油田化學及油田化學劑研究方法探討

1、,,,油田化學及油田化學劑研究方法探討,2,油氣開采用化學材料主要是油田化學劑(又稱油田化學品).它是為完成油田化學工程所必須的使用專用化學劑,重點是聚合物和表活劑(水溶或油溶)。. 它種類繁多(約1000—3000多種),而且還不斷發(fā)展,新品種層出不穹,年用量很大,全國現每年用量超過200億元,今后5—10年內還將翻番,(國外應用則更多更廣泛)。 全國已有眾多院校、研究院所專門從事研制和研究;專門生產廠現

2、己超過3000家,它的生產已成為一個不小的行業(yè),它的研制和應用研究己成為一個不斷發(fā)展的學科(方向)。,3,,為有效解除我國石油供應對國民經濟和社會發(fā)展的制約作用,根據中央制定的“從全球戰(zhàn)略著眼，保證油氣資源的長期穩(wěn)定供給，以實現全面建成小康社會的中國可持續(xù)發(fā)展油氣資源戰(zhàn)略”要求:我國石油勘探開發(fā)方面必須充分“發(fā)揮國內油氣資源的基礎性保障作用”。要求在今后20年內我國原油生產必須盡全力保持在1.8億噸/年以上；否則將嚴重阻礙和制約我國國民

3、經濟翻兩番偉大戰(zhàn)略目標的實現,并直接影響國家安全。,4,,國內要實現1.8億噸/年原油及1500億m3/年天然氣的要求：① 必須加強石油勘探，作好儲量和產量的接替(發(fā)現和建立新的戰(zhàn)略接替區(qū))；國內至少新增石油探明可采儲量21～27億噸，新增天然氣探明可采儲量3．75萬億立方米； ② 必須大幅度提高已開發(fā)油田的采收率，由目前平均約30%提高到40%; ③ 必須實現難采儲量（現有技術無法開發(fā)）的經濟開發(fā)。,5,,它們大都屬于復雜油氣藏

4、勘探與開發(fā)的范疇，為有效的實現其勘探開發(fā)目標必須發(fā)展一系列相關理論和研發(fā)一系列新技術,它們是國家對石油勘探開發(fā)科學技術發(fā)展的急切需要，是重大的國家目標，也是世界石油科學技術的前沿，而油田化學理論與應用技術是其中不可缺少的組成部份。 復雜油氣藏的勘探開發(fā)必須要發(fā)展一系列創(chuàng)新理論和技術,其中油田化學的新理論與新技術是其必要組成部份;其中一系列關健性的重大技術難題就必須要創(chuàng)新性的油田化學理論與技術才能解決,因此成為現在和今后石油

5、工程界重點攻關研究的內容之一。,6,,例如:①深井、復雜地層鉆井中的井下復雜與事故的預防和處理:漏、噴、塌…等及窄密度安全窗口安全鉆井技術……; 高溫、高壓高含H2S(CO2)氣井的安全鉆井及安全高效開發(fā)…; 高溫高壓深井、高含H2S(CO2)氣井固井質量問題…; 深井高溫泥漿技術; 深井高溫固井水泥漿技術; 氣體鉆井配套技術、欠平衡鉆井配套技術……,7,,②、鉆井、完井、生產、改造、提高采收率…全過程油層保護;

6、③、更高要求的酸化、壓裂等儲層改造技術;④、各類高溫、高礦化度油藏聚合物驅油技術; ⑤、各類高溫、高礦化度油藏復合驅技術;⑥、其它提高采收率技術…等⑦、稠油冷輸技術; 高壓、高產高含H2S氣田的集輸(脫s)技術…,8,都是現在急待解決而又必須通過新的油田化學處理劑及新的油田化學工程技術的發(fā)展才能解決的重大技術難題。 對油田化學劑及油田化學工程技術的發(fā)展提出了更新、更高、更廣的要求,為油田化學劑及油田化學工程

7、技術的發(fā)展開拓了更為廣泛的空間。 而我國油田化學發(fā)展現狀不能很好的滿足我國油氣勘探開發(fā)發(fā)展的需要: 僅從石油工程或僅從化學的角度沒法很好解決這些油田化學問題。,9,一.油田化學概述,油田化學品研究是油田化學理論和應用工程的基礎和的核心內容1.“油田化學” 研究油氣田勘探、開發(fā)、生產以及油氣集輸過程中所發(fā)生的和可能發(fā)生各種的化學、物理化學作用。并應用這 種作用產生的各種油氣田勘探、開發(fā)、集輸新技術

8、的科學。,10,,它是無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、膠體化學、化工原理……等化學、化工學科與地質、巖礦、流體力學、滲流力學、巖石力學……等學科在鉆井、采油、油藏、儲運各學科上的交叉而產生的一個新興綜合應用型學科。 是各類化學、化工學科對鉆井、采油、油藏、儲運等學科(石油工程)的“橫斷”而產生的新的學科。,11,,凡是涉及油、氣生產、開發(fā)、集輸的一切領域都與它有關。它是貫穿勘探、鉆井、完井、測試、采油、增產、改造、提高

9、采收率、集輸……等油氣勘探開發(fā)生產集輸全過程(直到進入煉廠前為止)的交叉綜合應用學科。是上世紀80年代發(fā)展起耒的新學科。成為石油工程各學科各領域共同的基礎支撐學科之一。在石油勘探開發(fā)中有著不可替代的作用。 這兩部份(化學與石油工程)若密切結合(從其作用機理將其有機結合起來)則具有很強的創(chuàng)新能力。但還兩部份(分屬兩個大的學科…)很難結合在一起。,12,,2.油田化學的主要領域：(1).油氣田、生產過程中（鉆井、完井、采油改造、增產

10、，二次采油、三次采油……）中的工作液作用原理及其應用技術。(2).油氣層損害與保護：與油田化學工作液密不可分。(3).原油冷輸及管線防腐（也可不放入本學科） 可見油田化學工作液是其主要內容.油田化學劑主要用于工作液中發(fā)揮作用,13,,3.本學科的主要內容: 專用油田化學劑研發(fā)： 作用原理;分子設計、研制與生產; 油田化學工程原理及應用技術。 （油田化學工作液）,14,,4.油田化學

11、研究的主要特點： 微觀與宏觀相結合;理論研究與應用相結合;室內研究、實驗、評價與現場工程技術相結合。 石油工程原理與化學等其它相關學料相結合; 并以對相關學料知識及其新進展的綜合應用為其發(fā)展的主要動力。,15,,二、油田化學工作液1.基本內容 為完成油田開發(fā)、生產過程的需要而使用的專用工作流體，它是加有各種專用化學劑(油田化學劑)的溶液或多相分散體系. ●井筒工作液： 泥漿

12、、水泥漿、完井液、射孔液、壓井液、修井液…… ●地層工作液： 壓裂液、酸化液、提高采收率各種注入液體：注入水、聚合物驅替液、復合驅替液……,16,,油井工作液分為油基、水基、氣基三類：　　油基工作液是以油為分散介質（溶劑）其它組分為分散相（溶質）組成的油基分散體系（溶液）?！　∷ぷ饕菏且运疄榉稚⒔橘|（溶劑）其它組分為分散相（溶質）組成的水基分散體系（溶液）?！　饣ぷ饕菏且詺鉃榉稚⒔橘|（溶劑）其它組分為分

13、散相質）組成的氣基分散體系 其中水基工作液用得最為廣泛，而近年來氣基工作液和油基工作液也日漸增多。,17,2.油田化學劑及應用技術研究技術思路：,,,,,,工作液應用技術,18,,三、油田化學劑研究方法: 1.油田化學劑研究現狀 目前我國油田化學劑及其應用技術與國外有一定差距,但差距并不大。 國內外復雜油氣藏勘探開發(fā)急需具有“革命性”“突破性”的新型油田化學劑,來解決油氣勘探開發(fā)久而未決的重

14、大技術難題,促進復雜油氣藏勘探開發(fā)技術的發(fā)展。而我國油田化學劑的研發(fā)遠遠不能滿足這種需要。,19,,油田化學劑種類很多(鉆井液、完井液;一次采油、二次采油、三次采油;集輸、水處理、管道防腐等16類 ),各自的研究方法不完全相同,且多屬于石油工程不同專業(yè)的人員在進行。國內己有的品種繁多,且不斷出現,但難有大的突破。 己有大量化學化工的研究力量進入油田化學劑的研究領域,成為油田化學劑研究的重要力量,使油田化學劑的研發(fā)有了質的提高

15、, 但是至今仍未重大發(fā)展和突破。,20,,,,油田化學劑研制的發(fā)展過程: 篩選 改性 分子設計、研制、生產,21,,油田化學劑研制常用的技術路線: 資料 合成 表征 評價 建立應用(技術)體系 現場(試驗)應用 油田化學劑研制常

16、用的技術標準: 理化指標 應用性能指標,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,22,,2、油田化學劑研究方法探討: 油田化學劑研究不能很好滿足石油勘探開發(fā)發(fā)展的急切需要的根本原因: 油田應用工程與化學未能很好結合,至使各種油田化學工作液的作用機理與油田化學工作液性能要求及其與油田化學劑劑分子結構的關系不很清礎。使我們不知道應該研究什么分子結構的化學劑.這屬于油田

17、應用化學這個交叉學科自身的理論問題。(缺乏研發(fā)的理論依據) 而油田應用化學理論的發(fā)展必須吸收、綜合應用其它學科的知識及相關技術的最新進展才有可能。,23,油井工作液處理劑研制的路線,●工作液在石油工程(鉆井、完井、改造、驅油……過程中)中的功能及要求 ●工作液實現和發(fā)揮此功能及要求的機理（實現工程目標的機理）;　　 ●為實現此機理工作液必須具有的性能(質)及其實現的微觀機制；　　 ●使工作液具有所需性能(質)的各

18、種處理劑(外加劑)及配比及其作用原理； ●工作液體系研究及處理劑(外加劑) 作用機理研究；　　 ●實現上述機理，滿足上述要求的處理劑分子結構特征研究 ●處理劑分子結構設計、合成、研制； 這是綜合應用多學科知識實現理論創(chuàng)新后完成技術(材料)創(chuàng)新的思路和途徑,24,,,利用這一系列作用機理, 從各種油田工作液應用技術中,抽提出相關化學問題(特別凝煉出所需油田化學劑的分子結構),以便利用化學理論進行分子設計、合成

19、研究、產品開發(fā)……. 。,25,“結構與性能的關係”,工作液功能 工作液性能(質) 工作液體系(內部)組成與結構 工作液處理劑分子結構 ………之間的關系,26,,例:抗溫、抗鹽、高密度鉆井液失水造壁性的控制與“降失劑的研制” 目前國內外抗溫(≥180℃)、抗鹽(≥近飽和)、高密度(＞ 2.00)水基鉆井液技術并未過關。 是當前我國復雜地層深井鉆井必須盡快解決的重大技術難題之一。 其

20、中抗溫(≥180 ℃)、抗鹽(≥近飽和)、高密度(＞ 2.00)水基鉆井液失水造壁性的控制與“降失水劑的研制”是其重點之一,27,,井深＞ 5 000m，井底溫度≥180℃,鉆迂高壓油、氣、鹽水層,大段膏鹽泥巖地層……。 要求鉆井液必需： 抗溫(≥180℃)、抗鹽(≥近飽和)、高密度(＞ 2.00);,保護油氣層; 防止井壁不穩(wěn)定; 防止壓差卡鉆 降低鉆具摩阻 ……,優(yōu)良的造壁性,28,,優(yōu)良的造壁性:

21、 高溫高壓失水低≤10ml(180℃,7MPa) 泥餅質量好: 薄≤1.0mm 滲透率低(致密,K≤10-6mD) 可壓縮收好 潤滑系數低 只能采用快速 (幾分鐘內濾失幾毫升鉆井液)形成低滲透泥餅(10-6mD)的機理來控制其失水造壁性,29,,根據這個控制水基鉆井液失水造壁性的機理，必須保證在高溫(≥180℃)、高鹽度(≥近飽和)情況下有效保護水基鉆井液中粘土粒子的膠體分散狀態(tài)(0.05

22、-1.00μm)這種失水控制劑的要求(同時滿足)： 抗高溫， ≥180℃不明顯降解 高溫下在飽和鹽水中不鹽折，且具有足夠厚的水化膜 在高溫(≥180℃)、高鹽度(≥近飽和)情況下在粘土表面具有足夠的吸附量 在較低的pH值下也能發(fā)揮作用 不(較大)增加鉆井液粘度 高效……,30,,滿足失水控制劑抗高溫( ≥180℃不明顯降解)對分子結構要求： 聚合物處理劑主鏈盡量避免

23、使用單鏈，采用梯形結構，環(huán)狀結構…… 聚合物處理劑主鏈(骨架)連接鍵及功能基團(水化基、吸附基)與主鏈(骨架)連接鍵盡量選用 C—C C—N C—S C—Si……(在水基泥漿中的抗溫能力≥220℃) 而盡量避免采用 C—O—O—C C—O—C ……(在水基泥漿中的抗溫能力≤150 ℃ -180 ℃) 目前已可解決,31,各種常用鉆井液處理劑的抗溫能力,32,,滿足失水控制劑高溫下在飽和鹽水

24、中不鹽折，且具有足夠厚的水化膜對分子結構要求： 選揮強水化能力的陰離子水化基： —COO-1 —C—SO3-1 水化基保持足夠的比例(磺化度、水解度、取代度…) 目前已可解決 滿足失水控制劑不增加鉆井液粘度對分子結構要求： 失水控制劑具有適當的分子量10萬-50萬 目前已可解決 滿足失水控制劑在較低的pH值

25、下也能發(fā)揮作用對分子結構要求： 選揮強水化能力的陰離子水化基： —COO-1 —C—SO3-1 目前已可解決,33,,滿足失水控制劑高溫下(淡水、鹽水、飽和鹽水中)在粘土表面具有足夠的吸附量對分子結構要求： 則要求濾失控制劑在高低溫下，都能有效地吸附于粘土粒子表面，帶來足夠的水化膜（與礦化度相適應）和提高粘土粒子的?電位，以保證高溫下(淡水、鹽水、飽和鹽水)鉆井液中粘土

26、粒子足夠的膠體比例，從而保證泥餅的致密性和可壓縮性，很好地降低高溫、高壓差下的濾失量。 濾失控制劑能否高效的基礎,34,,失水控制劑必須具有能在粘土粒子表面(平表面、端面)強烈吸附且高溫解吸弱的吸附基團,且保證足夠的比例。 粘土粒子表面平表面帶負電荷，無機高價陽離子，有機陽離子(兩性)都是可用的選擇. SMP在泥漿中粘土表面的吸附量,,目前還未完全解決,35,,根據上述原則對抗溫、抗鹽、高密度