油田化学模拟试卷及答案

油田化学考试模拟题A卷
1、判断正误题。

正确的用（T）表示，错误的用（F）表示。

20
分。

1．粘土表面存在永久负电荷、可变负电荷和正电荷，其代数和为零。

2．水泥浆转化为水泥石需经过水化、凝结和硬化三个过程。

3． 纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土。

4． 无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。

5．酸化时用氢氟酸是为了溶解粘土矿物。

6． 钻井液降滤失剂主要是用来维持钻井液稳定性的。

7．单液法和双液法堵水的工艺不同。

8．无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。

9．凝胶和冻胶是由同一类胶体转变而来的。

10.沉淀法和HPAM选择性堵水都是通过化学反应堵塞水层起到堵水作用的。

2、简述表面活性剂降低表面张力原因，并回答表面活性剂为什么
存在临界胶束浓度？
15 分
3、在某一油层岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭
石15%，在钻井过程中该层容易发生缩径，请利用粘土矿物结
构的有关知识予以解释。

20分
4、写出下列表面活性剂的分子式、亲油剂和亲水基。

并指出表面
活性剂的类型及主要用途。

15分。

1．油酸钠
2．聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（即OP-10）
3．氯化三甲基十六烷基铵
5、试论述油井堵水剂的分类？HPAM属于哪类堵水剂，其作用机理
是什么？15分
6、某一钻井液体系由于使用时间过长固相聚积较多，且细颗粒占
大多数，难以用固控设备除去，请你设计一种方法除去其中的
钻屑而不影响钻井液其它性能，并对方案的原理作必要说明。

15分
油田化学考试模拟题答案A卷
一.判断正误题。

正确的用（T）表示，错误的用（F）表示。

20分。

每小提2分。

1粘土表面存在永久负电荷、可变负电荷和正电荷，其代数和为零。

（F）
2.水泥浆转化为水泥石需经过水化、凝结和硬化三个过程。

（T）
3.纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土。

（T）
4.无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。

（T）5酸化时用氢氟酸是为了溶解粘土矿物。

（T）
6钻井液降滤失剂主要是用来维持钻井液稳定性的。

（F）
7单液法和双液法堵水的工艺相同。

（F）
8无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。

（T）9凝胶和冻胶是由同一类胶体转变而来的。

（F）10.沉淀法和HPAM选择性堵水都是通过化学反应堵塞水层起到堵水作用的。

（F）
二.简述表面活性剂降低表面张力原因，并回答表面活性剂为什么存在临界胶束浓度？
15 分
答：首先我们来看表面张力产生的原因：
对于纯水表面，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，而对于表面分子液体内部水分子对它的吸引力大，而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，这就是表面张力产生的原因。

如果表面活性剂分子顶替了液面上的水分子，根据极性相近原则，亲水基溶于水中，亲油基被排斥在气相，根据极性相近规则，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，水溶液表面上分子所受的净吸引力大大降低，也就是活性剂溶液的表面张力大大低于纯水的表面张力。

随活性剂浓度增加，表面上表面活性剂分子增多，溶液的表面张力下降得越多。

同时，表面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，溶液表面张力下降得越多。

一般说来，表面活性剂碳原子在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—水界面，也同样存在这种情况，只是表面张力下降得更低而已。

表面活性剂可以自发地吸附在溶液界面上，其在溶液中存在的状态与浓度有关，与表面张力也有关。

由于表面活性剂存在亲水基和亲油基，是一个两亲分子。

稀溶液时主要吸附在溶液表面，亲水基朝水相内，而亲油基朝外。

当浓度逐渐增大到表面达到饱和吸附后，其余的表面活性剂分子就进入到溶液内部，开始聚集起来，多个表面活性剂分子形成表面活性剂的聚集体，亲水基朝外，亲油基朝内。

这时候体系最稳定。

这种多个表面活性剂分子组成的聚集体，其大小已落入胶体颗粒范围，称之为胶束。

把表面活性剂形成胶束的最低浓度就称为临界胶束浓度。

表面活性剂的两亲结构决定了表面活性剂必然具有临界胶束浓度。

三.在某一油层岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭石
15%，在钻井过程中该层容易发生缩径，请利用粘土矿物结构的有关知识予以解释。

20分
答：首先来看粘土矿物的晶体构造。

高岭石：
晶层构造：一层T和一层O组成；所有的T的尖顶都朝着同样的方向指向铝氧八面体。

Si-O四面体和Al-O八面体由共用的氧原子连结在一起。

这种矿物就是上述层片在C轴方向一层层地重叠，而在a、b方向无限延伸所形成。

层与层之间有氢键，因而晶胞间联结紧密，晶格底面距仅为7.2A。

同时还存在晶格取代产生的负电荷。

这就决定了高岭石的性质：阳离子交换容量小，3～5meq/g，水分不易进入晶层中间，为非膨胀性粘土矿物，水化性能差，造浆性能不好。

蒙脱石：
晶体构造：由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。

即TOT 型。

每个四面体顶端的氧都指向构造层的中央，而与八面体共用。

同高岭石一样，构造单位沿a、b轴方向无限沿伸，同时沿c轴方向一层层重叠。

由于晶胞两边均为氧，晶胞间以分子间作用力连接，晶胞间连接不紧密，水分子易进入两个晶胞间发生膨胀。

水化分散性较好。

伊利石：
晶体构造同蒙脱石。

但伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿。

因为
K+存在于晶层之间，并进入相邻氧层的孔穴中不易脱去，使晶胞间拉得很紧，水分不易进入层间，也就不易发生膨胀。

K+离子的直径为2.60A,而硅氧四面体所连成的六角氧环其内切圆直径为2.66A，二者相近。

由于该油层岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭石15%。

蒙脱石含量很高，很容易水化膨胀，在钻井过程中该层就容易发生缩径。

四.写出下列表面活性剂的分子式、亲油基和亲水基。

并指出表面活性剂的类型及主要用途。

15分。

（1） 油酸钠
答：C17H33，阴离子型 ，亲水基COONa ，亲油基C17H33，
主要用作乳化剂、洗涤剂、发泡剂等。

（2） 聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，（即OP-10），
答：C8H17-C6H4-O-（-CH2-CH2-O）10-H, 非离子型。

亲水基：O-（-CH2-CH2-O）10-H，亲油基C8H17-C6H4。

主要用作乳化剂、驱
油剂、发泡剂等
（3） 氯化十六烷基三甲基铵
答：C16H31N(CH3)3Cl,阳离子型，亲水基：C16H31，亲油基：
N(CH3)3
主要用作杀菌剂、腐蚀缓蚀剂等
五、试论述油井堵水剂的分类？HPAM属于哪类堵水剂，其作用机理是什么？15分。

答：分为非选择性堵水和选择性堵水
非选择性堵水：所用堵剂对水和油都没选择性，既可堵水，也可堵油。

适用于堵单一水层或高含水层。

选择性堵水：适用于封堵不易用封隔器将它与油层分隔开的水层。

选择性堵剂利用油和水或油层和水层的差别达到选择性堵水的目的。

HPAM部分水解聚丙烯酰胺
1）HPAM溶于水使用，能优先进入含水饱和度高的地层；
2）在水层，HPAM的-CONH2和-COOH可通过氢键吸附在地层表面而保留在水层；在油层，由于表面为油所覆盖，所以HPAM不吸附在油层，也不易保留在油层。

3）在水层，HPAM未吸附部分由于链节带负电而向水中伸展，对水有较大的流动阻力，起到堵水作用。

若水层中有油通过，由于HPAM不能在油中伸展，因此对油的流动阻力很小。

另外，HPAM可按含水饱和度的大小进入地层，并按含水饱和度的大小调整地层对液体的渗透性。

六、某一钻井液体系由于使用时间过长固相聚积较多，且细颗粒占大多数，难以用固控设备除去，请你设计一种方法除去其中的钻屑而不影响钻井液其它性能，并对方案作必要说明。

15分
答：由于使用时间过长固相聚积较多，且细颗粒占大多数，难以用固控设备除去，而且要求除去其中的钻屑而不影响钻井液其它性能，那只有选择选择性絮凝剂。

选择性絮凝剂为一带较多负电荷的阴离子型聚合物，例如HPAM,既含有阴离子水化基团-COONa，又含有非离子吸附基-CONH2基团，
钻屑为劣质土，表面电荷少，与聚合物之间斥力小，易于吸附、聚集变大、沉降除去。

粘土为优质土，表明电荷多，与聚合物之间斥力大，聚合物不易在其表面吸附，因而不易聚集变大和沉降。