采油化学.doc

采油化学
采油化学
1. 采油化学概念
采油化学是油田化学的一部分。
采油化学是油田开采工程学与化学之间的边缘科学。
采油化学是研究如何用化学方法解决采油工程中遇到的问题。
采油过程中遇到的问题有油层的问题，也有油水井的问题。
2. 采油中遇到的问题
油层的问题集中表现在原油采收率不高。虽然油田不同，驱油方式不同，原油采收率也不同，但目前大多数油田的原油采收率超不过50%。这意味着，有相当数量的原油采不出来。
油水井（包括近井地带）也存在各种问题。油水井问题主要有下面五个，即油水井出砂、油井结蜡、油井出水、稠油井开不起来以及由于各种原因引起油井产量和注水井注入量的降低，这就是通常讲的砂、蜡、水、稠、低五大问题。
3. 采油用的化学剂
驱油剂
驱油剂是指为了提高原油采收率而从油田注入井注入油层将油驱至油井的物质。驱油剂有各自的性质，它们通过不同的机理，使原油的采收率得到提高。
重要的驱油剂
驱动
驱油剂
驱 动
驱 油剂
聚合物驱
聚合物（溶液）
气驱
氮气、二氧化碳气、空气
碱驱
碱（溶液）
泡 沫驱
气体 - 表面活性剂 - 水
表面活性剂驱
表面活性剂（溶液）
蒸汽驱
水 蒸汽
复合驱

聚合物 - 表面活性剂
聚合物 - 碱
碱 - 表面活性剂
碱 - 表面活性剂 -
热水驱 热
热 水
微生物驱
微生物代谢作用产生的
气体、表面活性剂、聚
聚合物驱
聚合物（溶液）
气驱
氮气、二氧化碳气、空气
碱驱
碱（溶液）
泡 沫驱
气体 - 表面活性剂 - 水
表面活性剂驱
表面活性剂（溶液）
蒸汽驱
水 蒸汽
复合驱

聚合物 - 表面活性剂
聚合物 - 碱
碱 - 表面活性剂
碱 - 表面活性剂 -
热水驱 热
热 水
微生物驱
微生物代谢作用产生的
气体、表面活性剂、聚
聚合物的驱油机理：减小水油流度比、粘弹性
水驱采收率=波及系数×洗油效率
重要的驱油剂
驱动
驱油剂
驱动
驱油剂
聚合物驱
聚合物（溶液）
气驱
氮气、二氧化碳气、空气
碱驱
碱（溶液）
泡沫驱
气体 - 表面活性剂 - 水
表面活性剂驱
表面活性剂（溶液）
蒸汽驱
水 蒸汽
复合驱

聚合物 - 表面活性剂
聚合物 - 碱
碱 - 表面活性剂
碱 - 表面活性剂 -
热水驱 热
热 水
微生物驱
微生物代谢作用产生的
气体、表面活性剂、聚
驱油用碱：氢氧化钠 NaOH、原硅酸钠 2Na2O·SiO2、硅酸钠 Na2O·SiO2、氢氧化铵NH4OH、碳酸钠 Na2CO3
碱驱油机理：碱是通过与原油中酸性物质反应产生的表面活性剂起提高采收率作用。
新型驱油用碱：弱碱（如NaBO2）、 缓冲碱（如Na2CO3+ NaHCO3）、 有机碱（如NH2-NH2）
微生物驱：利用自然菌的微生物驱、构建工程菌的微生物驱
调剖剂
调剖剂是指能调整注水地层吸水剖面的物质。
常用的调剖剂
1、冻胶型调剖剂
冻胶是由聚合物与交联剂配成的失去流动性体系。常用的聚合物是聚丙烯酰胺，常用的交联剂有重铬酸钠+亚硫酸钠、醋酸铬、氧氯化锆、酚醛树脂预聚物。冻胶按交联剂命名，因此有铬冻胶、锆冻胶、酚醛树脂冻胶之称。
一些冻胶型调剖剂配方
（0.20%~0.60%）聚丙烯酰胺+（0.06%~0.12%）重铬酸钠+（0.16%~0.24%）亚硫酸钠
（0.20%~0.60%）聚丙烯酰胺+（0.08%~0.24%）醋酸铬
（0.20%~0.60%）聚丙烯酰胺+（0.04%~0.10%）氧氯化锆
（0.20%~0.60%）聚丙烯酰胺+（0.30%~1.60%）酚醛树脂预聚物
2、凝胶型调剖剂
凝胶是由溶胶转变而来失去流动性体系。常用的凝胶型调剖剂是硅酸凝胶，它由硅酸溶胶转变而来。一个在矿场试验中用过的硅酸溶胶是将20%~25%的水玻璃加到8%~12%盐酸中，直至pH=2配成。
3、沉淀型调剖剂
沉淀型调剖剂为双液法调剖剂。调剖时，需向地层注入由隔离液隔开的两种工作液（第一工作液和第二工作液），当用注入水将两种工作液向地层深部推进时，由于隔离液变薄直至失去隔离作用，两种工作液相遇产生沉淀反应，封堵高渗透层。
一些沉淀型调剖剂配方
硅酸钙调剖剂
第一工作液(0.04% ~ 0.60%)水玻璃
第二工作液(0.01% ~ 0.15%)氯化钙
相遇后的反应为：
Na2O?mSiO2+ CaCl2→CaO·mSiO2↓+ 2NaCl(硅酸钙)
硅酸镁调剖剂
第一工作液(0.04% ~ 0.60%)水玻璃
第二工作液(0.01% ~ 0.15%)氯化钙
相遇后的反应为：
Na2O·mSiO2+ MgCl2→MgO·mSiO2↓+ 2NaCl(硅酸镁)
硅酸亚铁调剖剂
第一工作液(0.04% ~ 0.60%)水玻璃
第二工作液(0.05% ~ 0.13%)硫酸亚铁
相遇后的反应为：
Na2O·mSiO2+ FeSO4→FeO·mSiO2↓+ Na2SO4(硅酸亚铁)
4、分散体型调剖剂
气体分散体——泡沫
液体分散体——乳状
液固体分散体——悬浮体
冻胶分散体——微球
堵水剂
为了保护油层，应选用选择性堵水剂进行油井堵水。选择性堵水剂是指那些能利用油与水或产油层与产水层的差别进行堵水的物质。
研究过的选择性堵水剂
1. 部分水解聚丙烯酰胺（HPAM，水基）
2. 部分水解聚丙烯腈（HPAM，水基）
3. 硬葡聚糖（SG，水基）
4. 阴阳非三元共聚物（水基）
5. 冻胶（水基）
6. 泡沫（水基）
7. 水玻璃（水基）
8. 稠化水玻璃的醇溶液（水基、醇基）
9. 松香酸皂、脂肪酸皂、环烷酸皂（水基）
10. 烃基卤代甲硅烷（油基）
11. 油基水泥（油基）
12. 对烷基酚-乙醛树脂（水基）
13. 聚氨酯（油基）
14. 松香二聚物醇溶液（醇基）
15. 山嵛酸钾（水基）
16. 胶束溶液（水基）
17. 阳离子型表面活性剂（水基或油基）
18. 单宁（水基）
19. β-内酯（油基）
20. 聚三聚氰酸酯盐（水基）
21. 活性稠油（油基）
22. 水包稠油（水基）
23. 偶合稠油（油基）
24. 聚烯烃（油基）
25. 酸渣（水基）
重要的选择性堵水剂
1、冻胶
可用铬冻胶、锆冻胶和酚醛树脂冻胶进行油井的选择性堵水。
2、泡沫
泡沫之所以对油水有选择性，是由于它在含油饱和度不同的水中有不同的稳定性。泡沫适用于地层温度低于90℃，地层水矿化度低于8×104mg?L-1油藏的油井堵水。
3、水玻璃
水玻璃是高温高矿化度底水油藏理想的选择性堵剂，它有6个特性：
水基堵剂、钙镁敏、高密度、 酸敏、 盐敏、 热敏
防砂用剂
防砂桥接剂、防砂胶结剂
重要的防砂胶结剂
冻胶型胶结剂(如铬冻胶、锆冻胶）
树脂型胶结剂（如酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂）
聚氨酯型胶结剂（如聚氨基甲酸酯）
沥青质（由原油得到）
防蜡剂
防蜡剂是指能抑制原油中蜡晶析出、长大、聚集和（或）在固体表面上沉积的化学剂。
重要的防蜡剂
稠环芳香烃型防蜡剂：稠环芳香烃型防蜡剂主要通过参加组成晶核，使晶核扭曲，不利石蜡结晶长大而起防蜡作用。
表面活性剂型防蜡剂：表面活性剂型防蜡剂可在蜡晶表面吸附，防止蜡晶聚结而起防蜡作用。
聚合物型防蜡剂：聚合物型防蜡剂主要通过蜡晶在其上的烃基(R)析出并彼此分离，不能互相聚结长大而起防蜡作用。
清蜡剂
清蜡剂是指能清除蜡沉积物的化学剂。
重要的清蜡剂
油基清蜡剂
如苯、甲苯，通过溶解作用清蜡。
水基清蜡剂
由表面活性剂、互溶剂和碱组成，通过润湿反转使蜡从表面脱落而起清蜡作用。
防垢剂
防垢剂是指能防止或延缓水中一些离子成垢沉积的化学剂。
油田上主要结的垢为碳酸钙垢，硫酸钙垢，硫酸锶垢、硫酸钡垢。
防垢剂防垢机理：晶格畸变机理通过防垢剂吸附，使垢晶状态受到干扰（畸变），抑制了垢晶的长大而起防垢作用。? 静电排斥机理通过防垢剂在垢晶表面吸附形成扩散双电层，使垢晶表面带负电，抑制了垢晶间的聚并而起防垢作用。
除垢剂
除垢剂是指能将垢从结垢表面除去的化学剂。清除不同的垢用不同的除垢剂，如清除碳酸钙垢用盐酸；清除硫酸钙垢用氯化钠；清除硫酸锶垢、硫酸钡垢用螯合剂和冠醚。
粘土稳定剂
粘土稳定剂是指能抑制粘土膨胀、分散的化学剂。粘土是粘土片的集合体。粘土的膨胀、分散是由于粘土片表面的可交换阳离子在水中解离，使粘土片表面带负电，互相排斥所引起。
重要的粘土稳定剂
1、氯化钾、氯化铵
因K+、NH+4取代粘土可交换阳离子后不易在水中解离。
2、季铵盐型表面活性剂
因季铵盐型表面活性剂的活性作用部分带正电，可中和膨胀粘土片表面的负电性抑制粘土膨胀。
3、季铵盐型聚合物
粘土稳定机理同季铵盐型表面活性剂的机理。
示踪剂
示踪剂是指能随流体运动，指示流体的存在、运动方向和运动速度的化学剂。
重要的示踪剂
水示踪剂如氚水、硫氰酸铵、硝酸铵。
油示踪剂如氚化戊烷、五氯苯。
气体示踪剂如氚化氢、氟里昂。
油水分配示踪剂如氚化丁醇、丁醇。
示踪剂在采油中的应用
了解油水井的连通情况
注入剂在地层中的渗流速度
地层的分层情况
地层的裂缝和断层
地层的剩余油饱和度
4. 采油用的工作液
酸液
酸液是酸化用工作液，由酸化用酸与酸化用添加剂组成。
酸化用酸：盐酸、氢氟酸、磷酸、硫酸、碳酸、氨基磺酸、甲酸、乙酸、丙酸、土酸(盐酸与氢氟酸混合酸）。
酸的作用：除去地层的堵塞物，(如氧化铁、硫化亚铁、粘土），达到恢复地层渗透率的目的；溶解地层的岩石，扩大孔隙结构的喉部，达到提高地层渗透率的目的。
酸化用添加剂
缓速剂
缓速剂是指加在酸中能延缓酸与地层反应速率的化学剂。如季铵盐表面活性剂可吸附在岩石表面起缓速作用。如聚乙烯吡咯烷酮可将酸稠化起缓速作用。
助排剂
助排剂是指能减少二次沉淀对地层伤害，使乏酸易从地层排出的化学剂。如含氟表面活性剂可通过降低界面张力使酸易从地层排出。
缓蚀剂
缓蚀剂是指少量加入就能大大减小金属腐蚀的化学剂。
缓蚀剂缓蚀机理
吸附机理
烷基胺、戊二醛和若丁是通过在金属表面吸附起缓蚀作用。
“中间相”机理
辛炔醇、甲基丁炔醇和甲基戊炔醇是通过在金属表面产生“中间相”起缓蚀作用。
防淤渣剂
防淤渣剂是指能防止酸与原油接触时产生淤渣的化学剂。由于淤渣是由酸中的Fe3+产生，因此可用铁稳定剂防止淤渣的生成。
铁稳定剂
铁稳定剂是指能将Fe3+稳定在乏酸中的化学剂。
如乙二胺四乙酸二钠盐能通过螯合将Fe3+稳定在乏酸中。
如异抗坏血酸可将Fe3+还原为Fe2+，将铁稳定在乏酸中。
转向剂
转向剂是指能暂时封堵高渗透层,使酸转向低渗透层,提高酸化效果的化学剂。如加有破胶剂的冻胶是理想的转向剂,该转向剂首先封堵高渗透层,使注入的酸转向低渗透层,酸化后破胶剂将冻胶破坏，恢复高渗透层的渗透性。
防乳化剂
防乳化剂是指能防止原油与酸形成乳状液的化学剂。
如有分支结构的表面活性剂可通过竞争吸附作用起防乳化作用。
如互溶剂是通过减少表面活性剂在原油与酸界面上吸附起防乳化作用。
压裂液
压裂液是压裂过程所用的液体。一种好的压裂液应满足粘度高，摩阻低、滤失量少，对地层无伤害，配制简便、材料来源广、成本低等条件。
压裂用添加剂
支撑剂
支撑剂是指用压裂液带入裂缝，在压力释放后用以支撑裂缝的物质。一种好的支撑剂应密度低、强度高、化学稳定性好、便宜易得。
重要的支撑剂
天然支撑剂有石英砂、铝矾土、氧化铝、锆石和核桃壳等。
高强度的支撑剂有烧结铝矾土（烧结陶粒）、铝合金球和塑料球等。
低密度的支撑剂有微孔烧结铝矾土（微孔烧结陶粒）及核桃壳等。
化学稳定性好的支撑剂有由酚醛树脂覆盖的砂粒或有机硅覆盖的砂粒。
若将覆盖砂粒的醛酚树脂全部或部分改为可在温度超过54℃的地层中固化的树脂，则支撑剂不仅有好的化学稳定性，而且可稳定地固定在裂缝中起支撑作用。
破坏剂
压裂液破坏剂是指在指定时间内能将压裂液的粘度减到足够低的化学剂。由于破坏后的压裂液易从地层排出，因此可减轻压裂液对地层的污染。压裂液中使用的破坏剂主要是破胶剂。破胶剂是用于破坏冻胶结构的。
破胶剂
过氧化物（如过硫酸铵）
酶（如淀粉酶、纤维酶）
潜在酸（如乙酸乙酯）
潜在螯合剂（如丙二酸胺）
竞争络合剂（如乙酸钠、苯乙酸钠等，用于破坏油基冻胶压裂液）
减阻剂
减阻剂是指在紊流状态下能减小压裂液流动阻力的化学剂。它是通过储藏紊流能量的机理减小压裂液的流动阻力。
重要的减阻剂
水基压裂液减阻剂如聚乙二醇，丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物等。
油基压裂液减阻剂如聚异丁烯、聚异戊二烯等。
降滤失剂
压裂液降滤失剂是指能减少压裂液从裂缝中向地层漏失的化学剂。它可减少压裂液对地层的污染，并可在压裂时使压力迅速提高。降滤失剂在压裂后能被溶掉，不会污染地层。
重要的降滤失剂
水溶性降滤失剂如水溶性聚合物，水溶性皂、水溶性盐等。
油溶性降滤失剂如蜡、萘、蒽、松香、松香二聚物等。
酸溶性降滤失剂如石英粉、碳酸钙粉等。