油氣田應(yīng)用化學(xué)課件

（1）粘土主要是由粘土礦物(含水的鋁硅酸鹽)組成的，除粘土礦物外，還含有不定量的非粘土礦物，如石英、長石等。（2）大多數(shù)粘土顆粒的粒徑小于2μm，它們在水中有分散性、帶電性、離子交換以及水化性。粘土粘土與鉆井的關(guān)系（1）粘土作為鉆井液的重要組成成分。（2）鉆井過程中井眼的穩(wěn)定性（3）油氣層的保護(hù)。前言一、粘土礦物的兩種基本構(gòu)造單元

1、硅氧四面體與硅氧四面體晶片

硅氧四面體：有一個硅原子與四個氧原子，硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點，硅原子與各氧原子之間的距離相等，其結(jié)構(gòu)見右圖上。硅氧面體晶片：指硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)。硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體通過相臨的氧原子連接而成，其立體結(jié)構(gòu)見右下圖。一、粘土礦物的兩種基本構(gòu)造單元

2、鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片

鋁氧八面體：六個頂點為氫氧原子團(tuán)，鋁、鐵或鎂原子居于八面體中央(如右上圖所示)。鋁氧八面體晶片：多個鋁氧八面體通過共用的O或OH連接而成的AL-O八面體網(wǎng)絡(luò)。定義造漿率：一噸干粘土所能配制粘度（表觀粘度）為15mPa.s鉆井液的體積數(shù)，m3/T。造漿率越高，說明粘土的水化分散能力越強(qiáng)。一、稀釋劑

稀釋劑是指能解除泥漿稠化的化學(xué)劑。泥漿稠化的主要原因是泥漿中固相顆粒過多及粘土顆粒形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在含有聚合物的泥漿中，聚合物長鏈分子和粘土顆粒作用，或聚合物分子間相互作用形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也會引起泥漿粘切增大。無機(jī)電機(jī)質(zhì)的污染，使粘土顆粒水化層變薄也易形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)導(dǎo)致泥漿增稠。

稀釋劑的作用機(jī)理稀釋劑的稀釋作用首先是通過試劑吸附在粘土顆粒的邊-端面上，拆散或削弱了粘土顆粒形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)達(dá)到稀釋作用。同時，由于稀釋劑具有較強(qiáng)的吸附能力及與聚合物分子形成化和物等作用，可使吸附在粘土顆粒上的長鏈聚合物分子解吸，從而起到稀釋的作用。

鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽（FCLS）

簡稱鐵鉻鹽，是有含有大量木質(zhì)素磺酸鹽的亞硫酸紙漿廢液制成。由于鐵鉻鹽分子中含有磺酸基，和與木質(zhì)磺酸形成了穩(wěn)定的螯合物。所以Fcls是一種抗鹽、抗鈣的有效稀釋劑，其熱穩(wěn)定性高，可抗150?以上的高溫。由于鐵鉻鹽具有弱酸性，因此必須配合燒堿使用才能發(fā)揮良好的稀釋作用。

水解聚丙烯腈銨鹽（NH4-NPAN）

簡稱銨鹽，是由人造羊毛的下腳料（腈綸廢絲）經(jīng)高溫高壓水解反應(yīng)的產(chǎn)物。普通銨鹽的分子量5-11萬，水解度60%左右，降粘降失水效果隨分子量的不同而改變。分子量低降粘效果好降失水作用減弱，分子量高降粘效果減弱降失水效果增強(qiáng)。在銨鹽分子中腈基（-CN）和胺基（-CONH2）作為吸附基，通過吸附在粘土邊-端面上拆散粘土的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。以羧銨基（-COONH4）作為水化基形成保護(hù)粘土顆粒的水化膜。

磺甲基酚醛樹脂（SMP）

SMP是在酸性條件下使甲醛苯酚生產(chǎn)成線性酚醛樹脂，再在堿性條件下加入磺甲基化試劑進(jìn)行分步磺化制得。

表觀粘度表觀粘度由塑性粘度、動切力和流速梯度組成，它反映總的粘滯作用，是總粘度的意思。表觀粘度（AV）AV=1/2Φ600(Mpa.s)塑性粘度反映泥漿層流時泥漿中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的破壞與恢復(fù)處于動平衡時，懸浮粒子之間、懸浮粒子與液相之間，以及連續(xù)液相的內(nèi)摩擦總和影響塑性粘度的主要因素是固相含量，固含越高塑性粘度越大，此外，粘土的分散度和高分子增粘劑對塑性粘度也有影響。塑性粘度（PV）PV＝Φ600-Φ300（MP、s）動切力動切力是指泥漿在層流流動時，粘土顆粒之間及高聚合物分子之間的相互作用力（形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)力）。影響動切力的因素是泥漿中的固相含量、分散度、粘土粒子的ξ電位和水化程度，粘土粒子吸取處理劑的情況以及高分子聚合物的使用等。動切力（YP）YP=1/2(2Ф300-Ф600)(Pа)動塑比

反映泥漿的剪切稀釋能力。動塑比越大，剪切稀釋性越強(qiáng)，越有利于高壓噴射鉆井和攜帶巖屑。一般YP/PV＝0.6-1比較理想。儲層損害：在鉆井、完井井下作業(yè)及油氣田開采全過程中，造成儲層滲透率下降的現(xiàn)象。儲層保護(hù)技術(shù)：認(rèn)識和診斷儲層損害原因及損害過程的各種手段，防止和解除儲層損害的各種技術(shù)措施。儲層保護(hù)的核心是有針對性地控制各種外因，使儲層的內(nèi)因不發(fā)生改變或改變小，從而達(dá)到保護(hù)儲層的目的。

凡是受外界條件影響而導(dǎo)致儲層滲透性降低的儲層內(nèi)在因素，均屬儲層潛在損害因素（內(nèi)因）。它包括儲層孔隙結(jié)構(gòu)、敏感性礦物、巖石表面性質(zhì)和地層流體性質(zhì)等。在施工作業(yè)時，任何能夠引起儲層微觀結(jié)構(gòu)或流體原始狀態(tài)發(fā)生改變，并使油氣井產(chǎn)能降低的外部作業(yè)條件，均為儲層損害的外因。它包括入井流體性質(zhì)、壓差、溫度和作業(yè)時間等可控因素。儲層敏感性評價包括速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏等五敏實驗，具體實驗方法基本按“砂巖儲層巖心流動實驗評價程序”部頒標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，其目的在于找出儲層發(fā)生敏感的條件和由敏感引起的儲層損害程度，為各類工作液的設(shè)計、儲層損害機(jī)理分析和制定系統(tǒng)的儲層保護(hù)技術(shù)方案提供科學(xué)依據(jù)。儲層的速敏性：是指在鉆井、測試、試油、采油、增產(chǎn)作業(yè)、注水等作業(yè)或生產(chǎn)過程中，當(dāng)流體在儲層中流動時，引起儲層中微粒運(yùn)移并堵塞喉道造成儲層滲透率下降的現(xiàn)象水敏：儲層中的粘土礦物在原始的地層條件下處在一定礦化度的環(huán)境中，當(dāng)?shù)M(jìn)入地層時，某些粘土礦物就會發(fā)生膨脹、分散、運(yùn)移，從而減小或堵塞地層孔隙和喉道，造成滲透率的降低的現(xiàn)象，稱為水敏鹽敏：在鉆井、完井及其它作業(yè)中，各種工作液具有不同的礦化度，有的低于地層水礦化度，有的高于地層水礦化度。當(dāng)高于地層水礦化度的工作液濾液進(jìn)入儲層后，將可能引起粘土的收縮、失穩(wěn)、脫落，當(dāng)?shù)陀诘貙铀V化度的工作液濾液進(jìn)入儲層后，則可能引起粘土的膨脹和分散。這些都將導(dǎo)致儲層孔隙空間和喉道的縮小及堵塞，引起滲透率的下降從而損害儲層。堿敏概念：當(dāng)高pH值流體進(jìn)入儲層后，造成儲層中粘土礦物和硅質(zhì)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)破壞（主要是粘土礦物解理和膠結(jié)物溶解后釋放微粒），且大量的氫氧根與某些二價陽離子結(jié)合會生成不溶物，造成儲層的堵塞損害現(xiàn)象酸敏概念：酸化酸液進(jìn)入儲層后，一方面可改善儲層的滲透率，另一方面又與儲層中的礦物及地層流體反應(yīng)產(chǎn)生沉淀并堵塞儲層的孔喉。指儲層與酸作用后引起滲透率降低的現(xiàn)象鉆井過程中儲層損害原因鉆開儲層時，在正壓差的作用下，鉆井液的固相進(jìn)入儲層造成孔喉堵塞，其液相進(jìn)入儲層與儲層巖石和流體作用，破壞儲層原有的平衡，從而誘發(fā)儲層潛在損害因素，造成滲透率下降。鉆井過程中儲層損害原因有五個方面:(1）鉆井液中固相顆粒堵塞儲層（2）鉆井液濾液與儲層巖石不配伍引起的損害（3）鉆井液濾液與儲層流體不配伍引起的損害（4）油相滲透率變化引起的損害（5）負(fù)壓差急劇變化造成的儲層損害保護(hù)儲層的鉆井液技術(shù):鉆開儲層的鉆井液類型為了達(dá)到上述對保護(hù)儲層的鉆井液要求，減少對儲層的損害。通過多年努力，我國已形成三大類十一種用于鉆開儲層的鉆井液:（1）水基鉆井液（2）油基鉆井液（3）氣體類流體（或鉆井液）鉆開儲層的鉆井液類型（1）水基鉆井液1）無固相清潔鹽水鉆井液2）水包油鉆井液3）無膨潤土?xí)憾滦途酆衔镢@井液a.酸溶性暫堵劑、b.水溶性暫堵劑、c.油溶性暫堵劑、d.單向壓力暫堵劑4）低膨潤土聚合物鉆井液5）改性鉆井液6）屏蔽暫堵鉆井液屏蔽暫堵保護(hù)儲層鉆井液技術(shù)屏蔽暫堵保護(hù)儲層鉆井液技術(shù)（簡稱屏蔽暫堵技術(shù)）主要用來解決裸眼井段多壓力層系地層保護(hù)儲層技術(shù)難題。即利用鉆進(jìn)儲層過程中對儲層發(fā)生損害的兩個不利因素（壓差和鉆井液中固相顆粒），將其轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)儲層的有利因素，達(dá)到減少鉆井液、水泥漿、壓差和浸泡時間對儲層損害的目的。屏蔽暫堵技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思是利用儲層被鉆開時，鉆井液液柱壓力與儲層壓力之間形成的壓差，在極短時間內(nèi)，迫使鉆井液中人為加入的各種類型和尺寸的固相粒子進(jìn)入儲層孔喉，在井壁附近形成滲透率接近于零的屏蔽暫堵帶。此帶能有效地阻止鉆井液、水泥漿中的固相和濾液繼續(xù)侵入儲層，其厚度必須大大小于射孔彈射入深度，以便在完井投產(chǎn)時，通過射孔解堵。壓裂液概念壓裂定義：壓裂就是用壓力將地層壓開，形成裂縫，并用支撐劑將裂縫支撐起來，改善油氣層的導(dǎo)流能力，以減小流體流動阻力的增產(chǎn)、增注的措施。壓裂液：壓裂過程中所用的液體。它起著傳遞壓力、形成地層裂縫和沿著張開的裂縫輸送支撐劑的作用。地層應(yīng)力及分布地應(yīng)力：存在于地殼內(nèi)部的應(yīng)力，是由于地殼內(nèi)部的垂直運(yùn)動和水平運(yùn)動及其它因素綜合作用引起介質(zhì)內(nèi)部單位面積上的作用力。裂縫的形態(tài)與方位巖石軸應(yīng)力分布圖油層通過壓裂后形成的裂縫有兩種形態(tài)：即水平裂縫和垂直裂縫。原理：裂縫面垂直于最小主應(yīng)力方向。壓裂液性能及分類根據(jù)壓裂液在不同階段的作用分為：前置液、攜砂液、頂替液。前置液作用：主要是破裂地層形成一定幾何尺寸裂縫。攜砂液作用：將支撐劑帶入裂縫并將砂子置于預(yù)定位置上。頂替液作用：將井筒中的攜砂液全部替如到裂縫中。對壓裂液的性能要求(1)濾失少；(2)攜砂能力強(qiáng)；(3)低摩阻；(4)熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性；(5)與地層巖石和地下流體的配伍性；(6)低殘渣、易返排；(7)價格便宜、宜配制、貨源廣。水基壓裂液：以水作為溶劑或分散介質(zhì)，加入稠化劑、添加劑配制而成。水+添加劑+稠化劑→溶膠液水+添加劑+交聯(lián)劑→交聯(lián)液溶膠液+交聯(lián)液→水基凍膠壓裂液溶膠液:交聯(lián)液=100:(1~12)天然植物膠水基壓裂液：主要成分是多糖天然高分子化合物即半乳糖甘露聚糖。不同植物膠的高分子鏈中半乳糖支鏈與甘露糖主鏈的比例不同。天然植物水基膠壓裂液纖維素衍生物壓裂液合成聚合物壓裂液三種水基壓裂液性能比較

包括：稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑、pH值控制劑、粘土穩(wěn)定劑、潤濕劑、助排劑、破乳劑、降濾失劑、凍膠粘度穩(wěn)定劑、消泡劑、降阻劑和殺菌劑等。水基壓裂液添加劑交聯(lián)劑交聯(lián)反應(yīng)是金屬或金屬絡(luò)合物交聯(lián)劑將聚合物的各種分子聯(lián)結(jié)成一種結(jié)構(gòu)，使原來的聚合物相對分子質(zhì)量明顯增加。通過化學(xué)鍵或配位鍵與稠化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的試劑稱為交聯(lián)劑。破膠劑：使粘稠壓裂液可控地降解成能從裂縫中返排出的稀薄液體，能使凍膠壓裂液破膠水化的試劑稱為破膠劑。

交聯(lián)凍膠難于化學(xué)破膠的三個原因是：(1)除了破壞聚合物的骨架外，破膠劑必須與連接聚合物分子的交聯(lián)鍵反應(yīng)；(2)為保持液體的pH值在凍膠最穩(wěn)定的范圍內(nèi)，泵送的交聯(lián)壓裂液一般具有一個強(qiáng)的緩沖體系；(3)破膠反應(yīng)必須足夠緩慢，以保證壓裂液的穩(wěn)定性達(dá)到要求并適于鋪置大量的支撐劑。適用于水基交聯(lián)凍膠體系的破膠劑有：氧化劑、酶破膠劑、潛在酸、膠囊破膠劑(延遲破膠技術(shù))、pH值調(diào)節(jié)劑(緩沖劑)油基壓裂液：以油作為溶劑或分散介質(zhì)，與各種添加劑配制成的壓裂液。油基壓裂液分類：稠化油壓裂液、泡沫壓裂液、油基凍膠壓裂液常用稠化劑：油溶性活性劑：主要是脂肪酸鹽、鋁磷酸酯鹽這類稠化劑在油中形成“締合”，將油稠化。油溶性高分子：當(dāng)濃度超過一定數(shù)值，就可在油中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使油稠化。主要有：聚丁二烯、聚異丁烯、聚異戊二烯、α-烯烴聚合物，聚烷基苯乙烯，氫化聚環(huán)戊二烯、聚丙烯酸酯。泡沫壓裂液定義：由氣相、液相、表面活性劑（發(fā)泡劑）和其他化學(xué)添加劑組成。按作用機(jī)理可分為兩類：第一類是增粘型穩(wěn)定劑。主要是通過提高基液的粘度來減緩泡沫的排液速率，延長半衰期，從而提高泡沫的穩(wěn)定性，屬于這類的穩(wěn)定劑有CMC。第二類穩(wěn)定劑主要作用不是增粘而是提高氣泡薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的粘彈性，減小泡沫的透氣性從而提高泡沫的穩(wěn)定性，屬于此類的穩(wěn)定劑有HEC。將這兩類穩(wěn)定劑復(fù)配使用可獲得最佳效果。泡沫破壞的機(jī)理主要有：液膜的排液；氣體透過液膜而擴(kuò)散。泡沫穩(wěn)定劑：多為高分子化合物。清潔壓裂液定義：又稱為粘彈性表面活性劑壓裂液，是一種基于粘彈性表面活性劑的溶液。清潔壓裂液主要是將由長鏈脂肪酸鹽衍生物所形成的季銨鹽作為表面活性劑加入到氯化鉀、氯化鎂、氯化銨、氯甲基四銨或水楊酸鈉溶液中配置而成。作用機(jī)理：在水中特種表面活性劑隨著濃度增加形成棒狀膠束結(jié)構(gòu)。▲利用烴類有機(jī)物增溶到膠束中并使其分裂而破膠。VES壓裂液攜帶支撐劑是依靠流體的結(jié)構(gòu)粘度，同時能降低摩阻力。VES壓裂液與聚合物壓裂液不同，它無造壁性，不會留下濾餅。清潔壓裂液不需要交聯(lián)機(jī)理：當(dāng)表面活性劑與鹽水混合時，表面活性劑分子形成線型柔性棒狀膠束、囊泡或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，溶液粘度將急劇增加，特別是線型柔性棒狀膠束的形成和相互間纏繞形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，常伴隨粘彈性和其它流變特性出現(xiàn)(如剪切稀釋、觸變性等)。清潔壓裂液的破膠破膠機(jī)理：

機(jī)理一：VES壓裂液進(jìn)入含油地層后，親油性有機(jī)物被膠束增溶，棒狀膠束膨脹并最終崩解，VES凝膠破膠形成低粘度水溶液，流阻降低；在裂縫中接觸到原油或天然氣同樣如此。機(jī)理二：在地層水的作用下，清潔壓裂液液體因稀釋而降低了表面活性劑濃度，棒狀膠束也不再相互糾纏在一起，而呈現(xiàn)單個膠束結(jié)構(gòu)狀存在。與傳統(tǒng)聚合物壓裂液對比：傳統(tǒng)聚合物壓裂液隨壓力增大濾失嚴(yán)重；而VES壓裂液對壓力不敏感。VES壓裂液不含聚合物，顯著降低了殘渣在支撐劑填充帶和裂縫表面上的吸附量，形成高導(dǎo)流能力的裂縫。VES壓裂液無造壁性，不會留下濾餅，對地層污染程度較小，改善了負(fù)表皮系數(shù)，從而增加了油氣井產(chǎn)能。酸化及酸液添加劑第四章油氣田應(yīng)用化學(xué)總結(jié)酸化分類：按油氣層分類：①碳酸鹽巖酸化②砂巖酸化按酸液的組成和性質(zhì)①常規(guī)酸酸化②緩速酸酸化按酸化處理工藝①酸洗②基質(zhì)酸化③壓裂酸化酸液類型：鹽酸、土酸、乙酸、甲酸、多組分酸、粉狀有機(jī)酸、緩速酸體系

硫酸、碳酸、磷酸（特殊酸化）酸液添加劑類型：①緩蝕劑②鐵穩(wěn)定劑③防乳-破乳劑④互溶劑⑤降濾失劑⑥粘土防膨劑⑦醇類⑧其它添加劑油氣田應(yīng)用化學(xué)總結(jié)4.1酸化增產(chǎn)原理酸洗定義：用酸清洗井筒中酸溶性結(jié)垢或疏通孔眼的一種油氣井增產(chǎn)措施。特點：①酸用量少②溶解法③及時返排酸液防止造成二次傷害?；|(zhì)酸化定義：在低于地層巖石破裂壓力的條件下，將酸液注入地層孔隙空間，使之沿徑向滲入油氣層，溶解孔隙中的細(xì)小顆粒、膠結(jié)物等以擴(kuò)大孔隙空間、提高地層滲透率的一種增產(chǎn)措施。特點：①解除近井地帶因污染而造成的滲透率下降②僅靠化學(xué)溶蝕作用

③酸大體沿徑向流滲入地層壓裂酸化（分為普通酸壓和前置液酸壓）定義：在足以壓開地層形成裂縫或張開地層原有裂縫的壓力條件下，對油氣層的一種擠酸工藝。油氣田應(yīng)用化學(xué)總結(jié)能產(chǎn)出工業(yè)性氣體的三個條件：①油氣層的油氣飽和度大②壓力高③滲透性能好基質(zhì)酸化增產(chǎn)作用：①酸液進(jìn)入孔隙或天然裂縫，與其中巖石或砂粒之間的膠結(jié)物反應(yīng)溶蝕孔壁或裂縫壁面，增大孔徑，提高地層滲透率②溶蝕孔道或天然裂縫中的堵塞物，破壞泥漿、水泥、巖石碎屑等堵塞物的結(jié)構(gòu)，使之與殘酸一道排出地層，從而解除堵塞物的影響，恢復(fù)地層原有滲透率。壓裂酸化增產(chǎn)作用：①撐開并擴(kuò)大天然裂縫或壓開新裂縫，改造和提高油氣層內(nèi)部的滲透能力②解除堵塞③使井底與高滲透帶或新的裂縫系統(tǒng)溝通進(jìn)一步提高酸壓效果的途徑:①增加酸液有效作用距離②提高酸壓裂縫的導(dǎo)流能力③分層酸壓，特別是對低滲透層進(jìn)行選擇酸壓油氣田應(yīng)用化學(xué)總結(jié)4.2酸液類型和用途鹽酸（使用濃度5%~15%）優(yōu)點：①解離度高②溶蝕能力強(qiáng)③反應(yīng)生成的CaCl2，MgCl2全溶于殘酸，不產(chǎn)生沉淀

④成本低。缺點：①石灰?guī)r反應(yīng)速度快②很強(qiáng)的腐蝕性③H2S含量高，鋼材的氫脆斷裂土酸土酸：12%HCl／3%HF，僅用于砂巖酸化固體酸氨基磺酸：NH2-SO3H氯乙酸：Cl-CH2COOH其他無機(jī)酸（硫酸、碳酸、磷酸）緩速酸定義——