粘土防膨剂的研究可以分为三个阶段,在50年代到60年代后期主要用无机盐类来稳定粘土,在70年代主要用无机多核聚合物和阳离子表面活性剂来稳定粘土,在80年代以后,主要开展了用阳离子有机聚合物稳定粘土的研究和实验。按照阳离子聚合物的特征可以将有机聚合物粘土防膨剂分成三种结构类型:主链型,即阳离子位于聚合物的骨架上;侧链型,即阳离子位于聚合物的侧链上;杂环型,即在聚合物的骨架上含有一个环状结构,阳离子位于环上。大庆油田应用粘土防膨剂作为油层保护技术措施始于90年代初期,大面积推广应用于90年代后期。粘土防膨剂对于油层保护的作用就是防止储层内粘土矿物的水化膨胀和分散运移,堵塞渗流孔道,导致渗透率降低,影响油田开发效果。本文以粘土防膨剂合成技术为研究对象,首先从粘土电性分析、储层水敏性原因分析和粘土矿物类型与水敏性的关系入手,重点对以环氧氯丙烷为原料的主链型防膨剂合成制备进行研究。通过进行室内实验,确定出PTA粘土防膨剂的合理聚合反应时间、反应温度、引发剂用量及单体摩尔比。通过对粘土防膨剂进行室内性能评价表明PTA粘土防膨剂具有良好的抑制粘土水化膨胀能力,是一种理想的长效粘土防膨剂。在室内应用天然岩心试验的基础上,对PTA粘土防膨剂进行现场应用。截止2003年底,大庆油田第五采油厂应用PTA粘土防膨剂进行油层保护措施717口井,有效地提高了新投井的产能,提高了储层的动用程度,改善了油田开发效果,取得了巨额经济效益。在粘土防膨剂合成技术研究应用的基础上,取得了以下五点结论:(1)以环氧氯丙烷和二甲胺为原料合成阳离子粘土防膨剂(PTA)最佳反应时间为5h,反应温度为65℃,引发剂用量为1.0%,单位体积摩尔比为1.5:1。(2)PTA防膨剂对大庆杏南岩芯具有良好的保护作用,其岩屑回收率大于95%,粘土膨胀率小于3%,对岩心的渗透率伤害小于10%。与KCl和NH4Cl相比,具有良好的持久性。(3)PTA粘土防膨剂是通过其表面的正电荷和大分子之间的分子间力强烈地吸附在粘土颗粒表面,防止粘土水化膨胀而起作用的。(4)现场应用实验表明,采用PTA粘土防膨剂射孔液,可使油井的产液强度提高0.9t/d.m,注水井注水强度提高3.31 m~3/d.m,采取油层保护措施后,油井的表皮系数下降了0.22,油井的完善程度得到了改善。(5)油层复合保护剂的措施效果要好于单独使用粘土保护液,全井砂岩及有效吸水厚度比例分别提高26.0和7.3个百分点。