剂 - 副本

无机稳定剂与有机稳定剂复配后比单独使用 多羟基阳离子聚合物效果更好，为什么？ 胜利油田采油工艺研究院1987 年研制的一种聚季铵氯化铵复合粘土稳定剂，该剂通过两种途径稳定粘 土矿物，即NH4+ 离子进入粘土晶层空隙聚季铵分子 上的多个正电荷牢固地吸附在粘土表面，阻止离子 交换的进行
粘土稳定剂的发展
50年代到60年代后期，主要用酸和无机盐类来稳 定粘土
70年代用无机多核聚合物和阳离子表面活性剂来 稳定粘土 80年代以后主要开展了用阳离子有机聚合物及有 机小阳离子稳定粘土的研究和实验以及复配型粘 土防膨剂
一、无机类粘土稳定剂
1、酸和盐类 （1） 酸包括盐酸、氢氟酸、氢氟酸、乙酸等 防膨机理：酸中氢离子与粘土表面的钠离子 交换， 氢比钠 难离解，使粘土膨 胀受到抑制 （2）盐盐类如氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙和 氯化镁等。 防膨机理：通过增加其浓度，从而减小粘土表面 扩散双电层厚度和zeta电位而起作用的 缺点：是防膨有效期短，且对抑制微粒运移效果 较差。
以网络形式强力吸附在粘土的交换点上，并 通过分子间力和氢键力等作用，牢固吸附在 粘土表面。防止粘土矿物水化膨胀和分散运 移。 优点：用量少、效能高、吸附能力强、受pH影
响小、对地层适应性强等，分子量控制适当， 适用于高渗透和低渗透油气田。
四、小阳离子粘土防膨剂
主要有：二甲基二烯丙基氯化铵、三甲基烯 丙基氯化铵等
缺点：耐酸性差，不能用于碳酸盐含量高的 砂岩地层
二、阳离子表面活性剂
主要包括季铵盐型表面活性剂、吡啶盐型表 面活性剂及咪唑啉盐型表面活性剂等。
防膨机理：吸附在粘土的负电表面，中和粘 土负电荷而防止粘土膨胀，通过氢键和静 电吸力将微粒与地层表面联接起来而抑制 微粒的运移
优点：吸附力强，可抗水冲洗 缺点：会使地层表面转变成亲油性，降低油 气相的渗透率。
2、无机阳离子聚合物 主要有羟基铝、羟基铁、氯氧源自文库锆等 例如：三价铝的多核羟桥络离子(羟基铝)的通式如下：
防膨机理 ：水中解离出多核羟桥络离子。由于多核 羟桥络离子有很高的正电价且结构与粘土相似，所以 能紧密吸附在粘土的负电表面上，减少它的负电性。 从而有效地抑制粘土膨胀。
优点：有效地控制粘土膨胀和微粒地运移， 能处理大面积的储层；有效期比无机 盐长。
粘土由硅氧四面体和铝氧八面体基本结构组 成，硅氧四面体和铝氧八面体的Si4+和Al3+分 别被低价阳离子取代，使晶层带负电荷
滑动面
+
水
吸附的可交换阳离子解离, 形 成扩散双电层,产生负电性,晶 层间相互排斥,间距增大,表现 出膨胀性
膨胀后分散
粘土稳定剂是主要应用于油气井压裂，酸 化、注水等作业中的添加剂，能防止油气 层中粘土矿物水化膨胀和分散运移的一种 试剂
三、有机阳离子型聚合物
主要是有机季铵盐聚合物，例如： 聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)； 二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺共聚； 聚三甲基烯丙基氯化铵(PTMAAC)； 环氧氯丙烷，二甲胺缩聚物； 丙烯酸酯季铵盐共聚物等。
H2 C C H
OH
H2 C N
CH3 n CH3
防膨机理：分子链节含有多个阳离子基团，
粘土防膨剂
报告人：
粘土矿物，主要有高岭石、蒙脱石、伊利 石和绿泥石等。这些粘土在注水、酸化、 压裂过程中碰到水或水基物质就会产生膨 胀，然后进一步分散(如蒙脱石、绿泥石)或 直接分散(如高岭石、伊利石)成直径小于 10μm的细小颗粒，粘土的膨胀和微粒的移 动会降低地层的渗透率或堵塞井眼的通路， 这会减少油井的产量，严重损坏油管线和 油泵。
H2 C C H OH H2 C N CH3 n CH3
防膨机理：吸附于粘土颗粒上，使它们维持 紧密或不分散状态
优点：能有效抑制粘土矿物水化膨胀、分散 和运移，具有长期稳定性，在酸性、 碱性和中性介质中同样有效
五、复配型粘土防膨剂
将无机盐、小阳离子粘土稳定剂等与有机季 铵盐聚合物的粘土稳定剂进行复合。