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油田开发用化学剂及其作用.doc油田开发用化学剂及其作用.doc -- 10 元

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油田开发用化学剂及其作用1酸化压裂中化学剂的作用1.1酸化中化学剂的作用用于酸化的酸一般为盐酸或土酸,特殊情况下也可考虑用有机酸,如甲酸、乙酸、氨基磺酸和氯乙酸进行碳酸盐岩的酸化,其优点是比无机酸腐蚀性小,而且反应速度慢,可以实现地层深部酸化。但有机酸成本高,酸溶能力相对较差,所以应用不如无机酸广泛。除了盐酸和土酸外,可以选用的无机酸还有磷酸、硝酸、地层自生酸等。酸化过程中为了达到良好的增产效果,必须选择合适的酸液添加剂以满足特定的酸液性能要求。常用的化学剂如下1增稠剂增稠剂,又称之为胶凝剂,主要用于提高酸液的粘度,延缓反应活性物质向岩石矿物表面的传递速率,降低酸液向地层的滤失。同时还可起到降低摩阻的作用。常用的增稠剂有丙烯酰胺共聚物,乙烯类共聚物,纤维素(CMC、HEC)、杂多糖、脂肪胺等其它类聚合物。2用于乳化酸、泡沫酸液体系的乳化剂和发泡剂乳化剂和发泡剂通常选用非离子型表面活性剂。此外有机胺的季铵盐、烷基酚乙氧基化合物、氧化乙烯氧化丙烯丙烯乙二醇的三元共聚物和烷基或芳基聚乙氧基磷酸酯等都是较好的表面活性剂。3防地层伤害化学剂在酸化过程中,酸液与岩石反应产物堵塞孔隙,或颗粒运移、或者是粘土膨胀作用而导致地层渗透率的下降,造成地层伤害。使渗透串下降,对地层形成伤害。常用AlOH3、ZrCl2或季铵盐类聚合物作为粘土稳定剂、防膨剂。此外,用磺化水杨酸、柠檬酸、二羟基马来酸、乙二胺四乙酸、乳酸、葡萄糖酸、氮川三乙酸、柠檬酸和醋酸的混合物以及盐酸羟胺NH2OHHCl、柠檬酸和葡萄糖δ内酯的混合物等作为Fe2的稳定剂。4防垢剂防垢剂除用于酸化外亦可用于注水和三次采油。防垢剂有乙醇乙氧磺酸、低相对分子质量乙烯基磺酸盐、甲基丙烯酸甲酯乙二胺共聚物和乙二胺四乙酸等。当饱和地层流体冷却或生产井附近压力下降时,可能产生石膏结垢。除垢用乙酸钾。乙醇钾、柠檬酸钾、碱溶液等清洗井筒。用乙二胺四乙酸整合剂溶解碳酸钙沉淀。5缓蚀剂缓蚀剂用于油井酸化防腐蚀。主要用醛类如甲醛和硫醇、聚醚、烷基磺酸盐、吡啶类化合物如氯化基吡啶以及炔醇等。1.2压裂中化学剂的作用1增粘剂增粘剂主要用于增加压裂液的粘度,以利于携砂和降滤失,还有降低摩阻的作用。常用聚多横加瓜胶及其衍生物。其中以HPG羟丙基瓜胶和CMHPG羧甲基羟丙基瓜胶为最好,不溶物在压裂液中质量分数小于2%并且高温稳定性好。HEC用于不需交联且有较长破胶期的压裂液体系。因为HEC交联很困难,所以尽管它有不伤害地层的优良性质,但由于上述原因使它的使用受到限制。其他增粘剂有丙烯酰胺十二烷基甲基丙烯酰胺共聚物、聚乙烯基醇等聚合物,均具有较好的热稳定性。用于油基压裂液的增粘剂有轻度磺化的聚苯乙烯和各种磷酸酯。2降滤失剂降滤失剂用以降低流体从裂缝向地层和地层间天然大小裂缝漏失的速率。常用硅粉、油溶性树脂、柴油乳状液等。3交联剂交联剂用以交联高分子产生具有较高胶体强度的冻胶,提高携砂能力以及高温下胶体悬砂能力。常用的交联剂为有机钛酸盐、硼酸盐和锆盐。有机锆酸盐可作为HEC的交联剂。锑酸盐和铝化物用来作为聚多糖的交联剂,此外还有聚胺类如四亚甲基二胺可加速交联反应。4破胶剂在压裂地层后,为使冻胶便于返排而使用破胶剂使其破胶。常用酶作为破胶剂、用于低于60℃的井下条件,过氧化物或者是氧化一还原破胶体系适用于高温地层。5化学稳定剂当温度高于225℃时,为减缓聚多糖的氧化降解.使用高温稳定剂,主要有甲醇、硫代硫酸钠、二硫代氨基甲酸钠、咪唑硫代衍生物、硫杂咪唑和其他杂环化合物等。此外,煅烧白云石和Ca2、Cu2盐能提高HEC的热稳定性。6杀菌剂为防止耗氧菌对压裂液在搅拌和储存过程中的降解,常用戊二醛、氯苯、季铵盐、硫杂咪唑衍生物作为杀菌剂。7pH缓冲剂pH缓冲剂一般有NaHCO3、Na2CO3、醋酸、富马酸、甲酸等。2注水中化学剂的作用水对生命和人类的活动来说,具有极其重要的意义。水大量的存在于自然界,是地球上分布最广的物质之一。据估计地球上总储水量约为13.56亿kma,其中海洋占92.2%,陆地占2.8%,而淡水仅占0.64%。水是一种优良的溶剂,自然界的水实际上是一种含有各种微小杂质的溶液。它除了含有被溶解的地层和岩石中的各种矿物质外,还含有被镕解的各种气体、石机物质以及混杂其中的各种小砂粒、悬俘物和胶体物质。自然界中的水一般都要经过一定的净化处理才能用十生活饮用和工业生产。随着现代化工业的快速发展和人口的增加,水污染和水资源缺乏问题日趋严重。因此,合理利用洁净水资源,科学处理、循环利用废水资源,有效保护生态环境,越来越受到人们的重视。在石油的生成、运移和储集的过程中,石油的主要天然伴生物是水。在油藏勘探开发初期,通常情况下,原始地层能量可将部分油、气、水液体驱向井底,并举升至地面,以自喷方式开采,称之为一次采油一次采油采出液含水率很低。但是,如果油藏封闭良好,边水补充不足,原始地层能量递减很快,一次采油方式难以维持。为获得较高采收率,需向地层补充能量,实施二次采油,二次采油有注水开发和注气开发等方式。日前全国各袖田绝大部分开发井都采用注水开发方式,即注入高压水驱动原油使其从油井中开采出来。但经过一段时间注水后,注入水将随原油被带出,随着开发时间的延长,采出原油含水率不断上升。油田原油在外输或外运之前必须将水脱出,合格原油允许含水率为0.1%以下。脱出的水中主要污染物为原油,此污水又是在油田开发过程中产生的,因此称为油田含油污水。由此可见,污水主要来自原油脱水站,及联合站内各种原油储罐的睹罐底水、将含盐量较高的原油用其他清水洗盐后的污水再者,为了提高注水量,有效地保护井下管柱,需定期对注水井进行洗井作业.为减少油区环境污染,大部分油田都将洗井水建网回收进入污水处理站此外,随着人们生活质量的提高,国家进一步加大环境保护的力度,石油行业也严格了环保规定,要求将钻井污水、井下作业污水、油区站场周边工业废水等,全部回收处理净化,减少污染。2.1处理利用的重要性如果含油污水不合理处理回注和排放,不仅使油田地面设施不能正常运作,而且会因地层堵塞而带来危害,同时也会造成环境污染,影响油田安全生产。因此必须合理的处理利用含油污水。随着油田注水开发生产的进行带来了两大问题。一是注入水的水源问题,人们希望得到能量人而稳定的水源,油田注水开发初期注水水源是通过开采浅层地下水或地表水来解决,过量开采清水会引起局部地层水位下降,影响生态环境是原油含水量不断上升,含油污水量越来越大,污水的排放和处理是个大问题,大量含油污水不合理排放会引起受纳水体的潜移性侵害,污染生态环境。在生产实践巾,人们认识到油田污水回注是合理开发和利用水资源的正确途径。2.2腐蚀防护与环境保护众所用知,水对金属设备和管道会产生严重的腐蚀。油田含油污水由于矿化度高,又溶解于不同程度的硫化氢、氧化碳等酸性气体及溶解氧,这样的污水回收处理回注地层会对处理设施、注水系统产生腐蚀。例如某油田一条钢质污水回注管线一年内腐蚀穿孔123次,注水泵一般运转615天即因腐蚀被迫停产,点蚀深度达到4毫米。由于油田搞水水质十分复杂,污水中大量成垢盐类随着温度、压力变化,以及与不同水体的混合,将出现结垢、堵塞现象。例如,某油田一口油井投产仅10天,集油管就因结垢而被堵死,先后更换6次管线,最后被迫关井。污水小含有大量有机物质,加上适宜的温度范围为有害细菌提供了良好的滋生环境。例如某南方油田注水泵,由于细菌生长,泵吸入口滤网出现了粘膜,使其发生了堵塞。又如,某油田污水中含硫酸盐还原菌达7.5X104个/ml另一油田污水铁细菌含量则达到1.5X105个/m1。细菌增生严重制约了油出污木处理和泞水系统的正常正产。针对我国目前污水处理现状,各陆上油田污水基本邦进行处理回注,最大限度地减少污水直接外排。从而达到丁保钟环境的目的。另外,针对油田污水腐蚀、结垢和细菌增生造成的危害,应采取有力的缓蚀、阻垢和杀菌措施,不断提高和改进油田水处理技术,充分预防对金属设备、管道和注水系统设施产生较严重的腐蚀。2.3合理利用污水资源由于现代工业的迅速发展和城市人口的增加,生活用水和工业用水量急剧增加,因此不少国家颇感水源不足。解决水源缺乏的办法之一是提高水的循环利用率。石油行业注水开发油田,随着开采时间的延长采出污水量逐渐增加,将油田污水经处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。如果污水处理回注率为100%,即不管原油含水率多高,从油层中采出的污水和地面处理、钻井、作业过程排出的污水全部处理回注,那么注水量中只需要补充由于采油造成地层亏空的水量便可以了。这样.不仅可以节省大量清水资源和取水设施的建设费用、而且,使油田污水资源变废为宝,实现可持续发展,提高油田注水开发的总体技术经济效益。在油田污水处理过程中,为形成防治设备及管线腐蚀、结垢、降低胶体、悬浮颗粒含量和抑制有害细茵增生等的环境条件,所加入的化学药剂统称为污水处理剂。主要有缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、混凝剂和除氧剂等。从20队纪70年代起,我国将水处理剂应用于工业冷却水系统。油田含油污水处理处于初级阶段,除了从国外引进专门的药剂外,多采用原有的循环冷却水系统的水处理药剂。所投加的处理药剂多为简单的大机化合物,如石灰、二氧化碳、硫酸铁、氯气、亚硫酸钠和无机磷酸盐等。随着油团开发水平的不断提高和科技进步,对水处理剂的要求也不断提高,促进了油田污水处理剂的更新和发展。为更合效地达到缓蚀、阻垢、杀菌和净化的目的,更好地降低污水对环境的污染,逐步开发研制出新型、高效的有机水处理剂,以及同时具有缓蚀阻垢或杀菌阻垢、杀菌除氧等多种功能的水处理剂。目前所使用的油田污水处理剂,以有机化合物为主,大都是几种有机物化合的复合配方。从而弥补单一药剂的局限性,提高油田污水处理效果。3.提高采收率中化学剂的作用3.1化学驱中化学剂的作用1碱驱。碱驱油技术是三次采油技术中研究应用最早的。但由于碱耗和其可操作碱浓度范围过窄,一直没有形成规模应用。碱驱油机理是碱水注入后,碱与原油中的极性物质有机酸类物质反应生成表面活性剂,而原油中存在的重质油如沥青质、胶质等所含的羧酸、羧基酚、卟啉等与之协同作用,使得油水界面张力和界面粘度降低,并产生润湿性反转形成水包油、油包水和多重乳状液从而改变了毛细管力、附着力和驱动力,使原来不流动的残余油通过夹带、聚并重新处于可流动状态,从而提高采收率。碱不仅改变了油水界面张力,而且也改变了岩石与油、岩石与水之间的界面张力。碱驱后期。含油量很低,油相不连续,油珠被滞留成为碱驱残余油。2聚合物驱。聚合物驱油技术对我国油藏的物化环境有较强的适应性,经过多年的研究,矿场试验也已取得全面成功,至今该技术已在油田进行工业化推广应用,并取得了较好的驱油效果,但提高采收率的幅度还不够高。3表面活性剂驱。表面活性剂驱油技术的出现大大提高了采收率,但矿场试验表明,表面活性剂驱成本太高,在经济上难以过关。这就为复合驱技术的出现打下了伏笔。表面活性剂驱油机理十分复杂,大致有两种情况一种是稀表面活性剂体系,这是指表面活性剂浓度低于2%的低界面张力溶液体系。为了提高稀表面活性剂溶液渗流过程中抗吸附、抗二价离子沉淀的能力,常加入其它助剂,典型配方如石油磺酸盐l%尿素4%六偏磷酸钠0.2%,用1.3%NaC1水溶液配置成无醇体系。此稀表面活性剂体系驱油时,由于油水界面张力降低,使水驱残余油乳化变形拉伸成长条状或丝状,形成油珠渗流,增加了油的流动性,易于聚并形成油墙。另一种是微乳液驱油体系,这是指由水、油、表面活性剂和助表面活性剂等4种组分形成的透明或半透明稳定体系。微乳液与水驱残余油珠接触,改变了原来油水界面膜的性质,发生互溶作用,形成极易聚并的乳状液,推动水驱残余油流动,最后富集、聚并成高含油饱和带被采出。4三元复合体系ASP驱油体系驱。在上世纪8O年代中期,复合驱技术从三次采油技术中脱颖而出。由于碱、表面活性剂和聚合物间的协同效应,使得各化学剂的使用浓度都很低,这样不仅大大降低了成本,而且大大提高了原油采收率。目前一般使用的三元复合体系属于无醇的稀表面活性剂体系。复合驱油技术综合了碱、表面活性剂和聚合物单独驱油的优点,是一种效率高、适用油田广的驱油技术,在我国具有良好的应用前景。3.2三次采油化学助剂进展1碱。碱是最早用于三次采油的。目前在三次采油中应用的碱主要是NaOH、Na2CO3和NaHCO3Na3PO4和Na2HPO4等。在实际的驱油体系中多使用两种或两种以上的碱复配使用,而且考虑到地层和复合体系影响,现在有向弱碱配方方向发展的趋势。碱浓度的大小对复合驱体系的性质影响很大。例如,碳酸钠浓度为0.8%的碱水与油的界面张力为0.73mN/m,当该碱液中再加入2000106的聚合物时,与油的界面张力可达到0.002mN/m,而当该复合体系中的碱浓度提高到2%时,界面张力又升到0.63mN/m。而且随着碱浓度的提高,复合体系粘度逐渐下降,这意味着在复合体系中加入少量碱,可以提高体系的流度控制能力。2表面活性剂。在三次采油复合体系配方中,表面活性剂品种很多,主要有石油磺酸盐SPS、烷基芳基磺酸盐、木质素磺酸盐、羧酸盐等。石油磺酸盐是多组分的混合物,它以烷基苯基磺酸盐为主体,还含有茚和满等稠环芳烃磺酸盐。目前,石油磺酸盐和烷基芳基磺酸盐仍是三次采油研究和生产中应用最多的表面活性剂。但是,由于各地原油性质不同造成同馏分油的性质不尽相同,从而使石油磺酸盐表面活性剂的产品性能不稳定,给工业化生产带来麻烦,从而限制了其应用。对三次采油而言,到目前为止,还没有一个普适性的和单一组成的表面活性剂。在三次采油复合体系中表面活性剂均为两种或两种以上表面活性剂的复配体系。目前,在国外一直受重视的研究领域是以木质素为原料合成的三次采油用表面活性剂,由于木质素来源丰富,成本低廉,因此由木质素合成的表面活性剂最有希望应用于三次采油中。研究表明,高锰酸钾、高碘酸钠氧化法和浓硝酸氧化法都能获得高活性的木质素表面活性剂。3聚合物。三次采油复合驱体系要求聚合物与其它化学剂必须有良好的协同作用以增加采收率。同时,还需要对油藏和环境具有良好的亲善性,保证资源充分利用和环境保护。近年来,三次采油聚合物基本上都是以丙烯酰胺为基础的均聚物、共聚物和改性聚合物。目前普遍使用高分子量的阴离子型水解聚丙烯酰胺均聚物在实际应用中存在一些结构缺陷,易发生化学的、物理的和生物的降解和损耗,引起性能大幅度下降,甚至失去使用价值。特别是我国油藏条件复杂,加上复合驱技术要求高,因此提高此类聚合物的性能已成为十分重要的问题。为提高聚合物的耐温抗盐性能,需要从其化学结构上提高对水解作用的稳定性。研究表明,用强酸型离子基团如2丙烯酰胺2甲基丙磺酸盐替代弱酸型离子基团如羧酸基团,增加金属盐的解离度,同时增加联接离子基团的中间桥链的空间位阻,均能有效提高聚合物链上酰胺基团的水解稳定性。3.3三次采油化学助剂发展方向1木质素表面活性剂合成。木质素表面活性剂的重要原料是从制浆造纸过程中产生的废黑液碱法与硫酸盐法造纸或废红液酸法造纸中分离出来的碱木质素或木质素磺酸盐,来源丰富、价格低廉,这方面国内外已经具有一定的研究经验,加上该产品性能稳定,在三次采油中具有非常好的前景。木质素表面活性剂最终与石油磺酸盐表面活性剂复配使用有望成为三次采油普适性表面活性剂。2既有粘作用又有高表面活性的高分子表面活性剂的合成。在三次采油复合驱中既要求增粘作用又要求高的表面活性,采用超声波技术合成羧甲基纤维素CMC与表面活性大单体的共聚物可以获得既有增粘作用又有高表面活性的高分子表面活性剂,从而降低三次采油成本。3耐温抗盐共聚物合成。以丙烯酰胺单体为主,辅以强酸性2丙烯酰胺2甲基丙磺酸盐单体及丙烯酸单体可以合成耐温抗盐型聚合物。该聚合物耐高温抗盐,可使用油田污水配制、降低配注成本。4既有增粘作用又有高表面活性的耐温抗盐型聚合物的合成。在3课题的基础上,采用分子设计思想,在耐温抗盐共聚单体中引入具有表面活性的基团,合成出既有增粘作用又有高表面活性的耐温抗盐型聚合物。
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