油田化學(xué)及油田化學(xué)劑研究方法探討

1、,,,油田化學(xué)及油田化學(xué)劑研究方法探討,2,油氣開采用化學(xué)材料主要是油田化學(xué)劑(又稱油田化學(xué)品).它是為完成油田化學(xué)工程所必須的使用專用化學(xué)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(xiàn)每年用量超過200億元,今后5—10年內(nèi)還將翻番,(國外應(yīng)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(chǎn)廠現(xiàn)

2、己超過3000家,它的生產(chǎn)已成為一個不小的行業(yè),它的研制和應(yīng)用研究己成為一個不斷發(fā)展的學(xué)科(方向)。,3,,為有效解除我國石油供應(yīng)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的制約作用,根據(jù)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(xiàn)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(nèi)油氣資源的基礎(chǔ)性保障作用”。要求在今后20年內(nèi)我國原油生產(chǎn)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(jīng)濟翻兩番偉大戰(zhàn)略目標的實現(xiàn),并直接影響國家安全。,4,,國內(nèi)要實現(xiàn)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(chǎn)量的接替(發(fā)現(xiàn)和建立新的戰(zhàn)略接替區(qū))；國內(nèi)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(xiàn)難采儲量（現(xiàn)有技術(shù)無法開發(fā)）的經(jīng)濟開發(fā)。,5,,它們大都屬于復(fù)雜油氣藏

4、勘探與開發(fā)的范疇，為有效的實現(xiàn)其勘探開發(fā)目標必須發(fā)展一系列相關(guān)理論和研發(fā)一系列新技術(shù),它們是國家對石油勘探開發(fā)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的急切需要，是重大的國家目標，也是世界石油科學(xué)技術(shù)的前沿，而油田化學(xué)理論與應(yīng)用技術(shù)是其中不可缺少的組成部份。 復(fù)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(shù),其中油田化學(xué)的新理論與新技術(shù)是其必要組成部份;其中一系列關(guān)健性的重大技術(shù)難題就必須要創(chuàng)新性的油田化學(xué)理論與技術(shù)才能解決,因此成為現(xiàn)在和今后石油

5、工程界重點攻關(guān)研究的內(nèi)容之一。,6,,例如:①深井、復(fù)雜地層鉆井中的井下復(fù)雜與事故的預(yù)防和處理:漏、噴、塌…等及窄密度安全窗口安全鉆井技術(shù)……; 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(zhì)量問題…; 深井高溫泥漿技術(shù); 深井高溫固井水泥漿技術(shù); 氣體鉆井配套技術(shù)、欠平衡鉆井配套技術(shù)……,7,,②、鉆井、完井、生產(chǎn)、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(shù);④、各類高溫、高礦化度油藏聚合物驅(qū)油技術(shù); ⑤、各類高溫、高礦化度油藏復(fù)合驅(qū)技術(shù);⑥、其它提高采收率技術(shù)…等⑦、稠油冷輸技術(shù); 高壓、高產(chǎn)高含H2S氣田的集輸(脫s)技術(shù)…,8,都是現(xiàn)在急待解決而又必須通過新的油田化學(xué)處理劑及新的油田化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展才能解決的重大技術(shù)難題。 對油田化學(xué)劑及油田化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展提出了更新、更高、更廣的要求,為油田化學(xué)劑及油田化學(xué)工程

7、技術(shù)的發(fā)展開拓了更為廣泛的空間。 而我國油田化學(xué)發(fā)展現(xiàn)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(xué)的角度沒法很好解決這些油田化學(xué)問題。,9,一.油田化學(xué)概述,油田化學(xué)品研究是油田化學(xué)理論和應(yīng)用工程的基礎(chǔ)和的核心內(nèi)容1.“油田化學(xué)” 研究油氣田勘探、開發(fā)、生產(chǎn)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(xué)、物理化學(xué)作用。并應(yīng)用這 種作用產(chǎn)生的各種油氣田勘探、開發(fā)、集輸新技術(shù)

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

9、采收率、集輸……等油氣勘探開發(fā)生產(chǎn)集輸全過程(直到進入煉廠前為止)的交叉綜合應(yīng)用學(xué)科。是上世紀80年代發(fā)展起耒的新學(xué)科。成為石油工程各學(xué)科各領(lǐng)域共同的基礎(chǔ)支撐學(xué)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(xué)與石油工程)若密切結(jié)合(從其作用機理將其有機結(jié)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(xué)科…)很難結(jié)合在一起。,12,,2.油田化學(xué)的主要領(lǐng)域：(1).油氣田、生產(chǎn)過程中（鉆井、完井、采油改造、增產(chǎn)

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

11、研究的主要特點： 微觀與宏觀相結(jié)合;理論研究與應(yīng)用相結(jié)合;室內(nèi)研究、實驗、評價與現(xiàn)場工程技術(shù)相結(jié)合。 石油工程原理與化學(xué)等其它相關(guān)學(xué)料相結(jié)合; 并以對相關(guān)學(xué)料知識及其新進展的綜合應(yīng)用為其發(fā)展的主要動力。,15,,二、油田化學(xué)工作液1.基本內(nèi)容 為完成油田開發(fā)、生產(chǎn)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(xué)劑(油田化學(xué)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(qū)替液、復(fù)合驅(qū)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(zhì)（溶劑）其它組分為分散相（溶質(zhì)）組成的油基分散體系（溶液）?！　∷ぷ饕菏且运疄榉稚⒔橘|(zhì)（溶劑）其它組分為分散相（溶質(zhì)）組成的水基分散體系（溶液）?！　饣ぷ饕菏且詺鉃榉稚⒔橘|(zhì)（溶劑）其它組分為分

13、散相質(zhì)）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(xué)劑及應(yīng)用技術(shù)研究技術(shù)思路：,,,,,,工作液應(yīng)用技術(shù),18,,三、油田化學(xué)劑研究方法: 1.油田化學(xué)劑研究現(xiàn)狀 目前我國油田化學(xué)劑及其應(yīng)用技術(shù)與國外有一定差距,但差距并不大。 國內(nèi)外復(fù)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(xué)劑,來解決油氣勘探開發(fā)久而未決的重

14、大技術(shù)難題,促進復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)技術(shù)的發(fā)展。而我國油田化學(xué)劑的研發(fā)遠遠不能滿足這種需要。,19,,油田化學(xué)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(nèi)己有的品種繁多,且不斷出現(xiàn),但難有大的突破。 己有大量化學(xué)化工的研究力量進入油田化學(xué)劑的研究領(lǐng)域,成為油田化學(xué)劑研究的重要力量,使油田化學(xué)劑的研發(fā)有了質(zhì)的提高

15、, 但是至今仍未重大發(fā)展和突破。,20,,,,油田化學(xué)劑研制的發(fā)展過程: 篩選 改性 分子設(shè)計、研制、生產(chǎn),21,,油田化學(xué)劑研制常用的技術(shù)路線: 資料 合成 表征 評價 建立應(yīng)用(技術(shù))體系 現(xiàn)場(試驗)應(yīng)用 油田化學(xué)劑研制常

16、用的技術(shù)標準: 理化指標 應(yīng)用性能指標,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,22,,2、油田化學(xué)劑研究方法探討: 油田化學(xué)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(yīng)用工程與化學(xué)未能很好結(jié)合,至使各種油田化學(xué)工作液的作用機理與油田化學(xué)工作液性能要求及其與油田化學(xué)劑劑分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系不很清礎(chǔ)。使我們不知道應(yīng)該研究什么分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)劑.這屬于油田

17、應(yīng)用化學(xué)這個交叉學(xué)科自身的理論問題。(缺乏研發(fā)的理論依據(jù)) 而油田應(yīng)用化學(xué)理論的發(fā)展必須吸收、綜合應(yīng)用其它學(xué)科的知識及相關(guān)技術(shù)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(qū)油……過程中)中的功能及要求 ●工作液實現(xiàn)和發(fā)揮此功能及要求的機理（實現(xiàn)工程目標的機理）;　　 ●為實現(xiàn)此機理工作液必須具有的性能(質(zhì))及其實現(xiàn)的微觀機制；　　 ●使工作液具有所需性能(質(zhì))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(xiàn)上述機理，滿足上述要求的處理劑分子結(jié)構(gòu)特征研究 ●處理劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計、合成、研制； 這是綜合應(yīng)用多學(xué)科知識實現(xiàn)理論創(chuàng)新后完成技術(shù)(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(yīng)用技術(shù)中,抽提出相關(guān)化學(xué)問題(特別凝煉出所需油田化學(xué)劑的分子結(jié)構(gòu)),以便利用化學(xué)理論進行分子設(shè)計、合成

19、研究、產(chǎn)品開發(fā)……. 。,25,“結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)係”,工作液功能 工作液性能(質(zhì)) 工作液體系(內(nèi)部)組成與結(jié)構(gòu) 工作液處理劑分子結(jié)構(gòu) ………之間的關(guān)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(nèi)外抗溫(≥180℃)、抗鹽(≥近飽和)、高密度(＞ 2.00)水基鉆井液技術(shù)并未過關(guān)。 是當前我國復(fù)雜地層深井鉆井必須盡快解決的重大技術(shù)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(zhì)量好: 薄≤1.0mm 滲透率低(致密,K≤10-6mD) 可壓縮收好 潤滑系數(shù)低 只能采用快速 (幾分鐘內(nèi)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(jù)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(jié)構(gòu)要求： 聚合物處理劑主鏈盡量避免

23、使用單鏈，采用梯形結(jié)構(gòu)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)…… 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)要求： 失水控制劑具有適當?shù)姆肿恿?0萬-50萬 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)）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(chǔ),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(jù)上述原則對抗溫、抗鹽、高密度