石油工程中的化學問題

石油工程中的化學問題趙雄虎

課程介紹油田作業(yè)過程中會遇到很多化學問題，也會采用很多化學方法來解決石油工程問題。根據(jù)學校和學院要求，在一年級新生中開設(shè)這么一門課，使學生能夠了解石油工程中的化學問題，用化學的方法、視角去解決石油工程作業(yè)中的問題。工程類專業(yè)學生學的課程比較雜，但工程類專業(yè)有一些共性，其基礎(chǔ)都集中在數(shù)學、物理、化學和力學等基礎(chǔ)知識上，石油工程也不例外。大一新生入學后，對于自己的未來往往是迷惘的，困惑的。石油工程概論課可以給學生石油工程專業(yè)的總體輪廓。在石油工程專業(yè)學生四年的學習中也會學到許多化學知識，比如《大學化學》、《油田化學工程》、《提高采收率原理》等課程，化學知識在石油工程中具有重要作用。本課程試圖以石油工程典型案例入手把化學知識應(yīng)用到石油工程作業(yè)中，與其他的幾門化學類課程內(nèi)容做到不重疊，能夠讓學生體會到化學和石油工程的完美結(jié)合。通過本課程的學習，培養(yǎng)學生的分析問題、獨立思考能力和創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)其將化學基礎(chǔ)理論知識與石油工程實踐相結(jié)合的能力。一、課程目標：通過本課程的學習，培養(yǎng)學生的分析問題、獨立思考能力和創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)其將化學基礎(chǔ)理論知識與石油工程實踐相結(jié)合的能力。激發(fā)學生對石油工程學科的興趣，幫助學生選擇合適的學科方向。二、教學內(nèi)容鉆井中的卡塌噴漏事故的化學處理方法以鉆井過程中的典型案例入手，從事故原因和處理方法分析其中的化學問題和解決方案。內(nèi)容包括解卡處理方法、防塌處理方法、漏失處理方法和井噴處理方法。注水過程中的化學處理方法針對油田注水過程和采出水處理問題展開討論，一是注水過程中注入水和系統(tǒng)水的離子之間發(fā)生的各種化學反應(yīng)、反應(yīng)機理、這些離子反應(yīng)會對系統(tǒng)和地層造成哪些傷害以及反應(yīng)的影響因素等;二是注入水和注水層內(nèi)部巖石的離子之間發(fā)生的化學反應(yīng)、機理及由此引發(fā)的結(jié)垢、腐蝕和堵塞等問題及處理方法。三、教學方法從案例分析入手，以學生課外閱讀，課堂討論為主，與學生一起分析案例，開展問題研討，分析案例中的處理方法和原理，從理論上予以歸納和總結(jié)。對于一些基本原理采用講授法，講細講透。同學需要查閱大量的文獻資料，課堂展開討論。四、考試方式以課堂討論和平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)分為通過和不通過。五、教學資源建設(shè)對于該課程沒有現(xiàn)成的教材和資料可用，準備找?guī)讉€其他學校的同行討論一下，理出一些問題，能夠編寫一個講義供學習用。搜集相關(guān)的案例、圖集和視頻資料供上課使用。

緒論一、石油工程專業(yè)的培養(yǎng)目標及知識體系培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和科學技術(shù)快速發(fā)展需要的，德智體美全面發(fā)展，具有寬厚的基礎(chǔ)理論知識、扎實的實踐應(yīng)用能力、良好的創(chuàng)新精神、開闊的國際視野和優(yōu)秀的個人綜合素質(zhì)，能在石油工程領(lǐng)域從事工程設(shè)計、生產(chǎn)施工、現(xiàn)場管理、科學研究和國際合作等工作的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、國際化的石油工程高級專門人才。主要課程構(gòu)成有：機械制圖、計算機輔助繪圖、普通地質(zhì)學、理論力學、材料力學、油層物理、流體力學、滲流力學、鉆井工程、完井工程、油藏工程、采油工程課程可分為三大類：基礎(chǔ)知識：機械制圖、計算機輔助繪圖、普通地質(zhì)學力學知識：理論力學、材料力學、油層物理、流體力學、滲流力學工程知識：鉆井工程、完井工程、油藏工程、采油工程畢業(yè)生應(yīng)獲得的知識主要有：（1）熟練掌握數(shù)學、物理、化學和計算機等工科人才必備的基礎(chǔ)知識。（2）熟練掌握石油工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，包括鉆井工程、完井工程、采油工程、油藏工程、油田化學等方面的基本概念和原理、關(guān)鍵設(shè)計或計算的方法等。（3）掌握石油工程現(xiàn)場工藝技術(shù)和方案設(shè)計所涉及的理論知識和方法原理，了解地質(zhì)、物探、測井、機械、地球化學等學科知識在油氣井工程和油氣田開發(fā)工程中的應(yīng)用。（4）初步了解與石油行業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟、管理、法律知識以及相關(guān)政策和技術(shù)標準，了解石油企業(yè)的文化、核心價值觀以及石油工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和未來趨勢。二、石油工程中的化學問題1.化學反應(yīng)問題-動力學2.化學平衡問題-熱力學3.相平衡問題4.界面化學問題5.電化學問題-腐蝕抑制6.分散體系穩(wěn)定性問題

庫車坳陷庫車河剖面中新生代綜合柱狀圖圖片來源： 李雙建,王清晨,李忠.庫車坳陷庫車河剖面重礦物分布特征及其地質(zhì)意義,巖石礦物學雜志,2005(01).圖片介紹：在盆地分析中重礦物可用于物源分析、地層對比以及巖相古地理恢復(fù)等多項研究。由于重礦物的化學性質(zhì)和抗風化能力不同,可以應(yīng)用重礦物組合的穩(wěn)定性變化對盆地和其周緣造山帶的演化進行研究。本次研究對庫車坳陷庫車河剖面(圖1)進行了詳細的采樣,共取82個重礦物樣品,取樣層位從下三疊統(tǒng)一直到第三....紀上新統(tǒng)。庫車河剖面中、新生代地層出露較為齊全,剖面下三疊統(tǒng)至下白堊統(tǒng)為連續(xù)沉積,缺失上白堊統(tǒng),第三系和第四系為連續(xù)沉積,各時期沉積的巖性特征和沉積體系演化特點見圖2。

油109井多礦物處理成果圖圖片來源： 劉偉.復(fù)雜低滲透油氣儲層測井評價,2009圖片介紹：通過求取上述方程就可以得到地層中不同礦物的百分含量。圖5-8為油109井多礦物處理成果圖。應(yīng)用多礦物模型可以獲得地層連續(xù)的礦物和孔隙度剖面。

巖石可鉆性剖面圖圖片來源： 聶榮國,黃兵,苗娟,李偉.伊朗阿扎德甘油田地層三壓力及巖石可鉆性研究,鉆采工藝,2012(05).圖片介紹：對于化學巖石，巖石硬度越大，其研磨性越高，但對碎屑沉積巖類，石英含量高、顆粒越粗、膠結(jié)強度越大，研磨性越高。鉆井將巖石分為高研磨性、中等研磨性和低研磨性三種。巖石可鉆性分析根據(jù)建立的可鉆性、研磨性計算模型，基于阿扎德甘油田典型井的測井參數(shù)，采用逐點處理與解釋，建立了工區(qū)地層的可鉆性、研磨性剖面。典型井可鉆性、研磨性剖面如圖2所示。優(yōu)化結(jié)果滿足該區(qū)塊安全鉆井的需求,有望解決機械鉆速慢、鉆井周期長的難題,降低海外投資的風險。

第一章鉆井中的卡塌噴漏事故的化學處理方法一、要求掌握的內(nèi)容：1.頁巖地層吸水特征及井壁不穩(wěn)定問題，水化的原因與井壁失穩(wěn)之間的關(guān)系。2.化學力學耦合的方法、原理和結(jié)論3.化學堵漏的方法、原理和對策。二、需要閱讀的參考文獻：井壁穩(wěn)定技術(shù)的研究進展泥頁巖的特征、水化的特征、井壁不穩(wěn)定的表現(xiàn)形式、對策頁巖地層泥頁巖井壁穩(wěn)定力學與化學的耦合研究泥頁巖井壁穩(wěn)定力學與化學的耦合研究_黃榮樽預(yù)測井眼穩(wěn)定性的力學化學耦合方法_林永學力學溫度和化學耦合作用下泥頁巖地層井壁失穩(wěn)研究_王炳印泥頁巖井壁穩(wěn)定性力學化學耦合模型研究_王京印井壁穩(wěn)定力學特征、應(yīng)力表達式，化學影響及表達式，二者的耦合方式以鉆井過程中的典型案例入手，從事故原因和處理方法分析其中的化學問題和解決方案。內(nèi)容包括解卡處理方法、防塌處理方法、漏失處理方法和井噴處理方法。1.緬甸D區(qū)塊井下復(fù)雜原因分析及鉆井液技術(shù)對策_王斌2.防漏堵漏新技術(shù)在緬甸D區(qū)塊的應(yīng)用_王顯光分析緬甸D區(qū)塊地層特征、漏失機理和化學堵漏處理的方式、原理、方法三、討論的問題1.水化怎么引起井壁不穩(wěn)定？2.泥頁巖井壁穩(wěn)定力學與化學的耦合方式？3化學堵漏的方法、原理和對策

第二章注水過程中的化學處理方法注水開發(fā)是目前保持地層壓力和提高采收率的主要手段之一，已為國內(nèi)外廣泛采用。油層結(jié)垢問題就是油田開發(fā)常見的問題之一。事實上．防垢、除垢也是世界性的—大難題。目前普遍認為，油田注水工藝需要考慮的主要問題是堵塞、結(jié)垢、腐蝕三大因素。尤其是油田結(jié)垢本身就是導(dǎo)致注水井和油層堵塞、腐蝕的重要因素。油層結(jié)垢傷害也可引起設(shè)備的磨損或垢蝕，嚴重的可造成管道報廢。一、要求掌握的內(nèi)容：注水過程中注入水和系統(tǒng)水的離子之間發(fā)生的各種化學反應(yīng)、反應(yīng)機理、這些離子反應(yīng)會對系統(tǒng)和地層造成哪些傷害以及反應(yīng)的影響因素等;注入水和注水層內(nèi)部巖石的離子之間發(fā)生的化學反應(yīng)、機理及由此引發(fā)的結(jié)垢、腐蝕和堵塞等問題及處理方法。二、需要閱讀的文獻1.第四章注水這篇PPT是采油工程中你們將要學到的內(nèi)容，大家了解一下基本的知識和方法就行。2.注水_10174690要求：了解注水的發(fā)展歷史及進展，了解注水的方式、設(shè)計，大概了解注水過程。作者：（美）G.鮑爾·威爾海特出版日期：1992年02月第1版出版社：石油工業(yè)出版社頁數(shù)：496據(jù)美國石油工程師協(xié)會1986年版譯出:英文題名:Waterflooding:本書敘述了注水的基本原理和方法,介紹了注水設(shè)計的各種方法和程序及預(yù)測方法。描述了注水過程的油藏地質(zhì)。目錄引論第一章注水的歷史背景第二章非混相驅(qū)替的微觀效率第三章線性注水的宏觀驅(qū)替效率第四章二維平面非混相驅(qū)替第五章線性和平面模型中的縱向驅(qū)替第六章注水設(shè)計第七章油藏地質(zhì)學在注水設(shè)計和實施中的作用附錄A計算機程序附錄B面積注水的流管參數(shù)，Higgins-Leighton流管模型附錄C以多種度量單位表示的通用方程式這本書是為學習石油工程的高年級學生寫的教科書。象很多書一樣，它的編寫工作也是從為堪薩斯大學開設(shè)“二次采油”課程收集文章和積累筆記而開始的。在為注水設(shè)計奠定其科學依據(jù)之前．注水作為一種技藝，已實踐了多年。這種認識上的提高，主要是從四十年代后期和五十年代的各公司和大學所做的廣泛研究與開發(fā)工作，以及從六十年代和七十年代的現(xiàn)場經(jīng)驗中得到的。此書通過對多孔介質(zhì)中多相滲流的基木認識來構(gòu)思注水設(shè)計問題。在編寫本書時我想努力介紹—些不靠數(shù)值模擬而能揭示二維和三維驅(qū)替過程的基本特征的概念。第—章介紹注水的發(fā)展歷程，并且評述一次采油機理。第二章闡述兩相滲流和微觀驅(qū)替效率的概念。第三章在介紹注水時、是將其視為線性驅(qū)替過程來研究的。第四章通過分析各種面積井網(wǎng)的注水動態(tài)，概述二維驅(qū)替問題。通過將線性系統(tǒng)的驅(qū)替概念發(fā)展為面積注水的辦法，引入了流管模型作為—種注水設(shè)計的工具。在第五章中對非均質(zhì)油藏首先作為非連通層狀系統(tǒng)處理。層間交滲問題，通過建立擬相對滲透率概念可以近似求解。雖然數(shù)值模擬不屬于本書的討論范圍，但它在說明數(shù)值模擬的能力時，仍然提到了應(yīng)用數(shù)值模擬解決一維、二維和三維驅(qū)替問題的實例。第六章討論了一種注水設(shè)計的思路。作為注水設(shè)計的一個主要組成部分．我強調(diào)要建立一個模型以模擬注水速度和驅(qū)替動態(tài)。按照從易到難的次序，分別介紹了從經(jīng)驗方法到數(shù)值模擬的各種模型。在第七章中．將現(xiàn)場經(jīng)驗和有關(guān)的地質(zhì)解釋綜合在一起，以說明地質(zhì)解釋在注水設(shè)計和實施中的作用。許多注水設(shè)計步驟可以寫成小型計算機程序。本書選擇了一些計算機子程序，以便幫助學生經(jīng)過一定的努力后，寫出更復(fù)雜的設(shè)計程序。3.注水經(jīng)驗匯編_11689036主要介紹了老君廟油田L油層注水的經(jīng)驗，可以了解一下早期注水過程，介紹的比較詳細。重點掌握土酸解堵和注水井試注六偏磷酸鈉水的作用。早起注水問題的化學解決方法。4.油田注水開發(fā)防垢現(xiàn)狀及新技術(shù)研究_12249459基礎(chǔ)的書作者：潘愛芳出版日期：2009.02出版社：石油工業(yè)出版社頁數(shù)：216要求：1.了解目前注水過程中油層結(jié)垢的化學基礎(chǔ)理論及計算；2.結(jié)垢的機理和模擬實驗方法、結(jié)垢模型和預(yù)測方法。3.防垢劑作用機理和常用的防垢劑。目錄緒論第一節(jié)研究背景一、油田開發(fā)中面臨的主要問題二、華池油田結(jié)垢現(xiàn)狀三、研究意義第二節(jié)與結(jié)垢傷害研究相關(guān)的基礎(chǔ)理論一、油田地質(zhì)地球化學與油層結(jié)垢傷害二、結(jié)垢物的物理化學性質(zhì)與結(jié)垢物的形成三、油田水結(jié)垢的化學理論基礎(chǔ)第一章文獻研究綜述第一節(jié)油田結(jié)垢傷害形成機理研究一、人工模型、合成油田水模擬試驗二、真實砂巖模型―真實油田水靜態(tài)、動態(tài)試驗三、成垢物來源與碳酸鈣垢的認識第二節(jié)結(jié)垢預(yù)測技術(shù)的開發(fā)研究一、靜態(tài)試驗預(yù)測二、化學基礎(chǔ)理論簡單計算第三節(jié)防垢、除垢對策研究一、物理化學清垢二、添加防、除垢劑三、水質(zhì)改性技術(shù)四、油田結(jié)垢腐蝕防治技術(shù)研究第四節(jié)油田污水處理技術(shù)研究一、油田污水主要來源及其特點二、油田污水的性質(zhì)三、油田污水對注水系統(tǒng)的危害四、油田污水處理后的利用效果五、現(xiàn)行油田廢水處理工藝及存在的問題第二章國內(nèi)外油田結(jié)垢傷害特征第一節(jié)國內(nèi)油田結(jié)垢傷害特征一、長慶油田二、大慶油田三、中原油田第二節(jié)國外油田結(jié)垢傷害特征一、前蘇聯(lián)油田二、蘇伊士灣油田三、北海油田四、Brent和Dunlin油田第三章常見阻垢劑的阻垢機理、性能及應(yīng)用第一節(jié)常見阻垢劑的阻垢機理一、螯合作用二、分散作用三、晶格畸變作用第二節(jié)常用的水處理技術(shù)一、磷系水處理技術(shù)二、鉬系水處理技術(shù)三、鎢系水處理技術(shù)四、硅系水處理技術(shù)五、全有機系水處理技術(shù)第三節(jié)常見阻垢劑的性能一、聚磷酸鹽類二、有機磷酸酯類三、有機磷酸鹽類四、復(fù)合水質(zhì)處理劑五、高分子聚合物阻垢分散劑六、天然阻垢分散劑七、天然聚合物阻垢劑八、羧酸類聚合物阻垢劑九、磷基羧酸聚合物阻垢劑十、含磺酸基團聚合物阻垢劑十一、環(huán)境友好聚合物阻垢劑第四章華152區(qū)鋇、鍶結(jié)垢成因研究第一節(jié)儲層巖石與油田水鋇鍶特征分析一、儲層巖石中鋇鍶的基本特征二、油田水中鋇鍶離子特征第二節(jié)地層水中鋇鍶來源及其遷移特征分析一、地層水中鋇鍶來源分析二、地層水中鋇鍶遷移特征分析三、水與周圍介質(zhì)間的元素遷移機制分析第三節(jié)鋇鍶垢的結(jié)垢成因機制分析一、油田水垢的生成順序二、結(jié)垢特征分析第五章油層結(jié)垢傷害防治新技術(shù)研究第一節(jié)防垢領(lǐng)域研究中目前存在的主要問題一、結(jié)垢機理研究二、結(jié)垢預(yù)測方法研究三、防垢對策研究第二節(jié)油田注水開發(fā)水源混配防垢技術(shù)一、結(jié)垢機理分析二、試驗研究三、實驗結(jié)果四、水源混配防垢技術(shù)及其特點第三節(jié)聚環(huán)氧琥珀酸鹽的阻垢機理研究一、阻垢劑研究開發(fā)現(xiàn)狀二、影響聚環(huán)氧琥珀酸鹽穩(wěn)定性的主要因素HYPERLINK"/ebook/read_8