缩膨剂的研究进展

赵凯强，杨超，王晨

缩膨剂的研究进展

赵凯强，杨超，王晨

（中国石化大连石油化工研究院，辽宁 大连 116045）

缩膨剂是一种油田助剂，水化膨胀的黏土经缩膨剂处理后能够脱水缩膨，提高储层的渗流空间，使储层的渗透率得到一定程度的恢复，同时其一般还具有一定的防膨能力。本文对缩膨剂的研究进展进行了介绍。目前关于缩膨剂的研究主要以国内为主，并且许多缩膨剂已应用到水敏油藏中，并取得降压增注的良好效果。

缩膨剂；黏土；水化膨胀

注水是提高采收率的重要手段，对于水敏型的储层，长期大量注水会导致黏土的分散、运移以及水化膨胀[1]，从而造成储层渗透率下降，注水压力升高，甚至可能造成无法注水，造成采油率的降低。对于这种情况，常用的方法是酸化处理，然而酸化处理对油层的伤害较大，并且具有有效期较短、处理半径小等缺点。

缩膨剂是一种油田助剂，不仅具有一定的防膨功能，还能够使水化膨胀的黏土经缩膨剂处理后脱水缩膨，从而收缩黏土膨胀体积，使储层的渗透率得到一定程度的恢复，使注水压力下降，提高采油率，并且还具有不伤油层，有效期长等优点，目前关于缩膨剂的研究主要以国内为主，并且许多缩膨剂已应用到水敏型区块中，并取得良好的效果。

1 缩膨剂作用机理

目前缩膨剂使膨胀黏土脱水缩膨的机理主要有以下4种：（1）缩膨剂所带的阳离子电荷能够与带负电荷的黏土颗粒发生中和作用，从而压缩其双电子层，Zeta电位降低，使晶层收缩，从而黏土体积收缩。（2）具有强极性氧化性的缩膨剂可以使黏土晶格松动，将晶格所吸附的水分子脱出，从而使黏土体积收缩，形成毛细通道，恢复储层的渗透率。（3）缩膨剂阳离子的水化能低于Na+、Ca2+等阳离子的水化能，因此与Na+、Ca2+等阳离子相比会更容易吸附到黏土上，常见黏土的水化膨胀往往是由于Na+、Ca2+等阳离子进入到晶层之间造成的，而由于缩膨剂阳离子的水化能较低，能够使薄水化膜的离子置换较厚水化膜的Na+、Ca2+离子，从而收缩膨胀体积，而对于没有水化的黏土颗粒，缩膨剂阳离子会优先吸附到表面及其晶层间，从而起到防膨作用。（4）缩膨剂具有一定的分子量，可以通过多点吸附在黏土表面，通过发挥其架桥作用，能够防止黏土的分散、运移，从而改善渗透率。

2 缩膨剂的评价方法

2.1 缩膨率

目前对于缩膨率的评价没有统一标准，目前主要参照标准SY/T5971-1994中评价防膨率的离心法进行测定，然而许多文献在测定具体方法上存在差异，对于同一缩膨剂用不同的测定方法测定缩膨率不同，这就导致不同文献测定的缩膨率结果难以相互比较，以下是两种常见的测定方法：

（1）将0.5 g黏土、7 mL煤油加入离心管中，混合均匀后静置4 h，随后在1 500 r/min转速下离心15 min，测定黏土体积，记作0；将0.5 g黏土、7 mL水加入到另一离心管中，混合均匀后静置4 h，1 500 r/min转速下离心15 min，测定黏土体积，记作V，随后将其上层清液倒掉，加入等体积缩膨剂，混合均匀后静置4 h，1 500 r/min转速下离心15 min，测定黏土体积，记为Vs｡缩膨率的计算公式如下[2]：

缩膨率=（V-V）/（V-0）×100% （1）

（2）将0.50 g钙膨润土、9 mL蒸馏水加入到离心管中，混合均匀后静置4 h，1 500 r/min转速下离心15 min，测定黏土体积，随后加入少量缩膨剂，混合均匀后静置4 h，1 500 r/min转速下离心15 min，测定处理后的黏土体积，并计算体积缩小率[3]。

2.2 层间距

XRD是一种常用的表征手段，可通过XRD测定黏土的衍射角，2在0~10°范围内存在黏土001面的衍射峰，可通过衍射峰位置的变化判断黏土层间距的大小，衍射峰越偏左黏土层间距越大[4]。

2.3 腐蚀性

按照标准SY5405-91测定缩膨剂腐蚀性，将N80钢试片放置在一定浓度的缩膨剂中，测定其腐蚀性[5]。

2.4 热稳定性

将溶液放置在90 ℃的环境中若干小时后观察溶液其外观有无变化，是否有沉淀产生，测定其缩膨率并与未处理的缩膨剂进行比较[3]。

2.5 耐冲刷性

在离心法中将缩膨剂处理后的黏土上层清液去除，加入蒸馏水至10 mL，混合均匀，若干小时后1 500 r/min转速下离心15 min，测定黏土的体积，随后将上层清液去除，继续加入蒸馏水至10 mL，混合均匀，若干小时后离心，测定黏土的体积，不断重复，观察黏土体积变化，直到黏土无法离心沉淀[6]。

2.6 与原油的乳化倾向

根据标准SY-T5273-2000测定。

2.7 耐盐性

配置一定矿化度的水溶液，模拟地层水样，将缩膨剂与水溶液配成一定浓度的溶液，放置一段时间，观察其外观有无变化，是否有沉淀产生[7]。

3 缩膨剂的合成及应用

3.1 缩膨剂的合成

目前根据文献调研发现缩膨剂主要以阳离子聚合物为主，根据其结构特点可以将缩膨剂分为季铵盐类、羧-胺类、糖苷类、以及复配类。

3.1.1 季铵盐类

季铵盐是目前最常见的缩膨剂，鲁红升等[2]以相同摩尔的N, N, N′Ｎ′－四甲基乙二胺和1,2-二溴乙烷为原料，在70 ℃下反应，合成了一种低分子季铵盐缩膨剂，缩膨率可达50.3%。李斯迈等[6]合成并评价了7种不同结构的季铵盐，结果表明，只有二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）及聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMD）对于钙基膨润土表现出一定的缩膨性能，最大值为22.86%。张文华等[8]合成了一种双季铵盐，缩膨率最高可达到52.9%。蔡丹[9]在三聚氰胺与氯乙酸钠摩尔比1∶2的条件下合成了一种季铵盐缩膨剂，缩膨率为22.27%。冯浦涌等[10]以聚醚胺、季铵化试剂、AM-DMDAAC得到了一种双季铵盐抑砂防膨剂，缩膨率了达到60%。赵众从[11]以环氧氯丙烷、叔胺、盐酸为原料，合成了一种带有长链的季铵盐，具有一定的缩膨效果。陈文斌等[7]制备了表面活性剂/JC-931聚季铵盐体系，与油房庄长1油藏地层水混合能保持良好的稳定性，配伍良好。谭俊领等[12]合成了一种水溶性双季铵盐缩膨剂，并进行了静态缩膨实验和动态缩膨实验，在静态下缩膨率最高为44.30%，动态下缩膨率最高为33.3%，具有良好的缩膨效果。

3.1.2 羧-胺类

蔡丹[9]合成了羧-胺类缩膨剂，并对其合成条件进行了考察，其中苹果酸与二乙烯三胺摩尔比为1∶1时、酒石酸与三乙烯四胺摩尔比为1∶1时，表现出良好的缩膨效果，缩膨率分别为34.68%、33.33%。陈刚等[13]合成了一种小分子防膨缩膨剂，以胺类和羧酸类以官能团摩尔比1∶1~5反应，最后加入氯化铵，缩膨率在20%以上。

3.1.3 糖苷类

蔡丹[9]利用葡萄糖和等物质量三甲基氯硅烷反应合成了一种三甲基硅烷基葡萄糖苷，其表现出一定的缩膨作用。

3.1.4 复配类

复配类缩膨剂往往含有多种组分，一般是胺类和季铵盐与无机酸或无机盐复配，并在实际生产中展现出良好的增注降压效果。景云天等[14]以杂胺和混合酸质量比1∶3得到一种有机铵盐溶液，浓度为1.0%时缩膨率最大可达54.50%。杜彪等[15]用二甲基二烯丙基氯化铵、过硫酸铵、亚硫酸钠、多乙烯多胺、次氯酸钠、无机非氧化性中强酸合成了一种具有一定的缩膨性能的缩膨剂。曲占庆等[16]将缩膨剂、盐酸、氢氟酸、多氢酸复合用于商河油田商三区块储层解堵，达到增注增油的目的。王继刚等[17]以盐酸、三甲胺溶液、十六烷基三甲基溴化铵、环氧氯丙烷液体为原料，合成了一种防膨缩膨剂，能够达到有效改善油层渗透率的目的。

王毓贤等[18]将聚二甲基二烯丙基氯化铵与氯化铵、氯化钾进行复配制成了一种缩膨剂，能够实现降压增注的效果。刘国华等[19]以羟丙基三甲基季铵盐和氯化钾复配得到一种缩膨剂，具有作用面积大，有效期长等优点。胡红福等[20]以聚醚双铵盐、聚乙烯亚胺、盐酸盐合成了一种缩膨剂，该缩膨剂具有良好热稳定性和耐冲刷性好，缩膨效果明显，并且防膨效果持久。周逸凝等[21]将一种复合缩膨剂应用到安家庄油田中，单井注水量增加明显，增油现象显著。

3.2 缩膨剂的应用

虽然缩膨剂合成方面的相关报道较少，但在水敏性低孔低渗透区块已经实现应用，一般采用多段塞处理地层，处理后注水的注入压力明显下降，并且具有较长的有效期。

孙华慧等[22]用HD-1型黏土防膨缩膨剂对两块岩心渗透率平均恢复率为87.06%，应用到吉林油田低孔低渗透区块，该井油压19.0 MPa，加入缩膨剂后注入压力降4 MPa，有效期达15个月，累计增注5 480 m3。取得了良好的施工效果。张建忠等[23]合成了一种低分子阳离子聚合物BSA－102缩膨剂，并将其应用于青海油田采油二厂乌南试验区块，注水压力为31 MPa，配注20 m3/d，加入缩膨剂后，注水压力下降到28 MPa左右，并且长期保持稳定。范春等[24]将缩膨剂应用到文东油田四个区块中，增注增油效果显著，累计增加油量510.4吨。尹祥翔等[25,26]合成了一种EXHCS缩膨剂，将1.0% EXHCS的缩膨剂和1.0% HCS－G结合应用到东区克下组区块，可较水驱增加14.31%的驱油效率，并且具有一定的抗高温性能。郭得龙等[27]缩膨剂加入到昆北油田切12区块中，注水量迅速得到恢复。崔新栋等[28]将XSP-1缩膨剂应用到史115-11井中，平均配注33 m3，注水压力29.5 MPa，加入缩膨剂后配注增加15 m3，注水压力下降3 MPa。杨建华等[29]将缩膨剂应用到濮城油田文、卫、濮结合部区块，加入缩膨剂处理后配注增加36 m3，注水压力下降7 MPa，有效期达到180天。孙治国[30]在纯32-16井中加入45 m3缩膨剂，注水压力下降8 MPa，并长期保持稳定。

3.3 市场上缩膨剂产品

RUN缩膨剂，东营盛世石油科技公司生产；CK301防膨缩膨剂，陕西长凯石油能源有限责任公司生产；HJZ-200防膨缩膨剂，开封市恒聚生物科技有限公司生产；XT-13缩膨剂，新乡市玄泰实业有限公司生产。

4 总结与展望

缩膨剂相关研究尚在起步阶段，目前主要以季铵盐和阳离子聚合物与无机盐、无机酸的复配为主，在实际应用中经过缩膨剂处理后，能起到明显降压增注的效果，并且具有有效期长，处理半径大的优点。在缩膨剂的研发中，除缩膨率外其他指标也十分重要，要考虑缩膨剂对储层环境及原油性能的影响，应尽可能满足绿色环保的要求。

目前缩膨剂没有关于缩膨率的评价标准，目前均参照防膨剂的标准采用离心法，但具体操作与计算仍存在差异，导致不同文献中产品的缩膨率无法比较，因此应尽快建立缩膨率的统一标准。

目前我国大部分油田通过注水的方式提高采收率，对于水敏油藏，外部水易导致黏土矿物的水化膨胀和分散运移，降低渗透率，缩膨剂需求市场巨大，对水敏油藏的开采具有非常广泛的应用前景。

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Research Progress of Shrinking Agents

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（Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Dalian 116045, China）

Shrinking agent is an oilfield additive. The swelled clay can be dehydrated and shrank after being treated with the shrinking agent, which can increase the seepage space of the reservoir and restore the permeability of the reservoir to a certain extent, at the same time, it generally has a certain anti-swelling ability. In this article, the research progress of shrinking agents was introduced. At present, research on shrinking agents is mainly carried out at home, and many shrinking agents have been applied to water-sensitive reservoirs, and the application has achieved good results in reducing pressure and increasing injection.

Shrinking agent; Clay; Hydration swelling

2020-03-27

赵凯强（1991-），男，助理工程师，硕士，山东省滨州市人，2017年毕业于中国石油大学(北京)化学工程与技术专业，研究方向：从事油田化学品助剂的开发。

TE 357

A

1004-0935（2020）05-0546-04