对于粘土稳定剂的综述
一.简述
粘土矿物广泛存在于油层中，全世界97 ％的油层都不同程度地含有粘土矿物。粘土矿物主要有蒙脱石、高岭石、伊利石（水云母）、绿泥石、伊蒙混层、绿蒙混层六大类。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10Lm 的细小颗粒。在正常情况下, 从上层到下层, 含油储层中蒙脱石含量减少, 伊利石含量增加, 高岭石在一定深度消失, 绿泥石主要分布在深层。这些粘土矿物多由硅氧四面体和铝氧八面体组成层状结构, 其中蒙脱石由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成, 层间表面均为氧层, 联结力弱, 当与水接触时, 水可进入晶层之间,面晶层表面的可交换阳离子在水中解离扩散, 形成扩散双电层, 使片状结构表面带负电, 晶层之间相互排斥, 带负电的片状结构自行分开, 产生膨胀, 故蒙脱石属膨胀型粘土矿物, 粘土膨胀可引起地层渗透率降低。高岭石、伊利石和绿泥石或因层间易形成氢键、联结紧密, 水不易进入层间, 或因阳离子交换容量很小, 水引不起膨胀, 一般地属非膨胀型粘土矿物。在地层流体冲刷下, 非膨胀粘土可分散成片状微粒而运移, 进入地层孔隙, 堵塞喉道, 降低地层渗透率。
我国大多数油藏属砂岩油藏，也普遍含有粘土矿物。通常当油藏含粘土5 ％ ～ 20 ％时， 则认为它是粘土含量较高的油层。如果在开发过程中措施不当，就会造成粘土矿物膨胀、分散和运移，从而堵塞地层孔隙结构的喉部，降低地层的渗透性，产生地层损害，堵塞地层孔道，导致地层渗透率的下降。因此，对粘土含量高、水敏性强的储层，在钻井、固井、注水、压裂、酸化、修井和压井等任何工艺措施中， 只要有水基工作液的侵入，都有可能引起水敏伤害。油层保护中使用粘土稳定剂是保护水敏地层的有效手段。
粘土稳定剂是一种可以有效防止粘土矿物质的水化膨胀和分散转移的物质。正确使用粘土稳定剂是防止粘土矿物对储层渗透率损害，提高油井产量的有效措施。
二.粘土稳定剂分类
为了减轻粘土矿物的损害，各种各样的粘土稳定剂被研究开发和推广应用，这些粘土稳定剂根据化学组成可分为以下几大类：
1. 无机类粘土稳定剂
.酸和盐
50年代，油田开发初期使用各种酸和盐类。酸包括盐酸、、、乙酸等。由于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。盐类如氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙和氯化镁等作为粘土稳定剂, 后来又开发使用了羟基铝、羟基铁、羟基锆等无机阳离子聚合物粘土稳定剂。
无机盐类的防膨机理是减少粘土表面扩散双电层厚度和Zeta 电位, 一个土一个于其中钾盐的防膨效果最好, 使用最多, 原因在于钾离子的直径(0. 266nm ) 与粘土表面由六个氧原子围成的空隙内切直径(0. 280nm )相匹配, 它容易进入此空间而不易从此空间释出, 可有效地中和粘土表面的负电性。
在采油过程中，随着注入水或其他外来水的稀释，地层水中的Na＋ 将重新取代K＋，随着稀释程度的增加， 效果逐渐变差，K＋ 浓度减少到一定程度时稳定粘土的作用就会消失，这类粘土稳定剂不可能象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。这类稳定剂主要用在钻井、压裂、酸化等作业中。总结其特点：主要是价格低廉，短期防膨效果好，但其缺点也极为明显，防膨有效期短，且对抑制微粒运移效果较差。
. 无机阳离子聚合物
其机理是三价和三价以上的金属离子（如A l3+ 、Cr3+ 、Zr3+ 、Zr4+ 、T i4+），这些无机阳离子型聚合物在水中均可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。此外，多核羟桥络离子可以将表面带负电的粘土微粒与带负电的地层表面桥接起来而将微粒固定，防止微粒运移。其优点是防膨有效期较盐和阳离子型表面活性剂都长，缺点是耐酸性差，不适合于碳酸盐含量高的地层，但可以在弱酸条件下使用。其主要有羟基铝、羟基铁、氯氧化锆等，且最好的无机阳离子聚合物是羟基铝和羟基锆。三价铝的多核羟桥络离子(羟基铝) 的通式为：
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