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1、石油工程学院石油工程学院油田化学 Oil Chemistry主讲：文守成石油工程学院Date1石油工程学院石油工程学院课程学习内容绪论 第一章 表面活性剂 第二章 油田用高分子 第三章 化学驱油技术 第四章 酸化、压裂及添加剂 第五章 化学清蜡与防蜡 第六章 油田化学堵水 第七章 化学防砂 第八章 油田水处理技术 第九章 钻井液、完井液及添加剂 第十章 固井水泥浆及添加剂Date2石油工程学院石油工程学院采采 收收 率率 低低地层非均质性地层非均质性波及系数波及系数洗油效率洗油效率油层化学改造油层化学改造采油中存在的问题前 言Date3石油工程学院石油工程学院波及系数波及系数：是指驱油剂波及到
2、的油层容：是指驱油剂波及到的油层容 积与整个含油容积的比值。积与整个含油容积的比值。原油采收率（原油采收率（E ER R）= =采出储量（采出储量（N NR R）/ /地质储量（地质储量（N N）100100水驱采收率（水驱采收率（E ER R）= =波及系数（波及系数（E EV V）X X 洗油效率（洗油效率（E ED D）100100V Vs sw w驱油介质驱替到的容积；驱油介质驱替到的容积；V V油藏总容积；油藏总容积；前 言二、原油采收率VVEsw V=Date4石油工程学院石油工程学院洗油效率：是指驱油剂波及到的油层 所采出的油量与这部分油层储量的比值 。油层改造有两个途径： 提高
3、波及系数 提高洗油效率 So原始含油饱和度；Sor残余油饱和度；前 言二、原油采收率Date5石油工程学院石油工程学院提高波及系数 影响因素：不均质性、水油流度比影响因素：不均质性、水油流度比 提高波及系数的主要方法：提高波及系数的主要方法：改变驱油剂、油的流度。改变驱油剂、油的流度。 流度是流体通过孔隙介质能力的一种量流度是流体通过孔隙介质能力的一种量度度前 言m=lkDate6石油工程学院石油工程学院提高洗油效率 改变岩石表面的润湿性改变岩石表面的润湿性减小毛细管阻力效应的不利影响减小毛细管阻力效应的不利影响前 言提高洗油效率的主要方法提高洗油效率的主要方法Date7石油工程学院石油工程学
4、院 驱油剂的流度远大于油的流度，驱油时，驱油剂沿高渗透层突入油井，为提高驱油剂的波及系数，必须减小驱油剂的流度和（或）增加油的流度。 提高洗油效率:主要方法是改变岩石表面的润湿性和减小毛细管阻力。Date8石油工程学院石油工程学院化学驱油法（化学驱） 聚合物驱油法（聚合物驱） 表面活性剂驱油法（表面活性剂驱） 碱驱油法（碱驱） 混相驱油法（混相驱） 烃类混相驱油法（烃类混相驱） 非烃类混相驱油法（非烃类相驱） 热力采油法（热采） 蒸汽驱油法（蒸汽驱） 油层就地燃烧法（火烧油层） 前 言三、改造油层的方法Date9石油工程学院石油工程学院本章主要内容 1聚合物驱 2表面活性剂驱 3碱驱 4复合驱
5、Date10石油工程学院石油工程学院聚合物驱是指以聚合物做驱油剂提高原油采 收率的方法。以水溶性聚合物增加水相粘度、改 善流度比、稳定驱替前沿的方法，也称为：v 聚合物溶液驱v 聚合物强化水驱v 稠化水驱和增粘水驱 注聚注聚第一节 聚合物驱一、概念主要是提高波及系数，适用于非均质质的重质质或较较重质质的油藏。渗透率越高，相对对分子质质量大的聚合物不堵塞地层层。当渗透率低于20mD，使用低相对对分子质质量的聚合物。Date11石油工程学院石油工程学院二、聚合物驱最常用的聚合物用于油层的聚合物有特定的要求：有好的增粘性能、热稳定性高、化学稳定性好、耐剪切、在油层吸附量不大。聚合物主链应为碳链(热稳
6、定性好)，有一定量的负离子基团(增粘效果好)和一定量的非离子亲水集团(化学稳定性好)。Date12石油工程学院石油工程学院部分水解聚丙烯酰胺（HPAM） 油田主要用HPAM热稳定性好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性好第一节 聚合物驱二、聚合物驱用聚合物Date13石油工程学院石油工程学院驱油用驱油用HPAMHPAM具有以下基本特征：具有以下基本特征：（1 1）高分子量高分子量：一般驱油用：一般驱油用HPAMHPAM的分子量为的分子量为1 1千万到几千万；千万到几千万；（2 2）多分散性多分散性：HPAMHPAM的分子量具有不均一性，是分子量不等的分子量具有不均一性，是分子量不等的同
7、系聚合物的混合物；的同系聚合物的混合物；（3 3）几何结构多样化几何结构多样化：聚合物的几何结构有线型、支型和体聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态；型三种形态；（4 4）物化性能稳定物化性能稳定：HPAMHPAM具有稳定的化学性质和特殊的物理具有稳定的化学性质和特殊的物理性能，以满足驱油的要求。性能，以满足驱油的要求。第一节 聚合物驱Date14石油工程学院石油工程学院2 黄胞胶（XC）（生物聚合物）热稳定性差（71）；生物稳定性差（24小时，需 加醛类杀菌剂）；剪切稳定性好（支链）。第一节 聚合物驱Date15石油工程学院石油工程学院聚合物对水的稠化能力HPAM与XC对水有优异的稠化
8、能力。Date16石油工程学院石油工程学院（1）超过一定浓度，聚合物分子互相纠缠形成结构，产生结构粘度。（2）聚合物链中的亲水基团在水中溶剂化（水化）。（3）离子型聚合物，在水中解离，形成扩散双电层，产生许多带电符号相同的链段，聚合物分子在水中形成松散的无规线团，有好的增粘能力。聚合物对水的稠化是由下列原因产生的：Date17石油工程学院石油工程学院1 1、定义定义：盐对聚合物溶液粘：盐对聚合物溶液粘 度产生特殊影响（粘度降低）的度产生特殊影响（粘度降低）的 效应。效应。 2 2、原因原因：盐加入后，羧基与：盐加入后，羧基与 钠离子形成的扩散双电层受到盐钠离子形成的扩散双电层受到盐 的压缩作用
9、，使链段的负电性减的压缩作用，使链段的负电性减 小，小，HPAMHPAM分子形成紧密的无规线分子形成紧密的无规线 团，因而对水的稠化能力大大减团，因而对水的稠化能力大大减 小。小。最好用清水配注聚合物，且前最好用清水配注聚合物，且前 后注淡水段塞。后注淡水段塞。 盐敏效应Date18石油工程学院石油工程学院聚合物驱是通过减小水油流度比，提高原油采 收率。根据流体流度的概念，水油流度比的定义式：三、聚合物驱提高原油采收率机理Date19石油工程学院石油工程学院减小水油流度比，有4种途径：聚合物通过增加水的粘度和在孔隙介质中的滞留，减小孔隙介质对水的渗透率，减小水油流度比，增加波及系数，提高原油采
10、收率。Date20石油工程学院石油工程学院随着随着M MWOWO的减小，波及系数的减小，波及系数增大，采收率提高增大，采收率提高Date21石油工程学院石油工程学院提高了提高了平面平面的波及系数的波及系数聚合物驱与水驱的对比提高了纵向的波及系数Date22石油工程学院石油工程学院四、聚合物在多孔介质中的流动特性 聚合物溶液流过多孔介质渗透率降低，用残余阻力系数表 示。聚合物溶液流过多孔介质流动度降低，渗透 率降低，形成残余阻力的原因是聚合物在孔隙介质中 的滞留，滞留在多孔介质中有三种方式：吸附、机械 捕集和物理堵塞。Date23石油工程学院石油工程学院1、吸附聚合物吸附是指聚合物通过色散力、氢
11、键、静电作用 聚集在岩石孔隙结构表面的现象。NaCl浓度增加，吸附量 增加;分子量增加，吸附量增加;温度升高，吸附量减小。 见表3-1Date24石油工程学院石油工程学院影响吸附量的因素为：(1)岩石的成分和结构。粘土矿物碳酸岩砂岩，蒙脱石伊利石高岭石；(2)高分子的类型、分子量及浓度。酰胺基的同一高分子，M大，吸附量大；(3)水中含盐量、PH的影响。岩性相同，高分子相同，含盐量越高，吸附量越大，PH值越大吸附量越小； (4)温度升高，分子运动加剧，吸附量减小；(5)动态吸附小于静态吸附（存在高速流动脱附）。Date25石油工程学院石油工程学院2、机械捕集聚合物捕集是指直径小于孔喉直径的聚合物
12、分子的无规线团通过“架桥” 留在孔喉外的现象（图4-2）。Date26石油工程学院石油工程学院主要是高分子的结构，柔性高分子线团大，捕集作 用大；孔隙小易捕集。 对低渗透层捕集是滞留(渗透率降低)的主要机理， 对中等渗透层吸附是滞留(渗透率降低)的主要机理。高分子结构柔软，在高速流动时变长与流动线保持一致，容易进入比高分子直径小的孔隙，流速降低后应力松弛高分子恢复原状被捕集在孔隙中。主要机理:影响捕集的因素：Date27石油工程学院石油工程学院3、物理堵塞物理堵塞是指高分子溶液中的各种水不溶物或高分子溶液与地层或地层中的流体发生化学反应生成沉淀物引起的堵塞，物理堵塞滞留是不可逆的。三种滞留住往
13、同时发生，特别是吸附和机械捕集。滞留量适当，有利于化学驱油，滞留量太大聚合物不能流动到预期的位置，影响波及系数，对化学驱油不利；滞留量太大造成地层损害。Date28石油工程学院石油工程学院4、聚合物溶液在多孔介质中的流变性在注入井附近高剪切速率下表现出胀流性，剪 切速率增大粘度增大。Date29石油工程学院石油工程学院五、选择驱油用聚合物的要求 基本原则:(1)增粘性好。少量加入能增加溶液的粘度;(2)热稳定性好。在地层温度下粘度不会大幅度下 降;(3)化学稳定性好。与地层水和注入水不起化学反 应；配伍性好，不与地层Ca2、Mg2+等离子产生沉淀;(4)滞留量少。在地层中吸附量少；(5)抗剪切
14、能力强。经泵和井眼时机械降解少;(6)来源广，价格低。Date30石油工程学院石油工程学院目前常用的聚合物有三类：1、合成聚合物。如聚丙烯酰胺PAM、部分水解聚丙烯酰胺HPAM、聚乙烯醇等；2、天然聚合物。天然植物胶及其衍生物：羟基化瓜胶、改性海藻胶和纤维素衍生物，如羧甲基纤维素CMC及羟乙基纤维素HEC等；3、生物聚合物。生物聚多糖类高分子化合物XC。 Date31石油工程学院石油工程学院目前国内外用得最多的是部分水解聚丙烯酰 胺和生物聚合物XC，两种聚合物性能见表3-4。Date32石油工程学院石油工程学院水解度DH%最好为5%30%。DH%太大，分子中-COOH多，带负电的基团多，在带负
15、电的岩石上吸附量 少，粘度高，化学稳定性差，遇Ca2+、Mg2+离子易产生 沉淀。DH%小，酰胺基(-CONH2)多，对Ca2+、Mg2+稳定 性好，吸附量大，不利于增粘，在近井地带吸附，提 高注入压力。为了解决吸附问题，先用低分子量HPAM作前置液(牺牲剂) 先吸附在地层表面，然后再注入高分子量HPAM，对增粘效果影响减少。HPAMDate33石油工程学院石油工程学院 地层水的矿化度影响增粘效果。矿化度高，Na+抑制离解，减少HPAM链节间的静电斥力，增加高分子卷曲程度，粘度下降； Ca2+、Mg2+ 离子多，HPAM产生沉淀，失去增粘能力; PH值低，抑制-COOH离解，减少链节间的静电斥
16、力，粘度下降。Date34石油工程学院石油工程学院一般条件能满足，主要是抗细菌降解性能差，可加入杀菌剂甲醛25100mg/L。经过注聚合物驱油实践，美国提出注聚合物溶液的筛选标准见表3-5。认为聚合物驱最有效是用于中等非均质稠油油藏，避免在具有强烈天然水驱、大气顶、大孔道或大的天然裂缝的油藏中注聚合物。 生物聚合物XCDate35石油工程学院石油工程学院六、聚合物驱筛选标准适合聚合物驱油田的筛选标准见表92：Date36石油工程学院石油工程学院前后的段塞主要是防止聚合物的前后的段塞主要是防止聚合物的盐敏效应盐敏效应第一节 聚合物驱聚合物驱段塞图Date37石油工程学院石油工程学院（1 1）原油：原油：稀油，密度稀油，密度0.966,0.966,粘度粘度150mPa.s;150mPa.s;（
