石油工程中的化学问题.doc

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石油工程中的化学问题

赵雄虎

课程介绍
油田作业过程中会遇到很多化学问题，也会采用很多化学方法来解决石油工程问题。
根据学校和学院要求，在一年级新生中开设这么一门课，使学生能够了解石油工程中的化学问题，用化学的方法、视角去解决石油工程作业中的问题。
工程类专业学生学的课程比较杂，但工程类专业有一些共性，其基础都集中在数学、物理、化学和力学等基础知识上，石油工程也不例外。
大一新生入学后，对于自己的未来往往是迷惘的，困惑的。石油工程概论课可以给学生石油工程专业的总体轮廓。在石油工程专业学生四年的学习中也会学到许多化学知识，比如《大学化学》、《油田化学工程》、《提高采收率原理》等课程，化学知识在石油工程中具有重要作用。本课程试图以石油工程典型案例入手把化学知识应用到石油工程作业中，与其他的几门化学类课程内容做到不重叠，能够让学生体会到化学和石油工程的完美结合。
通过本课程的学习，培养学生的分析问题、独立思考能力和创新能力，并培养其将化学基础理论知识与石油工程实践相结合的能力。

一、课程目标：
通过本课程的学习，培养学生的分析问题、独立思考能力和创新能力，并培养其将化学基础理论知识与石油工程实践相结合的能力。激发学生对石油工程学科的兴趣，帮助学生选择合适的学科方向。
二、教学内容
1. 钻井中的卡塌喷漏事故的化学处理方法
以钻井过程中的典型案例入手，从事故原因和处理方法分析其中的化学问题和解决方案。
内容包括解卡处理方法、防塌处理方法、漏失处理方法和井喷处理方法。
2. 注水过程中的化学处理方法
针对油田注水过程和采出水处理问题展开讨论，一是注水过程中注入水和系统水的离子之间发生的各种化学反应、反应机理、这些离子反应会对系统和地层造成哪些伤害以及反应的影响因素等; 二是注入水和注水层内部岩石的离子之间发生的化学反应、机理及由此引发的结垢、腐蚀和堵塞等问题及处理方法。
三、教学方法
从案例分析入手，以学生课外阅读，课堂讨论为主，与学生一起分析案例，开展问题研讨，分析案例中的处理方法和原理，从理论上予以归纳和总结。
对于一些基本原理采用讲授法，讲细讲透。
同学需要查阅大量的文献资料，课堂展开讨论。
四、考试方式
以课堂讨论和平时作业、课堂表现分为通过和不通过。
五、教学资源建设
对于该课程没有现成的教材和资料可用，准备找几个其他学校的同行讨论一下，理出一些问题，能够编写一个讲义供学习用。
搜集相关的案例、图集和视频资料供上课使用。

绪论
一、石油工程专业的培养目标及知识体系
培养适应社会主义现代化建设和科学技术快速发展需要的，德智体美全面发展，具有宽厚的基础理论知识、扎实的实践应用能力、良好的创新精神、开阔的国际视野和优秀的个人综合素质，能在石油工程领域从事工程设计、生产施工、现场管理、科学研究和国际合作等工作的创新型、应用型、国际化的石油工程高级专门人才。
主要课程构成有：机械制图、计算机辅助绘图、普通地质学、理论力学、材料力学、油层物理、流体力学、渗流力学、钻井工程、完井工程、油藏工程、采油工程
课程可分为三大类：
1. 基础知识：机械制图、计算机辅助绘图、普通地质学
2. 力学知识：理论力学、材料力学、油层物理、流体力学、渗流力学
3. 工程知识：钻井工程、完井工程、油藏工程、采油工程
毕业生应获得的知识主要有：
（1）熟练掌握数学、物理、化学和计算机等工科人才必备的基础知识。
（2）熟练掌握石油工程专业的基础理论知识，包括钻井工程、完井工程、采油工程、油藏工程、油田化学等方面的基本概念和原理、关键设计或计算的方法等。
（3）掌握石油工程现场工艺技术和方案设计所涉及的理论知识和方法原理，了解地质、物探、测井、机械、地球化学等学科知识在油气井工程和油气田开发工程中的应用。
（4）初步了解与石油行业相关的经济、管理、法律知识以及相关政策和技术标准，了解石油企业的文化、核心价值观以及石油工业发展的现状和未来趋势。
二、石油工程中的化学问题
1.化学反应问题-动力学
2.化学平衡问题-热力学
3.相平衡问题
4.界面化学问题
5.电化学问题-腐蚀抑制
6.分散体系稳定性问题

库车坳陷库车河剖面中新生代综合柱状图

· 图片来源： 李双建,王清晨,李忠. 库车坳陷库车河剖面重矿物分布特征及其地质意义 , 岩石矿物学杂志, 2005 (01).
· 图片介绍：在盆地分析中重矿物可用于物源分析、地层对比以及岩相古地理恢复等多项研究。由于重矿物的化学性质和抗风化能力不同,可以应用重矿物组合的稳定性变化对盆地和其周缘造山带的演化进行研究。本次研究对库车坳陷库车河剖面(图1)进行了详细的采样,共取82个重矿物样品,取样层位从下三叠统一直到第三....纪上新统。库车河剖面中、新生代地层出露较为齐全,剖面下三叠统至下白垩统为连续沉积,缺失上白垩统,第三系和第四系为连续沉积,各时期沉积的岩性特征和沉积体系演化特点见图2。

油109井多矿物处理成果图

图片来源： 刘伟. 复杂低渗透油气储层测井评价 , 2009
图片介绍：通过求取上述方程就可以得到地层中不同矿物的百分含量。图5-8为油109井多矿物处理成果图。应用多矿物模型可以获得地层连续的矿物和孔隙度剖面。

岩石可钻性剖面图
· 图片来源： 聂荣国,黄兵,苗娟,李伟. 伊朗阿扎德甘油田地层三压力及岩石可钻性研究 , 钻采工艺, 2012 (05).
· 图片介绍：对于化学岩石，岩石硬度越大，其研磨性越高，但对碎屑沉积岩类，石英含量高、颗粒越粗、胶结强度越大，研磨性越高。钻井将岩石分为高研磨性、中等研磨性和低研磨性三种。岩石可钻性分析根据建立的可钻性、研磨性计算模型，基于阿扎德甘油田典型井的测井参数，采用逐点处理与解释，建立了工区地层的可钻性、研磨性剖面。典型井可钻性、研磨性剖面如图2所示。优化结果满足该区块安全钻井的需求,有望解决机械钻速慢、钻井周期长的难题,降低海外投资的风险。

第一章 钻井中的卡塌喷漏事故的化学处理方法
一、要求掌握的内容：
1.页岩地层吸水特征及井壁不稳定问题，水化的原因与井壁失稳之间的关系。
2.化学力学耦合的方法、原理和结论
3.化学堵漏的方法、原理和对策。
二、需要阅读的参考文献：
1. 井壁稳定技术的研究进展
2. 泥页岩的特征、水化的特征、井壁不稳定的表现形式、对策
3. 页岩地层泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究
4. 泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合研究_黄荣樽
5. 预测井眼稳定性的力学化学耦合方法_林永学
6. 力学温度和化学耦合作用下泥页岩地层井壁失稳研究_王炳印
7. 泥页岩井壁稳定性力学化学耦合模型研究_王京印
井壁稳定力学特征、应力表达式，化学影响及表达式，二者的耦合方式
以钻井过程中的典型案例入手，从事故原因和处理方法分析其中的化学问题和解决方案。
内容包括解卡处理方法、防塌处理方法、漏失处理方法和井喷处理方法。
1.缅甸D区块井下复杂原因分析及钻井液技术对策_王斌
2.防漏堵漏新技术在缅甸D区块的应用_王显光
分析缅甸D区块地层特征、漏失机理和化学堵漏处理的方式、原理、方法
三、讨论的问题
1. 水化怎么引起井壁不稳定？
2. 泥页岩井壁稳定力学与化学的耦合方式？
3化学堵漏的方法、原理和对策

第二章 注水过程中的化学处理方法
注水开发是目前保持地层压力和提高采收率的主要手段之一，已为国内外广泛采用。
油层结垢问题就是油田开发常见的问题之一。事实上．防垢、除垢也是世界性的—大难题。
目前普遍认为，油田注水工艺需要考虑的主要问题是堵塞、结垢、腐蚀三大因素。尤其是油田结垢本身就是导致注水井和油层堵塞、腐蚀的重要因素。油层结垢伤害也可引起设备的磨损或垢蚀，严重的可造成管道报废。
一、要求掌握的内容：
注水过程中注入水和系统水的离子之间发生的各种化学反应、反应机理、这些离子反应会对系统和地层造成哪些伤害以及反应的影响因素等;
注入水和注水层内部岩石的离子之间发生的化学反应、机理及由此引发的结垢、腐蚀和堵塞等问题及处理方法。
二、需要阅读的文献
1.第四章 注水
这篇PPT是采油工程中你们将要学到的内容，大家了解一下基本的知识和方法就行。
2.注水_10174690
要求：了解注水的发展历史及进展，了解注水的方式、设计，大概了解注水过程。
作者：（美）G.鲍尔·威尔海特
出版日期：1992年02月第1版
出版社：石油工业出版社
页数：496
据美国石油工程师协会1986年版译出:英文题名:Water flooding:本书叙述了注水的基本原理和方法,介绍了注水设计的各种方法和程序及预测方法。描述了注水过程的油藏地质。
目录
引论
第一章 注水的历史背景
第二章 非混相驱替的微观效率
第三章 线性注水的宏观驱替效率
第四章 二维平面非混相驱替
第五章 线性和平面模型中的纵向驱替
第六章 注水设计
第七章 油藏地质学在注水设计和实施中的作用
附录A 计算机程序
附录B 面积注水的流管参数，Higgins-Leighton流管模型
附录C 以多种度量单位表示的通用方程式

这本书是为学习石油工程的高年级学生写的教科书。象很多书一样，它的编写工作也是从为堪萨斯大学开设“二次采油”课程收集文章和积累笔记而开始的。
在为注水设计奠定其科学依据之前．注水作为一种技艺，已实践了多年。这种认识上的提高，主要是从四十年代后期和五十年代的各公司和大学所做的广泛研究与开发工作，以及从六十年代和七十年代的现场经验中得到的。此书通过对多孔介质中多相渗流的基木认识来构思注水设计问题。
在编写本书时我想努力介绍—些不靠数值模拟而能揭示二维和三维驱替过程的基本特征的概念。
第—章介绍注水的发展历程，并且评述一次采油机理。
第二章阐述两相渗流和微观驱替效率的概念。
第三章在介绍注水时、是将其视为线性驱替过程来研究的。
第四章通过分析各种面积井网的注水动态，概述二维驱替问题。通过将线性系统的驱替概念发展为面积注水的办法，引入了流管模型作为—种注水设计的工具。
在第五章中对非均质油藏首先作为非连通层状系统处理。层间交渗问题，通过建立拟相对渗透率概念可以近似求解。虽然数值模拟不属于本书的讨论范围，但它在说明数值模拟的能力时，仍然提到了应用数值模拟解决一维、二维和三维驱替问题的实例。
第六章讨论了一种注水设计的思路。作为注水设计的一个主要组成部分．我强调要建立一个模型以模拟注水速度和驱替动态。按照从易到难的次序，分别介绍了从经验方法到数值模拟的各种模型。
在第七章中．将现场经验和有关的地质解释综合在一起，以说明地质解释在注水设计和实施中的作用。许多注水设计步骤可以写成小型计算机程序。本书选择了一些计算机子程序，以便帮助学生经过一定的努力后，写出更复杂的设计程序。

3.注水经验汇编_11689036
主要介绍了老君庙油田L油层注水的经验，可以了解一下早期注水过程，介绍的比较详细。重点掌握土酸解堵和注水井试注六偏磷酸钠水的作用。早起注水问题的化学解决方法。
4.油田注水开发防垢现状及新技术研究_12249459 基础的书
作者：潘爱芳
出版日期：2009.02
出版社：石油工业出版社
页数：216
要求：1.了解目前注水过程中油层结垢的化学基础理论及计算；
2.结垢的机理和模拟实验方法、结垢模型和预测方法。
3.防垢剂作用机理和常用的防垢剂。
目录
绪论
第一节　研究背景
一、油田开发中面临的主要问题
二、华池油田结垢现状
三、研究意义
第二节　与结垢伤害研究相关的基础理论
一、油田地质地球化学与油层结垢伤害
二、结垢物的物理化学性质与结垢物的形成
三、油田水结垢的化学理论基础
第一章　文献研究综述
第一节　油田结垢伤害形成机理研究
一、人工模型、合成油田水模拟试验
二、真实砂岩模型―真实油田水静态、动态试验
三、成垢物来源与碳酸钙垢的认识
第二节　结垢预测技术的开发研究
一、静态试验预测
二、化学基础理论简单计算
第三节　防垢、除垢对策研究
一、物理化学清垢
二、添加防、除垢剂
三、水质改性技术
四、油田结垢腐蚀防治技术研究
第四节　油田污水处理技术研究
一、油田污水主要来源及其特点
二、油田污水的性质
三、油田污水对注水系统的危害
四、油田污水处理后的利用效果
五、现行油田废水处理工艺及存在的问题
第二章　国内外油田结垢伤害特征
第一节　国内油田结垢伤害特征
一、长庆油田
二、大庆油田
三、中原油田
第二节　国外油田结垢伤害特征
一、前苏联油田
二、苏伊士湾油田
三、北海油田
四、Brent和Dunlin油田
第三章　常见阻垢剂的阻垢机理、性能及应用
第一节　常见阻垢剂的阻垢机理
一、螯合作用
二、分散作用
三、晶格畸变作用
第二节　常用的水处理技术
一、磷系水处理技术
二、钼系水处理技术
三、钨系水处理技术
四、硅系水处理技术
五、全有机系水处理技术
第三节　常见阻垢剂的性能
一、聚磷酸盐类
二、有机磷酸酯类
三、有机磷酸盐类
四、复合水质处理剂
五、高分子聚合物阻垢分散剂
六、天然阻垢分散剂
七、天然聚合物阻垢剂
八、羧酸类聚合物阻垢剂
九、磷基羧酸聚合物阻垢剂
十、含磺酸基团聚合物阻垢剂
十一、环境友好聚合物阻垢剂
第四章　华152区钡、锶结垢成因研究
第一节　储层岩石与油田水钡锶特征分析
一、储层岩石中钡锶的基本特征
二、油田水中钡锶离子特征
第二节　地层水中钡锶来源及其迁移特征分析
一、地层水中钡锶来源分析
二、地层水中钡锶迁移特征分析
三、水与周围介质间的元素迁移机制分析
第三节　钡锶垢的结垢成因机制分析
一、油田水垢的生成顺序
二、结垢特征分析
第五章　油层结垢伤害防治新技术研究
第一节　防垢领域研究中目前存在的主要问题
一、结垢机理研究
二、结垢预测方法研究
三、防垢对策研究
第二节　油田注水开发水源混配防垢技术
一、结垢机理分析
二、试验研究
三、实验结果
四、水源混配防垢技术及其特点
第三节　聚环氧琥珀酸盐的阻垢机理研究
一、阻垢剂研究开发现状
二、影响聚环氧琥珀酸盐稳定性的主要因素
三、影响聚环氧琥珀酸盐阻垢性能的因素
四、阻垢机理的实验研究
第四节 聚环氧琥珀酸盐的阻垢性能评价与应用研究
一、阻垢剂评价原理、依据
二、阻垢剂性能评价
三、阻垢剂应用研究
四、对环境的影响及其配伍性分析
第五节　聚环氧琥珀酸盐的应用工艺研究
一、聚环氧琥珀酸盐的现场投加工艺研究
二、聚环氧琥珀酸盐对生产现场钡、锶垢阻垢性能评价
结论
一、油田注水开发中的防垢现状
二、长庆油田钡、锶垢结垢成因
三、油层结垢伤害防治对策
参考文献

5.油田水处理技术_11485723 腐蚀和结垢
注水开发防垢结垢处理方法、化学剂和作用原理
三、讨论的问题
1.注水的发展历史及进展
2.了解注水的方式、设计
3.注水中的化学平衡问题
4．结垢问题及其防治措施原理

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