粘土缩膨解堵技术研究课件.ppt
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- 粘土 缩膨解堵 技术研究 课件
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1、粘土缩膨解堵技术研究粘土缩膨解堵技术研究 2010年年4月月东辛采油厂工艺所东辛采油厂工艺所东营市石大蓝博士科技有限责任公司东营市石大蓝博士科技有限责任公司 目目 录录 东辛厂开注水井东辛厂开注水井750750口,自口,自20032003年细分开发以来,欠注层在年细分开发以来,欠注层在300300个左右徘徊个左右徘徊。分析其原因为:一是目前水质不能满足细分开发后中低渗潜力层的需求,造分析其原因为:一是目前水质不能满足细分开发后中低渗潜力层的需求,造成后期堵塞欠注层成后期堵塞欠注层100100个左右,此类欠注层常规酸化可解决个左右,此类欠注层常规酸化可解决;二是转注、恢复二是转注、恢复和细分层系
2、后新增和细分层系后新增高泥质储层水化膨胀高泥质储层水化膨胀造成的欠注层造成的欠注层8080个个左右,高泥质储层欠左右,高泥质储层欠注是迫在眉睫需解决的问题。注是迫在眉睫需解决的问题。1 1、立项研究目的意义及必要性立项研究目的意义及必要性1 1、立项研究目的意义及必要性立项研究目的意义及必要性储层伤害来源钻井固井修井生产注水酸化压裂引起粘土膨胀 东辛采油厂截止2009年12月,开油井1422口,综合含水90;开水井数754口,高泥质含量的油井在生产的各环节都易引起粘土水化膨胀污染。分析原因:分析原因:储层中粘土矿物水化膨胀(蒙脱石)中硅氧四面体和铝氢储层中粘土矿物水化膨胀(蒙脱石)中硅氧四面体
3、和铝氢氧八面体单元之间没有氢键,相互的联结弱,水分子可以进入两晶层之间氧八面体单元之间没有氢键,相互的联结弱,水分子可以进入两晶层之间,使层间距离增大,导致水化膨胀和渗透率下降。,使层间距离增大,导致水化膨胀和渗透率下降。防膨剂防膨剂释放阳离子中和粘土矿物表面的负电性释放阳离子中和粘土矿物表面的负电性 通过桥接吸附起稳定粘土的作用通过桥接吸附起稳定粘土的作用 对于已经发生粘对于已经发生粘土膨胀的地层作土膨胀的地层作用不大用不大 将粘土晶格间的吸附水析出,使已膨胀的将粘土晶格间的吸附水析出,使已膨胀的粘土失水收缩恢复地层渗透率。粘土失水收缩恢复地层渗透率。思路思路缩膨剂缩膨剂 东辛厂每年酸化解堵
4、东辛厂每年酸化解堵120120井次井次/年,其中由于储层泥质含量高而造成水化年,其中由于储层泥质含量高而造成水化膨胀、渗透率伤害的井膨胀、渗透率伤害的井3535井次,占井次,占29.1%29.1%。1 1、立项研究目的意义及必要性立项研究目的意义及必要性(1 1)粘土水化膨胀原理)粘土水化膨胀原理粘土矿物组成:高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石。膨胀矿物:蒙脱石 蒙脱石是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成TOT型结构单元,层间以氧原子面相邻,仅有范德华力,联系力弱。蒙脱石结构单元内的高价离子(Al3+、Si4+)能被低价阳离子(Mg2+、Ca2+、Na+等)部分置换,形成正电荷亏损,粘土带负电,
5、允许其它阳离子带着大量水分子进入晶层间,引起水化膨胀。2 2、国内外研究现状及技术发展趋势国内外研究现状及技术发展趋势 H2O H2O水化膨胀 K两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成TOT型结构单元Al3+、Si4+离子被Mg2+、Ca2+、Na+等离子部分置换,其它阳离子带着大量水分子进入晶层间,引起水化膨胀。防膨剂原理:大离子半径的K或聚季铵类防膨剂离子的水化膜薄,置换蒙脱石的阳离子后,进入的水分子少,可防止蒙脱石膨胀。(2 2)防膨剂原理)防膨剂原理 K2 2、国内外研究现状及技术发展趋势国内外研究现状及技术发展趋势两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成TOT型结构单元 粘土稳定剂原理:聚季铵
6、类粘土稳定剂长链吸附在多个蒙脱石晶层间,束缚了蒙脱石,防止蒙脱石运移。(3 3)粘土稳定剂原理)粘土稳定剂原理MMMMM2 2、国内外研究现状及技术发展趋势国内外研究现状及技术发展趋势 缩膨剂本身是一种聚阳离子、该阳离子的水化能低于水中一价、二价无机阳离子(如Na、Ca2等)的水化能,可优先吸附在粘土晶格间,置换出晶格间的带有水化膜的阳离子,缩膨剂阳离子半径小形成层间距小的晶格结构(该条原理与防膨剂相似);缩膨剂在酸性条件下具有氧化性,可使含吸附水的粘土晶格松动,置换出晶层间的含有水化膜的阳离子,并且脱出所晶层间的游离水分子;缩膨剂具有较高的分子量,较大的分子线团扩张能力及适当的分子形状,可通
7、过氢键力或静电力吸附在多个粘土颗粒上,形成桥连,从而防止粘土颗粒分散。(3 3)粘土缩膨技术原理及发展趋势)粘土缩膨技术原理及发展趋势2 2、国内外研究现状及技术发展趋势国内外研究现状及技术发展趋势主要研究内容主要研究内容创新点创新点1.1.粘土膨胀机理分析与研究粘土膨胀机理分析与研究2.2.粘土缩膨剂的研制粘土缩膨剂的研制 缩膨剂分子结构的设计缩膨剂分子结构的设计 缩膨剂体系配方的研制缩膨剂体系配方的研制 缩膨剂体系的性能评价缩膨剂体系的性能评价3.3.粘土缩膨剂产品中试及生产粘土缩膨剂产品中试及生产4.4.现场施工工艺探讨现场施工工艺探讨 通过分析粘土矿物的晶层结构、带电特性与通过分析粘土
8、矿物的晶层结构、带电特性与水分子的相互作用力,首次设计出与粘土晶层间水分子的相互作用力,首次设计出与粘土晶层间具有较大作用力的分子,能够置换出膨胀粘土晶具有较大作用力的分子,能够置换出膨胀粘土晶层间的水分子,使已经水化膨胀的粘土晶层间距层间的水分子,使已经水化膨胀的粘土晶层间距缩小,起到缩膨作用。缩小,起到缩膨作用。3 3、技术路线、研究内容及创新点技术路线、研究内容及创新点 H2O H2O带水化膜的阳离子被带氧化性基团的阳离子取代,晶层间水析出,使蒙脱石层间距离减小,体积收缩。缩膨剂原理:带氧化性基团的阳离子,用其置换蒙脱石的阳离子后,其氧化性基团可使晶层间的水析出。氧化性基团 氧化性基团3
9、 3、技术路线、研究内容及创新点技术路线、研究内容及创新点目目 录录实验原料:实验原料:环氧氯丙烷,工业品,环氧氯丙烷,工业品,;二甲胺,二甲胺,40%水溶液,工业品水溶液,工业品;丙酮,工业品。丙酮,工业品。转化率的测定:转化率的测定:由于反应会产生游离氯离子,通过测定氯离子的浓度,由于反应会产生游离氯离子,通过测定氯离子的浓度,可计算出环氧氯丙烷的转化率。准确称取一定量的产物,加入可计算出环氧氯丙烷的转化率。准确称取一定量的产物,加入20 ml20 ml蒸馏水,蒸馏水,滴加两滴滴加两滴K K2 2CrOCrO3 3指示剂,以指示剂,以AgNOAgNO3 3标准溶液滴至溶液变为砖红色为止,记
10、录消标准溶液滴至溶液变为砖红色为止,记录消耗耗AgNOAgNO3 3标准溶液的体积。环氧氯丙烷转化率用下式计算标准溶液的体积。环氧氯丙烷转化率用下式计算:式中式中:Y:Y为转化率为转化率;v v为消耗为消耗AgNOAgNO3 3标准溶液的体积,标准溶液的体积,mLmL;M M为环氧氯丙烷的分子量;为环氧氯丙烷的分子量;N N为为AgNOAgNO3 3标准溶液的摩尔浓度,标准溶液的摩尔浓度,mol/Lmol/L;m m1 1为所称取产物的质量,为所称取产物的质量,g g;m m2 2为加人烧瓶的环氧氯丙烷的质量,为加人烧瓶的环氧氯丙烷的质量,g g;m m3 3为加入烧瓶参加反应的试剂的总质量,
11、为加入烧瓶参加反应的试剂的总质量,g g。反应时间以反应时间以5h5h为佳,此时转化率最高。为佳,此时转化率最高。最佳反应条件的确定最佳反应条件的确定 反应温度低时转化率较低,反应温度升高,则反应速度加快,同时副反应反应温度低时转化率较低,反应温度升高,则反应速度加快,同时副反应速度也加快,反应温度达到速度也加快,反应温度达到6060时转化率达到最大,再升高温度时,转化率反时转化率达到最大,再升高温度时,转化率反而下降,这是因为温度太高时,不仅能使二甲胺挥发,而且还使产物发生分解而下降,这是因为温度太高时,不仅能使二甲胺挥发,而且还使产物发生分解等副反应,因此最佳温度是等副反应,因此最佳温度是
12、6060。最佳反应条件的确定最佳反应条件的确定 当投料摩尔比较低时,反应介质的碱度较低,因此转化率较低当投料摩尔比较低时,反应介质的碱度较低,因此转化率较低;随着投料比随着投料比的增加,反应转化率不断升高的增加,反应转化率不断升高;当摩尔比达到当摩尔比达到1.01.0时,转化率达到最大值,此后时,转化率达到最大值,此后随着投料比升高,转化率反而下降。因此最佳投料摩尔比为随着投料比升高,转化率反而下降。因此最佳投料摩尔比为1.01.0。最佳反应条件的确定最佳反应条件的确定 通过以上合成条件的探索,通过以上合成条件的探索,确定最佳的反应条件为确定最佳的反应条件为:1.1.反应时间为反应时间为5h5
13、h;2.2.反应温度为反应温度为6060;3.3.投料摩尔比为投料摩尔比为1.01.0;4.4.反应的转化率为反应的转化率为93.2093.20。最佳反应条件的确定最佳反应条件的确定防膨率的评价方法:防膨率的评价方法:称取称取3.0g3.0g钠膨润土于钠膨润土于50ml50ml具塞量筒中,加防膨剂(缩膨剂)溶液并具塞量筒中,加防膨剂(缩膨剂)溶液并稀释至刻度,同时用蒸馏水、煤油同样浸泡稀释至刻度,同时用蒸馏水、煤油同样浸泡3.0g3.0g钠土于钠土于50ml50ml具塞量筒中,具塞量筒中,摇匀,静置摇匀,静置2424小时,观察钠土在试管中的体积变化,直至体积不再变化小时,观察钠土在试管中的体积
14、变化,直至体积不再变化为止,记录最终读数为钠土在防膨剂中的体积,由公式计算防膨率。为止,记录最终读数为钠土在防膨剂中的体积,由公式计算防膨率。100%钠土在煤油中的体积钠土在蒸馏水中的体积钠土在防膨剂中的体积钠土在蒸馏水中的体积防膨率缩膨率的评价方法缩膨率的评价方法 分别称取分别称取1g1g钠膨润土(准确至钠膨润土(准确至0.01g0.01g)三份,置于三支)三份,置于三支10ml10ml离心管中,在离心管中,在1 1号和号和2 2号离心管中加入号离心管中加入8ml8ml蒸馏水,充分摇匀,在蒸馏水,充分摇匀,在9090水浴中放置水浴中放置2h2h,3 3号离心管号离心管中加入中加入10ml10
15、ml无水煤油充分摇匀,室温下放置。然后在无水煤油充分摇匀,室温下放置。然后在1 1号离心管中再加入号离心管中再加入2ml2ml蒸蒸馏水,在馏水,在2 2号离心管中再加入号离心管中再加入2ml2ml缩膨剂原液,并充分摇匀。将缩膨剂原液,并充分摇匀。将1 1号和号和2 2号离心管号离心管放入放入9090水浴中反应水浴中反应24h24h后,取出,将后,取出,将1 1、2 2、3 3号离心管装入离心机内,在转速号离心管装入离心机内,在转速为为3000rpm3000rpm下离心下离心15min15min,分别读出膨润土的沉降体积,分别读出膨润土的沉降体积V V1 1、V V2 2、V V3 3。按公式计
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