【摘 要】
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粘土矿物广泛存在于油气储层中,全球97%的油气层都不同程度地含有粘土矿物。粘土矿物在与外来流体接触易发生粘土水化膨胀和微粒运移,从而损害储层渗透率,引起储层堵塞。为了
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粘土矿物广泛存在于油气储层中,全球97%的油气层都不同程度地含有粘土矿物。粘土矿物在与外来流体接触易发生粘土水化膨胀和微粒运移,从而损害储层渗透率,引起储层堵塞。为了消除或降低粘土矿物对油气储层的伤害,常用的方法就是在油气田工作液中加入粘土稳定剂。近年来,阳离子聚合物类粘土稳定剂受到了油气田开发者的广泛关注。该类稳定剂受pH值影响小,耐温抗盐性能好,抑制粘土水化膨胀和分散能力强,已广泛应用于石油天然气开采过程中。但是该类聚合物存在原料单体费用昂贵、聚合物链过长,易引起低渗透油层堵塞等问题。一些短链有机阳离子聚合物虽然具有良好的粘土防膨性能,但耐冲刷性和抑制粘土分散运移的能力甚微。本文从增强短链阳离子聚合物耐冲刷性能和防粘土分散性能出发,选用丙烯酰胺(AM)、二烯丙基甲基苄基氯化铵(DAMBAC)和烯丙基环糊精(A-β-CD)为原料,甲酸钠为链转移剂,通过发生水溶液自由基聚合,合成了一种亲水性的带环糊精侧基的阳离子丙烯酰胺聚合物。通过单因素实验和响应面分析确定了最佳合成条件:反应时间为3h,链转移剂加量为0.20wt%,单体摩尔比(AM:A-β-CD:DAMBAC)为65:5:30,温度为44.0℃,引发剂加量为0.16wt%,单体总浓度为26.0wt%,此时防膨率最大(为95.5%),单体转化率较高(为91.3%)。采用FT-IR、1H NMR等方法探究聚合物的微观结构,证明了P(A-β-CD/AM/DAMBAC)的成功合成。用静态激光光散射法测量聚合物的重均分子量Mw为(2.04±0.09)×104g/mol。依据石油天然气行业标准“SY/T 5971-94注水用粘土稳定剂性能评价方法”和“SY/T 5762-1995酸化压裂用粘土稳定剂性能评价方法”,评价了P(A-β-CD/AM/DAMBAC)作为粘土稳定剂,在注水、酸化和压裂过程中的粘土稳定性能。结果表明:1)该聚合物与地层水、压裂液、酸液的配伍性好,且不存在润湿性反转问题;2)该聚合物的最佳使用浓度为1.0wt%(防膨率达到95.5%),且具有良好的耐冲刷性、耐温性以及防止粘土微粒分散运移的性能;3)P(A-β-CD/AM/DAMBAC)作为粘土稳定剂能满足注水、酸化、压裂的工程需要,且适用于超低渗透储层。通过X-射线衍射、扫描电镜和吸附等温线分析,探讨了该聚合物的粘土稳定机理:1)环糊精侧基的引入为阳离子聚合物链提供了大量的极性较强的羟基,不仅增强了聚合物链在粘土表面的吸附作用力,而且提高了聚合物链的可吸附位点的数量,增强阳离子聚合物的耐冲刷性、耐温性以及抑制微粒分散的能力;2)环糊精的疏水主面和疏水空腔的存在为防止水分子进入粘土晶层提供了天然屏障,增强了阳离子聚合物抑制粘土水化膨胀的能力。
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