石油工程中的化學(xué)問題

1、石油工程中的化學(xué)問題 趙雄虎課程介紹油田作業(yè)過程中會遇到很多化學(xué)問題，也會采用很多化學(xué)方法來解決石油工程問題。根據(jù)學(xué)校和學(xué)院要求，在一年級新生中開設(shè)這么一門課，使學(xué)生能夠了解石油工程中的化學(xué)問題，用化學(xué)的方法、視角去解決石油工程作業(yè)中的問題。工程類專業(yè)學(xué)生學(xué)的課程比較雜，但工程類專業(yè)有一些共性，其基礎(chǔ)都集中在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和力學(xué)等基礎(chǔ)知識上，石油工程也不例外。大一新生入學(xué)后，對于自己的未來往往是迷惘的，困惑的。石油工程概論課可以給學(xué)生石油工程專業(yè)的總體輪廓。在石油工程專業(yè)學(xué)生四年的學(xué)習(xí)中也會學(xué)到許多化學(xué)知識，比如大學(xué)化學(xué)、油田化學(xué)工程、提高采收率原理等課程，化學(xué)知識在石油工程中具有重要作用。

2、本課程試圖以石油工程典型案例入手把化學(xué)知識應(yīng)用到石油工程作業(yè)中，與其他的幾門化學(xué)類課程內(nèi)容做到不重疊，能夠讓學(xué)生體會到化學(xué)和石油工程的完美結(jié)合。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、獨立思考能力和創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)其將化學(xué)基礎(chǔ)理論知識與石油工程實踐相結(jié)合的能力。一、課程目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、獨立思考能力和創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)其將化學(xué)基礎(chǔ)理論知識與石油工程實踐相結(jié)合的能力。激發(fā)學(xué)生對石油工程學(xué)科的興趣，幫助學(xué)生選擇合適的學(xué)科方向。二、教學(xué)內(nèi)容1. 鉆井中的卡塌噴漏事故的化學(xué)處理方法以鉆井過程中的典型案例入手，從事故原因和處理方法分析其中的化學(xué)問題和解決方案。內(nèi)容包括解卡處理方法、

3、防塌處理方法、漏失處理方法和井噴處理方法。2. 注水過程中的化學(xué)處理方法針對油田注水過程和采出水處理問題展開討論，一是注水過程中注入水和系統(tǒng)水的離子之間發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)機(jī)理、這些離子反應(yīng)會對系統(tǒng)和地層造成哪些傷害以及反應(yīng)的影響因素等; 二是注入水和注水層內(nèi)部巖石的離子之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、機(jī)理及由此引發(fā)的結(jié)垢、腐蝕和堵塞等問題及處理方法。三、教學(xué)方法從案例分析入手，以學(xué)生課外閱讀，課堂討論為主，與學(xué)生一起分析案例，開展問題研討，分析案例中的處理方法和原理，從理論上予以歸納和總結(jié)。對于一些基本原理采用講授法，講細(xì)講透。同學(xué)需要查閱大量的文獻(xiàn)資料，課堂展開討論。四、考試方式以課堂討論和平時作

4、業(yè)、課堂表現(xiàn)分為通過和不通過。五、教學(xué)資源建設(shè)對于該課程沒有現(xiàn)成的教材和資料可用，準(zhǔn)備找?guī)讉€其他學(xué)校的同行討論一下，理出一些問題，能夠編寫一個講義供學(xué)習(xí)用。搜集相關(guān)的案例、圖集和視頻資料供上課使用。緒論一、石油工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及知識體系培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展需要的，德智體美全面發(fā)展，具有寬厚的基礎(chǔ)理論知識、扎實的實踐應(yīng)用能力、良好的創(chuàng)新精神、開闊的國際視野和優(yōu)秀的個人綜合素質(zhì)，能在石油工程領(lǐng)域從事工程設(shè)計、生產(chǎn)施工、現(xiàn)場管理、科學(xué)研究和國際合作等工作的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、國際化的石油工程高級專門人才。主要課程構(gòu)成有：機(jī)械制圖、計算機(jī)輔助繪圖、普通地質(zhì)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、

5、油層物理、流體力學(xué)、滲流力學(xué)、鉆井工程、完井工程、油藏工程、采油工程課程可分為三大類：1. 基礎(chǔ)知識：機(jī)械制圖、計算機(jī)輔助繪圖、普通地質(zhì)學(xué)2. 力學(xué)知識：理論力學(xué)、材料力學(xué)、油層物理、流體力學(xué)、滲流力學(xué)3. 工程知識：鉆井工程、完井工程、油藏工程、采油工程畢業(yè)生應(yīng)獲得的知識主要有：（1）熟練掌握數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和計算機(jī)等工科人才必備的基礎(chǔ)知識。（2）熟練掌握石油工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，包括鉆井工程、完井工程、采油工程、油藏工程、油田化學(xué)等方面的基本概念和原理、關(guān)鍵設(shè)計或計算的方法等。（3）掌握石油工程現(xiàn)場工藝技術(shù)和方案設(shè)計所涉及的理論知識和方法原理，了解地質(zhì)、物探、測井、機(jī)械、地球化學(xué)等學(xué)科知

6、識在油氣井工程和油氣田開發(fā)工程中的應(yīng)用。（4）初步了解與石油行業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、管理、法律知識以及相關(guān)政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，了解石油企業(yè)的文化、核心價值觀以及石油工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和未來趨勢。二、石油工程中的化學(xué)問題1.化學(xué)反應(yīng)問題-動力學(xué) 2.化學(xué)平衡問題-熱力學(xué) 3.相平衡問題 4.界面化學(xué)問題 5.電化學(xué)問題-腐蝕抑制 6.分散體系穩(wěn)定性問題 庫車坳陷庫車河剖面中新生代綜合柱狀圖· 圖片來源：李雙建,王清晨,李忠. 庫車坳陷庫車河剖面重礦物分布特征及其地質(zhì)意義 , 巖石礦物學(xué)雜志, 2005 (01).· 圖片介紹：在盆地分析中重礦物可用于物源分析、地層對比以及巖相古地理恢復(fù)等多項

7、研究。由于重礦物的化學(xué)性質(zhì)和抗風(fēng)化能力不同,可以應(yīng)用重礦物組合的穩(wěn)定性變化對盆地和其周緣造山帶的演化進(jìn)行研究。本次研究對庫車坳陷庫車河剖面(圖1)進(jìn)行了詳細(xì)的采樣,共取82個重礦物樣品,取樣層位從下三疊統(tǒng)一直到第三.紀(jì)上新統(tǒng)。庫車河剖面中、新生代地層出露較為齊全,剖面下三疊統(tǒng)至下白堊統(tǒng)為連續(xù)沉積,缺失上白堊統(tǒng),第三系和第四系為連續(xù)沉積,各時期沉積的巖性特征和沉積體系演化特點見圖2。油109井多礦物處理成果圖圖片來源：劉偉. 復(fù)雜低滲透油氣儲層測井評價 , 2009 圖片介紹：通過求取上述方程就可以得到地層中不同礦物的百分含量。圖5-8為油109井多礦物處理成果圖。應(yīng)用多礦物模型可以獲得地層連續(xù)

8、的礦物和孔隙度剖面。巖石可鉆性剖面圖· 圖片來源：聶榮國,黃兵,苗娟,李偉. 伊朗阿扎德甘油田地層三壓力及巖石可鉆性研究 , 鉆采工藝, 2012 (05).· 圖片介紹：對于化學(xué)巖石，巖石硬度越大，其研磨性越高，但對碎屑沉積巖類，石英含量高、顆粒越粗、膠結(jié)強(qiáng)度越大，研磨性越高。鉆井將巖石分為高研磨性、中等研磨性和低研磨性三種。巖石可鉆性分析根據(jù)建立的可鉆性、研磨性計算模型，基于阿扎德甘油田典型井的測井參數(shù)，采用逐點處理與解釋，建立了工區(qū)地層的可鉆性、研磨性剖面。典型井可鉆性、研磨性剖面如圖2所示。優(yōu)化結(jié)果滿足該區(qū)塊安全鉆井的需求,有望解決機(jī)械鉆速慢、鉆井周期長的難題,降低

9、海外投資的風(fēng)險。 第一章 鉆井中的卡塌噴漏事故的化學(xué)處理方法一、要求掌握的內(nèi)容：1.頁巖地層吸水特征及井壁不穩(wěn)定問題，水化的原因與井壁失穩(wěn)之間的關(guān)系。2.化學(xué)力學(xué)耦合的方法、原理和結(jié)論3.化學(xué)堵漏的方法、原理和對策。 二、需要閱讀的參考文獻(xiàn)：1. 井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究進(jìn)展 2. 泥頁巖的特征、水化的特征、井壁不穩(wěn)定的表現(xiàn)形式、對策 3. 頁巖地層泥頁巖井壁穩(wěn)定力學(xué)與化學(xué)的耦合研究 4. 泥頁巖井壁穩(wěn)定力學(xué)與化學(xué)的耦合研究_黃榮樽 5. 預(yù)測井眼穩(wěn)定性的力學(xué)化學(xué)耦合方法_林永學(xué) 6. 力學(xué)溫度和化學(xué)耦合作用下泥頁巖地層井壁失穩(wěn)研究_王炳印 7. 泥頁巖井壁穩(wěn)定性力學(xué)化學(xué)耦合模型研究_王京印 井壁穩(wěn)

10、定力學(xué)特征、應(yīng)力表達(dá)式，化學(xué)影響及表達(dá)式，二者的耦合方式 以鉆井過程中的典型案例入手，從事故原因和處理方法分析其中的化學(xué)問題和解決方案。 內(nèi)容包括解卡處理方法、防塌處理方法、漏失處理方法和井噴處理方法。 1.緬甸D區(qū)塊井下復(fù)雜原因分析及鉆井液技術(shù)對策_(dá)王斌 2.防漏堵漏新技術(shù)在緬甸D區(qū)塊的應(yīng)用_王顯光 分析緬甸D區(qū)塊地層特征、漏失機(jī)理和化學(xué)堵漏處理的方式、原理、方法三、討論的問題1. 水化怎么引起井壁不穩(wěn)定？2. 泥頁巖井壁穩(wěn)定力學(xué)與化學(xué)的耦合方式？3化學(xué)堵漏的方法、原理和對策第二章 注水過程中的化學(xué)處理方法注水開發(fā)是目前保持地層壓力和提高采收率的主要手段之一，已為國內(nèi)外廣泛采用。油層結(jié)垢問題

11、就是油田開發(fā)常見的問題之一。事實上防垢、除垢也是世界性的大難題。目前普遍認(rèn)為，油田注水工藝需要考慮的主要問題是堵塞、結(jié)垢、腐蝕三大因素。尤其是油田結(jié)垢本身就是導(dǎo)致注水井和油層堵塞、腐蝕的重要因素。油層結(jié)垢傷害也可引起設(shè)備的磨損或垢蝕，嚴(yán)重的可造成管道報廢。一、要求掌握的內(nèi)容：注水過程中注入水和系統(tǒng)水的離子之間發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)機(jī)理、這些離子反應(yīng)會對系統(tǒng)和地層造成哪些傷害以及反應(yīng)的影響因素等; 注入水和注水層內(nèi)部巖石的離子之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、機(jī)理及由此引發(fā)的結(jié)垢、腐蝕和堵塞等問題及處理方法。二、需要閱讀的文獻(xiàn)1.第四章 注水 這篇PPT是采油工程中你們將要學(xué)到的內(nèi)容，大家了解一下基本的知識

12、和方法就行。2.注水_10174690 要求：了解注水的發(fā)展歷史及進(jìn)展，了解注水的方式、設(shè)計，大概了解注水過程。 作者：（美）G.鮑爾·威爾海特 出版日期：1992年02月第1版 出版社：石油工業(yè)出版社 頁數(shù)：496 據(jù)美國石油工程師協(xié)會1986年版譯出:英文題名:Water flooding:本書敘述了注水的基本原理和方法,介紹了注水設(shè)計的各種方法和程序及預(yù)測方法。描述了注水過程的油藏地質(zhì)。 目錄引論第一章 注水的歷史背景第二章 非混相驅(qū)替的微觀效率第三章 線性注水的宏觀驅(qū)替效率第四章 二維平面非混相驅(qū)替第五章 線性和平面模型中的縱向驅(qū)替第六章 注水設(shè)計第七章 油藏地質(zhì)學(xué)在注水設(shè)計

13、和實施中的作用附錄A 計算機(jī)程序附錄B 面積注水的流管參數(shù)，Higgins-Leighton流管模型附錄C 以多種度量單位表示的通用方程式這本書是為學(xué)習(xí)石油工程的高年級學(xué)生寫的教科書。象很多書一樣，它的編寫工作也是從為堪薩斯大學(xué)開設(shè)“二次采油”課程收集文章和積累筆記而開始的。在為注水設(shè)計奠定其科學(xué)依據(jù)之前注水作為一種技藝，已實踐了多年。這種認(rèn)識上的提高，主要是從四十年代后期和五十年代的各公司和大學(xué)所做的廣泛研究與開發(fā)工作，以及從六十年代和七十年代的現(xiàn)場經(jīng)驗中得到的。此書通過對多孔介質(zhì)中多相滲流的基木認(rèn)識來構(gòu)思注水設(shè)計問題。在編寫本書時我想努力介紹些不靠數(shù)值模擬而能揭示二維和三維驅(qū)替過程的基本特

14、征的概念。第章介紹注水的發(fā)展歷程，并且評述一次采油機(jī)理。第二章闡述兩相滲流和微觀驅(qū)替效率的概念。第三章在介紹注水時、是將其視為線性驅(qū)替過程來研究的。第四章通過分析各種面積井網(wǎng)的注水動態(tài)，概述二維驅(qū)替問題。通過將線性系統(tǒng)的驅(qū)替概念發(fā)展為面積注水的辦法，引入了流管模型作為種注水設(shè)計的工具。在第五章中對非均質(zhì)油藏首先作為非連通層狀系統(tǒng)處理。層間交滲問題，通過建立擬相對滲透率概念可以近似求解。雖然數(shù)值模擬不屬于本書的討論范圍，但它在說明數(shù)值模擬的能力時，仍然提到了應(yīng)用數(shù)值模擬解決一維、二維和三維驅(qū)替問題的實例。第六章討論了一種注水設(shè)計的思路。作為注水設(shè)計的一個主要組成部分我強(qiáng)調(diào)要建立一個模型以模擬注水

15、速度和驅(qū)替動態(tài)。按照從易到難的次序，分別介紹了從經(jīng)驗方法到數(shù)值模擬的各種模型。在第七章中將現(xiàn)場經(jīng)驗和有關(guān)的地質(zhì)解釋綜合在一起，以說明地質(zhì)解釋在注水設(shè)計和實施中的作用。許多注水設(shè)計步驟可以寫成小型計算機(jī)程序。本書選擇了一些計算機(jī)子程序，以便幫助學(xué)生經(jīng)過一定的努力后，寫出更復(fù)雜的設(shè)計程序。3.注水經(jīng)驗匯編_11689036主要介紹了老君廟油田L(fēng)油層注水的經(jīng)驗，可以了解一下早期注水過程，介紹的比較詳細(xì)。重點掌握土酸解堵和注水井試注六偏磷酸鈉水的作用。早起注水問題的化學(xué)解決方法。4.油田注水開發(fā)防垢現(xiàn)狀及新技術(shù)研究_12249459 基礎(chǔ)的書 作者：潘愛芳 出版日期：2009.02 出版社：石油工業(yè)出

16、版社 頁數(shù)：216 要求：1.了解目前注水過程中油層結(jié)垢的化學(xué)基礎(chǔ)理論及計算；2.結(jié)垢的機(jī)理和模擬實驗方法、結(jié)垢模型和預(yù)測方法。3.防垢劑作用機(jī)理和常用的防垢劑。目錄緒論第一節(jié)研究背景一、油田開發(fā)中面臨的主要問題二、華池油田結(jié)垢現(xiàn)狀三、研究意義第二節(jié)與結(jié)垢傷害研究相關(guān)的基礎(chǔ)理論一、油田地質(zhì)地球化學(xué)與油層結(jié)垢傷害二、結(jié)垢物的物理化學(xué)性質(zhì)與結(jié)垢物的形成三、油田水結(jié)垢的化學(xué)理論基礎(chǔ)第一章文獻(xiàn)研究綜述第一節(jié)油田結(jié)垢傷害形成機(jī)理研究一、人工模型、合成油田水模擬試驗二、真實砂巖模型真實油田水靜態(tài)、動態(tài)試驗三、成垢物來源與碳酸鈣垢的認(rèn)識第二節(jié)結(jié)垢預(yù)測技術(shù)的開發(fā)研究一、靜態(tài)試驗預(yù)測二、化學(xué)基礎(chǔ)理論簡單計算第三

17、節(jié)防垢、除垢對策研究一、物理化學(xué)清垢二、添加防、除垢劑三、水質(zhì)改性技術(shù)四、油田結(jié)垢腐蝕防治技術(shù)研究第四節(jié)油田污水處理技術(shù)研究一、油田污水主要來源及其特點二、油田污水的性質(zhì)三、油田污水對注水系統(tǒng)的危害四、油田污水處理后的利用效果五、現(xiàn)行油田廢水處理工藝及存在的問題第二章國內(nèi)外油田結(jié)垢傷害特征第一節(jié)國內(nèi)油田結(jié)垢傷害特征一、長慶油田二、大慶油田三、中原油田第二節(jié)國外油田結(jié)垢傷害特征一、前蘇聯(lián)油田二、蘇伊士灣油田三、北海油田四、Brent和Dunlin油田第三章常見阻垢劑的阻垢機(jī)理、性能及應(yīng)用第一節(jié)常見阻垢劑的阻垢機(jī)理一、螯合作用二、分散作用三、晶格畸變作用第二節(jié)常用的水處理技術(shù)一、磷系水處理技術(shù)二、

18、鉬系水處理技術(shù)三、鎢系水處理技術(shù)四、硅系水處理技術(shù)五、全有機(jī)系水處理技術(shù)第三節(jié)常見阻垢劑的性能一、聚磷酸鹽類二、有機(jī)磷酸酯類三、有機(jī)磷酸鹽類四、復(fù)合水質(zhì)處理劑五、高分子聚合物阻垢分散劑六、天然阻垢分散劑七、天然聚合物阻垢劑八、羧酸類聚合物阻垢劑九、磷基羧酸聚合物阻垢劑十、含磺酸基團(tuán)聚合物阻垢劑十一、環(huán)境友好聚合物阻垢劑第四章華152區(qū)鋇、鍶結(jié)垢成因研究第一節(jié)儲層巖石與油田水鋇鍶特征分析一、儲層巖石中鋇鍶的基本特征二、油田水中鋇鍶離子特征第二節(jié)地層水中鋇鍶來源及其遷移特征分析一、地層水中鋇鍶來源分析二、地層水中鋇鍶遷移特征分析三、水與周圍介質(zhì)間的元素遷移機(jī)制分析第三節(jié)鋇鍶垢的結(jié)垢成因機(jī)制分析一、油田水垢的生成順序二、結(jié)垢特征分析第五章油層結(jié)垢傷害防治新技術(shù)研究第一節(jié)防垢領(lǐng)域研究中目前存在的主要問題一、結(jié)垢機(jī)理研究二、結(jié)垢預(yù)測方法研究三、防垢對策研究第二節(jié)油田注水開發(fā)水源混配防垢技術(shù)一、結(jié)垢機(jī)理分析二、試驗研究三、實驗結(jié)果四、水源混配防垢技術(shù)及其特點第三節(jié)聚環(huán)氧琥珀酸鹽的阻垢機(jī)理研究一、阻垢劑研究開發(fā)現(xiàn)狀二、影響聚環(huán)氧琥珀酸鹽穩(wěn)定性的主要因素三、影響聚環(huán)氧琥珀酸