低(di)(di)(di)滲透(tou)致(zhi)密氣(qi)(qi)、頁(ye)巖氣(qi)(qi)等非常規天然氣(qi)(qi)正逐(zhu)漸成(cheng)(cheng)為(wei)我國(guo)油(you)氣(qi)(qi)勘(kan)探開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)體，2020年(nian)，非常規天然氣(qi)(qi)產量占我國(guo)天然氣(qi)(qi)總產量的(de)(de)(de)(de)39.3%，低(di)(di)(di)滲透(tou)氣(qi)(qi)藏在(zai)天然氣(qi)(qi)開(kai)發(fa)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)地(di)位越來(lai)越重要(yao)。然而(er)，低(di)(di)(di)滲透(tou)氣(qi)(qi)藏孔喉(hou)(hou)(hou)細(xi)小、親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)強(qiang)(qiang)、初始(shi)含水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)飽和(he)度低(di)(di)(di)，在(zai)鉆(zhan)完(wan)井過(guo)(guo)程中(zhong)，水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)相(xiang)在(zai)毛細(xi)管(guan)力(li)作(zuo)用下進入并滯留于(yu)儲層內的(de)(de)(de)(de)狹長孔喉(hou)(hou)(hou)中(zhong)，導致(zhi)氣(qi)(qi)相(xiang)滲透(tou)率(lv)下降(jiang)(jiang)，極(ji)易引發(fa)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)損(sun)害。防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)劑(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用原理是通過(guo)(guo)降(jiang)(jiang)低(di)(di)(di)細(xi)小孔喉(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)毛細(xi)管(guan)力(li)和(he)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)反(fan)(fan)轉(zhuan)(zhuan)作(zuo)用，減小液相(xiang)的(de)(de)(de)(de)侵入和(he)返(fan)排(pai)時的(de)(de)(de)(de)黏滯阻(zu)力(li)。現(xian)有(you)(you)防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)劑(ji)(ji)(ji)(ji)以常規的(de)(de)(de)(de)碳(tan)氫表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)氟碳(tan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)為(wei)主(zhu)，兩者均可通過(guo)(guo)降(jiang)(jiang)低(di)(di)(di)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)相(xiang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)張力(li)和(he)改變巖石表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)性(xing)來(lai)實現(xian)防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)。然而(er)，碳(tan)氫表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)僅能(neng)實現(xian)中(zhong)性(xing)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)，難以進一(yi)(yi)步提升潤(run)(run)(run)反(fan)(fan)轉(zhuan)(zhuan)性(xing)能(neng)；氟碳(tan)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)雖具有(you)(you)良好的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)和(he)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)反(fan)(fan)轉(zhuan)(zhuan)性(xing)能(neng)，但(dan)成(cheng)(cheng)本(ben)高昂，現(xian)場(chang)應用受限，因此亟需一(yi)(yi)種適用于(yu)低(di)(di)(di)滲透(tou)氣(qi)(qi)藏鉆(zhan)完(wan)井的(de)(de)(de)(de)高性(xing)能(neng)、低(di)(di)(di)成(cheng)(cheng)本(ben)防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)劑(ji)(ji)(ji)(ji)。有(you)(you)機硅(gui)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)是一(yi)(yi)類疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鏈，主(zhu)要(yao)為(wei)聚二(er)甲基硅(gui)氧烷，親(qin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鏈為(wei)各種極(ji)性(xing)基團的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)，相(xiang)較于(yu)傳統的(de)(de)(de)(de)碳(tan)氫疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鏈具有(you)(you)更(geng)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)性(xing)，表(biao)現(xian)出更(geng)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)和(he)潤(run)(run)(run)濕(shi)(shi)反(fan)(fan)轉(zhuan)(zhuan)能(neng)力(li)。采用雙端含氫硅(gui)油(you)（DHSO）、烯丙基縮(suo)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)甘油(you)醚（AGE）、三甲胺鹽(yan)酸鹽(yan)（TMHC）等通過(guo)(guo)硅(gui)氫加成(cheng)(cheng)和(he)環(huan)氧基開(kai)環(huan)反(fan)(fan)應合成(cheng)(cheng)了(le)(le)一(yi)(yi)種陽離子有(you)(you)機硅(gui)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)活性(xing)劑(ji)(ji)(ji)(ji)DAT，并配合助劑(ji)(ji)(ji)(ji)構建了(le)(le)有(you)(you)機硅(gui)防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)劑(ji)(ji)(ji)(ji)DAH，并系統評價了(le)(le)其(qi)(qi)防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)性(xing)能(neng)，探究(jiu)了(le)(le)其(qi)(qi)防(fang)(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)鎖(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)機理。

1.實驗部分

1.1主要試劑與儀(yi)器

主要試(shi)劑(ji)：雙(shuang)端含氫硅油（DHSO），工業(ye)級(ji)；烯丙基(ji)縮水甘油醚（AGE），三甲胺(an)鹽(yan)酸鹽(yan)（TMHC），化學純(chun)；鉑催化劑(ji)，分析(xi)純(chun)；非離(li)子有機硅表(biao)面活性(xing)劑(ji)，實驗室自制；聚硅氧烷消泡劑(ji)，工業(ye)級(ji)；異丙醇，無水乙醇，分析(xi)純(chun)；四川盆(pen)地侏(zhu)羅系露頭砂巖(yan)巖(yan)心，直徑(jing)為24.5～25 mm，長度(du)為99～101 mm，氣測滲透率為1.12～1.35 mD，孔隙度(du)為12.68%～13.76%。

主要儀器：OCA-25型光學接觸角測定儀、Kibron表面張力儀，ME204E型精密(mi)天(tian)平，LDY50-180型巖(yan)心流動儀(yi)(yi)(yi)，Nicolet IS50傅里葉變(bian)換(huan)紅外光譜儀(yi)(yi)(yi)，Bruker AV II-600 MHz核磁(ci)共振波譜儀(yi)(yi)(yi)，Zeta sizer Nano Zs，Genimi 300熱場(chang)發射(she)掃(sao)描電子顯(xian)微鏡，Inca Energy X-max 50 X射(she)線(xian)能譜儀(yi)(yi)(yi)。

1.2制(zhi)備方法

1.2.1陽離子有機硅(gui)表面活性劑DAT的合(he)成與(yu)表征

1）中(zhong)間(jian)體雙端環(huan)氧(yang)基(ji)改性聚(ju)(ju)硅氧(yang)烷（DEPS）的合成(cheng)。按比例依次(ci)于三口燒瓶中(zhong)加(jia)入(ru)雙端含氫硅油（DHSO）和(he)烯丙基(ji)縮水甘油醚（AGE），再加(jia)入(ru)單(dan)體總質量(liang)30%的異丙醇，接(jie)通(tong)冷凝管(guan)，打開磁力攪拌，通(tong)入(ru)氮氣30 min，三口燒瓶升溫(wen)至一(yi)定(ding)溫(wen)度后，再滴加(jia)一(yi)定(ding)量(liang)的鉑催化劑(ji)的異丙醇溶(rong)液，保(bao)持此溫(wen)度反(fan)應數小時后停(ting)止反(fan)應。將反(fan)應產(chan)(chan)物在80～85℃下減壓蒸餾30 min脫去(qu)溶(rong)劑(ji)，得到透(tou)明的淡黃色反(fan)應產(chan)(chan)物，即為雙端環(huan)氧(yang)基(ji)改性聚(ju)(ju)硅氧(yang)烷（DEPS），采用(yong)滴定(ding)法測(ce)定(ding)DHSO的轉化率。

2）陽離子有機硅(gui)表面活(huo)性劑DAT的(de)合成。將雙端環氧(yang)基改(gai)性聚(ju)硅(gui)氧(yang)烷（DEPS）和三甲(jia)胺(an)鹽酸鹽（TMHC）按物質的(de)量比1∶2.2加入(ru)裝有攪拌器、溫度(du)計和冷凝管的(de)三口燒瓶中，再加入(ru)單體(ti)總(zong)質量80%的(de)無(wu)水乙醇作為溶劑，70℃下攪拌反(fan)應4 h，停止(zhi)反(fan)應，減壓蒸餾(liu)去(qu)除乙醇，得(de)到(dao)淡黃(huang)色透(tou)明液體(ti)，即為陽離子有機硅(gui)表面活(huo)性劑DAT。

1.2.2防水鎖劑(ji)DAH的構建

為(wei)了獲得更好的性能和使用效果，在陽離(li)子有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)表(biao)面(mian)活性劑(ji)DAT中加入適量(liang)非(fei)離(li)子有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)表(biao)面(mian)活性劑(ji)和聚(ju)硅(gui)(gui)氧烷消泡(pao)劑(ji)，構(gou)建了有(you)(you)機(ji)硅(gui)(gui)防水(shui)鎖劑(ji)DAH。

1.3微觀表征

1.3.1傅里葉紅(hong)外(wai)光譜

為了對原料、中間產(chan)物、產(chan)物進行化(hua)學(xue)結構表(biao)征，采用ATR法對DHSO、DEPS和DAT進行傅里葉紅(hong)外光(guang)譜測(ce)試(shi)，將適量(liang)樣片滴加在ATR附件表(biao)面(mian)，使樣品(pin)剛好完全覆蓋鍺晶體(ti)表(biao)面(mian)，掃描范圍為400～4000 cm?1。

1.3.2核(he)磁共振氫譜譜

取適量陽(yang)離子有(you)機(ji)硅(gui)表面活性劑DAT于核磁共振樣品管，加入氘代(dai)氯(lv)仿（CDCl3）作為溶(rong)劑，以(yi)四甲基硅(gui)烷（TMS）為內標物，在室溫下使用Bruker AV II-600 MHz核磁共振波譜儀(yi)進行檢(jian)測。

1.3.3 Zeta電位

將防(fang)水鎖劑DAH配制成0.1%、0.2%、0.5%、1.0%濃度(du)的水溶液，使用Zeta sizer Nano電位儀測定各濃度(du)水溶液的Zeta電位。

1.3.4巖心元素分析(xi)與表面形(xing)貌

將充(chong)分(fen)打磨(mo)后的砂巖巖心片(pian)置于(yu)一(yi)定濃(nong)度的DAH溶液中，浸泡10 h，取出后在室溫下(xia)晾干(gan)。采用掃描(miao)電子顯(xian)微鏡（SEM）研究防水(shui)鎖劑DAH處理前(qian)后巖心的表面形貌；采用X射線能譜儀(yi)（EDS）測定防水(shui)鎖劑DAH處理前(qian)后巖心表面元(yuan)素(su)的含量變(bian)化(hua)。

2.結果與討論

2.1合(he)成與表(biao)征(zheng)

2.1.1合成(cheng)條(tiao)件優化

異丙醇占單(dan)體總質量(liang)的(de)30%，設計(ji)正交(jiao)實驗(yan)來確(que)定中間體雙端環氧(yang)基改性(xing)聚硅(gui)氧(yang)烷（DEPS）合成(cheng)的(de)最(zui)佳條件，四(si)個(ge)影響因子(zi)分(fen)別為DHSO與AGE的(de)物(wu)質的(de)量(liang)比、反應溫度、反應時間、催化劑加(jia)量(liang)（以鉑記，對單(dan)體總質量(liang)），對每個(ge)因子(zi)設定3個(ge)水(shui)平(ping)。正交(jiao)實驗(yan)優化反應條件見表1。

表1正交實驗(yan)優化反應條件

由表1可知，4種因素(su)(su)對轉化(hua)率影響程度(du)依(yi)次(ci)為(wei)(wei)反應溫(wen)度(du)>反應時間(jian)>單體(ti)物質的量(liang)比>催(cui)(cui)化(hua)劑加(jia)量(liang)。在(zai)此(ci)基礎(chu)上，結合(he)單因素(su)(su)分析實驗，確定最佳合(he)成(cheng)條(tiao)件為(wei)(wei)n（DHSO）：n（AGE）=1∶2.2，反應溫(wen)度(du)為(wei)(wei)85℃，反應時間(jian)為(wei)(wei)6 h，催(cui)(cui)化(hua)劑加(jia)量(liang)為(wei)(wei)0.004%。在(zai)此(ci)條(tiao)件下進行(xing)中間(jian)體(ti)DEPS的合(he)成(cheng)實驗，得(de)到單體(ti)轉化(hua)率為(wei)(wei)93.65%。

2.1.2合成產(chan)物表征

由圖(tu)1可知，在DHSO的(de)紅外(wai)(wai)(wai)光譜中(zhong)，2126 cm?1處(chu)為Si—H的(de)伸(shen)縮振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)吸(xi)(xi)收峰(feng)(feng)，1013 cm?1處(chu)為Si—O—Si伸(shen)縮振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)峰(feng)(feng)，1257 cm?1、787 cm?1處(chu)為—Si(CH3)2—的(de)特征(zheng)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)峰(feng)(feng)，2962 cm?1處(chu)為—CH3和—CH2中(zhong)C—H鍵的(de)伸(shen)縮振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)峰(feng)(feng)；與(yu)DHSO的(de)紅外(wai)(wai)(wai)光譜相比(bi)，DEPS的(de)紅外(wai)(wai)(wai)光譜中(zhong)，2126 cm?1處(chu)Si—H的(de)伸(shen)縮振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)吸(xi)(xi)收峰(feng)(feng)消失，表明(ming)硅(gui)氫加成(cheng)反應成(cheng)功(gong)進行；與(yu)DEPS相比(bi)，DAT的(de)紅外(wai)(wai)(wai)光譜中(zhong)，3294 cm?1處(chu)出現—OH的(de)伸(shen)縮振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)吸(xi)(xi)收峰(feng)(feng)，—OH是環氧基開(kai)(kai)環產生的(de)，1080 cm?1為C—N的(de)伸(shen)縮振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)吸(xi)(xi)收峰(feng)(feng)，1439 cm?1為—N(CH3)3的(de)特征(zheng)峰(feng)(feng)，表明(ming)DEPS中(zhong)的(de)環氧基成(cheng)功(gong)開(kai)(kai)環與(yu)TMHC發生加成(cheng)反應。

圖(tu)1 DHSO、DEPS、DAT的紅(hong)外光譜圖(tu)

圖2中(zhong)DAT的1H-NMR譜化(hua)學位移歸(gui)屬為(wei)：0.01(aH)，0.1(bH)，0.45(cH)，1.53(dH)，3.4(eH)，3.6(fH)，4.32(gH)，3.55(hH)，5.71(iH)，3.35(jH)，7.3(CDCl3溶劑峰)。

圖2 DAT的核磁共(gong)振氫(qing)譜圖

綜合紅外譜圖和(he)核磁(ci)共振氫譜可(ke)知，DAT中存在著—Si(CH3)2—、Si—O—Si、—OH、—N(CH3)3、CH2—O—CH2等基團，證明了DAT的成功合成。