油田化学-(完整课件).ppt

1、中国石油大学（华东）石油工程学院油田化学系油田化学绪论油田化学的研究对象 油田化学的研究对象 油田化学集输化学钻井化学采油化学油田化学与油田地质学密切联系；是钻井工程、采油工程、油藏工程和集输工程等的边缘科学；各门基础化学（无机、有机、分析、物化、表面、胶体化学等）是油田化学的基础；与流体力学和渗流力学及环境化学也有密切的联系。钻井化学钻井化学主要研究钻井/完井和水泥浆体系的性能及其控制与调整。包括添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及钻井、完井、固井、射孔、试油等过程的化学问题。钻井液化学水泥浆化学钻井液体系及添加剂完井液体系及添加剂完井过程油气层保护水泥浆体系及添加剂固井射孔油气层

2、保护油田化学的研究对象 采油化学油层化学改造化学驱法混相驱法 烃类混相法 非烃类混相法聚合物驱活性剂驱碱驱复合驱热采法 蒸汽驱 火烧油层法油水井化学改造水井调剖 油井堵水化学防砂 防蜡清蜡稠油降粘 酸化解堵射孔压裂 修井压井油层保护 综合措施采油化学主要研究油层改造和油水井化学改造问题。包括改造方案、添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及采油过程中的众多化学问题。集输化学腐蚀与防护阻垢与清垢乳化与破乳降粘与减阻天然气利用污水的处理污染与防治 集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题

3、。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。油田化学的研究对象 第一章 粘土矿物第一篇 钻井化学本章要点 基本概念：晶格取代、CEC等 粘土矿物的基本构单元和基本晶层 常见粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）的特点及其特性解释 粘土矿物的基本特性及其机理粘土前言前言 （2）粘土：疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为主的（50%）沉积物。（3）粘土岩（俗称：泥页岩）：粘土矿物经沉积、固结成岩作用后成为粘土岩。（1）粘土矿物

4、：细分散的（2um）含水的铝硅酸盐类矿物的总称，可进一步分为晶质（具有晶体结构的）和非晶质，自然界中所见到的粘土矿物绝大多数是晶质的。第一章 粘土矿物与钻井工程的关系（1）粘土作为钻井液的重要组成成分，配浆原材料。（2）钻井过程中井眼的稳定性，泥页岩的主要组成部分，75%地层为泥页岩，90%的井壁不稳定发生在泥页岩。（3）油气层的保护，粘土矿物膨胀与钻井液配浆粘土堵塞。第一章 粘土矿物第一节 粘土矿物的基本构造第一章 粘土矿物粘土矿物的基本构造1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片 硅氧四面体：有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等。顶氧

5、底氧 硅氧面体晶片：指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成。粘土矿物的基本构造 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片 铝氧八面体：六个顶点为氢氧原子团，铝、铁或镁原子居于八面体中央。氧或羟基粘土矿物的基本构造铝氧八面体晶片：多个铝氧八面体通过共用的OH连接而成的AL-O八面体网络。粘土矿物的基本构造3、晶片的结合层面是O层面是OHSi-O晶片Al-O晶片晶层：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层（1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝 氧八面体 晶片构成。粘土矿物的基本构造（2）2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成。氧原子氧原

6、子Si-O晶片Al-O晶片Si-O晶片粘土矿物的基本构造粘土矿物的基本构造第二节粘土矿物第一章 粘土矿物1、基本概念粘土矿物粘土矿物（1）晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外 阳离子所置换，而晶体结构不变的现象。Si-O四面体：Al3+取代Si4+Al-O八面体：Mg2+、Fe2+取代Al3+粘土带 负电荷例1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为：Al4Si8O2(OH)4.nH2O 蒙脱石的实际结构式为：(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O例2：伊利石在不发生晶格取代时，其理想结构式为：Al4（Si8O20）（OH）4 伊利石的实际结

7、构式为：(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20粘土矿物粘土矿物（2）阳离子交换容量（C.E.C)定义：分散介质pH=7时，1kg粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。C.E.C可用来表示粘土在水中带电性的多少，它与粘土的水化分散、吸附等性质密切相关。（3）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为 15mPa.s钻 井液的体积数，m3/T。造浆率粘土的水化分散能力粘土矿物粘土矿物（1）高岭石高岭石晶体结构示意图粘土矿物粘土矿物高岭石特点Si-OAl-OOHOA、1：1型粘土矿物B、几乎不存在晶格取代，负电量少C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C

8、=7.2问题：为什么高岭石属非膨胀性粘土矿物？粘土矿物粘土矿物D、C.E.C低（30-150 mmol/kg土)在三种常见的粘土矿物中，高岭石的.E.C最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以C.E.C小。、造浆率低 高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面，故水化分散能力差，造浆率低。粘土矿物粘土矿物蒙脱石Al-OSi-OSi-O蒙脱石晶体结构示意图粘土矿物粘土矿物蒙脱石特点A、2：1型粘土矿物B、存在晶格取代，取代位置主要在AL-O八面体中，即AL3+被Mg2+

9、、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距C=9.6-40。为什么属膨胀型粘土矿物？粘土矿物粘土矿物D、C.E.C 大（700-1300 mmol/1kg土)、造浆率高 因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。原因在于蒙脱石存在晶格取代，所以带负电荷较多，周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目多，所以C.E.C大。粘土矿物粘土矿物（3）伊利石 伊利石晶体结构示意图粘土矿物粘土矿物伊利石特点 Al-OSi-OSi-OK+A、2：1型粘土矿物B、存在晶格取代，取代位置主要在Si

10、-O四面体中，且取代数目比蒙脱石多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。C、晶层间引力以静电力为主，引力强，晶层间距C=10，属非膨胀型粘土矿物。为什么？粘土矿物粘土矿物 由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K+产生很强的静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层.K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，周围有12个氧与它配伍，起到连接作用，水分子不易进入晶层；粘土矿物粘土矿物D、C.E.C 大介于高岭石与蒙脱石之间（200-400mmol/1kg土)蒙脱石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于蒙脱石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的

11、负电荷离晶层表面近，故与K+产生很强的静电力，K+不易交换下来。K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此，K+连接通常非常牢固，不易交换下来。、造浆率低粘土矿物粘土矿物 一般情况下，随着地层深度的增加，伊利石含量增加蒙脱石含量减少，因此，下部地层缩径现象少，以剥落掉块、坍塌为主。粘土矿物粘土矿物表1-1 高岭石、伊利石和蒙脱石基本特性比较 矿物名称矿物名称项目项目高岭石高岭石伊利石伊利石蒙脱石蒙脱石晶体类型晶体类型1：12：12：1层间力层间力氢键力氢键力静电力，分子间力静电力，分子间力范氏力范氏力层间距，层间距，nm0.721.00.9

12、64层间离子层间离子无无K+Na+/Ca2+电荷来源电荷来源晶体边缘断键晶体边缘断键Al3+取代取代Si4+Mg2+或或Fe2+取代取代Al3+晶格取代晶格取代几乎无几乎无有有有有CEC，mmol/kg土土301502004007001300比表面积，比表面积，m2/g土土97065180600850水化性水化性难水化难水化不易水化不易水化易水化易水化第三节 粘土矿物的性质第一章 粘土矿物粘土矿物的性质粘土矿物的性质一、带电性定义：指粘土矿物在与水接触时的带电符号和带电量粘土带电性验证：电泳实验（粘土在水中移向正极，带负电荷）电荷产生原因值等的影响受粘土表面化学变化和表面电荷（可变电荷）晶格取

13、代永久电荷（构造电荷）pH1、永久电荷 晶格取代：粘土矿物晶体结构中一部分阳离子被另外一部分阳离子所取代（置换），但晶体结构不变的现象。伊利石与蒙脱石相比虽晶层结构相同，但由于晶格取代位置不同，平衡阳离子不同，因此层面电荷密度不同，水化难易程度不同。粘土矿物的性质粘土矿物的性质 2、表面羟基与H+与OH-的反应（可变电荷）在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。Al-OH+H+Al+H2O在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。Al-OH+OH-Al-O-+H2O粘土矿物的性质粘土矿物的性质粘土矿物带电量 粘土带电量通常用C.E.C表示，C.E.C越大，说明粘土所带负电荷越多，

14、三种常见粘土矿物的C.E.C大致如下。矿物名称矿物名称C.E.C高岭石高岭石30-150蒙脱石蒙脱石700-1300伊利石伊利石200-400 思考题：为什么伊利石单位晶胞所带负电荷比蒙脱石多，而C.E.C却比蒙脱石小？影响因素：粘土类型；分散程度；CEC；pH值等 粘土矿物的性质粘土矿物的性质 1、定义 水化：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。膨胀：粘土吸水后体积增大的性质。膨胀性是衡量粘土亲水性的指标，亲水性越强，吸水量越大，水化膨胀越厉害。2、水化膨胀机理 各种粘土都会吸水膨胀，只是不同的粘土矿物水化膨胀的程度不同而已。粘 土水化膨胀受三种力制约：表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。

15、粘土矿物的性质粘土矿物的性质二、粘土的水化膨胀性(1)表面水化 定义：由粘土晶体表面直接吸附水分子和通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子而导致的水化。表面水化机理 直接水化：粘土表面上的H+和OH-通过氢键吸附水分子。间接水化：通过所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子。(2)渗透水化 定义：由于晶层间阳离子浓度大于溶液内部 的阳离子浓度，因而发生水的浓差扩散，使水进入晶层。作用机理：浓差扩散。粘土矿物的性质粘土矿物的性质1、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。吸附质：被吸附的物质（钻井液处理剂）吸附剂：吸附吸附质的物质（粘土）（1）物理吸附：范德华引力引起，一般

16、无选择性，吸附热较小，容易脱附。例：阴离子和非离子处理剂在粘土上的吸附。2、分类（2）化学吸附：化学键力引起，具有选择性，吸附热较大，不易脱附。例：阳离子处理剂在粘土上的吸附。粘土矿物的性质粘土矿物的性质（3）离子交换吸附 粘土矿物表面上离子（通常为补偿性阳离子）与溶液中同号离子间的交换作用。如自然界中的膨润土（即蒙脱土）绝大多数为钙蒙脱土，可转化为钠蒙脱土 粘土矿物的性质粘土矿物的性质Ca2+土+Na2CO3 2Na+土+CaCO3特点：同号、等电量、可逆影响因素：a.离子价数 离子价数越大越容易发生离子交换b.离子半径 离子半径越大离子水化半径越小，离子的吸附性越强交换能力越大，通常离子的

17、交换能力由弱到强的排列顺序为Li+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+Fe3+dp,无规线团封堵泥饼孔隙入口第四节 钻井液滤失性及其控制第五节 钻井液流变性及其调整第二章 钻井液化学第五节 钻井液流变性及其调整是指在外力作用，物质发生流动和变形的特性（1）携带岩屑，井底和井眼的清洁流变性：与钻井液流变性有关的钻井问题：（2）悬浮岩屑与加重材料（3）钻井速度（4）井眼规则和井下安全一、基本概念1、剪切速率：指垂直于流速方向上单位距离上 的流速变化。=dv/dx s-1第五节 钻井液流变性及其调整 在钻井过程中，钻井液在各个部位的剪切速率不同：沉砂池处：10 20 s-1；环形空

18、间：50250 s-1；钻杆内：1001000 s-1；钻头喷嘴处：10000 100000 s-1第五节 钻井液流变性及其调整2、剪切应力：流体单位面积上的内摩擦力。=F/A Pa 式中：F 流体的内摩擦力 N A 相邻流动层接触面积 m2 3、触变性：钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。钻井液表观粘度随剪切速率增大而降低的特性 4 4、剪切稀释性、剪切稀释性:第五节 钻井液流变性及其调整5、流变曲线：描述与关系的曲线 6、流变模式：描述与关系的数学关系式第五节 钻井液流变性及其调整 1、宾汉模式 =0+p 0：动切力或屈服值，Pa p：塑性粘度，Pa.S 第五节 钻井液流变性及其调整二、流变模

19、式=0+p 第五节 钻井液流变性及其调整（1）塑性粘度p 反映流体在层流下达到动平衡时，固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及液相内部内摩擦力的大小第五节 钻井液流变性及其调整 物理意义 影响因素A、固相含量多固相颗粒数目多塑性粘度p大B、固相分散度大 固相表面积大 塑性粘度p 大C、液相粘度大内摩擦力大 塑性粘度p 大第五节 钻井液流变性及其调整 调整 p 加预水化粘土 加增粘剂增粘机理极性基团水化，降低自由水与粘土形成网架结构在粘土表面吸附，增加粘土体积分数第五节 钻井液流变性及其调整 p加水稀释第五节 钻井液流变性及其调整使用固控设备使用化学絮凝剂（2）动切力0物理意义：钻井液在层流状态下

20、达到动平衡时形成网架结构的强弱。影响因素 A、固相含量大结构数目多 动切力0大B、固相分散度大 固相颗粒数量多 动切力0大 C、加入降粘剂动切力0 降低 第五节 钻井液流变性及其调整0 0 第五节 钻井液流变性及其调整 调整 加预水化粘土加高分子聚合物加适量的电解质加降粘剂加水稀释消除引起0升高的电解质 =Kn （0 n 100m3.h-1，钻井液只进不出。第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏（a）渗透性漏失（c）溶洞性漏失（b）裂缝性漏失1、堵漏：对漏失地层的封堵2、堵漏材料：封堵漏失地层采用的材料（1）渗透性地层堵漏 硅酸凝胶铬冻胶HPAM+重铬酸钾+亚硫酸

21、钠铬冻胶二、堵漏与堵漏材料第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏酚醛树脂苯酚+甲醛不溶于水的酚醛树脂（2）裂缝性或溶洞性地层堵漏纤维性材料植物纤维：短棉绒矿物纤维：石棉纤维 颗粒性材料植物性颗粒：核桃壳、花生壳等矿物性颗粒：粘土、石灰岩等第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏第十一节 钻 井 液 体 系第二章 钻井液化学第十一节 钻井液体系水基钻井液体系油基钻井液体系气体钻井液体系钻井液体系第十一节 钻井液体系一、水基钻井液一、水基钻井液水基钻井液非抑制性钻井液抑制性钻井液O/W 钻井液泡沫钻井液钙处理钻井液钾盐钻井液盐水钻井液聚合物钻井液正电胶钻井液1、非抑制性钻井液（1）定义：由淡水、粘土和各种对

22、粘土起分散作用的处理剂配制而成的的水基钻井液 （2）特点配制简便，成本低滤失造壁性能好可配制高密度钻井液抗温能力强优点第十一节 钻井液体系抗污染能力差，性能不稳定抑制性差，不利于井壁稳定亚微米颗粒（直径小于1m）多，钻速慢不能有效地保护油气层缺点（3）适用地层适合一般地层打深井和高温井第十一节 钻井液体系2、抑制性钻井液以页岩抑制剂为主要处理剂的水基钻井液钙处理钻井液（石灰、石膏、氯化钙盐水钻井液（氯化钠）钾盐钻井液（氯化钾）聚合物钻井液正电胶钻井液第十一节 钻井液体系 具有抗钙侵、稳定页岩和控制钻井液粘土分散特点 加少量稀释剂，使钻井液处于适度分散 第十一节 钻井液体系（1）钙处理钻井液 石

23、灰 pH大于11.5，Ca2+含量0.12-0.20 g/L石膏 pH 9.5-10.5，Ca2+含量 0.6-1.5 g/L氯化钙 pH10-11，Ca2+含量 3-4 g/L适于钻石膏层 具有抑制页岩分散、膨胀，控制地层造浆、坍塌、减少亚微粒子特点第十一节 钻井液体系（2）钾盐钻井液 聚合物钾盐、聚合物铵盐、无机钾盐、有机钾盐为主要处理剂，要求 pH8-9，K+大于1.8 g/L适于钻页岩层 适用海上、近海滩、缺乏淡水的地区钻井，饱和盐水钻井液适用钻岩盐层、页岩层、岩 盐与石膏的混合层 第十一节 钻井液体系（3）盐水钻井液 以盐为主要处理剂。盐含量10 g/L-饱和。具有耐盐、耐钙、镁离子

24、、抑制页岩、滤液对油层损害小等特点 由于聚合物的桥接作用，钻井液中的粘土颗粒保持在较粗的状态，同时由于聚合物的吸附作用，钻屑表面受到保护而不分散成更细的颗粒，因此钻井速度更快第十一节 钻井液体系（4）聚合物钻井液（不分散钻井液）聚合物为主要处理剂第十一节 钻井液体系阴离子聚合物阳离子聚合物两性离子聚合物非离子聚合物井深3500m之内，井温低于150页岩层钻井海上钻井、页岩层第十一节 钻井液体系携盐能力强稳定井壁性能好对油气层有保护作用（5）正电胶钻井液适用水平井钻井和打开油气层3、水包油钻井液：水基钻井液中加入油和乳化剂形成润滑性好滤失量低保护油气层能力强特点适用地层：易卡钻及易泥包钻头地层第

25、十一节 钻井液体系4、泡沫钻井液特点摩阻低携带能力强保护油气层适用地层：低压易漏地层第十一节 钻井液体系1、特点润滑性好有利于井壁稳定保护油气层抗污染能力强抗高温优点成本高污染环境钻速低缺点二、油基钻井液第十一节 钻井液体系（1）全油基钻井液特点：组成：油、沥青、乳化剂、水含量10%成本高、易着火、钻速慢2、油基钻井液分类第十一节 钻井液体系（2）油包水乳化钻井液油、润湿剂、乳化剂、亲油胶体、水含量10-60%3、油基钻井液适用地层泥页岩地层、岩盐层、石膏层、高温地层及油气层第十一节 钻井液体系组成：特点：比全油基钻井液成本低、不易着火、钻速较快1、特点：钻速快、保护油气层2、适用地层：低压易

26、漏地层三、气体钻井流体第十一节 钻井液体系本章完第三章 水泥浆化学第一篇 钻井化学 1、固井 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。前言前言（1）表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。（2）生产套管（油层套管）用以保护生产层，提供油气生产通道。（3）中间套管（技术套管）用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。2、套管类型及其作用第一节水泥浆功能与组成 （1）固井和保护套管 （2）保护高压油气层 （3）封隔严重漏失层和其他复杂层 一、水泥浆的功能2、水泥浆的组成 （2）水泥 水

27、泥是由石灰石、粘土在14501650下煅烧、冷却、磨细而成，它主要含下列硅酸盐和铝盐酸：（1）水 配水泥浆的水可以是淡水、盐水或海水。水泥浆由水、水泥、外加剂和外渗料组成。（1 1）硅酸三钙）硅酸三钙3CaOSiO3CaOSiO2 2（简称（简称C C3 3S S）水泥的主要成份，水化速率和强度增加率高，水泥的主要成份，水化速率和强度增加率高，早期强度和最后强度都高。早期强度和最后强度都高。（2）硅酸二钙2CaOSiO2（简称C2S）含量一般在2430之间；水化反应缓慢，强度增长慢；最终强度低。2、水泥浆的组成（3）铝酸三钙3CaOAl2O3（简称C3A）含量少，水化速率高，强度增加速率低，最

28、后强度低。（4 4）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O34CaOAl2O3Fe2O3（简称（简称C4AFC4AF）含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。除了以上主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。除了以上主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。2、水泥浆的组成 水泥水化后的早期强度主要决定于硅酸三钙，晚期强度则主要决定于硅酸三钙和硅酸二钙，而铝酸三钙和铁铝酸四钙对早期强度和晚期强度的影响都较小。水泥石还含有石膏、碱金属、氧化钙等。2、水泥浆的组成2、水泥浆的组成 油井水泥分类 按API(American Petro

29、leum Institute)标准分类:A、B、C、D、E、F、G、H、J九个级别 按我国石油行业（SY）标准分类，油井水泥根据适应的地层温度分成45、75、95、和120四个级别。2、水泥浆的组成3、水泥浆的外加剂与外掺料 若按用途，则可将水泥浆外加剂与外掺料合在一起分成七类，即水泥浆促凝剂、水泥浆缓凝剂、水泥浆减阻剂、水泥浆膨胀剂、水泥浆降滤失剂、水泥浆密度调整外掺料、水泥浆防漏外掺料。第二节水泥浆密度及其调整第三章 水泥浆化学 固井时，为使水泥浆能将井壁与套管间的钻井液替换的彻底应要求水泥浆密度大于钻井液密度，但又以不压漏地层为度。配水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比。水泥浆通常的水灰

30、比在0.30.5范围，所配得水泥浆密度则在1.81.gcm-3范围。前言 能降低水泥浆密度的物质称为降低水泥浆密度外掺料。在低压油气层或易漏地层固井时，需在水泥浆中加入降低水泥浆密度外掺料。（1）粘土 粘土的固相密度（.42.7gcm-3）。低于水泥的固相密度（3.13.2gcm-3）。1、降低水泥浆密度外掺料 （2）粉煤灰 粉煤灰是粉煤燃烧产生的空心颗粒，主要成分为二氧化硅。粉煤灰固相密度（约2.1gcm-3），比水泥的固相密度低。（3）膨胀珍珠岩 膨胀珍珠岩是通过珍珠岩高压熔融，然后迅速减压、冷却所产生的多孔性固体。1、降低水泥浆密度外掺料 能提高水泥浆密度的物质称为提高水泥浆密度外掺料。

31、在高压油气层固井时，需在水泥浆中加入提高水泥浆密度的外掺料。2、提高水泥浆密度外掺料 （1）高密度固体粉末 （2）水溶性盐 第三节水泥浆稠化及稠化时间的调整第三章 水泥浆化学 (1)水泥浆稠化 水与水泥混合后水泥浆逐渐变稠,水泥浆这种逐渐变稠的现象称为水泥浆稠化。1、水泥浆稠化 (2)水泥浆稠度 水泥浆稠化的程度用稠度表示。水泥浆的稠度是用稠化仪通过测定一定转速的叶片在水泥浆中所受的阻力得到，单位为Bc。（3）水泥浆稠化速率 用稠化时间表示。稠化时间是指水与水泥混合后稠度达到100Bc所需的时间。为使水泥浆顺利注如井壁与套管的环空，应要求稠化时间等于注水泥浆施工时间（即从配水泥浆到水泥浆上返至

32、预定高度的时间）加上一小时。1、水泥浆稠化 水泥浆稠化是由水泥水化引起的。水泥的主要成分与水发生的水化反应为：2、水泥的水化反应2 2、水泥的水化反应、水泥的水化反应 水泥的水化分为五个阶段：预诱导阶段：这阶段是在水与水泥混合后的几分钟时间内在这阶段，由于水泥为水润湿而开始水化反应，放出大量的热(其中包括润湿热和反应热)水化反应生成的水化物在水泥颗粒表面附近形成饱和溶液井在表面析出，阻止丁水泥进一步水化，使水化迅速下降，进入诱导阶段诱导阶段：在这阶段，水泥的水化速率很低但由于水泥表面析出的水化物渐溶解(因它对水泥浆的水相未达到饱和)，所以在这阶段后期，水化速率有所增加固化阶段：在这阶段，水化速

33、率增加水泥水化产生大量的水化物，它们首先溶于水中，随后饱和析出，在水泥颗粒间形成网络结构，使水泥浆固化。硬化阶段：在这阶段，水泥颗粒间的网络结构变得越来越密，水泥石强度越来越大，因此渗透率越来越低，影响未水化的水泥颗粒与水接触，水化速率越来越低中止期：在这阶段，渗入水泥石的越来越少，直到不能渗入，从而使水泥的水化中止，完成了水泥水化的全过程。水泥的水化分为五个阶段：（1）促凝剂：缩短水泥浆稠化时间的物质 3、水泥浆稠化时间调整 促凝机理 压缩析出水化物表面的扩散双电层，使它在水泥颗粒间形成有高渗透性的网络结构，有利于水的渗入和水化反应的进行而起促凝作用。促凝剂举例 氯化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸

34、盐、铝酸盐、低分子有机酸盐等。（2）缓凝剂：延长水泥浆稠化时间的物质 缓凝机理：吸附机理：缓凝剂吸附在水泥颗粒表面，阻碍与水接触。也可吸附在饱和析出的水泥水化物表面，影响其在固化阶段和硬化阶段形成网络结构的速率。螯合机理：缓凝剂可与通过螯合形成稳定的五元环和六元环结构而影响水泥水化物饱和析出的速率。3、水泥浆稠化时间调整缓凝剂举例 缓凝剂举例 缓凝剂举例 缓凝剂举例 缓凝剂举例 缓凝剂举例 第四节水泥浆流变性及其调整第三章 水泥浆化学 水泥浆流变性与水泥浆的流动阻力有关,与水泥浆对钻井液的顶替效率和固井质量有关。水泥浆流变性与泥浆流变性类似。1、水泥浆流变性2、水泥浆流变性调整 水泥浆流变性调

35、整主要是通过加水泥浆分散剂降低流动阻力。分散剂作用机理：同泥浆降粘剂。通过吸附提高水泥颗粒表面负电性并增加水化层厚度从而使水泥颗粒形成的结构拆散。（1）羟基羧酸及其盐 柠檬酸、水杨酸、苹果酸等及其盐。热稳定性高、抗盐性强、缓凝作用好等特点 （2）木质素磺酸盐及其改性产物 与羟基羧酸及其盐相比有类似特点，使用时要加消泡。分散剂类型：（3）烯类单体低聚物 聚乙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、苯乙 烯磺酸 钠与顺丁烯二酸酐的共聚物等（26103）。热稳定性高、不起泡、不缓凝、减阻效果好。（4）磺化树脂低缩聚物 磺化烷基奈甲醛树脂具有 烯类单体低聚物特点，但有一定的缓凝作用（24103）。分散剂类型：第五节水

36、泥浆滤失性及其调整第三章 水泥浆化学 一般固井常规滤失量250ml，深井固井50ml，油气层固井20ml。地层渗透率越低，滤失量应越低。1、水泥浆滤失量要求2、降滤失剂分类及作用机理 （1）固体颗粒：捕集和物理堵塞机理 （2）乳胶：粘稠液珠在地层空隙结构中产生Jamin效应，在地层 空隙表面成膜，降低地层渗透率 （3）水溶性聚合物：增粘、吸附、捕集和物理堵塞机理降滤失剂：降滤失剂：降滤失剂：降滤失剂：降滤失剂：降滤失剂：降滤失剂：降滤失剂：第六节 气窜及其控制第三章 水泥浆化学 （1）定义 高压气层中的气体沿着缝隙进入低压层或上窜至地面的现象。1、气窜定义及发生原因 （2）气窜原因 水泥降在固

37、化阶段和硬化阶段体积收缩。（1）半水石膏 CaSO4 1/2H20+3/2H2O CaSO42H2O （半水石膏）3CaO AL2O3+6H2O 3CaO AL2O3 6H2O （铝酸三钙）3（CaSO42H2O）+3CaO AL2O3 6H2O+20H2O 3CaO AL2O3 3 CaSO432H2O（钙矾石）2、防气窜剂（水泥浆膨胀剂）（2）铝粉：2Al+Ca(OH)2+2H2O Ca(AlO2)2+H2（3）氧化镁：Mg O+H2O Mg(OH)2 氧化镁引起的体积膨胀率随温度增加而增大，高温固化。2、防气窜剂（水泥浆膨胀剂）（4）水溶性聚合物：提高水相粘度、物理堵塞（5）水溶性表面活

38、性剂：Jamin效应（6）乳胶：Jamin效应、成膜作用2、防气窜剂（水泥浆膨胀剂）第七节水泥浆漏失处理方法第三章 水泥浆化学颗粒性材料纤维状材料加堵漏材料减小水泥浆密度和流动压降水泥浆漏失处理方法第八节水泥浆体系第三章 水泥浆化学常规水泥浆特种水泥浆标准水泥、淡水、一般外加剂及材料膨胀水泥浆含盐水泥浆乳胶水泥浆 触变水泥浆防冻水泥浆 高温水泥浆泡沫水泥浆钻井液转化水泥浆外加半水石膏、铝粉、氧化镁等膨胀剂。防气窜外加无机盐。用于岩盐层、页岩层固井外加乳胶。提高胶结强度、降低滤失量和水泥石渗透性，有良好的防气窜性能外加半水石膏（水泥质量的812%）。主要用于易 漏地层固井、防气窜。外加防冻剂（低

39、于-3水泥浆仍能流动）、促凝剂外加活性SiO2（质量为水泥的35%），阻止常规水泥浆高温（110 ）体积收缩抗压强度下降、渗透 率提高由水、水泥、气体、起泡剂、稳泡剂组成密度低强度高，用于高渗透层、裂缝性地层的固井钻井液中加矿渣、活化剂、减阻剂、缓凝剂矿渣在pH大于12时溶解、水化，然后析出形成网络结构，使体系固化水泥浆体系本章完第四章第四章油层化学改造油层化学改造第二篇 采油化学一、采油中存在的问题（1）前 言低（酸化压裂技术）低（酸化压裂技术）蜡（清防蜡技术）蜡（清防蜡技术）水（调剖堵水技术）水（调剖堵水技术）稠（稠油降粘开采技术）稠（稠油降粘开采技术）砂（防砂技术）砂（防砂技术）油水井的

40、化学改造一、采油中存在的问题（一、采油中存在的问题（2 2）前 言油水井问题VVEswV前 言二、原油采收率二、原油采收率洗油效率：是指驱油剂波及到的油层所采出的油量与这部分油层储量的比值。油层改造有两个途径：油层改造有两个途径：l提高波及系数提高波及系数l提高洗油效率提高洗油效率 ooroDSSSESo原始含油饱和度；Sor残余油饱和度；前 言二、原油采收率二、原油采收率k前 言前 言化学驱油法（化学驱）聚合物驱油法（聚合物驱）表面活性剂驱油法（表面活性剂驱）碱驱油法（碱驱）混相驱油法（混相驱）烃类混相驱油法（烃类混相驱）非烃类混相驱油法（非烃类相驱）热力采油法（热采）蒸汽驱油法（蒸汽驱）油

41、层就地燃烧法（火烧油层）前 言三、改造油层的方法三、改造油层的方法本章主要内容4-1 聚合物驱4-2 表面活性剂驱4-3 碱驱4-4 复合驱4-5 混相驱第一节第一节聚合物驱聚合物驱第四章 油层化学改造聚合物驱是以聚合物溶液为驱油剂的驱油法。也称为：v聚合物溶液驱v聚合物强化水驱v稠化水驱和增粘水驱 第一节 聚合物驱一、概念一、概念1.部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）油田主要用HPAM热稳定性好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性好第一节 聚合物驱二、聚合物驱用聚合物二、聚合物驱用聚合物*CH2*CHCOONa*CH2*CHCONH2*xy第一节 聚合物驱2 黄胞胶（XC）（生物聚合物）

42、热稳定性差（71）；生物稳定性差（24小时，需加醛类杀菌剂）；剪切稳定性好（支链）。第一节 聚合物驱三、聚合物对水的稠化能力三、聚合物对水的稠化能力滞留的两种形式:（l）吸附 聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢键等作用力而聚集在岩石孔隙结构表面的现象。（2）捕集 聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物分子的无规线团通过“架桥”而留在孔喉外的现象。四、聚合物在孔隙介质中的滞留四、聚合物在孔隙介质中的滞留第一节 聚合物驱 第一节 聚合物驱五、盐敏效应五、盐敏效应第一节 聚合物驱六、聚合物驱与水驱的对比六、聚合物驱与水驱的对比提高了纵向的波及系数第一节 聚合物驱定义：第一节 聚合物驱七、聚合物驱的七

43、、聚合物驱的EOREOR原理原理第一节 聚合物驱第一节 聚合物驱滞留吸附和捕集增大了水的流动阻力减小水的KrW提高EV提高了ER第一节 聚合物驱第一节 聚合物驱第一节 聚合物驱八、聚合物驱段塞图八、聚合物驱段塞图 九、一个实例九、一个实例第一节 聚合物驱第一节 聚合物驱十、聚合物驱适用条件十、聚合物驱适用条件聚合物驱小结一、基本概念：聚合物驱；采收率；波及系数；洗油效率；流度；流度比；聚合物的盐敏效应。二、基本原理：聚合物驱提高采收率的基本原理。驱油用聚合物及其重要性质与要求。聚合物驱的适应范围与条件。聚合物驱的基本段塞。第一节 聚合物驱第二节第二节表面活性剂驱表面活性剂驱第四章 油层化学改造

44、1.定义 以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油法2.表面活性剂体系稀表面活性剂体系（c2%)q 水外相微乳q 油外相微乳q 中相微乳 第二节 表面活性剂驱一、概念与分类一、概念与分类二 活性剂驱用活性剂第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱 第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱三、活性水驱1 定义：以活性水作为驱油剂的驱油法叫活性水驱。活性水：属稀表面活性剂体系，其中的表面活性剂浓度小于临界胶束浓度。第二节 表面活性剂驱2 活性水驱的EOR原理第二节 表面活性剂驱 亲水性活性剂使原来亲油的表面转化为亲水的表面油对地层表面的润湿角增大粘附功减小洗油效率提高第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂

45、驱第二节 表面活性剂驱 第二节 表面活性剂驱 活性水中的表面活性剂浓度较低，加上在地层表面的吸附会引起损耗，所以，要使活性水驱要取得良好的效果，就必须使用大段塞大剂量。可用牺牲剂减少表面活性剂的吸附。牺牲剂是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的廉价化学剂。可用的牺牲剂有：1)碱性物质；2)多元羧酸及其盐；3)低聚物与高聚物；4)木质素磺酸盐。第二节 表面活性剂驱四、胶束溶液驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱五 微乳驱第二节 表面活性剂驱 第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱 第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面

46、活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱 六、泡沫驱 第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱 第二节 表面活性剂驱（2）泡沫粘度 第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第二节 表面活性剂驱第三节第三节碱碱 驱驱第四章 油层化学改造一 定义二 碱驱用碱第三节 碱驱三 碱与石油酸的反应 第三节 碱驱四 碱驱与水驱的对比第三节 碱驱五 碱驱EOR机理 第三节 碱驱第三节 碱驱第三节 碱驱第三节 碱驱 第三节 碱驱 第三节 碱驱第三节 碱驱六六 碱驱进行的条件碱驱进行的条件第三节 碱驱六六 碱驱进行的条件碱驱进

47、行的条件第三节 碱驱七 碱驱的段塞图 第三节 碱驱第三节 碱驱第四节第四节复合驱复合驱第四章 油层化学改造一 概念 第四节 复合驱二 驱油效果对比第四节 复合驱 第四节 复合驱聚合物改善了表面活性剂和（或）碱溶液对油的流度比。聚合物对驱油介质的稠化，可减小表面活性剂和碱的扩散速率，从而减小它们的药耗。聚合物可与钙、镁离子反应，保护了表面活性剂，使它不易形成低表面活性的钙、镁盐。聚合物提高了碱和表面活性剂形成的水包油乳状液的稳定性，使波及系数（按乳化-捕集机理）和（或）洗油能力（按乳化-携带机理）有较大的提高。三 复合驱中各组分的协同效应第四节 复合驱2 表面活性剂的作用 第四节 复合驱第四节

48、复合驱 第四节 复合驱四 ASP三元复合驱段塞及实例第四节 复合驱矿场实例 第四节 复合驱五 色谱分离效应第四节 复合驱六 ASP三元复合驱技术中的几个问题第四节 复合驱第四节 复合驱第五节第五节混相驱混相驱第四章 油层化学改造一 概念第五节 混相驱第五节 混相驱第五节 混相驱一种烟道气的成分成分x成分CO20.165N20.646O20.056H2O0.133第五节 混相驱第五节 混相驱二 LPG驱 LPG驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱。这种驱动是先注一段塞LPG，再注一段塞气体，然后用水驱动，形成如图4-27所示的段塞图。第五节 混相驱 露点线第五节 混相驱 第五节 混相驱第五节

49、混相驱1 CO2驱段塞第五节 混相驱三三 COCO2 2驱驱 第五节 混相驱第五节 混相驱 （l）低界面张力机理 CO2驱油过程是CO2不断富化的过程。CO2富化是通过CO2对原油中的C2C6组分的抽提得到的。CO2越富，它与原油之间的界面张力就越低，因而洗油效率就越高。（2）降粘机理 CO2可溶于油，使油降粘（图433），提高油的流度，有利于提高驱油剂的波及系数。第五节 混相驱 第五节 混相驱 CO2溶于原油后，可使原油的体积膨胀。膨胀后的原油将易为驱动介质驱出。CO2使原油膨胀的程度可用膨胀系数表示。膨胀系数是指一定温度和CO2饱和压力下原油的体积与同温度和0.1MPa下原油体积之比。图4

50、-34为原油的膨胀系数与CO2物质的量分数的关系。从图4-34可以看到，原油中CO2物质的量分数越高，原油的密度越高，相对分子质量越小，原油的膨胀系数越大。第五节 混相驱 第五节 混相驱（4）提高地层渗透率机理 CO2溶于水，生成碳酸。碳酸可与地层中的石灰岩和白云岩反应生成水溶性的重碳酸盐，提高地层的渗透率，扩大驱油介质的波及体积，有利于提高原油的采收率。（5）溶气驱机理 从注入井到采油井的驱油过程是降压过程。随着压力下降，CO2从原油中析出，产生原油内的气体驱动，使原油采收率提高。第五节 混相驱混相驱小结混相驱小结概念：混相、混相注入剂、富化剂、膨胀系数概念：混相、混相注入剂、富化剂、膨胀系