新型高阳离子密度支链季铵聚合物PATSA的制备及其在高效注水开发中的黏土稳定性能与机理研究

为解决传统有机阳离子聚合物(OCP)黏土稳定剂耐温性差、易堵塞储层孔喉的技术难题，研究人员通过乳液聚合法成功制备了具有高阳离子密度的支链三元网络聚合物PATSA。研究证实其可通过季铵盐阳离子静电吸附、苯乙烯疏水屏障及丙烯腈氰基协同作用，有效抑制黏土水化膨胀运移，在高温(120°C)、高黏土含量(9%)及高流速(0.5 mL/min)条件下展现出卓越的储层保护性能，为低渗储层注水开发提供了创新性解决方案。

　　

为攻克传统有机阳离子聚合物(organic cationic polymer, OCP)黏土稳定剂耐温性差、易引发储层孔喉堵塞的技术瓶颈，本研究通过乳液聚合法成功研制了一种新型高阳离子密度支链三元网络聚合物(代号PATSA)。该材料以(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTAC)、苯乙烯(St)和丙烯腈(AN)为功能单体，1,4-二乙烯基苯(DVB)为交联剂构建而成。

通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)与核磁共振氢谱(¹H NMR)验证了PATSA的成功合成。凝胶渗透色谱(GPC)与聚电解质滴定测试显示其数均分子量(M_n)为5.83×10⁴，重均分子量(M_w)达8.72×10⁴(分散指数PDI=1.50)，阳离子电荷密度高达4.6 meq/g。Zeta电位与接触角实验表明，PATSA可通过季铵基团与黏土表面的静电吸附实现电荷反转，促进黏土颗粒聚集以抑制水化膨胀，且不会因润湿性改变导致储层损伤。

岩心流动实验结果表明，在120°C高温、9%高黏土含量及0.5 mL/min高流速的苛刻条件下，PATSA表现出优异的防膨性能、抗冲刷能力及储层保护效果，其抑制黏土颗粒运移与减轻水敏性损伤的效果显著优于对照试剂。通过黏土粒径分析揭示了水敏性损伤与黏土粒径的关联规律；X射线衍射(XRD)显示经PATSA处理后蒙脱石层间距收缩至相对最小值(d₀₀₁=1.559 nm)；扫描电镜(SEM)观测证实，PATSA通过静电吸附与疏水作用有效抑制黏土膨胀分散，且相较于传统OCP处理产生更少的絮凝黏土颗粒聚集体，避免了二次堵塞风险。

机理研究表明，PATSA通过季铵阳离子静电吸附、苯乙烯疏水屏障及丙烯腈氰基的协同机制，实现了对黏土水化膨胀运移的有效防控与水敏性储层损伤的缓解。本研究为低渗透储层注水开发提供了一种兼具高效性与低风险性的储层保护创新策略。