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油田化学概论中国石油大学（华东）赵福麟二○○九年六月提纲前言一、钻井化学二、采油化学三、集输化学结束语提纲前言一、钻井化学二、采油化学三、集输化学结束语前言1.油田化学概念2.油田化学研究内容3.油田化学常用的化学剂前言1.油田化学概念2.油田化学研究内容3.油田化学常用的化学剂油田化学概念油田化学是研究油田钻井、采油、原油集输过程中化学问题的科学。油田化学是石油科学中最年轻的科学。油田化学是由钻井化学、采油化学和集输化学三部分组成。前言1.油田化学概念2.油田化学研究内容3.油田化学常用的化学剂油田化学研究内容1.研究钻井、采油和原油集输过程中存在问题的化学本质。2.研究解决存在问题所使用的化学剂。3.研究各种化学剂的作用机理和协同效应。前言1.油田化学概念2.油田化学研究内容3.油田化学常用的化学剂油田化学常用的化学剂•表面活性剂•聚合物油田化学常用的化学剂•表面活性剂•聚合物表面活性剂•概念•分类•重要作用表面活性剂•概念•分类•重要作用表面活性剂概念表面活性剂是指少量加入就能大大降低表（界）面张力的物质。表面活性剂的分子结构是由非极性部分（亲油部分）和极性部分（亲水部分）组成。表面活性剂的概念表面活性剂溶液的表（界）面张力随其浓度的变化范围（25℃）表面活性剂的概念表面活性剂的分子结构表面活性剂•概念•分类•重要作用表面活性剂的分类1.阴离子表面活性剂活性部分为阴离子的表面活性剂2.阳离子表面活性剂活性部分为阳离子的表面活性剂3.非离子表面活性剂活性部分不带电性的表面活性剂4.两性表面活性剂活性部分带两种电学性质的表面活性剂，如阴离子-阳离子、阴离子-非离子、阳离子-非离子等。表面活性剂•概念•分类•重要作用表面活性剂的重要作用类型重要作用阴离子型起泡、乳化、破乳、防蜡、油井增产、水井增注、提高原油采收率阳离子型防蜡、缓蚀、杀菌、乳化、破乳、减小油井水油比、抑制粘土膨胀非离子型起泡、乳化、破乳、防蜡、油井增产、水井增注、提高原油采收率两性型缓蚀、杀菌、乳化、破乳、抑制粘土膨胀、提高原油采收率油田化学常用的化学剂•表面活性剂•聚合物聚合物•概念•分类•重要作用聚合物•概念•分类•重要作用聚合物的概念聚合物是指由许多重复单质组成，分子量从几千到几千万的化合物。（聚丙烯酰胺）聚合物•概念•分类•重要作用聚合物的分类分类标准分类示例对热性质热塑性聚合物热固性聚合物热塑性酚醛树脂热固性酚醛树脂结构直链线型聚合物支链线型聚合物交联体型聚合物聚丙烯酰胺聚丙烯酸酯固化后酚醛树脂水溶性聚合物油溶型聚合物天然聚合物合成聚合物溶解性聚丙烯酰胺聚丙烯酸酯来源黄胞胶聚丙烯酰胺聚合物的分类(热塑性酚醛树脂)(热固性酚醛树脂)(固化后酚醛树脂)聚合物的分类（聚丙烯酸酯）（聚丙烯酰胺）（黄胞胶）聚合物的结构聚合物•概念•分类•重要作用聚合物的重要作用增粘、减阻、降滤失、絮凝、防蜡、降凝、调剖、堵水、驱油、抑制天然气水合物、防砂、配压裂液。提纲前言一、钻井化学二、采油化学三、集输化学结束语钻井化学1.钻井化学概念2.钻井用的工作液3.钻井用的化学剂钻井化学1.钻井化学概念2.钻井用的工作液3.钻井用的化学剂钻井化学概念钻井化学是油田化学的一部分。钻井化学是钻井工程学与化学之间的边缘科学。钻井化学是研究如何用化学方法解决钻井和固井过程中遇到的问题。由于钻井过程和固井过程中遇到的问题主要来自钻井液和水泥浆，因此钻井化学可分为钻井液化学和水泥浆化学。钻井液化学是通过研究钻井液的组成、性能及其控制与调整，达到优质、快速、安全、经济地钻井的目的。水泥浆化学是通过研究水泥浆的组成、性能及其控制与调整，达到封隔漏失层、复杂地层和保护产层、套管的目的。钻井化学1.钻井化学概念2.钻井用的工作液3.钻井用的化学剂钻井用的工作液•钻井液•水泥浆钻井用的工作液•钻井液•水泥浆钻井液概念钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。它可以是液体或气体。因此，钻井液应确切地称为钻井流体。钻井液功能•冲洗井底；•携带岩屑；•平衡地层压力；•冷却与润滑钻头；•稳定井壁；•悬浮岩屑和密度调整材料；•获取地层信息；•传递功率。钻井液体系配钻井液重要材料配钻井液的重要材料是粘土。粘土是粘土矿物的总称。粘土矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、海泡石、坡缕石等。钻井用的一级膨润土是以钠蒙脱石为主要成分的粘土；二级膨润土则是以钙蒙脱石为主要成分的粘土。高岭石的晶体结构蒙脱石的晶体结构伊利石的晶体结构绿泥石的晶体结构坡缕石的晶体结构海泡石的晶体结构钻井用的工作液•钻井液•水泥浆水泥浆概念水泥浆是固井中使用的工作液。这里提到的固井是一种作业，该作业是由套管向井壁与套管的环空注入水泥浆并让它上返至一定高度，水泥浆随后变成水泥石将井壁与套管固结起来。水泥浆功能•固定和保护套管•保护高压油气层•封隔严重漏失层和其他复杂层水泥浆体系配水泥浆重要材料配水泥浆重要材料是水泥。水泥是由石灰石、粘土在1450~1650℃下煅烧、冷却、磨细而成，主要含硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。配水泥浆重要材料固井用的水泥浆称为油井水泥。按我国石油行业（SY）分成45℃、75℃、95℃和120℃4个级别；按API标准则分成A、B、C、D、E、F、G、H、J9个级别，分别用在不同的井深。SY油井水泥适用的井深API油井水泥适用的井深钻井化学1.钻井化学概念2.钻井用的工作液3.钻井用的化学剂钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂密度调整剂钻井液密度是根据平衡地层压力和地层构造应力的需要而调整的。合理的钻井液密度可以防止井喷或钻井液漏进地层，也可以控制或减轻井喷坍塌。调整钻井液密度包括降低钻井液密度和提高钻井液密度。可用加水或充气的方法降低钻井液密度，因水和气体的密度都低于钻井液密度。可用加入高密度材料的方法提高钻井液密度。高密度的不溶性矿物或矿石高密度的水溶性盐钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂酸碱性控制剂钻井液的酸碱性与钻井液中粘土的分散程度，Ca2+、Mg2+和钻井液处理剂的存在状态，钻井液的流变性和钻井液对钻具的腐蚀密切相关。钻井液的酸碱性可用pH值表示。钻井液的pH值一般控制在弱碱性（8~10）范围，因为在这个pH值范围，钻井液中的粘土有适当的分散性，钻井液处理剂有足够的溶解性，对Ca2+、Mg2+在钻井液中的浓度有一定的抑制性，钻井液对钻具有低的腐蚀性。常用的酸碱性控制剂•氢氧化钠•氢氧化钾•碳酸钠•碳酸氢钠钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂降滤失剂在一定压差下，钻井液可滤失进地层。若钻井液滤失量太大，则影响正常钻井，可用降滤失剂降低钻井液的滤失量。能降低钻井液滤失量的化学剂叫降滤失剂。常用的降滤失剂•改性褐煤（改性腐殖酸）如腐殖酸钠、腐殖酸钾、硝基腐殖酸钠、磺甲基腐殖酸钠等。•改性淀粉如碱淀粉，羟乙基淀粉等。•改性纤维素如钠羧甲基纤维素，羟乙基纤维素等。•改性树脂如磺甲基酚醛树脂。降滤失剂作用机理•增粘机理•吸附机理•捕集机理•物理堵塞机理钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂流变性控制剂钻井液流变性是指钻井液流动和变形的性质。这种性质与钻井液对井底的冲洗能力、对钻屑的携带和悬浮能力、对功率的传递能力和井壁稳定等直接相关。能控制钻井液流变性的化学剂称为流变性控制剂。常用流变性控制剂•降粘剂•增粘剂常用流变性控制剂•降粘剂•增粘剂钻井液降粘剂•单宁碱液•栲胶碱液•磺甲基单宁•铁铬木质素磺酸盐•丙烯酸钠与丙烯磺酸钠共聚物钻井液降粘剂降粘机理通过在粘土表面吸附，拆散粘土颗粒联结所产生的结构，起降低钻井液粘度的作用。常用流变性控制剂•降粘剂•增粘剂钻井液增粘剂•钠羧甲基纤维素•羟乙基纤维素钻井液增粘剂钻井液增粘剂增粘机理•对水起稠化作用；•在粘土颗粒上吸附增加粘土颗粒体积；•在粘土颗粒间桥接吸附形成结构，产生结构粘度。钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂固含量控制剂钻井液固含量是指单位体积钻井液中固体物质的质量。钻井液中的固体包括配浆用粘土、岩屑和密度调整材料。固含量影响钻井液性能：过高，钻井液粘度太大，流动阻力太大；过低，滤失量大，滤饼厚，易发生卡钻。重要的固含量控制剂重要的固含量控制剂是钻井液絮凝剂。钻井液絮凝剂主要是水溶性聚合物。如聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺阳离子聚丙烯酰胺重要的固含量控制剂（聚丙烯酰胺）（阴离子聚丙烯酰胺）（阳离子聚丙烯酰胺）固含量控制剂作用机理固含量控制剂是通过它在固体颗粒间桥接吸附，产生絮凝体，将固体颗粒从钻井液中除去。（粘土）（聚丙烯酰胺）（粘土絮凝体）聚合物分子对粘土的絮凝作用钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂润滑性改进剂为了减小钻柱与井壁的摩擦，降低钻井过程的动力消耗，需在钻井液中加入润滑性改进剂。重要的润滑性改进剂•液体润滑剂如植物油和动物油。•固体润滑剂如塑料小球、玻璃小球。润滑性改进剂作用机理液体润滑剂是通过液层与液层摩擦取代固体与固体摩擦起作用；固体润滑剂是通过将钻柱与井壁的滑动摩擦变成滚动摩擦起作用。钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂井壁稳定剂井壁稳定剂是指那些能抑制井壁的粘土膨胀和分散的化学剂。重要的井壁稳定剂•氯化钾、氯化铵•烷基三甲基氯化铵•阳离子聚丙烯酰胺•氧化沥青和磺化沥青井壁稳定机理•抑制固体表面的负电性•中和固体表面的负电性•覆盖固体表面的负电性钻井用的化学剂•密度调整剂•酸碱性控制剂•降滤失剂•流变性调整剂•固含量控制剂•润滑性改进剂•井壁稳定剂•解卡剂解卡剂解卡剂是指那些能降低滤饼与钻柱之间摩擦力，从而达到解卡目的的化学剂。解卡剂粘附卡钻重要的解卡剂•沥青稠化柴油•烷基磺酸钠加低分子醇解卡剂解卡机理解卡剂是通过降低滤饼与钻柱之间摩擦力起解卡作用的。提纲前言一、钻井化学二、采油化学三、集输化学结束语采油化学1.采油化学概念2.采油中遇到的问题3.采油用的化学剂4.采油用的工作液采油化学1.采油化学概念2.采油中遇到的问题3.采油用的化学剂4.采油用的工作液采油化学概念采油化学是油田化学的一部分。采油化学是油田开采工程学与化学之间的边缘科学。采油化学是研究如何用化学方法解决采油工程中遇到的问题。采油过程中遇到的问题有油层的问题，也有油水井的问题。采油化学1.采油化学概念2.采油中遇到的问题3.采油用的化学剂4.采油用的工作液采油中遇到的问题油层的问题集中表现在原油采收率不高。虽然油田不同，驱油方式不同，原油采收率也不同，但目前大多数油田的原油采收率超不过50%。这意味着，有相当数量的原油采不出来。采油中遇到的问题油水井（包括近井地带）也存在各种问题。油水井问题主要有下面五个，即油水井出砂、油井结蜡、油井出水、稠油井开不起来以及由于各种原因引起油井产量和注水井注入量的降低，这就是通常讲的砂、蜡、水、稠、低五大问题。采油化学1.采油化学概念2.采油中遇到的问题3.采油用的化学剂4.采油用的工作液采油用的化学剂•驱油剂•调剖剂•堵水剂•防砂用剂•防蜡剂与清蜡剂•防垢剂与除垢剂•粘土稳定剂•示踪剂采油用的化学剂•驱油剂•调剖剂•堵水剂•防砂用剂•防蜡剂与清蜡剂•防垢剂与除垢剂•粘土稳定剂•示踪剂驱油剂驱油剂是指为了提高原油采收率而从油田注入井注入油层将油驱至油井的物质。驱油剂有各自的性质，它们通过不同的机理，使原油的采收率得到提高。重要的驱油剂驱动驱油剂驱动驱油剂聚合物驱聚合物（溶液）气驱氮气、二氧化碳气、空气碱