油田化学主要应用技术

油田化学主要应用技术

发布日期：2010-3-23 浏览次数：303

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油田化学是研究油田钻（完）井、采油、注水、提高采收率、原油集输等过程中化学问题的科学。

油田化学是由钻井化学、采油化学和集输化学三部分组成。这些部分构成了油田化学的研究对象。

钻井、采油和原油集输虽然是不同的过程，但他们是互相衔接的，因此油田化学三个组成部分虽有各自的发展方向，但他们是互相关联的。 钻井化学主要研究钻井液和水泥浆的性能及其控制与调整。

采油化学主要研究油层化学改造（化学驱）和油水井化学改造。 集输化学主要研究埋地管道的腐蚀与防护、乳化原油的破乳与起泡沫原有的消泡、原油的降凝输送与减阻输送、天然气处理与油田污水处理等问题。 油田化学与其他科学紧密联系：

油田化学中的一个任务是改造油层。因此，油田地质学是油田化学研究的重要基础之一。

油田化学是化学与钻井工程、油气田开采工程（包括采油工程和有藏工程）、集输工程等工程学之间的边缘科学，油田化学所要解决的问题是这些工程学提出的，因此，油田化学与这些工程学紧密联系。

由于化学也是认识油层和改造油层的重要手段，因此各门基础化学（无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、表面化学、胶体化学等）自然成为油田化学的基础。

油田化学是通过油田化学剂改造油层。油田化学剂通常是溶解在各种溶剂（流体）中使用的。油田化学剂的溶解，其后在界面上的吸附及在各相中的分配均对使用体系的性质产生重要影响。这些影响必须用流体力学和渗流力学的方法进行研究，因此油田化学与流体力学和渗流力学紧密联系。 油田化学研究的内容：

油田化学的研究内容主要包括三个方面：

研究钻井、采油和原油集输等过程中存在问题的化学本质。 研究解决问题所使用的化学剂。

研究各种化学剂的作用机理和协同效应。 油田化学三个组成部分在解决各自的问题时，所应用的油田化学剂有许多是共同的。表面活性剂和高分子是他们最常用的两类化学剂。

油田化学剂分类：

依据石油天然气行业标准，油田化学剂分为六大类： 1、通用化学剂

2、钻井用化学剂（分为钻井液用化学剂、固井水泥用化学剂）

3、采油用化学剂（分为酸化用化学剂、压裂用化学剂、采油用其他化学剂） 4、提高采收率用化学剂 5、油气集输用化学剂 6、水处理用化学剂。 油田化学研究技术路线： 油田化学研究路线：

油田问题---化学原理分析---一般化学剂筛选、特殊化学剂合成---油田化学剂使用--效果分析-----作用机理研究-----油田化学剂改进-----油田化学剂再使用----……。

石油工业的发展，促进和带动了油田化学学科的发展，同时，油田化学的发展，推动了勘探开发技术水平和经济效益的提高。 原油的常规分析

1、原油常规分析的目的

油田原油常规分析的目的是为开发新油田（或新油区）、油田生产管理等提供分析数据，为油田开发、地面工程的科研设计以及伴生气和轻烃为原料的化工厂设计提供基础数据。

2、原油常规分析项目、仪器及操作方法

原油常规分析项目主要有密度、粘度、凝固点、含蜡、胶质和沥青质、硫含量、族组成、析蜡点、屈服值、机械杂质、含盐量、水含量、酸值、饱和蒸汽压、闪点（开口、闭口）、比热、爆炸极限、实沸点蒸馏、微量元素（Ni、V、As、Pb、Cu、Fe）、元素（C、H、N）等，根据油田开发、集输设计、矿场加工、地面建设、外输等目的的不同，内容有所增减。

原油采样采用GB/T4756—石油和液体石油产品取样法（手工法）。 （1） 密度

国标规定的原油密度的测定方法有三种，分别为GB/T1884—石油和液体石油产品密度测定方法（密度计法），GB/T13377—石油和液体或固体石油产品密度或相对密度测定法（毛细管塞比重瓶和带刻度双毛细管比重瓶法）、GB/T2540—石油产品密度测定方法（比重瓶法）。在原油常规分析中主要用密度计法。 （2） 粘度

原油运动粘度的测定方法主要有：GB/T265石油产品运动粘度测定法及粘度指数计算法，GB/T深色石油产品运动粘度测定法（逆流法）及粘度指数计算法，SY/T0520原油粘度测定旋转粘度计平衡法。国内石油系统普遍采用GB/T265方法来测定原油粘度。

运动粘度（υt）的单位为mm2/s，动力粘度（ct）的单位为mPa.s，两者的换算关系为：ct=vt·ρt，ρt为温度t℃时试样的密度。 （3） 凝固点

凝点是指试样在规定条件下冷却至停止流动时的最高温度，以℃表示。 倾点是指在规定条件下，被冷却的试样能流动的最低温度，以℃表示。 凝点和倾点其物理意义基本相同，均可决定试样的低温流动性，决定贮运的条件。

测定原油凝点（倾点）的主要方法有：GB/T510《石油产品凝点测定法》，GB/T3535《石油凝点测定法》，SY/T0541《原油凝点测定法》。 （4） 含蜡 、胶质和沥青质

原油蜡含量是指存在于原油中蜡的总量，以质量分数表示。

原油蜡含量的测定方法是ZBE21002《原油中蜡含量测定法》，该方法是用氧化铝吸附，溶剂（苯—丙酮二元混合溶液）脱蜡测定原油中的蜡（包括饱和烃的蜡和芳香烃蜡的总和）含量。

目前国内无测定原油中胶质含量的国家或行业标准。参照SH/T0509和ASTMD4124测定原油中胶质含量的方法正在编写中。国内大多采用氧化铝吸附法。也有采用白土—硅胶作吸附剂的。

原油中沥青质是一些中性的非烃化合物，不溶于低沸点的饱和烃（如石油醚、正庚烷）和乙醇中，在芳香烃（如苯）中可溶。目前国内外测定原油中沥青质含量的标准方法均为正庚烷沉淀法，主要有IP143《正庚烷沉淀法测定沥青质》、DIN51579《沥青质含量测定法》（正庚烷沉淀法）、SH/T《石油沥青质含量测定法》。

从胶质加沥青质中减去沥青质，即可得到原油中胶质的含量。

原油全烃色谱分析也是原油分析的重要项目，该分析执行SY/T5779石油天然气行业标准，适用于原油中正庚烷以前的轻烃、C8~C40正构烷烃等烃类化合物的全烃分析，其分析结果为各组分的质量百分含量。 3、地层原油常规分析项目、仪器及操作方法

地层原油物性分析方法执行SY/T5542石油天然气行业标准，测试仪器为柱塞或活塞式PVT仪，仪器额定工作温度不低于150±0.5℃，额定工作压力不低于50MPa。

试样分析过程包括仪器仪表标定与检定、样品检查、转样、地层原油的单次脱气、恒质膨胀试验、多次脱气实验、地层原油粘度测定等物性分析及计算过程。 伴生气的常规分析

1、伴生气常规分析项目、仪器及操作方法 （1） 伴生气常规分析项目

伴生气常规分析项目包括：氦、氢、氧、氮、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷和更重组分、硫化氢，测试浓度结果为摩尔百分含量。 （2） 伴生气常规分析仪器及操作方法

伴生气常规分析采用气相色谱法，执行GB/T13610国家标准。测试时，具有代表性的气样和已知组成的标准混和气（标准气），在同样的操作条件下，用气相色谱法进行分离。样品中许多重尾组分可以在某个时间通过改变流过柱子载气的方向，获得一组不规则的峰，这组重尾组分可以是C5和更重组分，C6和更重组分，或C7和更重组分。由标准气的组成值，通过对比峰高、峰面积或者两者对比，计算获得样品的相应组成。

2、 伴生气中硫化氢（H2S）含量的分析

伴生气中硫化氢（H2S）含量的测定为碘量法，采用GB11060.1《天然气中硫化氢含量的测定 碘量法》。测量范围为0~500mg/m3。其方法原理为：在一定温度和压力下，用过量的乙酸锌溶液吸收计量体积的气体试样中的硫化氢，生成硫化锌沉淀。加入过量的已知浓度的碘溶液和少量的盐酸，以氧化生成的硫化锌，剩余的碘用已知浓度的硫代硫酸钠标准溶液滴定，根据消耗的硫代硫酸钠标准溶液的量即可计算出气体试样中硫化氢的含量。

油田水的常规分析 1、水常规分析的目的

水与油伴生，是油田开发的重要产品和原料。通过水常规分析明晰水的化学组成和性质，是研究油气成藏、制定开发技术政策、注采工艺技术、地面集输工艺的重要基础数据。

2、水的常规分析项目、仪器及操作方法 （1） 水的常规分析项目

油气田水的常规分析方法执行SY 5523石油天然气行业标准。分析项目有：颜色、气味、透明度、沉淀物、酸度（pH值）、密度、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、K++Na+等，分析结果按照苏林分类法计算原生水型特性系数，进行水型判别，分为氯化钙、氯化镁、碳酸氢钠、硫酸钠四种水型。

（2）水常规分析仪器及操作方法 油气田水的常规分析方法执行SY 5523石油天然气行业标准。各种离子的分析方法主要为化学滴定法或离子色谱法。化学滴定法在油田最常用。 油田化学主要应用技术 钻（完）井液处理技术 （1）、冷却和润滑钻头 （2）、净化井底、携砂 （3）井壁稳定

（4）、减少钻柱与井壁磨阻

（5）、帮助获得所钻地层性能的有关信息：取心等 要求：环保、对地层无不利影响、对设备无腐蚀等伤害 油水井酸化处理技术

酸化过程中，满足工艺要求和提高酸化效果。主要基础酸液溶蚀岩石，辅助作用包括：缓蚀、缓速、稳定粘土、改善表面活性、增粘、减阻、暂堵、破乳、助排、杀菌等技术。 油水井压裂技术

压裂过程中，满足工艺要求和提高压裂效果。压裂液技术，辅助作用包括：稳定粘土、改善表面活性、增粘、减阻、暂堵、破乳、助排、杀菌等技术。 堵水调剖技术：

使用无机或有机化学品封堵高渗层段、大孔道、裂缝等，改善油井生产能力。 油气集输技术

油气集输中，油井、集输站、油区内部管线、长输管线等生产过程中的破乳脱水、清蜡、防蜡、降凝、降粘、减低原油流动阻力等工艺技术。主要使用油溶性的高分子聚合物、表面活性剂及其复配物等。 油田水处理技术

油田注入水、采出污水的除油、絮凝、杀菌、防腐、防垢、等压裂过程中，满足工艺要求和提高水处理效果。 提高采收率技术：

使用化学剂通过改善流度比来提高波及效率、降低界面张力来提高驱油效率的技术。化学驱：碱驱、表面活性剂驱、聚合物驱、二元复合驱、三元复合驱。 油层保护的重要性、内容和技术路线 1、油层保护的重要性

油层保护技术就是防止和减轻油层损害的（formation damage）技术和措施。 1）在油气勘探中，利于及时发现油气藏，正确评价油气藏； 2）提高油气产量，增加油井产能； 3）提高增产措施的成功率； 4）提高最终采收率；

5）充分利用和保护油气资源； 6）降低成本。

2、油层保护技术的内容

（1）、岩芯分析、油气水分析和测试技术

（2）、油气层敏感性和工作液损害性能的室内评价技术

（3）、油气层损害机理研究和保护油气层技术系统方案设计。 （4）、钻井过程中油气层损害因素和保护油气层技术 （5）、完井过程中油气层损害因素和保护油气层技术

（6）、油气田开发生产中的油气层损害因素和保护油气层技术 （7）、油气层损害现场诊断和矿场评价技术

（8）、保护油气层总体效果评价和经济效益综合分析技术 3、油层保护技术路线

（1）、分析所研究油气层的岩石和流体特性，以此为依据研究该油气层的潜在损害因素与机理。

（2）、收集现场资料，开展室内研究，分析研究每组油气层在各项作业过程中潜在损害因素被诱发的原因、过程及防治措施。

（3）、按照系统工程研究各项作业中所选择的保护油气层技术措施的可行性和经济上的合理性，通过综合研究，配套形成系列，纳入钻井、完井与开发方案设计及每一项作业的具体设计中。

（4）、 进行诊断与测试，获取油气层损害程度的信息，评价保护油气层的效果和经济效益，研究改进或补救措施。

（5）、计算机预测、诊断、评价和动态模拟。

油（气）层保护技术与过去石油工程常见的新技术相比有明显的特点： （l）它是贯穿于石油生产全过程的系统工程（油气井钻井、完井、生产、增产、提高采收率等）；

（2）以预防为主，治理为辅；

（3）具有很强的针对性（不同的油田、区块、层位） ；

（4）本项技术十分注意微观研究与宏观研究相结合；机理研究与应用技术相结合；室内研究与现场应用相结合。 油层损害的分析评价 1、油层损害机理

油层损害：在油气田开发的过程中引起的储层渗透率降低（包括近井的、储层深处的、近期的、长期的）。

本定义所指的范围是石油工程全过程的每一个环节都会发生油（气）层损害；而损害的本质是流体通道（主要是喉道）的堵塞和变小；流体包括油、气、水都在内，而渗透率包括各类渗透率在内（依研究对象而定）。 2、油层损害的特点

1）油层损害具有不可逆性。 2）油层伤害的特殊性。