【摘 要】
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油田在采油过程中为了降低开采成本,稳定油田产量,常常采用注水开发。油藏储层中含有大量粘土矿物,粘土矿物在遇到注入水后体积膨胀进而分散甚至随着注入水运移,堵塞储层孔隙、岩石孔喉,导致注水压力增大,减小油田产量。为解决这一问题,常常加入粘土稳定剂稳定油藏储层,提高油田产量。随着石油开采程度的进一步加深,地层温度高,渗透率低,这对粘土稳定剂的耐温性能和分子设计提出了更高的要求。本论文通过文献调研和分子结
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油田在采油过程中为了降低开采成本,稳定油田产量,常常采用注水开发。油藏储层中含有大量粘土矿物,粘土矿物在遇到注入水后体积膨胀进而分散甚至随着注入水运移,堵塞储层孔隙、岩石孔喉,导致注水压力增大,减小油田产量。为解决这一问题,常常加入粘土稳定剂稳定油藏储层,提高油田产量。随着石油开采程度的进一步加深,地层温度高,渗透率低,这对粘土稳定剂的耐温性能和分子设计提出了更高的要求。本论文通过文献调研和分子结构分析设计出了耐高温的小分子粘土稳定剂,即在有机硅分子上引入季铵基。该分子不仅具有季铵盐型粘土稳定剂多点吸附（物理吸附）的优点,同时兼具有机硅型粘土稳定剂化学吸附的性能,提高了水溶性与耐温性能。本论文通过反应单体的筛选和反应条件的优化合成出了两种含有季铵基的硅烷偶联剂分子用于高温粘土防膨试验研究,并优化出了最佳粘土稳定剂用量与最优复配方案,同时探索了新型耐高温粘土稳定剂的作用机理。研究表明:γ-氯丙基三乙氧基硅烷与三甲胺盐合成的高温粘土稳定剂ZWS-1,最佳合成条件为γ-氯丙基三乙氧基硅烷与三甲胺盐的摩尔比1.1:1反应温度为90℃,恒温反应40h,KCl用量为5wt.%;4wt.%ZWS-1在150℃下的防膨率为93.26%,300℃下的防膨率为87.93%;最优用量为1.5wt.%;最优复配方案为1.5wt.%ZWS-1与4wt.%KCl复配。γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷（以下简称KH560）与三甲胺盐酸盐合成高温粘土稳定剂ZWS-2,最佳合成条件为KH560与三甲胺盐酸盐的摩尔比1.1:1,反应温度为70℃,恒温反应6h;4wt.%ZWS-2的150℃下防膨率为96.26%,300℃下防膨率为85.39%;最优用量为1.5wt.%;ZWS-2最优复配方案为1.5wt.%ZWS-2与4wt.%KCl复配。合成了与蒙脱土结构相似的层状结构材料MgAl-CO3-LDH（以下简称LDH）用于讨论所合成粘土稳定剂的防膨机理。由偏光显微镜和扫描电镜的结果显示经粘土稳定剂ZWS-1处理过的LDH相比于处理前LDH团聚程度加大,且出现非水平堆砌的状态,出现竖立或倾斜堆砌;X射线衍射结果表明经粘土稳定剂ZWS-1处理过的LDH相比于处理前的LDH层间距变大,说明高温粘土稳定剂ZWS-1与LDH之间发生反应,因此高温粘土稳定剂ZWS-1吸附到LDH层间,使得处理过的LDH层间距变大;同时红外光谱分析发现,粘土稳定剂ZWS-1的红外谱图中在1121cm-1处出现C-O振动峰,而使用ZWS-1改性后的LDH的红外谱图中该振动峰消失,同时1034cm-1和796cm-1处出现了Si-O-Si、Si-O-Al键的弯曲振动峰,说明LDH表面的羟基与ZWS-1水解后的羟基发生了脱水缩合反应产生化学键。因此所合成的粘土稳定剂具有较高的防膨性能与耐高温的性能。
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