第11章油田用化学剂课件.ppt

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1、第11章油田用化学剂第1页，此课件共72页哦第一节第一节 油田用化学剂和水泥外加剂油田用化学剂和水泥外加剂n 一、钻井用化学剂一、钻井用化学剂n 1.1.钻井液（泥浆）及其处理剂钻井液（泥浆）及其处理剂n 2.2.降滤失剂降滤失剂n 3.3.降粘剂降粘剂n 4.4.钻井液缓蚀剂钻井液缓蚀剂n 5.5.钻井液处理剂的发展趋势钻井液处理剂的发展趋势n 二、水泥外加剂二、水泥外加剂 第2页，此课件共72页哦第第11章章 油田用化学剂油田用化学剂 油田化学剂按油田施工工艺可分为：钻井用化学剂、油气开采用化学剂、油气集输用化学剂、水处理用化学剂和提高采收率用化学剂等五大类。第一节 钻井用化学剂和水泥外加

2、剂一、钻井用化学剂1.钻井液(泥浆)及其处理剂 泥浆在钻井过程中起着重要作用：净化井眼，将钻屑带出地面；冷却和润滑钻头；泥浆中的粘土颗粒附着井壁，形成薄而韧的泥饼，稳定井壁。防止井喷、漏、塌、卡等。饼形成示意图（a）薄饼（b）厚饼 由于油层地质条件和钻井深度的不同。要求使用不同性能的泥浆。目前使用的泥浆有水基泥浆、油基泥浆和聚合物泥浆。是一种固体含量很低的聚合物泥浆，具有能提高钻速和进尺降低成本及保护油层的优点。第3页，此课件共72页哦 在钻井液(泥浆)配制和处理过程中所用的化学剂，称为钻井液处理剂，我国目前已有十八类260种的钻井液处理剂(见图表)2降滤失剂 泥浆失水量越大，形成的泥饼越厚、

3、性能也越差，因此，在泥浆中添加一些降滤失剂(降失水剂)，减少泥浆进入地层的失水量，利于形成致密的渗透性小的泥饼。(1)煤碱剂 煤碱剂是由褐煤粉(含有2080腐殖酸)加适量烧碱和水配制成的。其主要成分是腐殖酸钠。现场常用的配方为：褐煤：烧碱：水=15(13)(50200)。若将褐煤褐煤与重铬酸钾重铬酸钾混合，按腐殖酸：重铬酸钾3:14:1在80左右，生成铬腐殖酸，在水中有较大的溶解度所配制的铬腐殖酸活性剂泥浆曾用于6250m的高温深井作业、具有很高的热稳定性，形成井壁稳定，有较好的防塌防塌效果。第4页，此课件共72页哦 (2)(2)羧甲基纤维素羧甲基纤维素(CMC)(CMC)钠羧甲基纤维素(Na

4、-CMC)作为泥浆的降滤失剂其分子结构为：(3)(3)聚丙烯酸盐聚丙烯酸盐 水解聚丙烯腈是聚丙烯腈(n23503760，分子量为12.520万)的水解产物，反应为：降滤失剂的作用机理 泥浆中细小粘土颗粒的含量增多，有利于形成致密的泥饼，特别是具有高粘度和弹性的吸附水化膜带来的堵孔作用，使泥饼更致密，从而使泥浆的失水量降低。降滤失剂与土粒的吸附降滤失剂与土粒的吸附 第5页，此课件共72页哦羧甲基淀粉钠盐羧甲基淀粉钠盐(CMS)羧甲基纤维素(CMC)已大量用于泥浆降滤失剂，但价格昂贵，采用价廉而易得的玉米淀粉作原料，进行改性制得羧甲基淀粉钠盐(CMS-Na)AM-SASAM-SAS共聚物共聚物 丙

5、烯酰胺(AM)烯丙基磺酸钠(SAS)属阴离子型高分子，链中的-SO3(Na)有益于提高泥浆的降失水性能。SPNHSPNH降滤失剂降滤失剂 SPNH降滤失剂是一种复配型药剂，该产品的主要成分是磺化腐殖酸铬盐(SMC)，磺化酚醛树脂(SMP)及水解聚丙烯酰胺(NPAN)一定比例配制而成。是一种深井(或超深井)泥浆用的降滤失剂，具有抗高温、抗盐、抗钙污染和一定降粘能力。SPNH处理后的泥桨性能稳定，流变好，与其他处理剂的配伍性好。同时，SPNH促进井壁稳定，起下钻畅通，提高固井质量。(4)(4)油田用的几种钻井液降滤失剂油田用的几种钻井液降滤失剂 主要化学反应第6页，此课件共72页哦3 3降粘剂降粘

6、剂 (1)(1)单宁、拷胶单宁、拷胶 是多元酚的衍生物，国产五培子丹宁的分子式是五个双没食子酸与葡萄糖的混合物双没食子酸的分子结构：（2 2）木质素磺酸盐）木质素磺酸盐 木质素存在于各种木材中，不溶于水，不能直接用来处理钻井液，木材制桨造纸时，用亚硫酸盐法处理木材后的残留废液主要是木质素磺酸盐，经改性可作为钻井液降粘剂。（3 3）合成聚合物降粘剂）合成聚合物降粘剂 用于钻井液降粘剂的合成聚合物有两类，一类是以磺化苯乙烯为主的共聚物，另一类是乙烯基或烯丙基单体的均聚或共聚物。近年来已相继研究成功XA40、SK-、XW-74、SD-16、xy-27、CN-1和PAC-145等聚合物降粘剂，有较好的

7、降粘作用。第7页，此课件共72页哦 （4 4）有机硅类降粘剂）有机硅类降粘剂 该剂处理的泥浆粘土含量很高，高温下性能稳定。近年来研究性能较好的有Gx、HJH301以及有机硅与腐殖酸钾接枝产品，正在推广应用中。钻井液降粘剂的作用机理：天然或合成高分子降粘剂是带多官能团的长链分子分子中有不同数量的羧基、酰氨基、酯基等，通过管能团对粘土颗粒端面上的吸附，并形成水化膜，有效地削弱和拆散聚合物粘土颗粒的网架结构使泥浆粘度大幅度降低。几种钻井液聚合物降粘剂:DSAA降粘剂 PT-1降粘剂 第8页，此课件共72页哦 在腐蚀介质中添加少量就能有效地减缓或抑制金属腐蚀速率的物质称为缓蚀利。根据使用介质不同，可将

8、缓蚀剂分为钻井液缓蚀剂，酸化缓蚀剂、注水缓蚀剂等。引起钻具腐蚀的主要因素是与溶解氧、硫化氢和二氧化碳有关。在钻井过程中，钻具主要受到三种类型的腐蚀4钻井液缓蚀剂 （1 1）钻井液溶解氧腐蚀及除氧剂、缓蚀剂）钻井液溶解氧腐蚀及除氧剂、缓蚀剂 钻井液中的溶解氧通过阴极去极化反应，使钢铁腐蚀的阳极的反应大大加快，促进钻具的腐蚀；控制钻井液氧腐蚀的缓蚀剂有磷酸多元醇酯、有机胺和季铵盐等。这些缓蚀剂能在钻具表面形成较致密的沉淀膜或吸附膜，使氧和腐蚀产物的扩散受到阻滞，因而有效地抑制氧腐蚀。阴极反应：阳极反应：第9页，此课件共72页哦(2)(2)钻井液硫化氢腐蚀及除硫剂、缓蚀剂钻井液硫化氢腐蚀及除硫剂、缓

9、蚀剂 控制钻井液硫化氢腐蚀的方法是投加除硫剂或缓蚀剂。硫化氢电离产物HS-、S2-等离子易吸附在金属表面上、形成复合离子、加速阳极铁的溶解，并促使阴极析氢反应进行：阴极同时，Fe2+与泥浆中的H2S反应，生成组成结构不同的硫化物：除硫剂其典型反应:沉淀反应：氧化还原反应：钻井液中普遍使用的除硫剂为碱式碳酸锌，其分子式为3Zn(OH)22ZnCO3。此外，还有碳酸铜、碳酸亚铜和海绵铁(Fe3O4)。第10页，此课件共72页哦（3 3）钻井液的二氧化碳腐蚀及缓蚀剂）钻井液的二氧化碳腐蚀及缓蚀剂 二氧化碳溶于水生成碳酸，水的pH下降，致使氢去极化，促进钢铁腐蚀。控制钻井液二氧化碳腐蚀的方法是加pH值

10、控制剂或缓蚀剂。当钻井液中加入pH值控制剂，使pH6，溶解的二氧化碳转为碳酸盐，腐蚀减缓。投加咪唑啉及其衍生物缓蚀剂，对钻井液二氧化碳有较好的抑制作用。Nm-1缓蚀剂已成功地用于油田钻具防二氧化碳腐蚀。咪唑啉成盐反应Nm-1缓蚀剂的合成咪唑啉的合成第11页，此课件共72页哦5 5钻井液处理剂的发展趋势钻井液处理剂的发展趋势 （1）要加强钻井液处理剂的作用机理研究，为设计、合成新处理剂提供理论依据。（2）开发价廉性能好的钻井液处理剂。（3）研制性能更好的钻井液处理剂。（4）开发对环境无污染，能迅速生物降解的处理剂。（5）大力开发钻具、套管防腐用的除氧剂、除硫剂，特别是高效的钻井液缓蚀剂的研制。第

11、12页，此课件共72页哦二、水泥外加剂二、水泥外加剂 钻井后，需要固井。常用的水泥有油井水泥、缓凝水泥、抗硫酸水泥等。在固井作业中，为保证施工顺利进行和固井质量，在水泥中所添加的化学剂称为水泥外加剂。水泥外加剂按其作用特性可分为如下类别：能加速水泥水化反应，缩短稠化时间，提高水泥石早期强度，如氯化钠、氯化钙等。用于浅井、低温地层(3738)的水泥浆内要加入促凝剂，以缩短水泥的水化作用时间及增强水泥的早期强度。常用的水泥促凝剂有：常用的水泥促凝剂有：氯化钙(CaCl2)一般用量为干水泥的2%4%。氯比钠 用量为干水泥重量的1.55.0是水泥的有效促凝剂，在用量为2.0%3.5%时可取得最大促凝效

12、果。(1)(1)水泥促凝剂水泥促凝剂 第13页，此课件共72页哦(2)水泥缓凝剂水泥缓凝剂 能延长水泥水化反应，延长水泥浆凝结时间，可用于深井作业，如木质素磺酸钙、葡萄糖酸盐等。对于井深为18297620m范围内所遇到井底温度为76.7260左右，为防止水泥凝结过快，要在其中加入水泥缓凝剂。油田常用的水泥缓凝剂有：木质素磺酸钙(木质素磺酸钙、钠)用量为干水泥重量的0.1%1.0%。羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)用量为干水泥的0.1%1.5%。当井深温度超过148.9（300F），加入量还要提高。CMHEC对各类API水泥都适用，是一种性能较好的水泥缓凝剂，同时还有一定的降滤失作用。第14页，

13、此课件共72页哦(3)水泥降滤失剂水泥降滤失剂 能降低水泥浆滤失量，保证水泥的强度，如烷基芳基磺酸盐、纤维素衍生物等。水泥浆经过渗透性地层失水后，水泥浆粘度迅速增大，同时形成的水泥滤饼又妨碍液流通过，不仅严重影响固井质量，而且渗水也会污染油气层。国内外使用的水泥降滤失剂主要是以下几种类型：纤维素类 包括羧甲基纤维素(CMC)，羟乙基纤维素(HEC)，甲基羟乙基纤维素(MHEC)，羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)，聚阴离子纤维素(PAC)，淀粉及其衍生物等。这类水泥降滤失剂存在着增稠、缓凝和抗盐抗高温能力弱的缺点。CMHEC的制备过程为：第15页，此课件共72页哦丙烯酰胺-丙烯酸(AM-AA)共

14、聚物 其抗盐、抗高温能力较纤维系类有所提高。主要缺点是酰氨基在高温下水解，会产生缓凝作用降低水泥的抗压强度。聚胺类 聚烯亚胺(PEI)、聚烯多胺(EDA)聚胺类单独使用时，对水泥砂浆的降滤失作用不显著，当它们与磺化物如木质素磺酸盐、萘磺酸和甲酯的缩合物(FDN)复配时，有较好的防滤失性能。水泥降滤失剂的作用机理 水泥降滤失剂的主要作用在于大分子链上的多种官能团，能在硅酸盐水泥颗粒表面形成较厚的吸附水化膜，而且大分子间相互作用又形成了布满水泥浆体系的网状结构，圈闭了自由水，同时，大分子的增粘作用及吸附膜的弹性所产生的堵孔作用，使水泥滤饼更加致密，因此，表现出降滤失作用。第16页，此课件共72页哦

15、第二节第二节 油气开采用化学剂油气开采用化学剂 按油田作业可把油气开采用化学剂分为：酸化用化学剂、压裂用化学剂和采油用其他化学剂。一、酸化用化学剂一、酸化用化学剂 分为以下11类：缓蚀剂、助排剂、乳化剂、防乳化剂、起泡剂、降滤失剂，铁稳定剂、缓速剂、暂堵剂、稠化剂，防淤渣剂。1酸化 油田酸化时常用的酸：盐酸：6%37%;氢氟酸：3%15%;土酸:(3%HF+12%HCl);甲酸：1011%;乙酸：19%23;氨基硝酸：(NH2SO3H)。此外还有添加各种助剂配成的缓速酸、稠化酸、乳化酸、微乳酸、泡沫酸、潜在酸等。酸化缓蚀剂及其作用机理：第17页，此课件共72页哦2酸化缓蚀剂酸化缓蚀剂部分国产酸

16、化缓蚀剂的产品及应用配方 第18页，此课件共72页哦第19页，此课件共72页哦 如果缓蚀剂主要是抑制了阳极过程而起缓蚀作用的，这种缓蚀剂称为阳极控制型缓蚀剂，简称为阳极型缓蚀剂。阴极型缓蚀剂主要是抑制阴极过程。有的缓蚀剂可能同时对阳极过程和阴极过程有抑制作用，称为混合控制型缓蚀剂。缓蚀剂吸附理论认为，酸化缓蚀剂主要是有机缓蚀剂，它是由电负性较大的O、N、S和F等原子为中心的极性基和C、H原子组成的非极性基(如烷基R-)所构成，这些缓蚀剂通过物理吸附或化学吸附形成吸附膜对金属起到保护作用 酸化缓蚀剂的作用机理酸化缓蚀剂的作用机理:根据腐蚀电化学理论，任何电化学腐蚀过程都是由金属溶解的阳极过程及去

17、极化剂接受电子的阴极过程组成的：阳极过程阴极过程第20页，此课件共72页哦3油田用酸化缓蚀剂油田用酸化缓蚀剂 (1)甲醛HCHO 甲醛是最早使用的油井酸化缓蚀剂，由于当时油井较浅，井温不高，且使用的盐酸浓度低于15，因此，酸化施工时使用甲醛作为缓蚀剂，对设备管线有一定的保护作用。(2)7701缓蚀剂 770l缓蚀剂主要用于盐酸和土酸的酸化缓蚀剂。7701缓蚀剂的主要成分是苄基-吡啶(喹啉)类的季铵盐。7701缓蚀剂的合成工艺如下：第21页，此课件共72页哦(3)7801缓蚀剂 7801是以酮胺醛缩合物为主的多组分复合缓蚀剂在150的28盐酸中具有优良的缓蚀性能，可用于5000m深的油气井酸化用

18、。合成第22页，此课件共72页哦(4)CTI-3缓蚀剂 CTI3缓蚀剂是由甲醛，苯胺为原料合成的含氮有机化合物，并复配表面活性剂、溶剂。CTI-3缓蚀剂遇有H2S时，无沉淀物生成，缓蚀效果几乎不变，表明CTI-3抗H2S性能较好，适用于含硫化氢油气井的酸化作业。CT1-3缓蚀剂抗H2S性能（28%HCl，120，4h）第23页，此课件共72页哦 合成所得产物的结构如下：实验表明，在90l 2015%HCl中，炔氧甲基胺及其季铵盐对钢铁都有较好的缓蚀作用，而且，碳原子数为C6-C10的烷基胺炔氧甲基胺及其季铵盐的缓蚀性能最好。(5)IMC-炔氧甲基胺类缓蚀剂 炔氧甲基胺和炔氧甲基季铵盐在高温浓酸

19、介质中的缓蚀性能好，可用于油气井酸化用。二炔氧甲基烷基的合成：第24页，此课件共72页哦n研制抗高温、高浓度盐酸并抗H2S、CO2的新型缓蚀剂。n研制低毒，高效缓蚀剂。n积极研究缓蚀剂新品种，充分利用工农业副产物、天然林产物(如松香)，提取有效的缓蚀剂组分，加强酸化缓蚀剂配方的研究。n加强酸化液的其他添加剂如稠化剂、缓速剂、助排剂、乳化剂、铁稳定剂等的研究，以利于酸化新工艺的实现。4 4酸化缓蚀剂的发展动向酸化缓蚀剂的发展动向5 5缓速剂缓速剂 缓速剂是用来降低酸化反应速度的化学剂，这样能使酸液渗入离井眼较远的地层，提高酸化效果。通常采用下面两种方式。向酸液添加少量能提高酸粘度的高分子化合 由

20、于酸粘度增大，就会降低酸中氢离子扩散到地层裂缝表面 的速度和反应产物扩散到酸液的速度，使酸化距离延长。第25页，此课件共72页哦 这类高分子化合物有黄原胶、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚丙烯、丙二醇醚、丙烯酰胺与2-丙烯酰氨基-2-甲基-丙基硝酸钠共聚物等 在酸中添加一些易于吸附地层表面的化学剂 在酸液与地层接触初期，地层吸附量大，降低酸化反应速度的能力大，随着酸液渗入地层深处，添加剂浓度已降低，地层对它的吸附量也小，它对酸化反应速度降低能力减少，达到缓速酸化的目的。常用的表面化学剂有：烷基磺酸纳(R：C12C18)，烷基苯磺酸钠(R：C10C14)；聚氧乙烯烷基醇醚(R：C10C18)等 。A1Cl

21、36H 2O和ALHF 三氯化铝是用于土酸的有效缓速剂，通常将加有铝盐的土酸称为铝盐缓速酸(ALHF)。土酸酸化对于解除油水井附近的泥质或其他堵塞粒子，提高地层渗透率是很有效的，但是土酸最大的缺点是反应速度快，导致有效穿透深度小，不能解除地层深部的粘土损害。土酸加入铝盐后，可以减缓酸液的反应速度，达到地层深部酸化的目的。第26页，此课件共72页哦6铁稳铁稳定定剂剂 在酸化作业时，钢铁会受到腐蚀，以及地层中的氧化铁、硫化亚铁等溶于酸中，生成铁盐。随着酸化距离的延长，酸浓度越来越低，当酸液的pH值达到某一值时，铁盐水解，可能重新生成沉淀(称为二次沉淀)易堵塞地层：酸化作业时，需要加入铁稳定剂。该药

22、剂通过络合、还原或pH值控制等作用，防止铁离子沉淀。油田用铁稳定剂有：醋酸、草酸、乳酸、柠檬酸、氮次三乙酸、乙二胺四乙酸二钠。第27页，此课件共72页哦二、压裂用化学剂二、压裂用化学剂 压裂就是利用压力将工作液压入井下，将地层压开，形成裂缝，并由支撑剂将裂缝支撑起来，以减少流体流动的阻力，达到增产增注的目的。采用压裂措施，不仅能解除近井地层或油气井(水井)井壁堵塞，而且能将裂缝延伸至数十、数百米以上，扩大了泄油面积，提高了导流能力。压裂过程中所用的工作液称为压裂液，目前国内外使用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳化型压裂液和特种压裂液。在压裂作业过程中，为满足工艺要求，提高压裂效果，保证压裂

23、液的良好性能所添加的化学剂称为压裂用化学剂。压裂用化学剂分为14类：破胶剂、缓蚀剂、助排剂、交联剂、粘土稳定剂、减阻剂剂、起泡剂、降滤失剂、pH值控制剂、暂堵剂、增粘剂、杀菌剂、支撑剂。第28页，此课件共72页哦 水(油)基压裂液是以水(油)为溶剂或分散介质的压裂液。通常将稠化剂(天然或合成高分子聚合物)溶于水(或油)配成稠化水(油)压裂液，此时，压裂液具有两个特点：粘度比水大，高速流动时，摩擦阻力比水低。这是由于稠化剂系线型高分子结构，并带有亲水基团的缘故。稠化水(油)压裂液粘度大，有利于携砂和减少滤失，线性高分子的稠化剂更易于沿流动方面取向、伸长能有效地抑制水分子的横向运动，因而有较好的降

24、阻作用。压裂液用的稠化剂有两类压裂液用的稠化剂有两类天然高分子及其改性产物 羧甲基纤维素、羟乙基纤维基、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基田菁胶、羟乙基田菁胶、黄原胶等。合成高分子产物 聚丙烯酸胺、部分水解聚丙烯酰胺，丙烯酰胺与N，N-酰胺共聚物。1稠化水压裂液稠化水压裂液第29页，此课件共72页哦2压裂用交联剂压裂用交联剂 在压裂过程中，能将聚合物的线型结构交联成体型结构的化学剂称为压裂用交联剂。天然高分子(香豆胶、田菁胶、魔芋胶和纤维素衍生物)和合成高分子化合物，通过支联剂的作用形成三维网状结构的冻胶，具有很好的悬砂能力，滤失量低，摩擦阻力低，使压裂性能提高。硼、钛和锆是最常用的交联剂。例如，硼砂

25、或硼酸交联的田菁胶压裂液，只能应用到80的井温，但硼交联剂具有交联速度快的特点。若对田菁进行改性，硼交联后的压裂液的使用温度还能提高。为了克服硼交联剂的反应速度快，使用温度低的缺点，钛交联耐高温的硼压裂液也取得进展。硼酸盐和聚糖间的反应发生在聚糖的顺式羟基上。聚糖和硼酸盐反应而生成具有三维网状结构的2:1双二醇基团络合物，溶液转变为凝胶，粘度大幅度升高。3压裂液用破胶剂压裂液用破胶剂(1)过硫酸盐破胶剂第30页，此课件共72页哦新生态氧通过氧化降解反应，使冻胶破胶：新生态的氧也会使植物胶中半乳甘露聚糖(田菁胶的主成分)氧化降解，引起破胶。这是油田常用的破胶剂，如过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵，它

26、们在热引发下会产生原子态氧：第31页，此课件共72页哦(2)自生酸型破胶体系自生酸型破胶体系 酸虽是破胶剂，但不宜直接用作破胶，因为反应太快，严重影响压裂期间压裂液的性能。自生酸型破胶剂，是通过化学反应使溶液缓慢显酸的化学剂，可作为半乳甘露聚糖水解反应的催化利。这类破胶剂有：甲酸甲酯 HCOOCH3 乙酸乙酯 CH3COC2H5 氯化苄 C6H5-CH2Cl 磷酸三乙酯 PO-(OC2H5)3 三、粘土稳定剂三、粘土稳定剂 产油、气地层里都含有粘土矿物，在酸化、压裂和注水作业时，这些粘土颗粒与外来引入水接触就会发生膨胀、剥落和运移，使地层受到伤害，直接影响采油量相注水量。受损害的地层要恢复是十

27、分困难的，因此，投入化学剂预先稳定粘土，对油田开发具有重要意义。第32页，此课件共72页哦1粘土的组成与结构粘土的组成与结构 地层中的粘土矿物(简称粘土)主要有高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石。蒙脱石的分子式为Al2O34SiO2H2O，它的晶体结构是由两层硅氧四面体夹着层铝氧八面体组成的片状结构（见下图）。在蒙脱石晶体中，常常由于晶格取代(如硅氧四面体中的硅为铝取代，铝氧八面体中的铝为镁取代)而使其电价不平衡，晶体表面带负电荷，致使晶体表面能结合一定数量的阳离子(如K+、Na+、Ca2+，)以平衡电价。当蒙脱石与水接触时，水进入蒙脱石的片状结构之间，表面所结合的阳离子在水中解离(见图)，由于片

28、状结构表面所带负电荷的静电斥力，致使片状结构自行分开，产生我们通常看到的粘土膨胀。第33页，此课件共72页哦粘土稳定机理 粘土稳定主要是利用粘土表面易产生离子交换及粘土晶体表面带负电荷的特点，通过加入粘土稳定剂，改变粘土表面的结合离子或表面电荷，达到抑制粘土水化膨胀、分散和运移的目的。2无机粘土稳定剂无机粘土稳定剂油田常用的无机粘土稳定剂见表 由于聚核络离子带正电荷多，与粘土颗粒交换能力增强，且吸附牢固，因此有很好的稳定粘土作用。第34页，此课件共72页哦3有机粘土稳定剂有机粘土稳定剂 由于粘土颗粒表面带负电荷，因此，阳离子表面活性剂或聚合物都能吸附在粘土表面中和其电荷，改变表面状态和交换性能

29、，从而减少水分子的渗入，达到稳定粘土的作用。常用的阳离子表面活性剂有：第35页，此课件共72页哦PA-F粘土稳定剂 PA-F的成分为N-胺甲基聚丙烯酰胺，是一种阳离子型聚合物。合成：PA-F粘土稳定剂在聚丙烯酰胺的主链酰氨基上引入了二级氨基团，使得PA-F对粘土颗料进行阳离于交换及中和电荷作用得到加强，稳定性能好。四、堵水剂、调剖剂四、堵水剂、调剖剂 堵水剂是指用于油井堵水的化学剂。它由油井注入，能减少油井产水的处理剂。调剖剂是用于注水并调整吸水剖面的化学剂，它是能调整注水地层吸入剖面的处理剂。第36页，此课件共72页哦 这两种剂各有特性，但以共性为主。多数情况下两剂可以互相通用，为方便起见，

30、有时把这两种剂统称为堵水调剖剂，简称堵剂。1、水泥类堵剂、水泥类堵剂 这是油田应用最早的堵剂，由于价格便宜，强度大，可以适用于各种温度。至今还在研究和应用。主要品种有油基水泥、水基水泥，活化水泥和微粒水泥等。由于水泥颗粒大，不易进入中低渗透性地层，而且造成的封堵是永久性的，因此，这类堵剂的应用范围受到很大限制。2热固性树脂类堵剂热固性树脂类堵剂 用作堵剂的热固性树脂包括酚醛树脂、脲醛树脂、糖醛树脂、环氧树脂等。主要用于油井堵水、堵窜、堵裂缝、堵夹层水。优点是强度高，有效期长，缺点是成本高，若误堵油层后，解堵困难。3颗粒类堵剂颗粒类堵剂 种类繁多，有非体膨性颗粒的果壳粉、青石粉、石灰乳等，体膨性

31、聚合物颗粒如轻度交联的聚丙烯酰胺颗粒，聚乙烯醇颗粒等，土类如膨润土、粘土、黄河土等。常用土类与聚丙烯酰胺配合使用。第37页，此课件共72页哦4无机盐沉淀类堵剂无机盐沉淀类堵剂 这类堵剂的主成分是水玻璃(Na2OmSiO2)，分子中SiO2与Na2O的摩尔比m称为水玻璃的模数，是水玻璃的一个主要特征指标。模数小，水玻璃的碱性强，易溶解，生成的凝胶强度小；模数大，则生成的凝胶强度大。国产水玻璃模数m值在2.7-3.3之间。硅酸纳溶液遇酸先生成单硅酸(H2SiO3)，然后缩合成多硅酸。多硅酸呈长链状，可形成空间网状结构，呈凝胶状，称为硅酸凝胶。通常，硅酸钠遇酸生成凝膜可用下式表示：硅酸钠也可与多价金

32、属离子反应生成不溶于水的盐沉淀，也会堵塞地层孔隙，例如，硅酸钠与氯化铝，硫酸亚铁等在地层中反应如下：第38页，此课件共72页哦水玻璃溶液初始粘度低，注入方便，生成的凝胶强度高，若用于注水井调剖剂时，可采用双液注入工艺，进行大剂量的深部处理。双液注入的方法是：先注入第一种反应液：1%25%水玻璃，接着注隔离液，用以防止水玻璃与第二种反应液即刻相遇发生反应，在注入第二种反应液：15%CaCl2或5%13%FeSO4，随着注入液向地层深处推移，隔离液逐渐变薄而不起隔离作用，这二种液体就发生反应，生成封堵地层的沉淀物质。5.水溶性聚合物冻胶堵剂水溶性聚合物冻胶堵剂 其包括合成聚合物，天然改性聚合物和生

33、物聚合物等。这类堵剂的共同点是溶于水，在水中有优良的增粘性，线性大分子链上都有极性基因，能与某些多价金属离子或有机基因(交联剂)反应，生成体型的交联产物冻胶。这类堵剂品种多，其中有聚丙烯酰胺(PAM)、水解PAM、水解聚丙烯腈(HPAN)以及采用不同交联剂的合成高分子聚合物堵剂和共聚物堵剂，此外，还有木质素衍生物。黄原胶与适当的交联剂构成堵剂，也在油田获得应用。第39页，此课件共72页哦6改变岩石表面性质的堵剂改变岩石表面性质的堵剂 这类堵剂有阳离子聚丙烯酰胺，有机硅聚合物等。当这些堵剂吸附于带负电荷的岩石表面时，亲油基(烃基)朝外，使岩石表面由亲水性变为憎水性，致使加快油相渗透，而水相渗透受

34、阻起到堵水效果。7油田常用的聚合物堵剂油田常用的聚合物堵剂 聚合物如HPAM吸附于地层砂岩表面，由于高分子链上的-CONH2和-COOH伸向水中。对水有较大的流动阻力，而HPAM不能在水层的油相伸展，因此，它对油的流动阻力很小而起到堵水作用。聚合物堵剂有HPAN苯酚-甲醛高温堵水调剖剂HPAMPLA系列堵水调剖剂TP-910，TP-915系列调剖堵水剂FT-213堵水调剖剂木质素磺酸盐-PAM复合堵剂。第40页，此课件共72页哦第三节第三节 油气集输用化学剂油气集输用化学剂 在油气集输过程中，为保证油气质量，保证生产过程安全和降低能耗所用的化学剂称为油气集输用化学剂。这类化学剂包括如下14个类

35、型：缓蚀剂、破乳剂、减阻剂、乳化剂、流动性改进剂、天然气净化剂、水合物抑制剂、海面浮油清净剂、防蜡剂、清蜡剂、管道清洗剂、降凝剂、降粘剂、抑泡剂。一、防蜡剂，清蜡剂一、防蜡剂，清蜡剂 石蜡是C18C60以上的碳氢化合物。在地下油层条件下，蜡是溶解在原油中的，当原油从井底上升到井口以及在集输过程中，由于压力、温度降低，就会出现结蜡。结蜡过程分三个阶段：析蜡、蜡晶长大和蜡沉积。结蜡会堵塞管道，直接影响原油开采和集输。清蜡剂：能清除蜡沉积的化学剂防腊剂：能抑制原油中蜡晶析出、长大、聚集或在固体表面沉积的化学 剂第41页，此课件共72页哦防蜡剂的作用机理：晶晶格格歪歪曲曲理理论论认为，防蜡剂分子先从原

36、油中析出，形成蜡的结晶中心，使蜡晶以分散状态被油流带走，降低蜡在管壁的沉积。防蜡剂分子与蜡同时从原油中析出，组成晶核，形成共晶，或者防蜡剂分子吸附于沉积井(管)壁的蜡表面，破坏蜡晶的方向，致使石蜡晶格歪曲，不利于蜡晶体长大。水水膜膜理理论论认为，防蜡剂是一种表面活性剂，它的非极性基团易吸附于蜡面上，而极性基团伸向水。使蜡表面成为水膜，阻止蜡结晶与沉积。1防蜡剂的类型防蜡剂的类型(1)稠环芳烃型防蜡剂稠环芳烃型防蜡剂 主要是萘、菲、苊、芘、苯并苊等都是稠环芳烃，它们主要来自煤焦油，其分子结构如下：第42页，此课件共72页哦 稠环芳烃及其衍生物可用作防蜡刑。通常将稠环芳烃溶于溶剂中，再加到原油中使

37、用。这些物质很容易吸附在蜡晶表面上，阻止蜡晶体长大。(2)高分子型防蜡剂高分子型防蜡剂 这种类型防蜡剂都是油溶性的、具有石蜡链节结构的支链型高分子，在很低浓度下，就能遍布原油中的网络结构。若原油温度下降，石蜡就在网络上析出，其结构疏松且彼此分离，不能聚结长大，因此石蜡不易在钢铁表面沉积而被油流带走。这类防蜡剂有：聚乙烯：分子量为20000-27000的高压聚乙烯，或分子量为6000-20000并含有 1050%支链结构的聚乙烯。第43页，此课件共72页哦乙烯与羧酸乙烯酯共聚物：乙烯与羧酸丙烯酯共聚物：乙烯、羧酸乙烯酯与乙烯醇共聚物：乙烯、丙烯酸酯与丙烯酸共聚物：（3）表面活性剂型防蜡剂）表面活

38、性剂型防蜡剂 这类防蜡剂有油溶性表面活性剂，如石油磺酸盐，胺型表面活性剂和水溶性表面活性剂，有季铵盐型、平平加型、OP型、聚醚型等。油溶性表面活性剂是通过改变蜡晶表面性质，使蜡不易进一步沉积，而水活性表面活性剂吸附在结蜡表面，使蜡表面吸管壁表面形成一层水膜，阻止蜡在其上沉积。第44页，此课件共72页哦2.清蜡剂清蜡剂(1)油基清蜡剂 这类清蜡剂主要是溶解石蜡能力较强的溶剂，加二硫化碳、四氯化碳、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、汽油、煤油、柴油等。油基清蜡剂的主要缺点是毒性问题，特别是含硫、氯的芳烃化合物，不仅对人体有毒，而且含硫化合物进入原油对炼油的催化剂也有毒性。(2)水基清蜡剂 水基清蜡剂是以

39、水为分散介质，加有水活性表面活性剂、互溶剂(如醇、醇醚，用以增加油和水的相互溶解)或碱性物(氢氧化钠、磷酸钠、六偏磷酸纳等)，这类清蜡剂既有清蜡作用，又有防蜡作用，但清蜡温度较高，一般为7080。表面活性剂与碱配置的清蜡剂 第45页，此课件共72页哦3几种防蜡剂几种防蜡剂(1)含SAE表面活性剂的防蜡剂 它是种含硅的商品表面活性剂，由聚醚与聚甲基烷氧基硅氧烷进行部分脱醇的缩合反应，得到聚氧化烯烃-聚硅氧烷嵌段共聚物。SAE的防蜡效果见右表。由下表可知，含硅的表面活性剂SAE具有较好的防蜡作用。(2)SZ-3防蜡剂 SZ-3防蜡剂是由蜡晶改性剂和表面活性剂为主成分复配而成的，其中蜡晶改性剂为乙烯

40、-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，乳化剂为有机酸醇酰胺(由有饥酸与乙醇胺合成的羟乙基有机酸醇酰胺)，表面活性剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚，溶剂为甲苯、低分子醇。SZ-3配方为：水：有机酸醇酰胺：聚氧乙烯烷基苯酚醚：低分子醇：20%EVA甲苯液=10：1：23：35：1619（质量比）表面活性剂结蜡量防蜡效果空 白SAE990114.86.38.8-5040第46页，此课件共72页哦二、降凝剂二、降凝剂 用以降低原油凝固点的化学剂称为降凝剂。原油添加了降凝剂后，它的凝固点和表观粘度降低，改善低温流动性，便于原油的开采和集输。油田使用的降凝剂多为高分子聚合物或共聚物。原油降凝剂，降粘剂和防蜡剂等有时是相通的

41、，一种化学剂可能同时兼有这些性能，它们的作用机理也类似。降凝剂大分子链吸附在蜡晶表面，改变了蜡晶表面性能，品体形态发生了改变，同时也降低细小蜡晶聚集的能力，使原油的凝固点下降。1.AA-MA-VA共聚物降凝剂这是两烯酸高碳醇酯-马来酸酐-醋酸乙烯酯的二元共聚物。2CE降凝剂 CE原油降凝剂聚合物的主链是饱和的碳链，侧链是直链亲油性基团，酯基是极性基团，它是一个复配体系，组成它的各个成分的结构和结构参数有所不同。在蜡晶析出的整个过程中，降凝剂分子连续不断地从原油中析出，与原油中不同分子量的石蜡产生共晶或吸附，增加了降凝剂的适应性，因而对我国原油的适应面比较广。第47页，此课件共72页哦三、原油破

42、乳剂三、原油破乳剂 原油在开采和集输过程中，采出水被分割成许多单独的微小液滴，油中的天然乳化剂附着在水滴上形成较牢固的保护膜，阻碍液滴在碰撞时聚结，使乳化油有一定的稳定性。1原油的乳化 在开采之前，原油在地下并不与水发生乳化作用，但是，在钻采时，石油从底层裂缝流入油井，并经泵抽至集输管线，就形成乳化油了。原油乳化的原因：原油含水量逐渐增高，同时原油本身含有天然乳化剂如胶质、沥青质、环烷酸、皂类等，以及微细分散的固体粒子如粘土、细砂、晶态石蜡，这些物质在油水界面形成较牢固的保护膜，使乳状液处于稳定状态。原油乳化主要是油包水(W/O)型，同时存在水包油(O/W)和圈套(O/w/O)型。破乳剂通常是

43、一种表面活性剂，它以破坏原油中W/O或O/W界面膜的稳定性，使之凝结成大水粒而分离。破乳剂的破乳机理第48页，此课件共72页哦几种破乳机理如下：几种破乳机理如下：(1)膜的反向排替破乳机理 向乳化油投加亲水性强的阴离子型表面活性剂，它很快地吸附在油水界面膜上，取代天然乳化剂分子，形成新的亲水性能强的界面膜，外相的水相互聚结，当达到一定体积后，因油水密度差异而从油相中沉降出来。（2）絮凝-聚结破乳机理 分子量大的非离子型破乳剂投加在乳状液中，可同时吸附多个乳状液滴界面，引起细小液珠絮凝，使分散相的液珠集合成大液滴，当液滴长大到定直径后，因油水密度差异而分离。(3)碰撞击破界面膜机理 这种理论是在

44、高分子量，超高分子量破乳剂问世后提出的，认为这类高分子量的破乳剂，有更多机会吸附碰撞液珠界面膜，或取代很少一部分天然乳化剂，致使界面膜击破，因而发生絮凝，聚结。由此可见，实质上破乳过程是破乳剂分子渗入并吸附在乳化液滴的界面上，取代天然乳化剂并破坏界面，将膜的包覆的水释放出来，水滴相互聚结形成大水滴并沉降到底部，油水两相发生分离。2破乳剂的种类破乳剂的种类阴离子型表面活性剂：有脂肪酸钠盐烷基磺酸钠(AS)，炔基苯磺 酸纳(ABS)，烷基萘磺酸钠等。第49页，此课件共72页哦阳离子型表面活性剂：十二烷基二甲基苄基氯化铵。非离子型表面活性剂：聚氧乙烯烷基醇醚，聚氧乙烯烷基苯酚醚，聚 氧丙烯聚氧乙烯聚

45、氧丙烯十八醇醚(SP169)。3.几种破乳剂几种破乳剂(1)SP-169破乳剂（1）SP-169是由十八碳醇依次加环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)而制得，反应如下：（2）RI-01破乳剂破乳剂 RI-01破乳剂由70%TA1031和30%PR7525二种破乳剂复配而成，具有脱水速度快，脱水率高的特点，是性能较好的油溶性破乳剂。第50页，此课件共72页哦第四节第四节 水处理用化学剂水处理用化学剂 在油田注水(水源水、回注污水)水处理过程中，为保证注水质量，提高注水开发效果所用的比学别称为水处理用化学剂。水处理用化学剂有十类：絮凝剂、助滤剂、浮选剂、杀菌剂、缓蚀剂、除氧剂、粘土

46、稳定剂、除油剂、防垢剂、除垢剂。一、油田污水的特点一、油田污水的特点1、污水的腐蚀性 油田污水含有硫化氢、二氧化碳和溶解氧等腐蚀性气体，是污水腐蚀严重的主要原因。2、结垢性和腐蚀性 油田污水的矿化度高，一般含有大量的钙镁离子，这些离子的盐类在地层中或地面管线输送中，因环境条件(温度、压力)改变，常以不同形式的垢析出。如碳酸盐垢、硫酸盐垢等。垢的存在使垢下为腐蚀的阳极区，住往会形成大阴极小阳极的电偶腐蚀，加快管线局部腐蚀的穿孔。3、利于细菌繁殖生长 第51页，此课件共72页哦 油田污水的垢下或沉积物下的缺氧还往往是硫酸盐还原菌(SRB)极为有利的生长场所，污水中含有油分和SO42-，水温适宜，4

47、0左右，最宜于厌氧菌SRB繁殖增生。SRB的存在，使阴极氢的去极化过程加快，促进钢铁腐蚀。油田集输管线、注水管线、产生局部腐蚀(点蚀穿孔)，往往与SRB腐蚀有关。净化的污水经添加缓蚀剂、防垢剂、杀菌剂缓蚀剂、防垢剂、杀菌剂等三防药剂后注入水井，抑制污水对钢铁管线的腐蚀、结垢与细菌繁殖的危害。二、注入水净化剂二、注入水净化剂 油田常用的净化剂有硫酸铝(AS)、聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)、多聚糖衍生物(CGM)等。1.絮凝剂的作用机理 絮凝剂多属易水解盐类，其在水中水解，生成带不同正电荷的水解产物。即进行电离和水解带电荷离子，能吸附并中和粘土颗粒表面的异性电荷，使其脱稳，而形成的胶

48、体微粒，与水中悬浮粒子生成较小的絮体而沉淀。带电荷的高分子絮凝剂，更易破坏污水中颗粒的稳定性，因此，具絮凝能力更强。污水中悬浮颗粒、油珠等在混凝剂的作用下先生成细小絮状物，这些絮状物又吸附于高分子絮凝剂的链节上。通过吸附-架桥作用，很快就形成大絮体而沉降。共同使用的效果比单独使用无机混凝剂或有机絮凝剂的效果好 第52页，此课件共72页哦2聚合聚合氯氯化化铝铝(PAC)聚合氯化铝，也称为碱式氯化铝(PAC)，是三氯化铝的碱式盐，其化学式为Al2(OH)nCl6-n，式中ln5，m10，是油田污水净化处理常用的混凝剂，具有絮体形成快、沉降速度高，药剂用量少，沉淀泥渣脱水性能好的优点。按照原料的不同

49、，制造PAC的主要方法有三钟：由金属铝(或铝灰)、结晶氢氧化铝和铝土矿、粘土矿为原料制取PAC。由铝灰制取PAC的方法有酸溶法、中和法和碱溶法。其中酸溶法是国内采用最广、成本低、设备简单的制造方法。铝灰在盐酸中的反应分为溶出、水解和聚合三个过程，铝灰的溶出反应如下 随着铝的溶解，pH值逐渐升高，促使配位水发生水解，在相邻两个OH间发生架桥聚合；形成多聚体铝盐PAC。(1)铝灰酸溶法制取PAC 第53页，此课件共72页哦铝灰酸溶制PAC的工艺流程如下(2)以结晶氢氧化铝为原料制PAC(加压法)通过加压使盐酸和结晶氢氧化铝于压力罐内进行溶出反应。(3)由铝土矿(粘土矿、高岭土)制取PAC 铝土矿、

50、粘土矿中铝是以氧化铝的水合物及硅铝酸盐的形态存在，盐酸很难将它们中的铝溶解出来。这类矿粉通常采用焙烧矿粉，二段酸溶(或加压溶出)及产品碱比度的调整的办法制取合格PAC产品。铝土矿制PAC的工艺流程如下第54页，此课件共72页哦3有机絮凝剂有机絮凝剂 油田用得最多的有机絮凝剂是聚丙烯酰胺(PAM，分子量为300-500万)N，N-二甲基氨基丙烯酰胺(简称胺甲基聚丙烯酰胺)系阳离子高分子絮凝剂。胺甲基聚丙烯酰胺的合成：4.CGA絮凝剂絮凝剂 CGA絮凝剂是一种高分子絮凝剂，系多聚糖类衍生物，是由天然植物、刨花木粉、香胶粉和淀粉为原料，合成带有支链的线型高分子。由于分子中含有多个-COOH、-OH和