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1、1 油田应用化学油田应用化学 基础知识基础知识 油田应用化学基础油田应用化学基础 主要内容主要内容 胶体化学胶体化学 表面化学表面化学 高分子化学高分子化学 油田应用化学基础油田应用化学基础 预备知识-概念预备知识-概念 ? 配价键配价键 ：指由一个原子供给共有电子对而成的键：指由一个原子供给共有电子对而成的键 ? 络合络合：通过配价键的结合叫络合：通过配价键的结合叫络合 ? 氢键氢键：化合物分子中，凡是和电负性较大的原子相连 的氢原子，都可能再和同一分子或另一分子内的另一电 负性较大的原子相连，这样形成的键叫氢键。 ：化合物分子中，凡是和电负性较大的原子相连 的氢原子，都可能再和同一分子或另
2、一分子内的另一电 负性较大的原子相连，这样形成的键叫氢键。 ? 分子的极性分子的极性： 即分子的带电性，它的大小以偶极矩衡 量所谓偶极矩是指分子中的正电中心与负电中心间的 距离与电量的乘积偶极矩越大，分子的极性越大。 ： 即分子的带电性，它的大小以偶极矩衡 量所谓偶极矩是指分子中的正电中心与负电中心间的 距离与电量的乘积偶极矩越大，分子的极性越大。 ? 极性分子与非极性分子极性分子与非极性分子：偶极矩大于零的分子叫极性分 子；偶极矩等于零的分子叫非极性分子 ：偶极矩大于零的分子叫极性分 子；偶极矩等于零的分子叫非极性分子 油田应用化学基础油田应用化学基础 预备知识-概念预备知识-概念 ? 极性
3、相近规则极性相近规则：经验规则，即极性相近的物质（或部分） 能很好结合（如溶解、吸附等）。如水（极性物质）能 溶于乙醇（极性物质）而不溶于石蜡油（非极性物质）。 而石蜡油能溶于苯（非极性物质）而不溶于水。 ：经验规则，即极性相近的物质（或部分） 能很好结合（如溶解、吸附等）。如水（极性物质）能 溶于乙醇（极性物质）而不溶于石蜡油（非极性物质）。 而石蜡油能溶于苯（非极性物质）而不溶于水。 ? 分子间力分子间力：即分子间作用力。氢键是一种分子间力此 外，还有定向力（由极性分子定向产生）、诱导力（由 极性分子诱导另一个分子产生）、弥散力（由核外电子 每一 瞬间总偏于一边的不均匀性产生，它的大小随分
4、 子量增加而增加）和原子核间、电子云间的排斥力。 ：即分子间作用力。氢键是一种分子间力此 外，还有定向力（由极性分子定向产生）、诱导力（由 极性分子诱导另一个分子产生）、弥散力（由核外电子 每一 瞬间总偏于一边的不均匀性产生，它的大小随分 子量增加而增加）和原子核间、电子云间的排斥力。 油田应用化学基础油田应用化学基础 预备知识-概念预备知识-概念 ? 表面张力表面张力从力定义从力定义：表面张力是作用在单位长度表面 上的表面收缩力。 ：表面张力是作用在单位长度表面 上的表面收缩力。从功定义从功定义：表面张力是增加单位表 面所做的表面功。 ：表面张力是增加单位表 面所做的表面功。从能定义从能定义
5、：表面张力是单位表面 所具有的表面能。 ：表面张力是单位表面 所具有的表面能。 ? 表面能趋于减少规律表面能趋于减少规律由于净吸引力的作用，表面分 子总倾向于到相内部来，从而使表面总倾向于缩小，即 表面能总倾向于减少。这一规律叫表面能趋于减少规律。 由于净吸引力的作用，表面分 子总倾向于到相内部来，从而使表面总倾向于缩小，即 表面能总倾向于减少。这一规律叫表面能趋于减少规律。 ? 吸附吸附一种物质在相界面上浓集的现象叫吸附一种物质在相界面上浓集的现象叫吸附 油田应用化学基础油田应用化学基础 预备知识-概念预备知识-概念 ? 法扬斯法则法扬斯法则当离子键固体从溶液中吸附离子时，若 溶液中的离子能
6、与固体中的异号离子形成难溶物，则这 种离子优先被吸附这条规律叫法扬斯法则。 当离子键固体从溶液中吸附离子时，若 溶液中的离子能与固体中的异号离子形成难溶物，则这 种离子优先被吸附这条规律叫法扬斯法则。 ? 润湿润湿润湿是指液体在固体表面是否容易铺开的性质。 润湿程度用润湿角（或称接触角）衡量。所谓润湿角是 过三相接触线上的一点作界面切面所夹液体的角。润湿 角越小，则该液体对该固体表面润湿越好。 润湿是指液体在固体表面是否容易铺开的性质。 润湿程度用润湿角（或称接触角）衡量。所谓润湿角是 过三相接触线上的一点作界面切面所夹液体的角。润湿 角越小，则该液体对该固体表面润湿越好。 ? 乳状液乳状液乳
7、状液是一种液体以液珠的形式分散在另一 种与它不相溶的液体中所形成的分散体系。乳状液是一 种胶体。液珠直径大于10 乳状液是一种液体以液珠的形式分散在另一 种与它不相溶的液体中所形成的分散体系。乳状液是一 种胶体。液珠直径大于10-7 -7m，属粗分散体系。 m，属粗分散体系。 ? 悬浮体悬浮体溶解度极小但颗粒直径较大（大于10溶解度极小但颗粒直径较大（大于10-7 -7m）的 固体分散在液体中所形成的粗分散体系。 m）的 固体分散在液体中所形成的粗分散体系。 2 油田应用化学基础油田应用化学基础 预备知识-概念预备知识-概念 ? 泡沫泡沫泡沫是气体以气泡的形式分散在液体中所形成的 分散体系。是
8、一种胶体。气泡直径大于 10 泡沫是气体以气泡的形式分散在液体中所形成的 分散体系。是一种胶体。气泡直径大于 10-7 -7m,属粗分散体 系 m,属粗分散体 系 ? 溶胶溶胶溶胶是溶解度极小的固体在液体中高度分散所形 成的分散体系。溶胶是一种胶体。固体颗粒直径在 10 溶胶是溶解度极小的固体在液体中高度分散所形 成的分散体系。溶胶是一种胶体。固体颗粒直径在 10- 7 - 710 10-9 -9m范围，属细分散体系。 m范围，属细分散体系。 ? 凝胶凝胶凝胶是由溶胶转变而来。当溶胶由于种种原因 （如电解质加入引起溶胶粒子部分失去稳定性而产生部分 聚结）形成网络结构，将液体包在其中，从而使整个
9、体系 失去流动性时就转变为凝胶。 凝胶是由溶胶转变而来。当溶胶由于种种原因 （如电解质加入引起溶胶粒子部分失去稳定性而产生部分 聚结）形成网络结构，将液体包在其中，从而使整个体系 失去流动性时就转变为凝胶。 ? 冻胶冻胶冻胶是由高分子溶液转变而来。当高分子溶液由 于种种原因（如加入交联剂使高分子分子间发生交联）形 成网络结构，将液体包在其中，从而使整个体系失去流动 性时就转变为冻胶 冻胶是由高分子溶液转变而来。当高分子溶液由 于种种原因（如加入交联剂使高分子分子间发生交联）形 成网络结构，将液体包在其中，从而使整个体系失去流动 性时就转变为冻胶 油田应用化学基础油田应用化学基础 胶体化学胶体化
10、学 表面化学表面化学 高分子化学高分子化学 油田应用化学基础知识油田应用化学基础知识 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 ? 胶体化学胶体化学(Colloid Chemistry)是研究胶体体系的科学。(Colloid Chemistry)是研究胶体体系的科学。 ? 油田化学研究的体系和过程十分复杂，绝大多数体系属 于或涉及胶体分散体系。 油田化学研究的体系和过程十分复杂，绝大多数体系属 于或涉及胶体分散体系。 ? 原油其实是油和水的乳状液，可归为胶体，而油藏则是 巨大而复杂的高度分散体系。 原油其实是油和水的乳状液，可归为胶体，而油藏则是 巨大而复杂的高度分散体系
11、。 ? 原油开发涉及的钻井液、完井液、调剖堵水液、酸化液、 压裂液及提高采收率的驱替液等等油田化学的工作液无 不与胶体体系有关。 原油开发涉及的钻井液、完井液、调剖堵水液、酸化液、 压裂液及提高采收率的驱替液等等油田化学的工作液无 不与胶体体系有关。 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 1.几个概念：1.几个概念： （1）相和相界面（1）相和相界面 相相是指物质的物理性质是指物质的物理性质和化学性质和化学性质都完全相同的均匀部 分。体系中若有两个或两个以上的相称为多相体系。相与 相之间的接触面成为 都完全相同的均匀部 分。体系中若有两个或两个以上的相称为多相体系。相
12、与 相之间的接触面成为界面界面。 （2）分散相与分散介质（2）分散相与分散介质 分散相分散相是指在多相分散体系中被分散的物质，是指在多相分散体系中被分散的物质，分散介质分散介质 则是分散相所在的连续介质。(粘土和水)则是分散相所在的连续介质。(粘土和水) （3）分散度和比表面积（3）分散度和比表面积 分散度分散度：分散相的分散程度。：分散相的分散程度。比表面积比表面积：单位体积或单 位重量物质的总的表面积。 ：单位体积或单 位重量物质的总的表面积。 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 2.分散体系类型2.分散体系类型 根据分散相颗粒大小来区分胶体体系，规定颗粒大小为
13、 1-100nm的分散体系为胶体。 根据分散相颗粒大小来区分胶体体系，规定颗粒大小为 1-100nm的分散体系为胶体。 表1 不同类型的分散体系表1 不同类型的分散体系 能穿过滤纸，扩散能力强，能穿过渗析膜，在 显微镜及超显微镜下均不可见 100nm 粗分散体系粗分散体系 (悬浮液、乳状液)(悬浮液、乳状液) 特性特性粒子大小粒子大小类型类型 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 3.胶体的类型3.胶体的类型 （1）（1）溶胶溶胶(Sol)：一般把分散介质为液体(Sol)：一般把分散介质为液体的胶体体系称为 溶胶，如油气田开发中常用的水基钻井液 的胶体体系称为 溶胶，
14、如油气田开发中常用的水基钻井液体系就是一种将 粘土分散在水中形成的胶体悬浮体系。 （2） 体系就是一种将 粘土分散在水中形成的胶体悬浮体系。 （2）固溶胶固溶胶：分散介质为固体的胶体体系，如合金； （3） ：分散介质为固体的胶体体系，如合金； （3）气溶胶气溶胶：分散介质为气体的胶体体系，如烟尘、低 压油气田开发用的气基钻井液等。 ：分散介质为气体的胶体体系，如烟尘、低 压油气田开发用的气基钻井液等。 3 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 4.溶胶的运动性质4.溶胶的运动性质 溶胶粒子与溶液中的溶质分子一样，一直处于不停的、无秩序的运 动(即 溶胶粒子与溶液中的溶
15、质分子一样，一直处于不停的、无秩序的运 动(即布朗运动布朗运动)中。包括扩散)中。包括扩散和沉降和沉降 （1）扩散运动（diffusion（1）扩散运动（diffusion ） 溶胶粒子从高浓度区向低浓度区迁移，最后使浓度达到溶胶粒子从高浓度区向低浓度区迁移，最后使浓度达到“均匀均匀”，此 即溶胶的扩散运动，是自发过程。 浓度梯度越大，胶粒扩散越快；粒子半径越小，扩散能力越强，扩 散速度也就越快。 ，此 即溶胶的扩散运动，是自发过程。 浓度梯度越大，胶粒扩散越快；粒子半径越小，扩散能力越强，扩 散速度也就越快。 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 （2）沉降运动(s
16、edimentation) 沉降是胶体粒子因重力 （2）沉降运动(sedimentation) 沉降是胶体粒子因重力或离心力或离心力作用而与分散介质分离 的过程。 当扩散与沉降这两种力相等时，体系达到平衡状态，即 沉降平衡。在重力沉降中，各水平面内 作用而与分散介质分离 的过程。 当扩散与沉降这两种力相等时，体系达到平衡状态，即 沉降平衡。在重力沉降中，各水平面内粒子浓度保持不 变，但从下向上形成浓度梯度。这与地面大气分布类似， 离地面越远，气压越低，大气越稀薄。 粒子浓度保持不 变，但从下向上形成浓度梯度。这与地面大气分布类似， 离地面越远，气压越低，大气越稀薄。 例如：钻井液胶体悬浮体 (重力沉降)例如：钻井液胶体悬浮体 (重力沉降) 。 油田应用化学基础油田应用化学基础 一. 胶体化学一. 胶体化学 5. 溶胶的电学性质5. 溶胶的电学性质 （1）电动现象 (electrokinetic phenomena) 电动现象包括电泳 （1）电动现象 (electrokinetic phenomena) 电动现象包括电泳、电渗、电渗、沉降电位、沉降电位和
