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在石油勘探开发及开采作业中，经常会遇到储层中粘土矿物的水化膨胀问题。储层中粘土矿物的水化膨胀是造成油气储层损害的主要原因，因此粘土膨胀抑制剂成为油田开发过程中必不可少的助剂之一。粘土膨胀抑制剂有着一百多年的发展历程，种类繁多，性能各异。近年来，随着油田的环保要求越来越严格，开发符合环保要求并具备优异粘土膨胀抑制性能的新型粘土膨胀抑制剂的研究受到了广泛关注。 氯化胆碱是胆碱的盐酸盐，它可促进动物体内乙酰胆碱、氨基酸的合成及脂肪的代谢，在动物体内有着重要生理功能，而且对植物的生长有促根壮苗的作用，所以氯化胆碱常被用作饲料添加剂和农作物生长促进剂。氯化胆碱的分子结构中含有季铵盐基团，在石油开采作业中也可用作小阳离子粘土膨胀抑制剂来抑制粘土的水化膨胀，其作为粘土膨胀抑制剂具有优异的环保性能，且对土壤无害。但氯化胆碱作为抑制剂存在抑制性能有限、耐温性差和抑制作用时间短等缺点。本论文针对氯化胆碱分子结构的特点对其进行设计，分别制备了氯化胆碱的三种新型衍生物—氯化亚磷酸三胆碱酯，氯代氯化胆碱和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)，并对氯化亚磷酸三胆碱酯和氯代氯化胆碱的防膨性能进行了研究。 以氯化胆碱与亚磷酸三苯酯为原料通过酯交换法合成氯化亚磷酸三胆碱酯并对所合成的氯化亚磷酸三胆碱酯的防膨性能进行了室内评价，利用傅里叶红外(FT-IR)，X-射线粉末衍射(XRD)，热重(TGA)研究了氯化亚磷酸三胆碱酯与膨润土的水化膨胀抑制作用。结果表明:相同浓度的氯化亚磷酸三胆碱酯的防膨率要比氯化胆碱高;氯化亚磷酸三胆碱酯可使粘土片层的层间距由1.94nm减小到1.40nm，氯化胆碱可使粘土片层的层间距由1.94nm减小到1.50nm，氯化亚磷酸三胆碱酯使抑制粘土层间距缩小的值比氯化胆碱高22.7％。这表明氯化亚磷酸三胆碱酯作为氯化胆碱的新型衍生物的防膨性能优于氯化胆碱。 氯代氯化胆碱通过利用氯化胆碱和二氯亚砜的反应制得，并用红外(FT-IR)，质谱(MS)，核磁(1HNMR)表征了其结构。室内评价结果表明其防膨性能受温度、酸碱性及水洗等因素的影响较小。在温度为95℃时，其防膨率在86％以上;在pH2～12之间，其防膨率均在88％以上;在其溶液质量分数为2％时，抗洗率达92.8％，在其它质量浓度下其抗洗率也都在90％以上。这表明氯代氯化胆碱防膨效果具有较好的持久性。 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)是合成新型聚季铵盐类粘土膨胀抑制剂的一种性能优异的阳离子单体。本论文首次以氯化胆碱和甲基丙烯酸为原料通过Steglich酯化法一步合成甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)，所选择的催化剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)，脱水剂为N，N-二环己基碳二亚胺(DCC)，经重结晶目标产物收率达76％以上。该反应能在室温下反应，具有工艺简单，易于控制等优点。