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文档简介
1、化学驱用剂现状及其未来的发展趋势(提纲)油田化学剂分类及其概况化学驱用剂及其作用机理化学驱用剂性能及其评价化学驱用剂研究开发趋势提 纲油田化学 油田化学与油田地质学密切联系;是钻井工程、采油工程、油藏工程和集输工程等的边缘科学;各门基础化学(无机、有机、分析、物化、表面、胶体化学等)是油田化学的基础;与流体力学和渗流力学及环境化学也有密切的联系。钻井化学采油化学集输化学1.油田化学剂分类及其概况 钻井化学主要研究钻井/完井和水泥浆体系的性能及其控制与调整。包括添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及钻井、完井、固井、射孔、试油等过程的化学问题。 采油化学主要研究油层改造和油水井化学改造问
2、题。包括改造方案、添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及采油过程中的众多化学问题。 集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。1.油田化学剂分类及其概况 1.1 油田化学剂的分类按油气田勘探开发的过程和阶段分类按油田化学剂的组成和结构进行分类按油田化学剂的功能和用途进行分类按用田化学剂的所起的作用进行分类按油田化学剂相互间的关系进行分类1.油田化学剂分类及其概况按油气田勘探开发的阶段分类:分为钻井用剂、采油用剂和集输用剂等;按油田化学品的组成结
3、构分类:分为有机、无机;活性剂、聚合物等;按油田化学品的用途进行分类;分为驱油剂、调剖剂、堵水剂、缓蚀剂等;按油田化学品的作用进行分类:分为功能型、预防型和消除型等;按油田化学剂相互的关系分类:分为主剂和助剂(添加剂)等。1.油田化学剂分类及其概况按油气田勘探开发的阶段分类钻井用剂采油用剂集输用剂1.油田化学剂分类及其概况 钻井用剂钻井完井液用剂水泥浆添加剂钻井液体系及添加剂完井液体系及添加剂完井油气层保护用剂水泥浆体系及外加剂固井射孔油气层保护用剂 钻井完井液处理剂降滤失剂;PH调节剂; 增粘剂;除钙剂; 降粘剂;起泡剂; 絮凝剂;乳化剂; 润滑剂;絮凝剂;防塌剂;缓蚀剂;解卡剂;抗温处理剂
4、;密度调整材料;堵漏材料等。水泥浆的外加剂与外掺料 按用途将水泥浆外加剂于外掺料合在一起分成七类,即水泥浆促凝剂、水泥浆缓凝剂、水泥浆减阻剂、水泥浆膨胀剂、水泥浆降滤失剂、水泥浆密度调整外掺料、水泥浆防漏外掺料。 采油用剂油层化学改造用剂(提高采收率用剂)油水井化学改造用剂(化学增产增注用剂)调剖剂 堵水剂 防砂剂降粘剂 缓蚀剂 破乳剂示踪剂 清蜡剂 防蜡剂防垢剂 除垢剂 防膨剂乳化剂 起泡剂 解堵剂酸化用剂 压裂用剂等化学驱用剂聚合物驱用剂活性剂驱用剂碱驱用剂复合驱用剂混相驱油剂 烃类混相驱用剂 非烃类混相驱用剂热采用剂 蒸汽驱用剂 火烧油层用剂微生物及其助剂缓 蚀 剂减 阻 剂破 乳 剂降
5、 粘 剂 阻 垢 剂污水处理剂环境保护用剂集输用剂天然气处理剂1.2 油田化学用剂的整体现状 (1)种类多,用量大,适应性和针对性强; (2)品牌多,厂家多,各成体系,标准不规范,市场管理混乱,亟待进行规范; (3)要求高,功能强(高效、低廉、多功能、复合型),难度越来越大; (4)重实用,轻理论,基础研究不够,需要加强基础研究和理论上的突破。1.油田化学剂分类及其概况 1.3 采油化学用剂的发展历程 (1)采油化学是随着采油工艺发发展而发展,采油化学的发展加速了采油工艺的发展。 (2)采油化学发展是从两方面展开:一方面是改造地层(提高采收率);另一方面是改造油水井及近井地带(解决砂、蜡、水、
6、稠、低问题)。1.油田化学剂分类及其概况 (3)采油地层越来越深,温度越高,矿化度越高,渗透率越低,多种敏感性(如水敏、盐敏、酸敏、碱敏、速敏等)越严重,因而对采油化学提出更苛刻的要求。 (4)采油化学发展史是一部化学剂在采油领域不断扩大使用范围的历史。用于采油的化学剂,可分为功能型化学剂、预防型化学剂和消除型化学剂三大类。它们还可进一步分为主剂和助剂。如驱油,驱油剂是主剂,牺牲剂、流度控制剂、稳定剂是助剂,如酸化,酸是主剂,缓蚀剂、缓速剂、铁稳定剂、防乳化剂等是助剂。1.3 采油化学用剂的发展历程1.油田化学剂分类及其概况钻井化学方面(1)开发研制保护油气层和环境可接受的钻井液/完井液体系及
7、其添加剂, 特别是保护储层和生物毒性低(可生物降解)的添加剂,如聚合醇(酯、醚等)、天然改性物等; (2)深井、超深井、水平井和高温高压井等特殊油气层或苛刻条件下钻井用剂的研发,如高温、高压、高密度无固相钻井完井液及其添加剂的研究;钻井用剂发展趋势1.4 油田化学用剂的发展趋势(3)钻井过程中特殊油气层的伤害机理及其保护技术及其油层保护剂的研究,如裂缝、低渗水敏、水平井、页岩气、超深井油气层保护用剂等;(4)抗盐、抗温水泥浆外加剂的研制开发等;(5)废弃钻井液/完井液的处置及综合利用;(6)进一步降低成本,开发高效、廉价的添加剂系列;(7)泡沫钻井液体系及其添加剂的研究。钻井用剂发展趋势 (1
8、)提高化学驱效果、降低成本、提高适应性研究,开发抗温抗盐聚合物和活性剂、粘度稳定剂、设备及工艺参数的优化、后续增产措施的研究,复合驱、泡沫驱、微生物驱、超声波、微波等新技术及其驱油剂的研究与应用;(2)稠油热采井调剖封窜剂、防砂固砂及提高热效率的研究,二氧化碳驱、氮气驱、丙烷驱、地下裂解降粘等技术的可行性、适应性研究,抗高温助剂的开发研制;(3)区块整体改造控水稳油技术研究,高含水后期调驱一体化、疏松砂岩防砂堵水一体化、非均质油层调堵酸化一体化等复合工艺技术的应用,裂缝性油藏的堵水技术,多轮次措施及其化学剂的研究等;采油用剂发展趋势(4)高温、低温、粉细砂地层的化学防砂剂开发研制,分层防砂、分
9、级防砂和复合防砂工艺技术的研究,无机固砂剂的研制;(5)超低渗地层的深部酸化解堵技术研究,高温酸化添加剂系列的研究开发;(6)特殊油气层、难动用储量(薄层、复杂小断块、低渗高压层、裂缝性油藏、超深层等)的综合开发与治理技术及其化学剂开发;(7) 抗高温高效稠油降粘剂的开发,化学与热化学降粘技术研究;(8)解水锁剂与缩膨剂的研制开发等。采油用剂发展趋势(1)油井管柱和管线、注水系统缓蚀阻垢新技术的研究,新型、高效、长效复合型缓蚀阻垢剂、水处理剂的研制开发,特别是高温、高矿化度、高含硫条件下缓蚀剂等的开发;(2)抗温、抗盐稠油破乳脱水剂、降粘(凝)剂的研究开发,生物破乳剂、低温减阻输送新技术研究;
10、集输用剂发展趋势(3)油田采出污水,特别是稠油污水、三采污水的达标处理技术,开发研制高效多功能的水处理剂,精密过滤技术,水质改性技术;(4)油田联合站污泥处理及综合利用技术研究,开发高效、廉价、环保的、可行的新技术及其处理剂;(5)天然气水合物开采与加工用剂的开发等。集输用剂发展趋势提 纲油田化学剂分类及其概况化学驱用剂及其作用机理化学驱用剂性能及其评价化学驱用剂研究开发趋势化学驱油法(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(非控类混相驱) 热力采油法(热采) 蒸汽驱油法(蒸汽吞吐与蒸
11、汽驱)油层就地燃烧法(火烧油层)微生物采油法 提高原油采收率的主要方法2. 化学驱用剂及其作用机理(1)聚合物驱用剂-部分水解聚丙烯酰胺(HPAM):相对分子量:1500万以上;水解度:1-45%(2030);浓度:25-2000mg/L(8002000);注入量:P。热稳定性较好;剪切稳定性较差;化学稳定性较差;生物稳定性较好。聚合物驱用剂及其作用机理2. 化学驱用剂及其作用机理(1)聚合物驱用剂-生物聚合物XC(不常用)生物聚合物,分子量1300-1500万,使用浓度100-2000mg/L,注入量P。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)。2.
12、 化学驱用剂及其作用机理聚合物驱用剂及其作用机理 A.高分子量:一般驱油用HPAM的分子量为1千万到几千万; B.多分散性:HPAM的分子量具有不均一性,是分子量不等的同系聚合物的混合物; C.几何结构多样化:聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态; D.物化性能稳定:HPAM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。(2)驱油聚合物的基本特征2. 化学驱用剂及其作用机理聚合物驱用剂及其作用机理(3)聚合物驱用助剂除氧剂:如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、甲醛和硫脲等,用于减少聚合物的氧化降解(提前加);杀菌剂:如甲醛、戊二醛等,用于减少XC生物聚合物的生物降解。交联剂、牺牲剂等。2.
13、化学驱用剂及其作用机理聚合物驱用剂及其作用机理1)磺酸盐型表面活性剂抗温抗盐性能较好,活性较高2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 表面活性剂驱用剂及作用机理(1)驱油用表面活性剂2)羧酸盐型表面活性剂 气相氧化法和液相氧化法2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 表面活性剂驱用剂及作用机理(1)驱油用表面活性剂3)聚醚型表面活性剂耐盐性能好,耐温性能较差(浊点)2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 表面活性剂驱用剂及作用机理(1)驱油用表面活性剂4)非离子一阴离子型两性表面活性剂耐盐性能好,耐高价金属离子2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 表面活性剂驱用剂及作用机理(1)驱油用表面活性剂 5)孪连(
14、双子)表面活性剂 孪连表面活性剂是指两个或两个以上同一表面活性剂分子在亲水基及其附近用联结基团连接起来的表面活性剂。 孪连表面活性剂表面活性高,与其他表面活性剂结构互补,有协同效应,为新开发的一类表面活性剂 6)生物表面活性剂 生物表面活性剂是指由微生物产生的具有表面活性剂特征的化合物。由于生物表面活性剂环境友好,所以是一类特别受重视的新开发的表面活性剂。 地层表面通常带负电。为了减少表面活性剂的损耗,驱油用的表面活性剂一般不用阳离子型表面活性剂或非离子阳离子型表面活性剂。 2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 表面活性剂驱用剂及作用机理(1)驱油用表面活性剂(2)活性剂驱用助剂主要用两种助剂:
15、1)助表面活性剂,如异丙醇、异丁醇等(改变亲水亲油性)。2)电解质,主要用氯化钠(改变亲水亲油性)。2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 表面活性剂驱用剂及作用机理(1)碱驱用剂 1)碱:NaOH、 KOH、 NH4OH 2)盐(潜在碱):Na2CO3、Na2SiO3、 Na4SiO4、Na3PO4 Na2CO3和NaHCO3复配Na3PO4与Na2HPO4复配2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 碱驱用剂及作用机理三 碱与石油酸的反应(2)碱与石油酸的反应脂肪酸环烷酸胶质酸和沥青质酸碱驱中还常加入盐,调整亲水亲油平衡2. 化学驱用剂及其作用机理2.2 碱驱用剂及作用机理油田化学剂分类及其概况化学
16、驱用剂及其作用机理化学驱用剂性能及其评价化学驱用剂研究开发趋势提 纲3. 化学驱用剂测试评价方法3.1 基本性能测试(1)分子结构表征(IR、MS、EA、NMR等);(2)活性测试(表面张力、界面张力等);(3)乳化性能测试(乳化力、乳状液稳定性等);(4)粘度测试(表观粘度、特性粘度等);(5)流变性测试(流变性、粘弹性等);(6)抗剪切性能(机械剪切、多孔介质中的剪切等);(7)吸附性能测试(静态吸附、动态吸附等);(8)起泡性能及稳定性测试(起泡能力、泡沫稳定性等);(9)润湿性测定(接触角等);(10)其他性能3. 化学驱用剂测试评价方法3.1 驱油性能评价(1)岩心流动模拟性能性能评
17、价(模拟地层条件评价驱油性能,确定最佳配方和参数);(2)岩心流动封堵性能评价(模拟地层条件,评价封堵性能和耐冲刷能力);(3)耐介质性评价(评价耐酸、碱、油等介质的能力);(4)抗老化性能评价(评价在不同温度下的抗老化能力);(5) 配伍性评价(评价驱油体系与地层及流体的配伍性);(6)物理可视化模拟评价(评价驱油剂在多孔介质中的流动形态及驱油机理);(7)其他性能油田化学剂分类及其概况化学驱用剂及其作用机理化学驱用剂性能及其评价化学驱用剂研究开发趋势提 纲 (1)目前的复合驱已经开始涉及到化学驱与混相驱、化学驱与热力采油或混相驱与热力采油的复合,在更广的范围内发挥各种提高采收率的方法的协同
18、效应。 (2)开发新型、高效、廉价、抗盐、抗温的驱油剂。进一步降低成本,提高驱油的效果。 (3)采出污水处理及其处理剂研究。 先进的二次采油技术(三次采油?四次采油?) 4.1 化学驱及其用剂的整体现状4. 化学驱用剂研究开发趋势P+N加合体系P+胀体P+碱+表活剂P改性P+泡沫剂溶胀体系强化泡沫P+交联剂交联体系复合驱新型聚合物 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势4. 化学驱用剂研究开发趋势(1)开发新型或改性的聚合物两性聚合物的研制耐温耐盐单体的研制疏水缔合聚合物的研制多元组合聚合物的研制梳型聚合物的研制共混聚合物 4. 化学驱用剂研究开发趋势 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势提高聚合物
19、分子主链的热稳定性引入大侧基或刚性侧基团引入耐盐基团引入亲油基团和亲水基团与天然高分子接枝共聚引入具有优良表面活性的功能基团 交联聚合物的研制研制开发新型或改性聚合物的基本思路:4. 化学驱用剂研究开发趋势1)功能阴离子单体 2)功能阳离子单体 3)非离子单体 4)疏水单体 5)两性离子单体 CH2=CHCONHCH2CH2N(CH3)2CH2CH2CH2SO3Na抗温、耐盐单体的分类: 4. 化学驱用剂研究开发趋势 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 (2)复合驱及其用剂复合驱技术二元复合驱技术(P+S)聚合物驱+调剖技术三元复合驱技术(P+S+A)聚合物驱+水膨体 4.2 化学驱用剂的进展
20、及发展趋势 (2)复合驱及其用剂泡沫区也属于广义上的“复合驱” 聚合物交联体系冻胶复合体系弱凝胶复合体系分散凝胶复合体系聚合物交联体系 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 (3) 交联体系及其交联剂 驱油聚合物交联剂体系: a.与酰胺基团作用的有机类交联剂: 醛类交联剂 、有机树脂交联剂等。常用的有机类交联剂有酚醛树脂、蜜胺树脂、糠醛树脂、脲醛树脂等。最常用的有机交联剂是苯酚/甲醛的酚醛树脂。 b.与羧酸基团作用的过渡金属有机交联剂: 主要是过渡金属有机交联剂 ,一是高价金属离子:如铝离子、铁离子、铬离子、锆离子、钛离子等;二是鳌合剂:乙酸根、丙酸根、丙二酸根、乳酸根、葡萄糖酸、甘醇酸、柠檬酸
21、根、水杨酸根等有机酸根。 其中,有机铬和有机铝交联剂得到了应用。目前交联剂的趋势由单一的有机交联剂和含有多价金属离子的交联剂,转向复合型交联剂的使用。有人已经采用有机交联剂之间的复合,过渡金属交联剂之间的复合以及有机交联剂和过渡金属交联剂之间的复合。凝胶体系油藏深部流体转向技术(In depth Drive Fluid Diversion);胶态分散凝胶驱油技术(Colloidal Dispersion Gel) 减少聚合物溶液粘度的损失添加各种添加剂对水质进行改性和处理改进注聚工艺对参数和设备进行优化改善聚合物体系的形态稳定或提高粘度 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 (4) 黏度稳定及其
22、用剂 (5)聚合物的吸附、降解和抗剪切性能研究。研究聚合物的动静态吸附规律、抗剪切性能和降解性能及其添加剂,从结构和工艺条件上进一步减轻降解和剪切。 (6)聚合物驱后续综合利用与提高采收率技术研究。地层残余聚合物的综合利用技术、高压注聚井解堵技术、注聚井调剖技术研究等得到重视,后续提高采收率技术与配套技术研究正在兴起。 (7)污水改性代替清水配注聚合物技术。 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 4. 化学驱用剂研究开发趋势(7)发展耐盐、耐高价金属离子的表面活性剂。如 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 阴离子非离子型表面活性剂4. 化学驱用剂研究开发趋势 (8)开发新型表面活性剂类型 如非离
23、子型表面活性剂和阳离子型表面活性剂、双子活性剂、含氟活性剂等。 (9)开发或寻求廉价的牺牲剂(碱性物质、多元羧酸及其盐、低聚物木质素磺酸盐等)如工业副产物、皂脚改性物、改性褐煤(腐植酸)等。 (10)超低界面张力研究 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 4. 化学驱用剂研究开发趋势(11)表面粘弹性机理研究(12)泡沫驱提高采收率技术及其用剂研究与完善(13)“水包水”速溶聚丙烯酰胺研制开发(14)注聚井采出污水的综合利用与处理技术研究(15)采出污水改性配注聚合物技术(16)稠油化学驱技术研究 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 4. 化学驱用剂研究开发趋势三次采油用表面活性剂的研究趋向A.
24、普通表面活性剂采油性能的强化 (1)扩大表面活性剂的原料来源,降低成本 (2)提高抗温和抗盐的能力 (3)发挥表面活性剂的多种效用 (4)利用表面活性剂的协同效应 B.新型多功能表面活性剂的开发和选用 1)阴离子-非离子表面活性剂 非离子-磷酸酯盐型;非离子-硫酸酯盐型;非离子-羧酸酯盐型;非离子-磺酸酯盐型等。 2)双子型表面活性剂 具有极高的表面活性,而且具有很低的Krafft点和很好的水溶性,这是普通表面活性剂难以比拟的。4. 化学驱用剂研究开发趋势 4.2 化学驱用剂的进展及发展趋势 3)生物表面活性剂以糖为亲水基的脂系生物表面活性剂;以低缩氨基酸为亲水基的酰基缩氨基酸系生物表面活性剂; 以磷酸基为亲水基的磷脂系生物表面活性剂;以羧酸基为亲水基的脂肪酸
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