油田化学及油田化学剂研究方法探讨

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2.油田化学的主要领域：
(1).油气田、生产过程中（钻井、完井、采油改造、增 产，二次采油、三次采油……）中的工作液作用原 理及其应用技术。 (2).油气层损害与保护：与油田化学工作液密不可分。 (3).原油冷输及管线防腐（也可不放入本学科）
可见油田化学工作液是其主要内容.油田化学剂主
要用于工作液中发挥作用
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二、油田化学工作液 1.基本内容 为完成油田开发、生产过程的需要而使用的专用工作 流体，它是加有各种专用化学剂(油田化学剂)的溶液或多 相分散体系. ●井筒工作液： 泥浆、水泥浆、完井液、射孔液、压井液、修井 液…… ●地层工作液： 压裂液、酸化液、提高采收率各种注入液体：注入水、 聚合物驱替液、复合驱替液……
高效……
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满足失水控制剂抗高温( ≥180℃不明显降解)对分 子结构要求： 聚合物处理剂主链尽量避免使用单链，采用梯形结构， 环状结构……
聚合物处理剂主链(骨架)连接键及功能基团(水化基、 吸附基)与主链(骨架)连接键尽量选用 C—C C—N C—S C—Si……(在水基泥浆中的抗温能力≥220℃) 而尽量避免采用 C—O—O—C C—O—C ……(在水基 泥浆中的抗温能力≤150 ℃ -180 ℃)
新的油田化学工程技术的发展才能解决的重大技术难题。
对油田化学剂及油田化学工程技术的发展提出了更新、
更高、更广的要求,为油田化学剂及油田化学工程技术的发展
开拓了更为广泛的空间。 而我国油田化学发展现状不能很好的满足我国油气勘探 开发发展的需要: 仅从石油工程或仅从化学的角度没法很好解决这些油田
化学问题。
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例如:
Байду номын сангаас
①深井、复杂地层钻井中的井下复杂与事故的预防和处理:漏、
喷、塌…等及窄密度安全窗口安全钻井技术……; 高温、高压高含H2S(CO2)气井的安全钻井及安全高效开发…; 高温高压深井、高含H2S(CO2)气井固井质量问题…; 深井高温泥浆技术; 深井高温固井水泥浆技术; 气体钻井配套技术、欠平衡钻井配套技术……
油田化学及油田化学剂
研究方法探讨
油气开采用化学材料主要是油田化学剂(又称油田化学 品).它是为完成油田化学工程所必须的使用专用化学剂,重 点是聚合物和表活剂(水溶或油溶)。. 它种类繁多(约1000—3000多种),而且还不断发展,新品 种层出不穹,年用量很大,全国现每年用量超过200亿元,今后
5—10年内还将翻番,(国外应用则更多更广泛)。
学科与地质、岩矿、流体力学、渗流力学、岩石
力学……等学科在钻井、采油、油藏、储运各学
科上的交叉而产生的一个新兴综合应用型学科。
是各类化学、化工学科对钻井、采油、油藏、
储运等学科(石油工程)的“横断”而产生的新的
学科。
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凡是涉及油、气生产、开发、集输的一切领域都与它有关。
它是贯穿勘探、钻井、完井、测试、采油、增产、改造、提
则将严重阻碍和制约我国国民经济翻两番伟大战略目标的
实现,并直接影响国家安全。
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国内要实现1.8亿吨/年原油及1500亿m3/年天然气的要求：
① 必须加强石油勘探，作好储量和产量的接替(发现和建立
新的战略接替区)；国内至少新增石油探明可采储量21～
27亿吨，新增天然气探明可采储量3．75万亿立方米；
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一.油田化学概述
油田化学品研究是油田化学理论和应用工程的基础和 的核心内容 1.“油田化学” 研究油气田勘探、开发、生产以及油气集输过程中所 发生的和可能发生各种的化学、物理化学作用。并应用这
种作用产生的各种油气田勘探、开发、集输新技术的科学。
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它是无机化学、有机化学、物理化学、高分 子化学、胶体化学、化工原理……等化学、化工
要求钻井液必需：
抗温(≥180℃)、抗盐(≥近饱和)、高密度(＞ 2.00); 保护油气层; 防止井壁不稳定; 防止压差卡钻
降低钻具摩阻 ……
优良的造壁性
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优良的造壁性: 高温高压失水低≤10ml(180℃,7MPa)
泥饼质量好:
薄≤1.0mm 渗透率低(致密,K≤10-6mD) 可压缩收好 润滑系数低 只能采用快速 (几分钟内滤失几毫升钻井液)形成低渗透泥饼 (10-6mD)的机理来控制其失水造壁性
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2.油田化学剂及应用技术研究技术思路：
油气田钻井开发、开采具体工程的应用技术及其技术要求
工作液的基本功能及其作用原理
工作液的基本性质及其机理 工作液的组成(配方)及其作用机理 工作液处理剂及其作用原理 工作液应用技术
工作液处理剂分子结构特点
工作液处理剂研制、开发
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三、油田化学剂研究方法:
1.油田化学剂研究现状
失水控制剂具有适当的分子量10万-50万
目前已可解决 满足失水控制剂在较低的pH值下也能发挥作用对分子结构要求： 选挥强水化能力的阴离子水化基： —COO-1 —C—SO3-1 目前已可解决
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满足失水控制剂高温下(淡水、盐水、饱和盐水中)在粘
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油井工作液分为油基、水基、气基三类：
油基工作液是以油为分散介质（溶剂）其它组分为分散相（溶
质）组成的油基分散体系（溶液）。
水基工作液是以水为分散介质（溶剂）其它组分为分散相（溶 质）组成的水基分散体系（溶液）。
气基工作液是以气为分散介质（溶剂）其它组分为分散相质）
组成的气基分散体系 其中水基工作液用得最为广泛，而近年来气基工作液和油基工 作液也日渐增多。
② 必须大幅度提高已开发油田的采收率，由目前平均约30% 提高到40%; ③ 必须实现难采储量（现有技术无法开发）的经济开发。
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它们大都属于复杂油气藏勘探与开发的范畴，为有效 的实现其勘探开发目标必须发展一系列相关理论和研发一 系列新技术,它们是国家对石油勘探开发科学技术发展的 急切需要，是重大的国家目标，也是世界石油科学技术的 前沿，而油田化学理论与应用技术是其中不可缺少的组成 部份。 复杂油气藏的勘探开发必须要发展一系列创新理论 和技术,其中油田化学的新理论与新技术是其必要组成部 份;其中一系列关健性的重大技术难题就必须要创新性的 油田化学理论与技术才能解决,因此成为现在和今后石油 工程界重点攻关研究的内容之一。
目前已可解决
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各种常用钻井液处理剂的抗温能力
种 类 降解温度，C(标准方法测定)
腐植酸及其衍生物
聚丙烯酰胺类 铁铬盐及其衍生物
200~230以上
200~230以上 130~180
纤维素及其衍生物
胍胶及其改性产品 栲胶及其改性产品
140~180
140~180 180以上
磺甲基酚醛树脂
淀粉及其衍生物 有机硅酸盐类
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根据这个控制水基钻井液失水造壁性的机理，必须保证在高温 (≥180℃)、高盐度(≥近饱和)情况下有效保护水基钻井液中粘土粒 子的胶体分散状态(0.05-1.00μm) 这种失水控制剂的要求(同时满足)： 抗高温， ≥180℃不明显降解 高温下在饱和盐水中不盐折，且具有足够厚的水化膜 在高温(≥180℃)、高盐度(≥近饱和)情况下在粘土表面具有足够 的吸附量 在较低的pH值下也能发挥作用 不(较大)增加钻井液粘度
目前国内外抗温(≥180℃)、抗盐(≥近饱和)、高密度
(＞ 2.00)水基钻井液技术并未过关。 是当前我国复杂地层深井钻井必须尽快解决的重大技术 难题之一。 其中抗温(≥180 ℃)、抗盐(≥近饱和)、高密度(＞ 2.00)水基钻井液失水造壁性的控制与“降失水剂的研制” 是其重点之一
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井深＞ 5 000m，井底温度≥180℃,钻迂高压油、气、盐 水层,大段膏盐泥岩地层……。
自的研究方法不完全相同,且多属于石油工程不同专业的
人员在进行。国内己有的品种繁多,且不断出现,但难有大 的突破。 己有大量化学化工的研究力量进入油田化学剂的研究 领域,成为油田化学剂研究的重要力量,使油田化学剂的研
发有了质的提高, 但是至今仍未重大发展和突破。
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油田化学剂研制的发展过程: 筛选 改性 分子设计、研制、生产
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油田化学剂研制常用的技术路线:
资料
合成
表征
评价
建立应用(技术)体系 现场(试验)应用 油田化学剂研制常用的技术标准: 理化指标 应用性能指标
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2、油田化学剂研究方法探讨: 油田化学剂研究不能很好满足石油勘探开发发展的急
切需要的根本原因:
油田应用工程与化学未能很好结合,至使各种油田化学 工作液的作用机理与油田化学工作液性能要求及其与油田
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利用这一系列作用机理, 从各种油田工作液
应用技术中,抽提出相关化学问题(特别凝炼出所
需油田化学剂的分子结构),以便利用化学理论进
行分子设计、合成研究、产品开发……. 。
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“结构与性能的关係”
工作液功能
工作液性能(质)
工作液体系(内部)组成与
结构
工作液处理剂分子结构 ………之间的关系
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例:抗温、抗盐、高密度钻井液失水造壁性的控制与“降失剂 的研制”
目前我国油田化学剂及其应用技术与国外有一 定差距,但差距并不大。 国内外复杂油气藏勘探开发急需具有“革命 性”“突破性”的新型油田化学剂,来解决油气勘 探开发久而未决的重大技术难题,促进复杂油气藏 勘探开发技术的发展。而我国油田化学剂的研发远 远不能满足这种需要。
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油田化学剂种类很多(钻井液、完井液;一次采油、二 次采油、三次采油;集输、水处理、管道防腐等16类 ),各
高采收率、集输……等油气勘探开发生产集输全过程(直到进 入炼厂前为止)的交叉综合应用学科。是上世纪80年代发展起
耒的新学科。成为石油工程各学科各领域共同的基础支撑学
科之一。在石油勘探开发中有着不可替代的作用。 这两部份(化学与石油工程)若密切结合(从其作用机理将其 有机结合起来)则具有很强的创新能力。但还两部份(分属两 个大的学科…)很难结合在一起。
全国已有众多院校、研究院所专门从事研制和研究;专 门生产厂现己超过3000家,它的生产已成为一个不小的行业, 它的研制和应用研究己成为一个不断发展的学科(方向)。
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为有效解除我国石油供应对国民经济和社会发展的制
约作用,根据中央制定的“从全球战略着眼，保证油气资源
的长期稳定供给，以实现全面建成小康社会的中国可持续 发展油气资源战略”要求:我国石油勘探开发方面必须充分 “发挥国内油气资源的基础性保障作用”。要求在今后20 年内我国原油生产必须尽全力保持在1.8亿吨/年以上；否
200~220以上
115~130 200~220以上
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满足失水控制剂高温下在饱和盐水中不盐折，且具有足够厚的水 化膜对分子结构要求： 选挥强水化能力的阴离子水化基： —COO-1 —C—SO3-1
水化基保持足够的比例(磺化度、水解度、取代度…)
目前已可解决 满足失水控制剂不增加钻井液粘度对分子结构要求：
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②、钻井、完井、生产、改造、提高采收率…全过程 油层保护;
③、更高要求的酸化、压裂等储层改造技术;
④、各类高温、高矿化度油藏聚合物驱油技术;
⑤、各类高温、高矿化度油藏复合驱技术;
⑥、其它提高采收率技术…等
⑦、稠油冷输技术;
高压、高产高含H2S气田的集输(脱s)技术…
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都是现在急待解决而又必须通过新的油田化学处理剂及
化学剂剂分子结构的关系不很清础。使我们不知道应该研
究什么分子结构的化学剂.这属于油田应用化学这个交叉 学科自身的理论问题。(缺乏研发的理论依据) 而油田应用化学理论的发展必须吸收、综合应用其它 学科的知识及相关技术的最新进展才有可能。
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油井工作液处理剂研制的路线
●工作液在石油工程(钻井、完井、改造、驱油……过程 中)中的功能及要求 ●工作液实现和发挥此功能及要求的机理（实现工程 目标的机理）; ●为实现此机理工作液必须具有的性能(质)及其实现 的微观机制； ●使工作液具有所需性能(质)的各种处理剂(外加剂) 及配比及其作用原理； ●工作液体系研究及处理剂(外加剂) 作用机理研究； ●实现上述机理，满足上述要求的处理剂分子结构特 征研究 ●处理剂分子结构设计、合成、研制； 这是综合应用多学科知识实现理论创新后完成技术(材 料)创新的思路和途径
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3.本学科的主要内容:
专用油田化学剂研发：
作用原理;分子设计、 研制与生产; 油田化学工程原理及应 用技术。
（油田化学工作液）
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4.油田化学研究的主要特点： 微观与宏观相结合;理论研究与应用相结合;室 内研究、实验、评价与现场工程技术相结合。 石油工程原理与化学等其它相关学料相结合; 并以对相关学料知识及其新进展的综合应用为 其发展的主要动力。