油田化学复习

第一章绪论油田化学是由钻井化学、采油化学和集输化学三局部组成。主要争论石油工业上游作业中所遇到的化学问题。油田化学分类③集输化学：争论油气集输过程中遇到的化学问题。主要争论埋地管道的腐蚀与防腐、乳化原油的破乳与起泡沫原油的消泡、原油的降凝输送与减阻输送、自然气处理与油田污水处理等问题。油田化学在石油工程专业中的地位和作用油田化学是石油工程专业中的一门主要课程，应用性、有用性强。涉及到钻井、采油〔或羟基〕配位而成。晶格取代：硅氧四周体中的硅和铝氧八面体中的铝为其他原子〔通常为低一价的金属原子〕取代。晶格取代的结果，使晶体的电价产生不平衡。为了平衡电价，需在晶格外表结合肯定数量的阳离子。界面：两不同相之间的接触面，例：气—液界面，油—水界面，粘土—水界面吸附：物质在两相界面上自动浓集〔界面浓度大于内部浓度〕的现象，称为吸附，被吸附的物质称为吸附质，吸附吸附质的物质称为吸附剂。吸附分类：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附——吸附缘由物理吸附和化学吸附——作用力的性质不同物理吸附：吸附剂与吸附质之间通过分子间引力而产生的吸附。由氢键力产生的吸附也属于物理吸附吸取光谱来检查有无的吸取带——判别物理吸附还是化学吸附。离子交换吸附：〔粘土外表〕吸附剂外表的离子可以和溶液中的同号离子发生交换作用。--等电量交换：交换出的阳离子与吸附上的阳离子当量相等。一个钙离子交换出两个钠离子集中双电层理论：1924年，Stern那么在它四周必定分布着电荷数相等的反离子，于是在固液界面形成双电层。双电层中的反离子，一方面受到固体外表电荷的吸引，靠近固体外表；另一方面，由于反离子的热运动，又有集中到液相内部去的力量。这两种相反作用的结果使得反离子集中地分布在胶粒四周，构成集中双电层。在集中双电层中反离子的分布是不均匀的，靠近固体外表处密度高，形成严密层〔吸附层〕。粘土的水化膨胀作用：指粘土颗粒外表吸附水分子，在粘土外表形成水化膜，使粘土晶格层面的距离增大，产生膨胀以至分散作用。它是影响水基钻井液性能和井壁稳定以及油气层损害的主要因素。--面连接，颗粒聚拢形成网状构造，引起粘度增加，称为絮凝作用。聚结作用〔aggregation〕: 粘土颗粒以面-面连结，形成较厚的板或束，从而削减了粘土颗粒的数，使粘土水悬浮体的粘度降低，称之为聚结作用。简述常用几种粘土矿物的晶体构造〔高岭石，蒙脱石，伊利石〕①高岭石在高岭石的构造中，晶层的一面全部由氧组成，另一面全部由羟基组成.晶层之间通过氢键严密联结，水不易进入其中。为了平衡电价而结合的阳离子是可以相互交换的，称为可交换阳离子。2:1体，通过共用氧联结在一起。蒙脱土的晶格取代主要发生在铝氧八面体片中，由铁或镁取代铝氧八面体中的铝。硅氧四周体中的硅很少被代。晶格取代后，在晶体外表可结合各种可交换阳离子。2:1体，通过共用氧联结在一起。简述粘土外表电荷分类。依据粘土的电荷产生的缘由不同，可分为永久负电荷、可变负电荷及正电荷三种。①永久负电荷：这种负电荷的数量取决于晶格中晶格取代的多少，而不受荷。不同粘土矿物晶格取代的状况不同。粘土的永久负电荷大局部分

pH的影响，因此，称为永久负电布在粘土晶层的层面上。②可变负电荷：粘土所带电荷的数量随介质的

pH值的转变而转变，这种电荷叫做可变负电荷。③正电荷：当粘土介质的pH9时，粘土晶体端面上带正电荷。粘土水化的缘由及其方式①粘土外表的直接水化：粘土外表直接吸取水分子而水化。降低界面能：粘土颗粒与水之间存在界面，有界面能，依据能量最低原理，泥浆中的粘土必定要吸取水分子和其它有机处理剂分子于自己外表，以最大限度的降低体系的外表能。静电吸引：水分子为极性分子，受粘土外表负电荷静电引力而多相排列，浓集在粘土外表。氢键：水分子可与粘土外表的氧或氢氧形成的氢键，吸附到粘土外表。②粘土外表的间接水化：通过吸附的阳离子的水化给粘土外表带来水化膜。影响粘土水化的因素不易进入层间，因此高岭石水化弱。蒙脱石：晶层两面分别均为氧原子，不能形成氢键，分子间作用力较弱，水分子及水化阳离子简洁进入层间，使晶层间距变大。可从 9.6A0~21A0,体积增大8~10倍，水化作用好，易于造浆。伊利石：水化力量弱。 缘由：〔1〕K+镶嵌在两个对应的六角网格内，不同晶层间作用力强，构造严密。〔2〕晶格取代位置在硅氧四周体内，产生的负电荷接近晶格外表，能与〔3〕K+不易参与阳离子交换，间接水化作用弱。

K+产生较大的静电引力。石大的多。不同的交换性阳离子引起水化程度不同的缘由〔1〕另一种是粘土单元晶层——层间阳离子——单元晶层之间的静电引力。粘土膨胀程度取决于这两种力的比利关系。

〔2〕23. 粘土颗粒的连接方式粘土颗粒是呈片状的负电荷的细小颗粒，具有两种不同的外表。带永久负电荷板面〔简称“面”〕和即〔简称“端”〕，这样粘土外表在溶液中就可能形成两种不同的双电层。界面〔Interface〕,则这种液面称为外表〔Surface〕。使用浓度在0.01%~0.1%就能使物质的界〔表〕面性质〔外表张力、外表润湿性和外表润滑性等〕发生显著变化的物质称外表活性剂。CMO临界胶束浓度——外表活性剂在溶液中开头形成胶束的最低浓度 。胶束：多个外表活性剂分子组成的聚拢体，其大小已落入胶体颗粒范围。外表活性剂的构造特点及其降低外表张力的缘由？:易溶于油的非极性基，以烃类取代基为主——亲油基团:易溶于水的极性基，包括电离和不电离的极性基——亲水基团外表活性剂降低外表张力的缘由①水内部水分子受其邻近分子的吸引，各个方向是均匀的，故力是平衡的。对于外表水分子，液体内部水分子对它的吸引力大，外部气体分子对它的吸引力小，这样对液面分子就产生了垂直于液 面而向着液体内部的合吸引力，即净吸引力。它使得液面上的水分子有尽可能跑到液体内部去的倾向，即液面有自发收缩的倾向，这就是外表张力产生的缘由。②假设外表活性剂分子顶替了液面上的水分子，依据极性相近原则，亲水基溶于水中，亲油基被排斥在气相。活性剂分子受到水相内水分子的吸引力变小，而受相外气相分子的吸引力变大，水溶液外表上分子所受的净吸引力大大降低，也就是活性剂溶液的外表张力大大低于纯水的外表张力。随活性剂浓度增加，外表上外表活性剂分子增多，溶液的外表张力下降得越多。同时,外表活性剂分子的亲油基碳链越长，相外吸引力越大，净吸引力越小，溶液外表张力下降得越多。 一般说来，外表活性剂碳原子在8以上才能表现出显著的活性。一般在8 22之间，最好应在12 18之间。对于油一水界面，也同样存在这种状况，只是外表张力下降得更低而已。外表活性剂溶液为何存在临界胶束浓度？在增加外表活性剂浓度，活性剂分子将主要分布在溶液内部而不是吸附层，所以对外表张力的影响大大削减。8．外表活性剂的作用1〕乳化作用起泡作用润湿反转作用增溶作用洗净作用抑制腐蚀作用9.HLB值计算及确定。答：确定HLB的方法1.从手册等资料中直接查阅法。 2.溶解度法：利用外表活性剂在水中溶解、分散状况粗略估量HLB值。3.基数法：〔又称DAVIS计算法〕适合阳离子型和非离子型外表活性剂。 DAVIS认为HLB是构造因子的相加和。即：将外表活性剂分解为一些基团，每个基团对

HLB都有奉献。即：HLB=EH-L+7。H：活性剂分子中亲水基基数的总和。

刀L：活性剂分子中亲油基基数的总和。

4.质量分数法：又称griffin法，适用于非离子外表活性剂。即

HLB=〔亲水基摩尔质量/外表活性剂摩尔质量〕X20〔例：聚氧乙烯壬基苯酚醚亲水基质量：457，亲水基质量+亲油基质量=457+203=660HLB=〔457/660〕X20=13.9乳化剂的HLB值求取法；6试验测定法。〔甚至几千万〕的化合物。

〕。5混合聚合度：聚合物分子所含单体单元的数目称为聚合度，用 p或x表示。链节：聚合物分子中重复消灭的简洁构造单元称为链节，即构成聚合物的最根本重复单位。链节的数目称为链节数。以n表示。均聚物：由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物。共聚物：两种以上单体共聚而成的聚合物称为共聚物。那么：聚合物的分子量 M就等于链节的分子量M与链节数n的乘积，即：M=nM加聚反响：由很多一样或不同的低分子化合为高分子但无任何的低分子产生的过程。缩聚反响：由很多一样或不同的低分子化合为高分子但同时有的低分子〔例如水、氨或氯化氢〕析出的过程。老化：聚合物在使用过程中，受物理和化学因素的影响，性能变坏，这种过程俗称老化。其中主要反响即是降解，有时可能伴有交联。溶胀过程：溶剂渗入高分子内部，发生溶剂化作用，使其重量和体积都相对地增加、膨胀；分散过程：高分子链彼此分别，均匀地分散在溶剂中，到达完全溶解，形成均一的溶液 。构象：是指同种分子在运动中的各种形象。一种分子之所以有不同的形象是由于分子中的原子在保持键角不变的状况下绕单键进展内旋转而产生。高分子化合物的构造特点依据高分子链节的连接方式，高分子的构造可分成如下三种：1〕直链线型构造由高分子链节连成长链。通常分子链处于蜷曲状态。支链线型构造除链节连接成的高分子主链外，还有相当数量的侧链，侧链上有时还有分支。交联体型构造高分子链与链之间相互交联，就形成了交联体型构造和空间网状构造。多分散性：也就是说高分子化合物是由分子量大小不同的同系物组成的混合物。像聚氯乙烯:-CH2CHCI-]n并不表示每个分子都有一样的大小和分子量，常用高分子聚合物的分子量有哪些表示方法？数均分子量：即数量平均分子量，是聚合物的总重量被分子总数平均。用 Mn表示。即：重均分子量：即重量平均分子量，聚合物的平均分子量是各组分所占重量分数的平均值，用3〕Z均分子量Mz4〕

Mw表示。由测定聚合物稀溶液的粘度而得到的是粘均分子量 其中，a为常数，假设为1,则粘均分子量等于重均分子量，一般状况下，0.5〈a〈0.9，相对而言粘均分子量较接近重均分子量。影响高分子化合物溶解的因素高分子化合物的构造极性相近原则分子量温度常用的无机处理剂：0纯碱：纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土：从而改善粘土的水化分散性能，因此参加适量纯碱可使浆的滤失量下降，粘度、切力增大。但过量的纯碱会导致粘土颗粒发生聚结，使钻井液性能受到破坏。2.烧碱：主要用于调整钻井液的 pH值；与丹宁、褐煤等酸性处理剂一起协作使用，使之分别转化为丹宁酸钠、腐植酸钠等有效成分。还可用于掌握钙处理钻井液中

Ca2+勺浓度等。3.石灰：在钙处理钻井液中，石灰用于供给

Ca2+,以掌握粘土的水化分散力量，使之保持在适度絮凝的状态；在油包水乳化钻井液中，CaO用于使烷基苯磺酸钠等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调整在钙处理钻井液中，石膏与石灰的作用大致一样，都用于供给适量的

pH值。4.石膏：用于供给适量的Ca2+。其差异在于石膏供给的钙离子浓度比石灰高一些。5.氯化钙：在钻井液中，CaCl2主要用于来配制防塌性能较好的高钙钻井液。用 CaCl2pH6.井壁泥岩水化膨胀。为保护油气层，可用于配制无固相清洁盐水钻井液，或作为水溶性暂堵剂使用。7.氯化钾：假设与聚合物协作8.9.10.，80C时稀释性11.:该处理剂对粘土水化有很强的抑制作用，与膨润土和水所形成的复合体具有独特的流变性能。钻井液：俗称泥浆〔mud，是用各种原材料和化学添加剂配制而成的，各项性能均可调控的一种流体。钻井液通过地面与井下循环，准时地把裂开的钻屑携带到地面上来，保证钻井过程的连续进展，并保障井下安全，保护油气层及取全取准各项工程地质资料。塑性粘度：反映了在层流状况下，钻井液中网架构造的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱。膨润土在钻井液中的作用〔1〕提高井眼的清洁力量；〔2〕形成低渗透率的致密泥饼，削减水渗入或滤失到渗透性地层；〔3〕对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；无机处理剂在钻井液中的作用机理离子交换吸附主要是粘土颗粒外表的Na+Ca2+之间的交换。这一过程对改善粘土造浆性塌等方面都很重要，对钻井液性能的影响也很大。调控钻井液的pH值

能、配制钙处理钻井液以及防添加适量的烧碱等无机处理剂来提高 pH值，而使用酸式焦磷酸钠等处理剂时则会使钻井液 pH值下降。3〕沉淀作用当过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会消弱粘土的水化和分散力量，破坏钻 井液的性能。此时，可以参加适量烧碱除去Mg2+然后用适量纯碱除去Ca2+。这种沉淀作用还可用来使某些因受到污染而失效的有机处理剂恢复其作用。络合作用利用某些无机处理剂的络合作用，可以有效地除去钻井液中的 Ca2+、Mg2+等污染离子与有机处理剂生成可溶性盐很多处理剂，如丹宁、腐植酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因而不能发挥其功抑制溶解的作用在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和石膏处理的钻井液；对于大段的盐膏层，甚至使用饱和盐水钻井液。其目的之一是为了增加钻井液抗污染的力量，二是为了抑制和防止上述可溶性岩层的溶解，使井径保持规章。降粘剂又称为解絮凝剂和稀释剂。钻井液在使用过程中，常常由于温度上升、盐侵或钙侵、固相含量增加或处理剂失效等缘由，使钻井液形成的网状构造增加，钻井液粘

度、切力增加。假设粘切过大，会造成开泵降滤失剂又称为滤失掌握剂、 降失水剂。在钻井过程中，钻井液的滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严峻时导致井壁不稳定和各种井下简单情况，钻遇产层时还会造成油气层损害。参加降失水剂的目的，就是要通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量。降滤失剂是钻井液处理剂的重要剂种，主要分为纤维素类、腐植酸类、丙烯酸类、淀粉类和树脂类等。CMC的降滤失机理钠羧甲基纤维素为白色纤维状粉末，溶于水后形成胶状液。它是国内外广泛使用的一种性能良好的降滤失剂，适用于各种类型的水基钻井液。一般可抗温 130 150C，假设参加抗氧剂可将其抗温力量有所提高。选择性絮凝的机理是：钻屑和劣质土颗粒的负电性较弱，蒙脱土的负电性较强。选择性絮凝剂也带负电，由于静电作用易在负电性弱的钻屑和劣质土上吸附，通过桥联作用把颗粒絮凝成团而易于去除；而在负电性较强的蒙脱土颗粒上吸附量较少，同时由于蒙脱土颗粒间的静电排斥作用较大而不能形成密实团块，

相反，增粘剂：为了保证井眼清洁和安全钻进，钻井液的粘度和切力必需保持在一个适宜的范围。在水基钻井液中，常常承受添加增粘剂。增粘剂除了起增粘作用外，还往往兼作页岩抑制剂〔包被剂〕、降滤失剂及流型改进剂。因此，使用增粘剂既有利于改善钻井液的流变性，还有利于井壁稳定。油井水泥添加剂的分类及其作用〕促凝剂：accelerator,加速水泥水化反响，提高水泥石早期强度。Cacl2,Kcl,甲酰胺，纯碱等，以无机盐为主。缓凝剂：retarder,延缓水泥水化反响，延长水泥浆分散时间。例：单宁衍生物，木质素磺酸盐，酒石盐等无机盐类。减阻剂：〔又称分散剂〕:改善水泥浆流变性能。降滤失剂：降低水泥浆滤失量例:HEC,CMHEC，丙烯酰胺聚合物等。消泡剂：与钻井液同，例：辛醇，有机硅，聚醚。减轻剂：用来降低水泥浆密度，例：硅藻土、膨润土、粉煤加重剂：增加水泥浆密度，例如：重晶石，氧化铁粉。

灰等。强度退化抑制剂〔又称高温增加剂〕：井温超过粉。降失水剂作用及目的

110OC，水泥石强度会下降，需参加强度退化抑制剂。例如：石英:用于掌握水泥浆的滤失速率以维持水灰比不变的外加剂。①形成薄胶或胶体颗粒〔micelles〕,阻挡水泥浆内自由水析出或先期脱水。②改善颗粒组配。目的：〔1〕作业。低。〔3〕防止水泥浆滤液损害油层.水泥浆失水作用机理：

防止水泥浆过早脱水，导致环空堵塞而无法完成注水〔2〕防止水泥浆流变性转变，使顶替效率降〔1〕改善水泥浆的粒度分布,提高滤饼质量颗粒分布较宽,细颗粒较多有利于形成良好的滤饼，固体微粒参加转变了粒度分布。1〕高分子吸附到水泥颗粒外表形成吸附水化层 ,阻挡水泥颗粒聚结,使颗粒适当分布.,,.聚合物本身或水泥颗粒外表聚合物吸附层的粘弹性及堵孔作用〔2〕增大液相粘度依据达西定律，滤液〔液相〕粘度增加有利于降低滤失速度。

.纤维素类〔CMCCMHEC以形成胶粒为主，而PAM聚胺类及二元、三元共聚物这类合成聚合物有一个主要优点：就是对所用的水泥浆没有任何增粘作用，抗温性能好。油层近井地带：通常认为油层近井地带是指油层性质发生重要变化的那一地带。处理油层近井地带的目的增加油井产能〔吸取性〕：改善井眼四周的渗透率；增加油井产能是

基于对被污染油层渗透率的恢复或在油层近井地带造成比油层其他部重大变化时才有实际意义。

分更为有利的渗透条件。这只有在半径相当大的近井地带内油层渗透 率有改善采液质量：掌握地层水产出，防止固体物如无机盐、蜡、沥青质析出。提高油层采收率。注水井调剖法：在注水井注入化学剂，降低高渗透层段的吸水量，从而相应提高注

水压力，到达提高中、低渗透层段吸水量，改善注水井吸水剖面，提高注入剖法。体积涉及系数

水体积涉及系数，改善水驱状况的方法称为注水井调是描述注入工作剂在油藏中的涉及程度。即被工作剂驱洗过的油藏体积百分数。注水井调剖法通常分为两种单液法：指向油层注入一种液体，这种液体所带的物质或随后变成的物质可封单液法。优点：能充分利用药剂。 缺点：处理地层的深度受温度影响。

堵高渗透层或大孔道称为双液法：向油层注入由隔离液隔开的两种可相互发生反响〔或作用〕的液体，分别 反响液。当将这两种液体向油层内部推至肯定距离，隔离液将变薄至不起隔离作用，而两种液体就可发生反响，产生封堵地层的物质。由于高渗透层吸入更多堵剂，故堵塞主要发生在高渗透层。HPAM选择性堵水原理：1〕HPAM溶于水使用，能优先进入含水饱和度高的地层；〕在水层，HPAM勺可通过氢键吸附在外表而保存在水层；在油层，由于外表为油所掩盖，所以在油层，也不易保存在油层。

HPAM不吸附〕在水层，HPAM未吸附局部由于链节带负电而向水中伸展，

对水有较大的流淌阻力，起到堵水作用。假设水层中有油通过，

由于HPAM不能在油中伸展，因此对油的流淌阻力很小。机械防砂法：砾石充填、割缝衬管或预制筛管等。机械防砂主要以裸眼较多。化学防砂法：树脂胶结、人工井壁、无机物胶结和胶化固砂等。如：氢化学胶结防砂工艺步骤、方法：〔1〕注入预处理液：由于承受胶结剂直接胶结地层砂，所以地层砂在接触树脂以前必需进展处理。胶结。常用柴油、汽油或活性水清洗砂粒外表的油。用已二醇丁醚除去砂粒外表水。用盐酸量。注入胶结剂溶液：使胶结剂进入要胶结的地层中去。由于砂岩的不均质性，胶结剂将更多的

砾石充填和管内砾石充填争论使用氧化钙、水泥、SiCI4等。以利于地层砂与胶结剂结实进入到高渗透层，影响防砂效果。为了使胶结剂均匀注入，需先注入一段转向

齐U。它能削减高渗透层的渗透率，使渗透率趋向均一。胶结剂溶液均匀进入砂层。例异丙醇、柴油和乙基纤维素溶液就是一种转向剂。〔3〕注入增孔液：也称作驱替液或冲洗液：其作用是将砂岩孔隙中的胶结剂溶液推至地层深

处，从而使使固结后的地层保持较高的渗透率。它是一种不溶解胶结剂的液 体。对极性胶结剂可用非极性溶液作增孔液。反响亦然。〔4〕常见的几种形成人工井壁的方法：1〕填砂胶结法：向砂层的亏空处填砂，然后注胶结剂。2〕树脂涂敷砂法：先在砂粒外表预先涂敷一层树脂，再将其填充到砂层的亏空处，

然后固化。水泥砂浆法：将水，水泥，石英砂按比例水泥熟料法：

0.5：1：4的质量比混合后填充到砂层亏

空处，固化。水泥熟料法是由石灰石和粘土按肯定比例烧结而成。将其粉碎到肯定粒度〔1mm填充到亏空砂层，见水固结。防蜡机理化学防蜡实际上是通过化学剂抑制蜡晶的生成、长大，抑制蜡晶在管壁的粘1〕成核作用：防蜡剂本身作为晶核，石蜡吸附于其上，长大。这样形成的蜡晶由原来易

0.3附和沉积，让石蜡随油流排到于形成网状构造的菱形薄片状转变为四角锥体或斜方柱体，相互之间不趋于粘接，因而 不易析出。7772〕共结晶作用：防蜡剂与蜡同时析出，生成混合晶体，破坏了纯蜡晶的生长。例：聚甲吸附作用：防蜡剂吸附到蜡晶外表，抑制蜡晶生长，阻碍蜡晶之间的相互连接和聚拢。水膜理论：防蜡剂吸附于油管或石蜡等外表，使外表形成一层致密水膜，使蜡不易沉蜡属于这类。影响稠油降粘的因素

基丙稀酸酯。积。外表活性剂防〔1〕原油性质：高粘度原油比低粘度原油易乳化，降粘效果好。胶质、沥化液越不稳定。

青质含量越多，原油粘度越大，乳〔2〕外表活性剂选择及浓度：HLB值在7 18之间的外表活性剂适宜作O/W乳状液的乳化剂，常用AS94 12 3 ,ABS85 10 4 ,20700.5%，以试验测定值为准。〔3〕油水比：油水比以65:35为宜。通常选在60 74%之间。通过对孤岛稠

14OP-101350.02

26%时，水不能形成连续相，只能形成 W/O乳状液。另外，12.孚L化稠油脱