油田化学-课件.pptx
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1、中国石油大学(华东)中国石油大学(华东)石油工程学院油田化学系石油工程学院油田化学系油田化学油田化学绪论绪论油田化学的研究对象油田化学的研究对象 油田化学的研究对象油田化学的研究对象 油田化学油田化学集集输输化化学学钻钻井井化化学学采采油油化化学学油田化学与油田地质学密切联系;是钻井工程、采油工程、油油田化学与油田地质学密切联系;是钻井工程、采油工程、油藏工程和集输工程等的边缘科学;各门基础化学(无机、有机、藏工程和集输工程等的边缘科学;各门基础化学(无机、有机、分析、物化、表面、胶体化学等)是油田化学的基础;与流体分析、物化、表面、胶体化学等)是油田化学的基础;与流体力学和渗流力学及环境化学
2、也有密切的联系。力学和渗流力学及环境化学也有密切的联系。钻井化学钻井化学主要研究钻井钻井化学主要研究钻井/完井和水泥浆体系的性能及其控制与完井和水泥浆体系的性能及其控制与调整。包括添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。调整。包括添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及钻井、完井、固井、射孔、试油等过程的化学问题。涉及钻井、完井、固井、射孔、试油等过程的化学问题。钻井液化学钻井液化学水泥浆化学水泥浆化学钻井液体系及添加剂钻井液体系及添加剂完井液体系及添加剂完井液体系及添加剂完井过程油气层保护完井过程油气层保护水泥浆体系及添加剂水泥浆体系及添加剂固井射孔油气层保护固井射孔油气层保护油田化
3、学的研究对象油田化学的研究对象 采油化学油层化学改造油层化学改造化学驱法化学驱法混相驱法混相驱法 烃类混相法烃类混相法 非烃类混相法非烃类混相法聚合物驱聚合物驱活性剂驱活性剂驱碱驱碱驱复合驱复合驱热采法热采法 蒸汽驱蒸汽驱 火烧油层法火烧油层法油水井化学改造油水井化学改造水井调剖水井调剖 油井堵水油井堵水化学防砂化学防砂 防蜡清蜡防蜡清蜡稠油降粘稠油降粘 酸化解堵酸化解堵射孔压裂射孔压裂 修井压井修井压井油层保护油层保护 综合措施综合措施采油化学主要研究油层改造和油水井化学改造问题。包括改采油化学主要研究油层改造和油水井化学改造问题。包括改造方案、添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉造
4、方案、添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及采油过程中的众多化学问题。及采油过程中的众多化学问题。集输化学腐蚀与防护腐蚀与防护阻垢与清垢阻垢与清垢乳化与破乳乳化与破乳降粘与减阻降粘与减阻天然气利用天然气利用污水的处理污水的处理污染与防治污染与防治 集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油集污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。
5、输和预处理中的众多化学问题。集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。集输和预处理中的众多化学问题。油田化学的研究对象油田化学的研究对象 第一章第一章 粘土矿物粘土矿物第一篇第一篇 钻井化学钻井化学本章要点基本概念:晶格取代、基本概念:晶格取代、CEC等等粘土矿物的基本构单元和基本晶层粘土矿物的基本
6、构单元和基本晶层常见粘土矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石)的特点及常见粘土矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石)的特点及其特性解释其特性解释粘土矿物的基本特性及其机理粘土矿物的基本特性及其机理粘粘土土前言前言 (2 2)粘土粘土:疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为:疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为主的(主的(50%)沉积物。)沉积物。 (3 3)粘土岩粘土岩(俗称:泥页岩):粘土矿物经沉积、(俗称:泥页岩):粘土矿物经沉积、固结成岩作用后成为粘土岩。固结成岩作用后成为粘土岩。 (1 1)粘土矿物粘土矿物:细分散的(:细分散的(2um)含水的铝硅)含水的铝硅酸盐类矿物的总称,可进一步分为晶质(具有晶体结酸盐类
7、矿物的总称,可进一步分为晶质(具有晶体结构的)和非晶质,自然界中所见到的粘土矿物绝大多构的)和非晶质,自然界中所见到的粘土矿物绝大多数是晶质的。数是晶质的。 第一章第一章 粘土矿物粘土矿物与与钻钻井井工工程程的的关关系系( 1)粘土作为)粘土作为钻井液钻井液的重要组成成分,的重要组成成分,配浆原配浆原材料材料。( 2)钻井过程中)钻井过程中井眼的稳定性井眼的稳定性,泥页岩的主要组,泥页岩的主要组成部分,成部分,75%地层为泥页岩,地层为泥页岩,90%的井壁不稳定发的井壁不稳定发生在泥页岩。生在泥页岩。(3)油气层的保护油气层的保护,粘土矿物膨胀与钻井液配浆,粘土矿物膨胀与钻井液配浆粘土堵塞。粘
8、土堵塞。第一章第一章 粘土矿物粘土矿物第一节第一节 粘土矿物的基本构造粘土矿物的基本构造第一章第一章 粘土矿物粘土矿物粘土矿物的基本构造1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片 硅氧四面体硅氧四面体:有一个硅原:有一个硅原子与四个氧原子,硅原子子与四个氧原子,硅原子在四面体的中心,氧原子在四面体的中心,氧原子在四面体的顶点,硅原子在四面体的顶点,硅原子与各氧原子之间的距离相与各氧原子之间的距离相等。等。顶氧顶氧 底氧底氧 硅氧面体晶片硅氧面体晶片:指:指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相硅氧四面体通过相临的氧原子连接而临的氧原子连接而成。成。粘土矿物的基本构
9、造 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片 铝氧八面体铝氧八面体:六:六个顶点为氢氧原子个顶点为氢氧原子团,铝、铁或镁原团,铝、铁或镁原子居于八面体中央。子居于八面体中央。氧或羟基氧或羟基粘土矿物的基本构造铝氧八面体晶片铝氧八面体晶片:多个铝氧八面体多个铝氧八面体通过共用的通过共用的OH连接而成的连接而成的AL-O八面体网八面体网络。络。粘土矿物的基本构造3、晶片的结合层面是层面是O层面是层面是OHSi-O晶片晶片Al-O晶片晶片晶层晶层:四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合,构成晶层:四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合,构成晶层(1)1:1型晶层型晶层:由一个硅氧四面体晶片与一个铝由一个硅氧四
10、面体晶片与一个铝 氧八面体氧八面体 晶片构成。晶片构成。粘土矿物的基本构造(2)2:1型晶层:由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成。晶片构成。氧原子氧原子氧原子氧原子Si-O晶片晶片Al-O晶片晶片Si-O晶片晶片粘土矿物的基本构造粘土矿物的基本构造第二节第二节粘土矿物粘土矿物第一章第一章 粘土矿物粘土矿物1、基本概念粘土矿物粘土矿物(1 1)晶格取代:)晶格取代:在粘土矿物晶体中,一部分阳离子被另外在粘土矿物晶体中,一部分阳离子被另外 阳离子所置换,而晶体结构不变的现象。阳离子所置换,而晶体结构不变的现象。Si-OSi-O四面体:四面体:AlAl
11、3+3+取代取代SiSi4+4+Al-OAl-O八面体:八面体: MgMg2+2+、FeFe2+2+取代取代AlAl3 3+ + 粘土带粘土带 负负电荷电荷例例1 1:蒙脱石在不发生晶格取代时,其理想结构式为:蒙脱石在不发生晶格取代时,其理想结构式为: AlAl4 4SiSi8 8O O2 2(OH)(OH)4 4.nH.nH2 2O O 蒙脱石的实际结构式为:蒙脱石的实际结构式为: (1/2Ca,Na)(1/2Ca,Na)x x(Mg(Mgx xAlAl4-x4-x)(Si)(Si8 8O O2020)(OH)(OH)4 4.nH.nH2 2O O例例2 2:伊利石在不发生晶格取代时,其理想
12、结构式为:伊利石在不发生晶格取代时,其理想结构式为: AlAl4 4(SiSi8 8O O2020)()(OHOH)4 4 伊利石的实际结构式为:伊利石的实际结构式为: (K)(K)x xAlAl4 4(Si(Si8-x8-xAlAlx x)O)O2020(OH)(OH)2020粘土矿物粘土矿物(2)阳离子交换容量()阳离子交换容量(C.E.C) 定义定义:分散介质分散介质pH=7pH=7时,时,1kg1kg粘土所能交换下来的阳离粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数(以一价阳离子毫摩尔数表示)。子的毫摩尔数(以一价阳离子毫摩尔数表示)。 C.E.CC.E.C可用来表示粘土在水中带电性的多少,它与
13、粘可用来表示粘土在水中带电性的多少,它与粘土的水化分散、吸附等性质密切相关。土的水化分散、吸附等性质密切相关。(3)造浆率:)造浆率:一吨干粘土所能配制粘度(表观粘度)为一吨干粘土所能配制粘度(表观粘度)为 15mPa.s钻钻 井液的体积数,井液的体积数,m3/T。造浆率造浆率粘土的水化分散能力粘土的水化分散能力粘土矿物粘土矿物(1 1)高岭石)高岭石高岭石晶体结构示意图高岭石晶体结构示意图粘土矿物粘土矿物高岭石特点Si-OAl-OOHOA、1:1型粘土矿物型粘土矿物B、几乎不存在晶格取代,负电量少、几乎不存在晶格取代,负电量少C、晶层间引力以氢键为主,引力强,晶层间距、晶层间引力以氢键为主,
14、引力强,晶层间距C=7.2问题:为什么高岭石属非膨胀问题:为什么高岭石属非膨胀性粘土矿物?性粘土矿物?粘土矿物粘土矿物D D、C.E.CC.E.C低(低(30-150 mmol/kg30-150 mmol/kg土土) ) 在三种常见的粘土矿物中,高岭石的在三种常见的粘土矿物中,高岭石的.E.C.E.C最低。最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代,所以带负电荷很原因在于高岭石几乎不存在晶格取代,所以带负电荷很少,周围吸附的阳离子数目少,可发生交换的阳离子数少,周围吸附的阳离子数目少,可发生交换的阳离子数目就更少了,所以目就更少了,所以C.E.CC.E.C小。小。、造浆率低、造浆率低 高岭石晶层间
15、以氢键为主,引力较强,晶层间连接高岭石晶层间以氢键为主,引力较强,晶层间连接紧密,水分子不易进入晶层间,水化作用仅限于外表面,紧密,水分子不易进入晶层间,水化作用仅限于外表面,故水化分散能力差,造浆率低。故水化分散能力差,造浆率低。粘土矿物粘土矿物蒙脱石Al-OSi-OSi-O蒙脱石晶体结构示意图蒙脱石晶体结构示意图粘土矿物粘土矿物蒙脱石特点A、2:1型粘土矿物型粘土矿物B、存在晶格取代,、存在晶格取代,取代位置主要在取代位置主要在AL-O八面体中,即八面体中,即AL3+被被Mg2+、Fe2+和和Zn2+等取代,产生的负电荷由等量的等取代,产生的负电荷由等量的Na+或或Ca2+来平衡。来平衡。
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- 油田 化学 课件
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