《油田化学》讲义

《油田化学》讲义

第一章绪论

一、石油和天然气的开采，原油加工前的预处理

1．储油系列

石油储存在地下，其聚集的体积量从几立方毫米到几十亿立方米之间。石油储量达数千吨或更多的油藏才具有开采价值。这样的油藏公布在孔隙性和渗透性岩层中，例如砂岩、石灰岩和粒土。岩石的孔隙度具有重要意义，岩石的孔隙度越大，储存的石油越多，油藏深度通常为500～3500m，主要储量分布在800～2500m 的深度。现在的深井和超深井发展以及海洋钻井发展。

2．开采石油的方法、钻井

在十几世纪中期，开始从钻凿的井中进行机械采油。第一口井是1859年在美国钻成的。

在采用原始的顿钻法时，靠机械绞车升降的专门钻头冲击破碎岩石，破碎的岩石定期用打捞筒捞出来。

在采用旋转钻井法时，利用旋转钻头钻透岩石。工业性钻井工作是利用固定式的重型钻井机械进行的。开始先往井里下一根钻杆，然后根据井深的增加接上新的钻杆。为了清除钻碎的岩石，采用泥浆循环洗井。

3．油井开采石油的方法

在油井采油中，可利用以下三种方法中的任何一种自喷采油、压缩机和（气举）采油、深井泵抽油。

自喷采油时，石油是靠雨层云能量的压力喷出地面的。石油的憋喷会造成石油和伴生气的损耗，并可能造成火灾和井毁事故。为了防止自喷井可能发生的事故，在开始采油前，在井中下入油管，并在井口安装能耐高压的设备。

久而久之，油层中石油的压力下降，石油不能靠自身的能量升到地面上来，不得不采用压缩机或气举法代替自喷法。在井里圆心下入两套油管，通过所形成的空间注入石油气，注入的气体与石油混合将石油升举到地面上。

由于油层的衰竭，油层中石油的压力可能降价致使压缩机法的效率也变得很低，注入的气体很多，但油出得很少。在这种情况下，要采用深井泵法采油。

由于自然地质条件的不同，存在各种油气驱动方式：水压驱动、气顶驱动、弹性驱动。水压驱动可以保证从油层中充分开采石油。为了保证充分地开采石油，

开发油田的现代系统规定的地层注水，人为建立水压驱动。有边缘外注水和边缘内注水两种方法（式）。边缘外注水用于面积不大的油田，注水井呈环状布置在油藏的周围。边缘内注水适用于大面积的油藏，用注水井将油层切割成条带，在每个条带内布置3～5排生产井。平均每5～6口生产井就有1口注水井。这就是油层的改造和油水井的化学改造。

4．外输前石油的收集和处理

从地下采到地面的石油含有伴生气、水、矿物盐和机械杂质。这种混合物沿管线进入多井计量装置，测量油量及其中水和气体的含量，石油从多井计量装置进入矿场或处理站集油干线输送到外输和的处理装置分离出伴生气的石油进入脱水、脱盐装置，将水脱至0.2～0.8%，盐脱至80～1000mg/L。从油分离出来的含盐水净化处理，然后回注油层。

二、油气开采过程中需解决的主要问题

（一）钻井过程中

1．钻头与钻杆和地层摩擦产生大量的热，需降温和润滑，延长钻具的使用寿命。

2．清除井底钻屑

3．平衡地层压力，防止发生井喷、井漏、井卡、井塌等复杂的井下问题。

4．稳定井壁。

这要通过选择和调配合适的钻井液体系，以满足钻进不同的、复杂的地质条件下钻井需要。

（二）采油中出现和需要解决的问题

在采油过程中有油层的问题也有油水井的问题：

1．油层的问题集中表现在采收率不高。虽然油田不同，驱油方式不同，但目前大多数油田的采收率，一采、二采、三采的总采收率不超过50%。由于油层采收率不高，使相当数量的原油留在地下采不出来。

例如驱油中的聚合物驱、表面活性剂驱、泡沫驱、碱性水驱油……

2．油井的问题主要体现在下列5个方面：

（1）油井出砂；

（2）油井结蜡；

（3）油井出水；

（4）稠油井开不起来；

（5）油井由于各种原因引起的产量降低。

这就是通常讲的油井的砂、蜡、水、稠、低五大问题。

3．水井的问题，主要有出砂和水注不进去的问题以及注水剖面不均匀，产生注水效率低。

（三）油气集输中的问题

1．石油外输前要脱掉油中的伴生气；

2．石油外输前要脱掉盐；

3．石油外输前要脱掉水、破乳；

4．石油外输前要脱掉有时要降粘。

（四）油田水中的主要问题

水是石油的天然伴生物，目前我国大部发油田采用了注水开采方式，每生产1吨石油约需2～3吨水。因而水和原油生产关系极大。

1．水对金属设备和管道的腐蚀

2．污水中大量的成垢盐类随温度、压力的变化，以及因与不同水质的水混合，将出现结垢、堵塞现象。

3．污水中含有大量的有机杂质，为细菌的繁殖提供了环境，细菌毓使泵和管道堵塞。

4．污水的不合理排放对环境的污染问题。

三、什么是油田化学

油田化学就是用化学方法应用化学剂解决钻井中、采油中、石油集输中、油田水处理中遇到的问题的一门学科。

它主要包括钻井液化学、采油化学、油田水处理化学等。是在生产实践中建立和发展起来的一门新兴学科，它在油气开发和开采中起着越来越重要的作用。

它包括钻井液、完井液的处理剂及其应用技术；酸化液和压裂液添加剂及其应用技术；油田水处理剂及应用技术；化学堵水剂和调剖剂及其应用技术；化学防砂剂及其技术；三次采油化学剂及其技术……有机物、无机物、高分子化合物、表面活性剂、天然物、//成化合物……

四、主要参考书

1．《钻井液化学》开发系泥浆教研室，石油大学出版社

2．《采油化学》开发系采油教研室，石油大学出版社

3．《采油用剂》赵福麟编著，石油大学出版社

4．《油田化学剂新发展》美国专科文献汇编，石油工业出版社

5．《油田化学》佟曼丽主编，石油大学出版社

6．《油田水处理技术》陆柱等编，石油工业出版社

7．《油田化学原理与技术》马宝岐，吴安明，石油工业出版社

8．《泥浆工艺原理》黄江仁等编，石油工业出版社

第一次深讲到这儿。

第二次课

第二章钻井液和钻井液化学

第一节钻井液

一、钻井液及其在钻井中的功用

1．所谓钻井液，是指在旋转钻井工程中用作洗井的流体的总称。是由不同液体、固体以及化学处理剂混合而成的胶渗悬浮体。

钻井液通过钻杆与地层或钻杆与套管之间的环形空间循环上返至地面，这绵性能的好坏直接关系到钻井的成败，人们常以钻井液是钻井的血液来比喻其重要性。随着钻井生产的发展和泥浆技术水平的提高，人们对于泥浆在钻井中的作用和认识也有逐步提高，特别是七十年代以来泥浆技术的重大进展，使钻速明显提高，钻井成本继续下降，充分显示了泥浆在钻井工作中的重要性。

2．泥浆的主要功用：

（1）携带和悬浮钻屑。泥浆的一个基本功用，就是要把钻头破碎的岩屑从井底带出井眼。当接单根或临时停止循环时，泥浆又把井眼内的钻屑悬浮片，不致很快下沉，防止沉砂卡钻的危险。

（2）稳定井壁。井壁稳定、井眼规则是优质快速钻井的基础条件，也是泥浆措施的基本立足点。泥浆的组成必须对钻遇的泥页岩的水化膨胀和发散具有较强的抑制作用。同时，泥浆的滤失性能应有利于在井壁上形成薄而韧、摩擦系数小的泥饼。

（3）冷却和冲洗钻头、润滑钻头

钻井过程中，钻头、钻柱与地层摩擦产生大量的热，但地层的温度比钻井液高，因而这些热量很难被地层散发掉，必须用循环的钻井液带至地面散发掉，从而起到冷却钻头和钻杆的作用。钻井液中加有各种润滑剂或原油，能对钻柱有一定程度的润滑作用，从而降低钻柱扭矩，延长钻头寿命。