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精品课程. 第一章 绪论. 油气井化学工作液简介. 1. 油气井化学工作液的组成. 2. 油气井化学工作液施工对象. 3. 油藏就是工作液的化工厂. 4. 第一节. 油气井化学工作液简介. 油气田应用化学是化学、化工及石油工程等多门学科的结合，并在石油工业上游前沿技术中不断发展的新兴学科。在油气开发过程中：钻井、完井、压裂酸化、调剖堵水、防砂堵漏、采油（气）、修井、油气增产增注措施、防腐以及强化采油和油气集输等都是通过化学工作液系列来完成和实现的。. 1 化学工作液组成部分. 化学助剂 （ 可溶可不溶）.
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精品课程 第一章 绪论 油气井化学工作液简介 1 油气井化学工作液的组成 2 油气井化学工作液施工对象 3 油藏就是工作液的化工厂 4
第一节 油气井化学工作液简介 油气田应用化学是化学、化工及石油工程等多门学科的结合，并在石油工业上游前沿技术中不断发展的新兴学科。在油气开发过程中：钻井、完井、压裂酸化、调剖堵水、防砂堵漏、采油（气）、修井、油气增产增注措施、防腐以及强化采油和油气集输等都是通过化学工作液系列来完成和实现的。
1 化学工作液组成部分 化学助剂 （可溶可不溶） 分散介质（水基、油基、醇基等液体以及泡沫、乳液、胶体等） 工作液 施工材料（分散相）
2 工艺措施及作用对象 • 工艺措施： 通过地面管线等设备 • 作用对象： 井口，井筒，井底或地层（油层） • 作用：根据施工对象所需要解决的工程问题，例如封堵水层，固结疏松层等。 • 性能要求： 根据施工特点，施工环境、条件，需解 决的问题，要求工作液具备不同的性能特点。 • 作用机理研究： 理解工作液的作用、化学助剂或材料结构性质之间的关系。达到改造工作液或建立新型工作液体系以期更好地完成油气井钻探和开采。
3 油气井化学工作液评价项目 虽然各种不同的油气井工艺技术设计对工作液的性能要求各不一样。但总的来说它们具有以下几种共同常用的工程参数 ： • 溶液粘度； • 流变性； • 滤失性； • 对温度、盐、细菌、剪切等外界条件的适应性； • 对油气层伤害程度及评价； • 体系的稳定性以及对固体微粒的悬浮稳定性。
另外，某些特殊工艺对油气井化学工作液还有一些特殊要求，如：另外，某些特殊工艺对油气井化学工作液还有一些特殊要求，如： • 钻井液中对井壁抑制防塌能力的实验 • 水泥浆中稠化时间评价 • 压裂液中交联与破乳等特殊性能要求。
水溶性高分子 油气井化学工作液的组成 第二节 一、 通常把主要油田化学剂分为三部分 ： 1 检测理化指标（如分子量，取代度，纯度等） 因地层条件的复杂性和特殊性，需根据工作液的作用机理，对高分子进行化学改性或进行分子设计，以生产出适合油气井的新型化学助剂。 如主链或侧链结构，分子量大小和分子量分布，功能基团的性质和比例 根据油气井工程施工和油气层条件对工作液的特殊要求 根据评价研究尽可能在化工 市场购置工业品来进行实验 水 溶 性 高 分 子 检验工程指标
例 对稠化酸缓速酸化中稠化剂分子设计（由于施工环境是高温，高压，浓酸介质），则对该类高分子必须有如下特殊要求： • 主链：不能选用纤维素，瓜胶等，尽管他们增粘能力强，但主链中甙键易水解，选用—CH2—能耐温160℃以上。 • 侧链：有少量（1—3）碳氢侧链可减少泵注阻力。 • 基团：添加阳离子，非离子基团在酸中能有效增粘。
表面活性剂 2 对工作液管道或油气层中的摩阻，腐蚀或预防，结垢或预防，流变性，润湿性，洗油效率等有很大影响。 重要性： • 不仅要考量它对相界面张力的改变，CMC，吸附能力等指标 • 还要评价它所在的化学工作液体系中对工程性能的影响。例如在钻井液中对井壁或钻具腐蚀，摩阻，滤饼性质等性能的改变；在强化采油中对岩石润湿性和洗油效率的影响等。 评价项目：
低分子量的有机物 3 分子量1000以下 包括一元或多元的醇，酚，酮，酸，酯，杂环化合物及一些低聚物，如脲醛树脂，酮醛树脂等 可作为螯合剂，缓蚀剂，堵水剂，固砂，防蜡，稠油降粘降凝剂等。 低分子量的有机物 应用中非常活跃
例 用乙酰丙酮，三乙醇胺或乳酸等络合剂在一定条件下与高价金属离子，如Ti4+,Fe3+,Cu2+等金属螯合物，在地层条件下与高分子形成交联化合物，极大地提高了聚合物的耐温，耐盐，耐剪切能力，也降低了在井筒泵注时的摩阻。 CH3 C=O CH2 C=O CH3 OH O CH3 C=CH C CH3 乙酰丙酮结构式： 这种结构单元含有70%~80%
CH3 CH3 C=O O C CH Cu CH C O O C CH3 CH3 乙酰丙酮中亚甲基受两个羰基作用，使亚甲基上氢很活泼，它由酮式和烯醇式（其中酮式和烯醇式结构含70%~80%）两种异构体组成，能与多种金属离子如Fe3+，Al3+，Cu2+等形成螯合物，例如： 以上是三部分主要化学剂，其他尚有一些无机物如硼盐，磷酸盐，卤化物，复盐等
二、 材料 • 油井工作液的材料通俗定义： 加量大于或等于工作液总重量3%以上的物质。 包括：粘土，蛭石，硅藻土，微硅，火山灰，粉煤灰，水泥，石英砂，陶粒，漂珠，玻璃微珠，CaCO3，BaSO4，赤铁矿、磁铁矿的粉末等等。
根据技术需要，人工控制其物理化学性能 人造材料，如：水泥，玻璃微珠，陶粒，人工火山灰等等 材料 天然材料则有 较为便宜的价格 天然矿物
活性 化学结构 增粘性 硬度 形状 密度 材料主要研究内容 粒度 粒度分布 配伍性等等
三、 分散介质 在油气井工作液中分散介质是指液相部分，它通常是水、油或醇，在不同的液相中，油田化学剂或材料体系是不同的。 • 例如，水基压裂液中，增稠剂是水溶性高分子 • 在油基压裂液中则是膦醇酯等 • 泡沫，乳状液，胶体都可作为油气井工作液液相 • 在研究过程中，通常先制备稳定的泡沫、乳液或胶体，然后加入材料和化学剂评价其配伍性，这会减少实验的难度。
油气井化学工作液施工对象 第三节 施工对象分两类： 1 在井筒中施工： 钻井、完井中主要考量工作液与设备、井筒、井壁的摩阻，腐蚀，井壁稳定，滤失，携砂能力，油层伤害，施工速度等因素
2 工作液进入油层： 各项增产措施，修井，强化采油等作业，工作液都会进入油层。因而对工作液的考量和研究除上述1中各项要求外，尚有极为重要的油层因素，需要研究在高温高压下油层物性，原油物性，地质构造及地层流体等多项因素。这诸多影响因素都给工作液的研究和实验带来巨大的工作量和复杂化。
小结： 油气田化学工作者需要多学科知识，而且要在复杂因素中抓住主要线索进行研究，好比一名中医，要开出一剂正确的药方，它不仅对药物的性能，炮制方法，药物之间配伍性精通外，对病人的身体状况，病因，症状，已往病史等都要非常清楚才能治病救人。
油藏就是工作液的化工厂 第四节 化学，化工与石油工程和石油地质等密切结合 本课程重要特点： 因而油田应用化学的实验与研究应模拟（或在）油气井下管道中和油藏条件下进行。
把油藏看成一座化工厂 工厂管道等设备 油管、套管、裸眼 、地层等 那么油层就是一座化工厂，诸多难题就迎刃而解。 化学反应条件和环境 井下温度、压力、地层流体 等
例 1 树脂固砂工艺技术 • 我国疏松砂岩油藏分布范围宽，储量大，化学工作液防砂是重要防砂方法 • 酚醛树脂或脲醛树脂属热固性树脂，在地面化工厂是由单体苯酚或尿素与甲醛加成反应，加热等催化条件下生成树脂。 反应方程式如下：
C=O C=O C=O N CH2 N CH2 N CH2 C=O C=O C=O N CH2 N CH2 N CH2 NH2 NH2 HNCH2OH C=O + HCHO C=O + C=O NH2 HNCH2OH HNCH2OH 加成反应 产物1 一羟基甲醛 产物2 二羟基甲醛 缩聚反应 酸催化，加热 + nH2O 产物3
根据尿素和甲醛的摩尔比，反应温度，pH值和固化剂等因素可分别得到不同产物。如果泵入井筒合适比例的尿素、甲醛溶液以及缓速释放的催化剂和固化剂，则在井筒中生成产物1，产物2，它们具有较低的粘度和摩阻，便于进入油层；在油层中与催化剂和固化剂作用下迅速形成固体产物3，并与后续段塞柴油等有机溶剂形成具有一定渗透率的固体树脂在油层中粘砂固结。根据尿素和甲醛的摩尔比，反应温度，pH值和固化剂等因素可分别得到不同产物。如果泵入井筒合适比例的尿素、甲醛溶液以及缓速释放的催化剂和固化剂，则在井筒中生成产物1，产物2，它们具有较低的粘度和摩阻，便于进入油层；在油层中与催化剂和固化剂作用下迅速形成固体产物3，并与后续段塞柴油等有机溶剂形成具有一定渗透率的固体树脂在油层中粘砂固结。
例2 在某些原油开采中，由于原油中含有环烷酸而导致采出液严重乳化，给输送和炼制带来困难，在施工过程中可向工作液加入碱性物质使环烷酸在地层中生成表面活性剂，既减少原油流动阻力，又可克服产出液过度乳化而不易脱水处理。
