油田化学工程

丛书前言

油田化学是近几十年发展起来的一个交叉学科，针对油气田开发、生产过程中的化学问题，涉及石油钻井、固井、完井、油气增产的酸化、压裂、提高采收率等各方面，是化学和石油工程结合的特殊学科。石油开发中的泥浆工程师、固井工程师、采油工程师、井下作业工程师都要具备油田化学知识。油田化学已经是油气田开发、生产中必需的知识，也是保证油气正常生产的技术。

随着石油化工的发展，一些高性能、专用性的高分子材料、表面活性剂和无机材料相继问世，高分子工业、表面活性剂工业和无机材料有了突飞猛进的发展。由于这些材料具有多种应用功能，在原油勘探开发（钻井、固井）、油井增产、提高采收率、稠油开采输送、石油工程材料保护、油田环境治理中都是必不可少的化学品。目前油田化学方面的丛书很少，为此我们编写了“油田化学丛书”。

本套丛书在高分子、表面活性剂、石油地质及开发知识的基础上，介绍了高分子材料、表面活性剂和无机材料在石油工程各环节中应用研究的进展，由西南石油大学油田化学教研室组织编写。作者根据多年来在高分子材料、表面活性剂和无机材料及其在油气田开发中的应用领域不断的探讨，将相关的研究工作和心得融合在书中。本丛书包括《石油化学工程》《油田用聚电解质的合成及应用》《油田化学品的制备及现场应用》《表面活性剂及其在石油工程中的应用》《特殊油气井化学工作液》五册。分别介绍了钻井、固井、完井、酸化、压裂、提高采收率等方面用离子型聚合物的合成、应用、特性、作用机理；油田化学品的主要制备方法，油气田钻井、固井、酸化、压裂、堵水调剖、化学驱油、防垢除垢、腐蚀与保护、集输和水处理方面化学品的制备及现场应用方法；表面活性剂在石油工程各环节中应用研究的进展；改善工作液材料、处理剂及工作液配方在固井、酸化、压裂、三次采油等方面的应用。

本套丛书可作为油气田应用化学、石油工程、油气田材料工程等学科的本科高年级学生、研究生课外阅读书籍，也可作为相关油田化学工程技术人员和油田化学助剂生产单位技术人员参考用书。

西南石油大学油田化学教研室

2017年2月

前言

油田化学是一个交叉学科，主要解决油气开发、生产、集输中与化学有关的技术和工程问题。而油田化学添加剂作为工作液的基本处理剂，用于注水、压裂、酸化、堵水调剖、提高采收率、原油破乳脱水和油气集输等多个作业中，应用十分广泛。油田化学处理剂涉及表面化学及表面活性剂、聚合物化学及物理、有机化合物、无机化合物及油气钻采、油层物理、油气地质、油气集输等多种学科知识。

本书主要介绍了油气开采过程中的注水、酸化、水力压裂、化学堵水与调剖、原油乳状液与破乳、原油的清防蜡与降凝降黏和化学驱油等方面的原理知识、工艺、各工艺过程中的处理剂和工作液。本书可作为高等院校石油工程有关的本科生和研究生的专业教材，也可供从事石油天然气开采和油田化学等工作的工程技术人员、研究人员参考。全书共分为7章，书中第1章至第4章由马喜平编写；第5章至第7章由全红平编写。

本书在编写过程中，参阅了大量文献资料，在此对所引用文献的作者表示感谢！同时，本书在编写过程中得到了西南石油大学化学化工学院油田化学研究所各位同仁的支持与帮助，在此一并感谢！

由于我们水平有限，书中个别观点难免有不当之处，敬请专家、读者批评指正。

编著者

2018年1月

第1章注水

1.1注水水源选择及水质要求1

1.1.1注水水源的选择1

1.1.2注水水质指标3

1.2注水水处理技术6

1.2.1注水水质处理措施6

1.2.2注水水质处理设备7

1.2.3注水系统9

1.2.4注水井投注10

1.2.5水处理工艺11

1.3水处理化学剂13

1.3.1絮凝剂13

1.3.2杀菌剂15

1.3.3除氧剂22

1.3.4缓蚀剂23

1.3.5阻垢剂25

参考文献30

第2章酸化

2.1酸化增产原理32

2.1.1酸处理工艺分类32

2.1.2酸化增产原理33

2.1.3地层的伤害36

2.2酸液体系37

2.2.1酸液类型及选择37

2.2.2盐酸38

2.2.3盐酸-氢氟酸(土酸)及多组分酸39

2.2.4甲酸和乙酸40

2.2.5粉状酸40

2.2.6其他无机酸41

2.2.7缓速酸41

2.3酸液添加剂43

2.3.1酸液添加剂及选择43

2.3.2缓蚀剂44

2.3.3铁离子稳定剂47

2.3.4表面活性剂48

2.3.5黏土稳定剂49

2.3.6增黏剂和降阻剂50

2.4酸化工艺50

2.4.1酸化处理井层的选择50

2.4.2常用酸化工艺51

参考文献55

第3章水力压裂

3.1水力压裂造缝机理58

3.1.1地应力场58

3.1.2地应力场确定60

3.1.3裂缝的形态及方位61

3.1.4影响裂缝形成的因素62

3.2压裂液62

3.2.1水基压裂液65

3.2.2水基压裂液添加剂72

3.2.3泡沫压裂液84

3.2.4油基压裂液89

3.2.5清洁压裂液90

3.3压裂液性能评价92

3.3.1流变性能93

3.3.2压裂液的滤失性93

3.3.3压裂液的降阻率93

3.3.4压裂液的破胶性能93

3.3.5压裂液的界面张力与润湿性能93

3.3.6压裂液残渣含量94

3.3.7压裂液与地层流体的配伍性94

3.3.8压裂液交联时间94

3.3.9压裂液对基岩渗透率的伤害率测定94

3.3.10压裂液的溶解性94

3.4压裂工艺技术95

3.4.1分层及选择性压裂95

3.4.2控缝高压裂技术97

3.4.3测试压裂技术98

参考文献98

第4章化学堵水及调剖

4.1油井堵水100

4.2堵水方法102

4.3堵水剂分类102

4.3.1选择性堵水剂103

4.3.2非选择性堵水剂115

4.3.3化学堵水剂总结与发展趋势122

4.4注水井调剖123

4.4.1注水井调剖的概念及意义123

4.4.2注水井调剖剂124

4.5注水井调剖的发展趋势132

4.6用于蒸汽采油的高温堵水剂133

4.6.1泡沫高温堵水剂134

4.6.2氧化镁沉淀134

4.6.3聚合物乳胶浓缩液134

4.7高温注蒸汽调剖剂135

4.7.1高温调剖剂选择依据136

4.7.2性能指标确定136

4.7.3高温调剖剂性能评价体系136

参考文献137

第5章原油乳状液与破乳

5.1原油乳状液及其性质139

5.1.1原油乳状液的生成139

5.1.2影响原油乳状液稳定的因素141

5.1.3原油乳状液的性质147

5.1.4原油乳状液的危害150

5.2原油脱水方法和原理151

5.2.1物理沉降分离151

5.2.2电脱水152

5.2.3润湿聚结脱水154

5.2.4化学破乳法154

5.2.5生物破乳法155

5.3原油化学破乳剂及其评价方法156

5.3.1原油破乳剂发展概况156

5.3.2原油破乳剂的分类158

5.3.3常用化学破乳剂159

5.3.4化学破乳剂的评价指标167

5.4原油化学破乳剂的破乳机理168

5.4.1原油乳状液破乳理论168

5.4.2破乳过程169

5.4.3原油破乳剂的破乳机理170

参考文献171

第6章原油的清防蜡与降凝降黏

6.1蜡的化学结构及特征173

6.1.1蜡的化学结构173

6.1.2蜡的特征175

6.2油井结蜡影响因素及结蜡现象175

6.2.1油井结蜡影响因素分析175

6.2.2油井结蜡现象178

6.3油井清蜡技术179

6.3.1机械清蜡179

6.3.2热力清蜡181

6.3.3化学清蜡183

6.4油井防蜡技术186

6.4.1油管内衬与涂层防蜡186

6.4.2强磁防蜡技术188

6.4.3化学防蜡技术189

6.4.4微生物清防蜡技术194

6.4.5其他防蜡方法196

6.5化学药剂清防蜡的施工方法196

参考文献197

第7章化学驱油

7.1采收率与影响采收率的因素200

7.1.1采收率200

7.1.2影响采收率的因素201

7.2聚合物驱油203

7.2.1聚合物驱油机理204

7.2.2聚合物驱油剂206

7.2.3聚合物驱油的研究进展210

7.3表面活性剂驱油211

7.3.1表面活性剂驱油机理212

7.3.2表面活性剂驱油技术215

7.3.3化学驱油用表面活性剂研究进展217

7.4碱驱油218

7.4.1碱驱油的作用机理219

7.4.2碱驱油的适用条件219

7.4.3碱驱油的现场试验220

7.5三元复合驱油220

7.5.1三元复合驱油的作用机理221

7.5.2影响复合驱油的因素223

参考文献223