油田化学讲义

油田化学工程赵雄虎中国石油大学石油天然气工程学院《油田化学》课程教学大纲学分2.5参考学时40实验学时0课题讲授学时40习题课学时适用专业石油工程大纲编写人赵雄虎教研室主任一、课程的性质和任务油田化学是石油工程专业的主要课程之一，又是一门应用性很强的工程技术性课程，是研究用化学方法解决油田作业中遇到的各种问题的应用科学。这门课涉及到钻井、采油和储运等与油田作业有关的各个方面。在学生了解化学、钻井和采油等与石油工程有关的工艺基础上开设改课程目的在于使学生了解和掌握常用的油田化学剂使用及其作用机理，提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生学会用化学方法去解决石油工程中所遇到的问题。二、课程的基本要求本课程是一门承前启后的技术基础课,要求学生在本课程之前修完基础化学、物理化学、钻采工程等课程。本课程的主要内容可分为两大部分：第一部分为油田化学基础理论，包括粘土矿物学、表面活性剂和水溶性聚合物；第二部分为油田化学分论,介绍各类油田化学剂的性质、用途和作用。以理论作基础，指导学生的学习。1.正确理解油田化学中的一些基本概念和基本理论，要求学生掌握其基本的含义和使用范围。如粘土的基本性质、水溶性聚合物溶解理论、CMC2.掌握常用油田化学剂的基本性质和使用方法。如PAM、XC等等。3.4.先修课程：化学基础、物理化学、钻采工程三、大纲内容绪论油田化学课的内容、研究对象、发展动态、目的和学习方法、课程安排。第一章粘土矿物学要求学生掌握粘土矿物的分类及特点、基本概念和基本理论，了解粘土矿物的性质。如电性质、吸附性、膨胀性等。第一节粘土矿物的分类及化学组成第二节粘土矿物的基本结构（包括常见的几种粘土矿物）第三节粘土矿物的性质（包括电性质、吸附性、膨胀性等）第二章钻井液化学掌握降粘剂、降滤失剂和絮凝剂的作用及机理和不同钻井液体系的组成及用途，了解其他钻井液添加剂的作用及性能。第一节概述第二节钻井液的作用及性能第三节钻井液添加剂第四节钻井液体系第三章油井水泥掌握油井水泥组成及性质，掌握速凝剂、缓凝剂和降滤失剂的性质及作用机理。了解水泥分类和其它剂的作用。第一节概述第二节水泥的生产及组成第三节水泥添加剂第四节水泥分类及特种水泥第四章采油化学(一)----油水井的化学改造掌握注水井调剖法、油井堵水法防砂法、防蜡法与清蜡法，了解酸化压裂方法。掌握这些方法所涉及到的添加剂作用及性能。第一节注水井调剖法第二节油井堵水法第三节油水井防砂法第四节油井的防蜡法与清蜡法第五节稠油乳化降粘开采法第六节油水井的酸处理第七节压裂液第八节粘土膨胀与粘土防膨剂第九节注水井的杀菌与细菌堵塞的解除第五章采油化学(二)----油层的化学改造掌握各种驱替方法的基本原理和使用范围，了解其组成及作用。第一节聚合物驱第二节活性剂驱第三节碱驱第四节混相驱习题课总复习、考试教材及主要参考书《钻井液有机处理剂》（夏剑英，石油大学出版社）《采油化学》（赵福麟，石油大学出版社）《油田化学》,西南石油学院，佟曼丽、陈大钧、姚晓）《油田化学基础》,惠晓霞,石油工业出版社1988年《Oil-fieldChemistry》（EnhancedRecoveryandProductionStimulation），JohnK。Borchardt，TehFuYen.ACSSymposiumSeries,Vol.396.《ChemicalsforOilfieldOperation》(RecentDevelopment),J.I.Distasio.NoyesDataCorporation,USA,1981.绪论一、目的、要求：1·掌握油田化学的定义、分类及任务。2·了解油田化学的发展史、发展动向及重要意义。3·提高学生学习油田化学的兴趣。二、重点：油田化学的定义、分类及各剂的作用。三、学时安排：2学时。四、本章说明：本章是学生学习油田化学的第一课，内容较广泛，关键是通过油田化学课程重要性的学习，使学生树立学好油田化学课的决心，建立学习油田化学课的兴趣。五、参考文献：1．罗知：“迅速发展中的油田化学剂”，1992年9月。2．《油田化学信息》。实际讲课：2学时。一、油田化学的定义研究油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及集输等过程中化学问题的科学。SY5510—92《油田化学常用术语》油田化学是研究油田作业中各种化学问题的应用科学。也就是说它主要研究石油工业上游作业中所遇到的化学问题。从钻井开始到把原油、天然气输送到炼油厂前整个过程中的化学问题都属于油田化学的研究范围。油田化学剂：解决油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及集输等过程中化学问题时所使用的药剂。即，解决油田作业中各种问题的化学药品。由于油藏及地质条件不同，原油、水质、岩石的性质各异，所用化学剂及其配方的针对性很强。二、油田化学的研究内容主要包括油田化学剂的制备、性能评定、剂的筛选、化学剂作用机理、配方研制、施工设计及现场试验。油田化学研究内容很广泛，涉及到多个学科。生产工艺提出参数要求，据此，选用合适的配方，根据配方再选用化学剂，回过头再进行性能评定和机理研究。利用机理研究结果再指导油田化学剂的选用。三、油田化学及油田化学剂的分类根据石油上游作业的特点，通常将石油工程划分为钻井、采油和油气储运三大部分。据此，将油田化学划分为：钻井化学：研究钻井过程中遇到的化学问题。钻井液、固井水泥采油化学：研究采油过程中遇到的化学问题。集输化学：研究油气集输过程中遇到的化学问题。同样，将油田化学剂也划分为：（1）钻井化学剂：(保证钻井、完井和固井作业顺利进行，在近井地带起作用)钻井及完井液添加剂；水泥浆添加剂（2）采油化学剂：用来保证采油及注水作业顺利进行。在井筒附近地层或地层深处起作用。例如：酸化、压裂、防砂、堵水、调剂、清蜡、防蜡、EOR等。（3）集输化学剂：用来保证油气集输及污水处理系统的正常运行。在地面设施中起作用。油水分离、污水处理、降凝、减阻、脱盐等。油田化学剂有无机物，也有有机物；有些是通用化工产品，有些是专业化学品。与一般的精细化工产品相比，油田化学剂的用量较大，价格承受能力低（与石油价格有关）。有相当一部分采用廉价材料或利用工业副产物制成。四、油田化学在石油工程专业中的地位和作用油田化学的地位：油田化学是石油工程专业中的一门主要课程，应用性、实用性强。涉及到钻井、采油和储运等油田作业的各个方面。比如说，美国各大学石油工程专业教学计划中化学类课程学时占整个学时总数的10%左右，而我们国内仅占总学时的5左右，相差较大。实际上，你们在今后的工作中将会体会到这一点。钻井出了问题，人们首先想到的是钻井液；采油出了问题，对油层和油层改造，首先想到的是各种化学剂。例如以前压裂是水力压裂，现在已开发出一种新的压裂方式-高能气体压裂，即爆炸压裂。成本低，对深井压裂有效。我国目前的原油采收率较低，大约一次采油（依靠地层能量即油气本身压力采出石油）采收率小于15%。二次采油既注水注气采油，采收率约为35%，我国平均为36.36%。三次采油即以化学剂为中心，靠化学—物理的作用来驱油，采收率可达70~95%。我国目前的原油采收率较低，还有许多工作要做。记得赵福麟教授常说的句话就是：“最后一滴油是用化学方法采出来的。”。原油输送过程中要加入降凝剂，减阻剂。几十到几百PPm的降凝剂就可使原油凝固点下降5～20℃。使固态的油呈液体流动。油田化学剂作用：油田化学剂可以改善钻井、完井、采油、集输等作业的效率及质量；对避免油田作业事故，延长油井寿命，提高油井产能；减少油田环境污染，提高原油采收率，降低作业费用，均有重大贡献；对有效的开发和利用石油及天然气至关重要。五、油田化学与其它学科的关系油田化学与多门学科有着密切的关系，互相依赖，互相促进。从学科的划分来看，有两种分法：化学：无机、有机、物化、高分子、胶体化学化学→应用化学→油田化学：工程类：钻井、采油、储运地质：储层工业技业→工业化学它涉及到的学科包括化学和工程类2大类。现在咱们学校正在上报将石油作为一级学科，而将油田化学作为二级学科来申请博士点，这项工作正在进行。油田化学一方面与石油作业的工艺过程有关，钻井、采油和集输工艺方法的改变对油田化学研究也提出了新的要求。譬如说：随大斜度井、水平井的使用，相应的提出了与之适应的钻井液，也要求使用和开发相应的添加剂。另一方面，油田化学与化学学科的发展密切相关。最早使用天然高分子物质，例如丹宁、栲胶和无机物来处理钻井液。后来引进聚丙烯酰胺钻井液。现在又使用了阳离子、两性离子和正电胶钻井液，这些都借用了化学其它学科的成果。所以说：现代科学的发展已经使得各门学科之间相互渗透、互相促进，油田化学本身就是一门新兴的边缘科学。六、油田化学发展的历史、发展趋势：1、发展历史：油田化学这一新兴学科出现于六十年代。此后，油田化学剂的开发和利用日益受到石油行业的关切和重视。世界：70年代中期总销售额：8亿美元；80年代初期总销售额：20亿美元；80年代末期总销售额：30亿美元。我国油田化学工作起步较晚。到80年代初期，才出现蓬勃发展的趋势。但与石油先进国家相比，油田化学剂的应用水平有还相当差距。例如：美国每采出一吨原油大约投入各种油田化学剂21公斤。而我国为7.76斤。这些油田化学剂包括钻井、完井、采油、集输等作业中所用的各种油田化学剂。1994年全国油田化学剂总用量为95.46万吨，总费用15亿元，但合格率仅30~60%。初步预测九五期间油田化学剂用量将大大增加，费用每年将增至30~35亿元。我国于1984年4月由成都科技大学高分子研究所编辑出版了第一份《油田化学》专业杂志，大大促进了油田化学学科的学术交流。在1979年由华北石油局钻井工艺研究所与石油天然气总公司钻井局合办了《钻井液与完井液》。美国PetroleumEconomist杂志1992年第59卷第3期由FrostandSullivan公司发表的文章预测世界油田化学剂销售额从1991到1997年将增长168%，其中钻井液占63%左右，完井、修井液占15%左右，强化采油剂占89%左右，而水泥外加剂占254%，总数与80年代美国“油田化学”杂志预计的数字基本相符，只是增长幅度更大些。由此可以看出，油田化学在石油工业中的作用是很重要的。2、发展趋势：从近几年的发展来看，油田化学研究呈现出以下几种趋势：（1）随其它学科的发展而发展，新的体系、化学剂日益增多。比如说：泥浆从以前的阴离子体系发展到现在的阳离子、复合离子体系，甚至也出现了以混合层金属氢氧化物为主的正电胶体系。这都是借鉴了其它学科的成果。（2）保护油层的化学剂日益受到重视。这类化学剂是一批新型化学剂，可用在钻井液、注水等系统中，减少对油层的损害，主要以阳离子聚合物为主。国内由勘探院研究成功了聚乙烯醇类的粘土矿物微离稳交剂。3．提高采收率用剂所占份额日益增多在大庆油田要通过各种提高采收率的方法稳产5300万吨到2000年。除加密井网、老井侧钻等方法外，主要依靠油层改造的方法来达到提高采收率稳产的目的。目前，大庆已建成了年产３万吨聚丙烯酰胺的生产厂，可提供聚合物驱使用的大分子量聚丙烯酰胺。七、本课程学习要求及安排：1.课程内容：本课程共计40学时。课堂教学内容分为两大部分，第一部分主要讲授油田化学的基础理论及共性部分，分三章：粘土矿物学、表面活性剂和水溶性聚合物。第二部分为油田化学分论，分别讲钻井化学、采油化学和集输化学。前面是理论基础，后边是应用。2.参考书：《钻井液有机处理剂》（夏剑英，石油大学出版社）《采油化学》（赵福麟，石油大学出版社）《油田化学》,西南石油学院，佟曼丽、陈大钧、姚晓）《油田化学基础》,惠晓霞,石油工业出版社1988年《Oil-fieldChemistry》（EnhancedRecoveryandProductionStimulation），JohnK。Borchardt，TehFuYen.ACSSymposiumSeries,Vol.396.《ChemicalsforOilfieldOperation》(RecentDevelopment),J.I.Dist