油田化学复习总结.doc

油田化学期末复习提纲 张红阳 石油升2011-02班 绪论1、油田化学：是研究油气田在开发过程中化学问题的科学，包括钻（完）井、采油、注水、提高采收率、原油集输等过程。是化学、化工及石油工程等多门学科的结合。主要研究石油工程所用的化学剂和材料的结构、合成原理、合成方法等。2、油田化学内容（1）探索工程技术问题的化学本质；（2）研制化学添加剂和工作液配方；（3）探讨化学协同作用机理；（4）制订油田化学应用技术措施。3、油田化学品的特殊性（1）石油工程性：油田化学品服务石油工程；石油工程是甲方，而油田化学是乙方；油田化学以油田需求为目标；油田化学品在应用中不能够超出现有石油工程工艺及工具的限制。 （2）复合性：油田化学研究的是体系，不是单剂；具有良好的配伍性；复杂性；互补协同性（3）效益性：油田是企业，有投入产出比；油田化学品种类繁多，可替代；经济上可行第二章 油井水泥及其外加剂1、固井的作用：（1）封隔油、气、水层，阻止地层间流体相互窜流，保护生产层；（2）封隔严重漏失层或其它坍塌等复杂地层；（3）支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。（4）良好的固井质量可以提高油气产量的 5%-10%2、波特兰水泥：是研磨得很细的含钙的无机化合物的混合物，在水中能水化和硬化，是目前最常用的水硬性胶凝材料。3、部分氧化物的简写方式：CCaO；SSiO2；AAl2O3；FFe2O3；MMgO；HH2O；SSO3；CHCa(OH)2。4、波特兰水泥的生产流程:原料混配 粉碎 煅烧 冷却熟料研磨5波特兰水泥的的生产工艺：干法与湿法6、水泥熟料矿物中主要成分是C3S和C2S。7、C3S特点：（1）硅酸三钙是在常温下存在的介稳的高温型矿物。（2）由于Mg2+、Al3+进入C3S结构中形成固溶体，外来的组分占据了晶格结点的部分位置，破坏了节点排列的有序性，引起周期势场的畸变，造成结构不完整。 （3）C3S结构中钙离子具有较高的活性，成为活性阳离子，容易进行水化反应。（4）在形成固溶体结构时，为了保证电中性，结构中出现部分离子空位缺陷，提高了C3S水化活性。实验表明，固溶程度越高，矿物活性越高。8、不稳定顺序是：C3AC4AFC3SC2S。 9、水泥水化速度是指单位时间内水泥的水化程度或水化深度。而水化程度是指某时刻水泥已发生水化的量与完全水化的量的比值。10、影响水化反应的因素：（1）温度：地层温度越高，水泥浆体系达到最高温度的时间越早，即水化热高峰出现早，水化速度快。（2）压力：压力越大，稠化时间越短（3）)水泥细度（4）水灰比11、硅酸盐水泥早期水化历程：第()阶段为初始期，即C3S与水接触后的数分钟，这期间Ca2+迅速增加。第()阶段为诱导期(或静止期、潜伏期)，表现为放热率低，反应速度慢。但Ca 2+浓度仍继续增长。第()阶段为加速期。特点是C3S重新急速水化，Ca(OH)2开始从溶液中结晶，放热率增大。第()阶段为中间期(或减速期)，水化反应速度减慢。第()阶段为最终阶段，属稳定的慢反应期。12、硅酸盐水泥早期水化历程：(1)反应活泼期：从拌浆开始5min就可达到放热最大值。(2)诱导期：钙矾石和水化硅酸钙包覆层对水泥颗粒的包覆作用，水化极慢。(3)加速期：渗透压和结晶压力使包覆层破坏。水化加速并达到平衡(第放热峰)(4)硬化期：水化速度很慢，水泥硬化。图2-7虚线表示，如果水泥石石膏含量高则第放热峰将延迟。13、分散剂的作用：（1）降低水泥浆粘度、增加水泥浆流动性能（2）改变水泥石的微观孔隙结构（3）影响水泥浆的凝结时间和失水14：分散剂的分类: 木质素系、树脂、密胺树脂、酮醛树脂15、分散剂作用机理：（1）分散剂对水泥颗粒电位的影响；（2）分散剂在水泥粒子表面的吸附（3）分散剂的溶剂化层作用和引气作用16、稠化时间：指水泥浆稠度达到100BC的时间，为可泵送的极限时 间。为了保证施工安全，施工时间应低于稠化时间。 17、调凝剂的作用机理：（1）分散剂的调凝作用：多数分散剂都有缓凝作用，能减缓水化速度。（2）无机盐的调凝作用原理：盐效应同离子效应生成复盐（3）沉淀理论（4）成核、结晶理论18、促凝剂：（1）无机促凝剂：常用的无机促凝剂有CaCl2、NH4Cl、MgCl2、Ca(NO3)2、AlCl3、Na2CO3和硅酸钠（2）有机促凝剂：甲酸钙、甲酸铵、尿素、三乙醇胺、乙二醛都属有机促凝剂。19、缓凝剂：（1）木质素磺酸盐及其衍生物（2）磺化丹宁、磺化栲胶、丹宁酸钠（3）纤维素衍生物（4）羟基羧酸及其盐类（5）无机化合物20、失水：指水泥浆在环空上返过程中，由于液柱和地层压差的作用，自由水渗入地层的现象21、水泥浆搞失水的危害：（1）对地层造成伤害（2）改变水泥浆的流动性（3）改失水造成气窜的主要原因之一22、降失水剂的作用机理：（1）高聚物增加水泥浆粘度（2）聚合物结构与失水的关系（3）降失水剂改善泥饼性能滤饼中水泥颗粒的形状和尺寸流体的粘度水泥颗粒和流动介质各组分所带电荷第三章 压裂液1、油层水力压裂：它是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底附近形成高压。此压力超过井底附近地层应力及岩石的抗张强度后，在地层中形成裂缝。继续将带有支撑剂的液体注入缝中，使缝向前延伸，并填以支撑剂。这样在停泵后即可形成一条足够长，具有一定高度和宽度的填砂裂缝，从而改善油气层的导流能力。2、裂缝的形成：（1）地层应力及分布 地应力：存在于地壳内部的应力，是由于地壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。（2）裂缝的形态与方位 即水平裂缝和垂直裂缝。原理：裂缝面垂直于最小主应力方向 当sz最小时，形成水平裂缝； 当sY或sxsz，形成垂直裂缝。（3）裂缝的宽度闭合宽度：地面外来压力消失后，裂缝闭合后的宽度。压裂宽度：压裂过程中裂缝张开的宽度。压裂宽度始终大于闭合宽度（4）裂缝的长度 表征方法：压裂缝长和有效缝长(又称支撑缝长) ；有效缝长：指在压力消失，裂缝闭合后的裂缝的长度，亦即支撑剂充填的裂缝的长度L；压裂缝长：在压裂过程中所形成的裂缝的长度L压裂缝长始终大于有效缝长；裂缝的长度与地层岩石的性质、天然裂缝的发育、压裂施工规模等有关。（5）裂缝的高度3、油井压裂的作用：（1）改造低渗透油层的物理结构，形成高渗透的液流通道提高油井的产油能力（2）减缓层间矛盾，使高、中、低渗透层都得到比较合理的开采（3）解除因钻井、射孔、油井作业等造成的进井地带的堵塞（4）可用于探井和评价井的地层改造（5）可认为制造穿过污染带的高导流裂缝，提高油气流的渗滤面积，变径向流为线性流4、压裂液的组成：前置液、携砂液、顶替液5、压裂液类型：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、清洁、乳化、醇基6、水基压裂液及其添加剂6.1、水基压裂液是以水作溶剂或分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的。分为:天然植物胶压裂液、纤维素压裂液、合成聚合物压裂液6.2稠化剂(1)稳定性能。一定T下，流变性能随稠化剂浓度而 温度，粘度，下降幅度最大的要属田菁胶和羟乙基田菁。羟丙基胍胶和魔芋胶的抗剪切性能和稠化性能明显优于田菁胶和羟 乙基田菁胶；魔芋胶具优良的抗剪切性能和稠化性能，其残渣含量少，使用浓度低，但是水溶性差。(2)与地层和裂缝的伤害关系。 一是高粘；二是不溶性残渣。 （2）交联剂：交联反应是金属或金属络合物交联剂将聚合物的各种分子联结成一种结构，使原来的聚合物相对分子质量明显增加。通过化学键或配位键与稠化剂发生交联反应的试剂称为交联剂。前述的稠化剂是用来提高溶液粘度，通常称为线型胶线型胶存在两方面的问题：a、要增加粘度就得增加聚合物浓度；b、在环境温度下产生的粘稠溶液随着温度增加而迅速变稀。增加用量可以克服温度影响，但这种途径是昂贵的分类：硼交联剂、钛锆交联剂、铝锑交联剂（3）破胶剂：使粘稠压裂液可控地降解成能从裂缝中返排出的稀薄液体，能使冻胶压裂液破胶水化的试剂称为破胶剂。破胶剂有：酸、酯、氧化剂氧化剂、酶破胶剂、潜在酸、胶囊破胶剂、PH值调节剂（4）杀菌剂作用：消除贮罐里聚合物的表面降解、中止地层里厌氧菌的生长。分类:重金属盐类杀菌剂、有机化合物类杀菌剂、氧化剂类杀菌剂、阳离子表面活性剂类杀菌剂（5）粘土稳定剂 助排剂7、选井选层主要依据(1)有足够的地层压力和含油饱和度，这是压裂取得好效果的基本条件。(2)地层系数(Kh)不能过低。(3)有注水井对应的井层压裂效果好。(4)选井要注意井况，包括套管强度，距边水、气顶的距离，有无较好的遮挡层等。8、压力施工工艺：全井混压、分层压裂、深层压裂9、常用的分层压裂方法有：封隔器的机械分层压裂、暂堵的分层压裂、限流法或填砂法分层压裂10、常用的分层压裂方式有：(1)封堵上层，压裂下层。要求油层纵向差异性大，层间距大于5m，以便于调整工具深度。(2)封堵下层，压裂上层。与封上压下要求相同。常采用45A4电缆桥塞进行分层。(3)封上下而压中间某一层。(4)投球选择性压裂。第四章 酸化及酸液添加剂1、酸化：它是通过井眼向地层注入一种或几种酸液或酸性混合液，利用酸与地层中部分矿物的化学反应，溶蚀储层中的连通孔隙或天然(水力)裂缝壁面岩石，增加孔隙、裂缝的流动能力，从而使油气井增产或注水井增注的一种工艺措施。2、酸化处理工艺分类：酸洗、基质酸化、压裂酸化（1）酸洗施工压力：无外力或轻微搅动。 酸溶蚀方式: 溶蚀井壁及射孔孔眼。适用范围: 砂岩、碳酸盐岩储层的表皮解堵或射孔孔眼的清洗、井筒结垢。（2）基质酸化施工压力：Ps Pi PF。 注入速度: 大于储层极限吸液速度。适用范围: 在碳酸盐岩储层中形成人工裂缝，解除近井带污染，改变储层流型，沟通深部油气区，可大幅度提高油气井产量。3、酸化增产原理（1）酸液进入孔隙或天然裂缝与岩石反应，溶蚀增孔，扩大裂缝P，产能（2）溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物（溶蚀解堵），起到疏通孔道或裂缝的作用，恢复或提高K。4、地层的伤害：工作液中固相微粒堵塞孔眼或地层孔隙；工作液中离子与地层或地层流体中离子生成沉淀；地层岩石中微粒分散、运移、堵塞喉道。粘土矿物的水化膨胀降低地层渗透率，对于砂岩，严重时还可能导致基质崩解和坍塌；岩石表面润湿反转或生成乳状液形成乳堵。7、盐酸：用途最广泛，使用浓度一般为5%15%；作高浓度酸，质量分数可达25% 35%；最高可达34%。8、土酸 Mud acid12%HCl3%HF，仅用于砂岩酸化。配制方法：NH4FHFHCl 12%HCl3%HF配制时需用清水，不能用盐水，如果水中Na+，K+，需处理9、缓蚀剂定义：添加于腐蚀介质中能明显降低金属腐蚀速度的物质。10、铁稳定剂：加入酸液中，能抑制Fe2+和Fe3+沉淀的化学添加剂11、助排剂：加入助排剂降低了酸液与原油间的界面张力，增大了接触角，从而减小了毛细管阻力，又促进了酸液的返排。常用的助排剂有聚氧乙烯醚和含氟活性剂、阴离子-非离子两性活性剂和含氟活性剂的复配体系。 12、井层的选择(1)优先选择在钻井过程中油气显示好、而试油效果差的井层；(2)优先选择邻井高产而本井低产的井层；(3)对于多产层位的井，一般应进行暂堵(分层)酸化，首先处理低渗透地层。对于生产史较长的老井，应临时堵塞开采程度高、地层压力已衰减的层位，选择处理开采程度低的层位；(4)靠近油气或油水边界的井，或存在气水夹层的井，应慎重对待，一般只进行常规酸化，不宜进行酸压；(5)对套管破裂变形，管外窜槽等井况，不适宜酸处理的井，应先进行修复，待井况改善再处理。第七章 原油乳状夜及化学破乳剂1、乳状液; 乳状液是一种非均多相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种与它不相混溶的液体之中；通常，把乳状液中以液珠形式存在的那一相称为分散相(内相或不连续相)，另一个相称为分散介质(外相或连续相)。因此，一般乳状液是由分散相、分散介质和乳化剂所组成。 2、乳状液的生成条件(1)存在着互不相溶的两相，通常为水相和油相。(2)存在有一种乳化剂(通常是一类表面活性剂)，其作用是降低体系的界面张力，在其微珠的表面上形成薄膜或双电层以阻止微液珠的相互聚结，增加乳状液的稳定性。(3)具备强烈的搅拌条件，增加体系的能量。3、类型：一类是以油为分散相，水为分散介质的称为水包油型(O/W)乳状液。另一类是以水为分散相，油为分散介质的称为油包水(W/O)型乳状液。4、乳状液的稳定性理论：所谓稳定，是指所配制的乳状液在一定条件下，不破坏、不改变类型。根据乳化剂的作用，乳状液的形成、稳定原因可归纳为以下几个方面：界面张力的降低；界面膜的形成；扩散双电层的建立；固体的润湿吸附作用等。 5、原油乳状液的危害 (1)增大了液流的体积，降低了设备和管道的有效利用率(2)增加了输送过程中的动力消耗(3)增加了升温过程的燃料消耗(4)引起金属管道、设备的结垢和腐蚀(5)对炼油厂加工过程的影响6、影响原油乳状液稳定性的因素 （1）温度升高三个作用1、降低粘度，利于重力沉降2、增加油水的密度差，油的密度降低幅度更高3、使水化膜变薄，机械强度降低，乳状液不稳定（2）无机盐对（3）PH值对7、破乳过程通常分为三步：凝聚：分散相的液珠聚集成团，但各液珠仍然存在，过程可逆聚结：小滴合并成大滴。过程是不可逆的，导致液珠数目减少和最后原油乳状液的完全破坏。 沉降：大滴沉降下来，油水分层8、脱水方法：沉降分离 ：原油与水不互溶，密度有差异，且有时是不稳定的乳状液，甚至是经过电法和化学方法处理过的。 电脱水（偶极聚结 、振荡聚结 、电泳聚结）：是利用水是导体，油是绝缘体这一物理特性，将W/O型原油乳状液置于电场中，乳状液中的水滴在电场作用下发生变形、聚结而形成大水滴从油中分离出来。 润湿聚结脱水法; 化学破乳法; 它是向原油乳状液中添加化学助剂，破坏其乳化状态，使油、水分离成层。9、剂的评价指标 （1）脱水率是指破乳剂用于某种原油时，在一定加量、温度、沉降时间内，自原油中脱出的水量与原油原来所含的总水量之比，用质量或体积分数表示（2）脱水速度是指在一定的静置时间内脱出水量的多少。（3）油水界面状态是指含水原油沉降分出水后，油水界面处的分层情况(又叫中间层)。（4）脱出水的含油率(污水含油)越少越好（5）破乳剂的最佳用量：破乳剂用量在cmc浓度(临界胶束浓度)左右，破乳脱水效果最佳。第九章 原油乳状夜及化学破乳剂1、一次采油：是指利用油藏天然能量而进行的采油。2、二次采油：是指一次采油后，向油层注水（气）提高油层压力而进行的采油3、三次采油：针对二次采油未能采出的残余油和剩余油，采用向油层注入化学物质或引入其它能量或微生物开采原油的方法称为三次采油4、提高采收率方法又称为强化采油方法，通常简称为EOR方法。它是指除天然能量采油以外的任何采油方法，包括采收率超过一次采油的二次采油和三次采油,不管它使用在那个采油期，也不管它使用何种方法。特点：注入的流体改变了油藏岩石和流体性质，提高了油藏的最终采收率5、EOR分类：化学驱；气体混相驱；热力采油；微生物采油6、剩余油：由于注入流体波及系数低，注入流体尚未波及到区域内的原油。其特点是宏观上连续分布。7、残余油：在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区域内残留的、未被流体驱走的原油。其特点是宏观上不连续分布。8、波及系数：被驱替流体驱扫过的油藏体积占原始油藏体积的百分数。9、洗油效率：驱替流体波及范围内驱走的原油体积与驱替流体波及范围内总含油体积之比。10、采收率：采出原油的储量与总地质储量之比。11、油水前缘：分隔油区与油水两相区的界面称为油水前缘。12、粘性指进：在排驱过程中，排驱前缘不规则地呈指状穿入油区的现象。13、舌进：油水前缘沿高渗透层凸进的现象。14、流度：一种流体通过孔隙介质能力的量度。15、流度比：驱油时驱动液流度与被驱动液流度的比值16、影响采收率的因素（1）油层的非均质性：油层越不均质，采收率越低。（2）地层表面的润湿性： 水湿、油湿和中性润湿。（3）流度比：水油流度比越小，采收率越高。（4）毛管数对采收率的影响 毛管数越大采收率越高（5）布井方式 在布井方式相同时，井距越小，波及系数越大因此采收率越高。17、聚合物驱 是指以聚合物做驱油剂(