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油田化学工艺技术复习题

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油田 化学 工艺技术 复习题
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1油田化学工艺技术复习题第二章油井水泥及其外加剂1、油田化学定义:油田化学是研究油田钻井、采油和原油集输过程中化学问题的科学。2、固井的作用:(1)封隔油、气、水层,阻止地层间流体相互窜流,保护生产层;(2)封隔严重漏失层或其它坍塌等复杂地层;(3)支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。3、制造波特兰水泥的原材料:石灰石中 质量分数应高于 45%,粘土矿物按质量分数 60%~70%。4、提高顶替效率:在相同定提效率时,紊流对提高固井质量更加有利。5、在硅酸盐水泥中,氧化物的简写方式:C--、A----H 2O、-、H) 26、水泥熟料组分:写C 3S)硅酸三钙、 写C 2S)硅酸二2钙、写C 3A)铝酸二钙、写 铝酸四钙7、水泥熟料矿物中主要成分:S。8、水泥熟料结构特点:硅酸盐结构中,键的联系是通过氧来完成的。9、水泥产生强度的主要化合物:泥中含量最多的矿物成分是什么,含量是多少?硅酸三钙、一般油井水泥中含量为40%~65%。11、C 3S 结构特点:(1)硅酸三钙是在常温下存在的介稳的高温型矿物。从热力学的观点来看,这种介稳状态的C 3较高的反应能力。(2)由于入来的组分占据了晶格结点的部分位置,破坏了节点排列的有序性,引起周期势场的畸变,造成结构不完整。(3)在C 3离子处于[]10配位数为6,比正常配位数(8~12)要低,而且6个氧处于不规则分布,使结构产生较大“空穴”。钙离子则具有较高的活性,成为活性阳离子,容易进行水化反应。(4)在形成固溶体结构时,为了保证电中性,结构中出现部分离3子空位缺陷,提高了C 3验表明,固溶程度越高,矿物活性越高。12、硅酸二钙 (酸二钙在油井水泥组成中约占20%~30%。13、硅酸盐矿物的水化反应是水化 速度较慢、4、铝酸盐矿物的水化反应铝酸钙矿物晶格结构的空穴,造成可能具有较高的水化速度。在水泥四种主要熟料矿物中C 3度最快。对水泥浆初凝时间有重要影响。15、硅酸盐水泥的水化产物在常温下,水泥的水化产物主要是:氢氧化钙,水化硅酸钙, 高碱度含水铝酸钙,含水铁酸钙以及水化硫铝酸钙等。在高于100℃ 时,还有26、在水化初期,水泥熟料矿物水化速度顺序如下:43S>泥水化的理论(1)结晶理论:水泥的水化凝结是水泥颗粒在水的作用下于表面形成水化离子的过程。水化离子不断向溶液扩散,达到饱和或过饱和后就形成晶胚。晶胚逐渐长大,互相粘结形成较大的水化物沉淀。4(2)胶体理论:水泥的水化反应是水进入水泥矿物内部使它膨胀并形成凝胶的过程。凝胶具有网状结构,分散相是结晶体和无定形体,在网架结构之间存在分散介质。(3)近代理论:认为水泥成分中溶解速度快的成分按溶解—结晶—沉淀步骤进行水化反应。而硅酸钙等组分可能按胶体理论进行水化,也有观点认为水泥中硅酸钙早期按结晶理论而晚期按胶体理论进行水化反应。18、测定油井水泥性能包括以下主要方面:水泥浆密度测定、油井模拟抗压强度试验、油井模拟稠化时间试验、静失水试验、渗透率试验、水泥浆的流变性和胶凝强度、水泥浆稳定性试验 以及与井下流体的相容性试验。井下流体有地层水、前置液,钻井液等。我国一些石油矿区还用流动度、初凝、终凝时间等指标衡量水泥性能。19、水泥浆分散剂(减阻剂、紊流引导剂)的作用:降低水泥浆粘度、增加水泥浆流动性能、改变水泥石的微观孔隙结构、影响水泥浆的凝结时间和失水。20、水泥浆分散剂作用机理:分散剂对水泥颗粒ξ电位的影响、分散剂在水泥粒子表面的吸附(分散剂在水泥单矿物的表观吸附量有如下顺序:)、分散剂的溶剂化层作用和引气作用(氢键与水分子产生缔合,形成大而厚的溶剂化层,形成立体5屏障防止颗粒之间接触,在粒子间起到润滑作用。)。21、水泥浆失水:指水泥浆在环空上返过程中,由于液柱和地层压差的作用,自由水渗入地层的现象。22、水泥浆失水的危害:对地层造成伤害、改变水泥浆的流动性、高失水是造成气窜的主要原因之一。23、水泥浆失水的测量:水泥浆的失水量(滤失量)是指水泥浆在30分钟内,指定温度和压差下,通过一定面积所能滤出的自由水量。4、对不同的注水泥浆施工,水泥浆于防气窜失水量200于固尾管失水量≤500于挤水泥失水量≤50~2000于固套管失水量≤25005、水泥浆降失水剂作用机理(1)作为降失水剂的大分子聚合物通常带有阴离子基团如-和-、硫原子。它们能通过静电吸引或氢键吸附在水泥颗粒之上,尤其在水化初期。而另一部分活性基团则能与水形成溶剂化层,从而使水分子同水泥微粒一6道得以分散。一种性能优良的聚合物降失水剂大分子链上应有足够数量的强 水化性基团,以增加吸附水层厚度,减少结构内圈闭的自由水分子的数目,使水分子运动阻力增大,水泥浆滤失量降低。(2)大分子链上还应有一定量的能强烈吸附在水泥粒子表面的基团,以产生牢固的液一固吸附。大分子若不在水泥颗粒上吸附或吸附不牢固,就不能参与组成水泥浆网架结构,只能对溶液起增粘作用,因而水泥浆滤失量较大。降失水剂吸附基的数量和吸附基在固体表面吸附的牢固程度是影响大分子链在水泥颗粒上的吸附稳定性的两个重要因素。(3)大分子降失水剂在水泥颗粒表面的吸附作用包括分子间力、氢键、静电力和化学键力。由化学键力所决定的化学吸附比静电力、氢键力和分子间力更牢固。当外加剂分子中有两个以上极性基并且这些极性基有络合能力时,则该外加剂的亲固力增强。降失水剂与水泥微粒形成的网架结构是减小瞬时失水和形成致密滤饼的重要因素。26、降失水剂改善泥饼性能滤饼中水泥颗粒的形状和尺寸、流体的粘度、水泥颗粒和流动介质各组分所带电荷。27、膨胀水泥的类型水合硫铝酸钙结晶导致水泥膨胀、金属氧化物膨胀剂、5%至饱和的盐水拌合水泥的膨胀作用。28、低密度水泥体系7第一种是加入高比例混合水,并控制游离液的水泥体系。一般加入粘性固态无机物或高吸水材料的有机物以及轻质充填物等。如膨润土、硅藻土、膨胀珍珠岩、核桃壳、焦炭、硬沥青、水玻璃、油基乳化液等;第二种是加入细小而耐压的中空玻璃球或微珠;第三种是用钻井液、矿渣、微硅、微珠通过钻井液转化为水泥浆技术;第四种是泡沫水泥,若在基浆中加入微珠,能使水泥浆的密度降至更低。第七章 原油乳状液及化学破乳1、一般乳状液的组成有那些?分散相、分散介质和乳化剂。2、乳状液生成的条件是什么?(1)存在着互不相溶的两相,通常为水相和油相。(2)存在有一种乳化剂(通常是一类表面活性剂),其作用是降低体系的界面张力,在其微珠的表面上形成薄膜或双电层以阻止微液珠的相互聚结,增加乳状液的稳定性。(3)具备强烈的搅拌条件,增加体系的能量。3、乳状液有那几种类型?一类是以油为分散相,水为分散介质的称为水包油型(O/W)乳状液。另一类是以水为分散相,油为分散介质的称为油包水(W/O)型8乳状液。如果水相或者油相的体积占总体积的26%~74%时,将引起多重乳化现象,可用W/O/存在O/W/、乳状液类型的鉴别方法有那些?稀释法、滤纸滤失法、染色法、粘度法、电导法、折射率法和莹光法。5、形成W/型的条件是什么?水相体积<26%,则只能形成W/相体积>74%,则只能形成O/、乳化剂的亲水性亲水性强的乳化剂,其8之间,易形成O/油性强的乳化剂,之间,易形成W/膜膜型乳状液;γ膜,固体粉末大部分被油润湿,则形成W/θ=90°时,形成不稳定的乳状液。10、当乳状液为乳白色乳状液、蓝白色乳状液、灰色半透明、透明时,液珠大小是多少?9分别是>1μm、μm、何通过电导乳状液的类型?实验发现通过O/3通过W/种性质常被用于辨别乳状液的类型。12、乳状液的形成、稳定原因有那几个方面,并作出解释?界面张力的降低:降低界面张力,可使乳状液稳定;界面膜的形成:根据面活性剂必然在界面发生吸附,形成界面膜,膜的强度和紧密程度是乳状液稳定的决定因素;扩散双电层的建立:胶体质点上的电荷可以有三个来源,即电离、吸附和摩擦接触形成双电层;固体的润湿吸附作用:某些固体粉末也可作为乳化剂固体粉末只有存在于油–水界面上时才能起到乳化剂的作用。13、当γ体存在于水中还是油中?若γ体存在于水中;若γ体存在于油中。14、原油中的天然乳化剂大致有四种类型物质:(1)分散在油相中的固体,如高熔点微晶蜡、含钙质粘土、炭粉等,其颗粒很细,直径<2μm。(2)溶解于原油中的环烷酸、脂肪酸的皂类具有强烈的表面活性和较强的亲水性。10(3)分散在原油中的胶质、沥青质。表面活性较低,亲油性较强。(4)溶解在水中的盐类。水中含有K+、离子,容易形成水包油型乳状液(为什么?);若是多价金属离子,则容易形成油包水型乳状液(为什么?乳化剂分子在油–水界面处发生单分子层吸附时,极性端伸向水相,非极性端则伸入油相。若将乳化剂比成两头大小不同的“楔子”(如肥皂分子,其极性部分的横切面比非极性部分的横切面大),那么截面小的一头总是指向分散相,截面大的一头总是伸向分散介质。O/s+、K+等一价金属离子;W/高价金属皂;)15、原油乳状液密度计算乳状液水的体积分数为φ,原油和盐水的密度分别为ρ 。ρ=ρ O(1ρ W·φ16、原油乳状液的凝固点与含水率之间的关系是什么?凝固点随含水率的上升而有所提高。1117、油包水乳化钻井液(W/要优点有哪几点?①由于油外相,对低压油层的渗透性不产生损坏作用,有利于保护油层,可作为完井液和修井液使用;②能防止泥页岩水化膨胀,有防塌作用;③具有良好的润滑性,有防卡的作用;④对及矿化度高的盐水具有防腐作用。所以,使用油包水乳化钻井液可使钻井优质、快速和降低成本。18、乳化酸的特点有那些?它依靠油对酸的包裹作用,有效地阻挡H+的扩散和运移,从而减缓酸与岩层的反应速度,实现酸的深度穿透。与普通酸液相比,乳化酸具有反应速率小、有效作用时间和距离长、腐蚀速率小的特点。19、水包油乳化压裂液和油包水乳化压裂液的特点有那几点?水包油乳化压裂液:摩阻小、流变性便于调节、易返排的优点,但对地层伤害较为严重,尤其是对水敏地层的伤害更为严重。油包水乳化压裂液:粘度高、悬砂能力强、滤失低、残渣少、成本低,其油外相不易造成粘土膨胀、运移,有利于油气层的保护。20、稠油乳化降粘开采机理是什么?若向稠油体系中加入乳化剂,可将稠油乳化分散在水中,形成水包油乳状液。由于水作了外相,粘度降低,增大了驱替速度,大12大提高采收率。21、乳化性能较好的乳化剂主要有哪些?十六烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基聚氧乙烯醚–20、辛基苯酚聚氧乙烯醚–10和聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙醚。22、提高油水分离速度方法和措施有那些?(1)增大水珠粒径的方法①添加化学破乳剂,降低乳状液的稳定性,以进一步实现破乳;②采用高压电场处理W/用电磁场对乳状液进行交变振荡破乳;③利用亲水憎油固体材料使乳状液的水珠在其表面润湿聚结。(2)增大水、油密度差的方法①向原油乳状液中掺入轻质油,降低原油的密度;②选择合适温度,使油水密度向着有利于增大密度差的方向变化;③在油气分离过程中降低压力,使原油中少量的气泡膨胀,密度降低;向水中添加无毒无害物质,加大水相密度。(3)降低原油粘度的方法①掺入低粘轻质油稀释原油;②加热以降低原油乳状液的粘度。(4)提高油水分离速度的方法采用离心机进行离心分离。1323、原油破乳剂有那几类?(1)低分子破乳剂:相对分子质量<1000,如无机酸、碱、盐;二硫化碳,四氯化碳;醇类,酚,醚类等。(2)高分子破乳剂:相对分子质量在1000~10000之间的非离子型聚氧乙烯聚氧丙烯醚。如西德的王牌产品411、4422、4433等;我国的P、3)超高相对分子质量破乳剂:通过使用具有多活泼基团的起始剂、交联剂或改变催化剂,使聚醚的相对分子质量达到数万~数百万。相对分子质量提高,脱水效果会随之提高。24、水溶性破乳剂的优点有那几点?可根据需要配制成任意浓度的水溶液,便于同含水原油混合,不需要像油溶性破乳剂那样使用昂贵的甲苯、二甲苯等溶剂稀释。25、油溶性破乳剂的特点有那几点?不会被脱出水带走,且随着原油中水的不断脱出,原油中破乳剂相对浓度逐渐提高,有利于原油含水率的继续下降。26、破乳剂的评价评价方法是什么?法):取80于100定温度下,加入100破乳剂。然后取出,手摇200次(左右手各摇100次)。恒温静置2h,记录不同时间分出水量。最后取上层净化油、用蒸馏法(或离心法)测定净化油含水。取下层脱出水,测定污水含14油量。记录间隔时间一般为:沉降开始后3、5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、1207、憎水–亲油类破乳剂的特点是什么?分子运动速度快,有利于快速凝聚,破乳剂不容易被脱出水带走,有利于进一步加速凝聚作用,净化水含油率低。28、亲水–亲油性的破乳剂的特点是什么?倾向于快速聚结,趋于液珠合并、油水分层;具有改变膜界面固体粉末的作用等。29、憎水–憎油性破乳剂的特点是什么?具有较高的表面活性,超高分子聚醚破乳剂就属于这一类,可溶于芳香烃,应用时可加少量偶合剂如己烯二醇等。30、亲水–憎油性的破乳剂的特点是什么?倾向于快速凝聚。其亲水性高,适用于O/乳状液。31、破乳剂复配使用的原则是什么?(1)对于含胶质沥青质多、密度大、粘度高的原油,应选用破乳能力强、脱水速度快、油水界面乳化层薄的破乳剂进行复配。(2)对于含石蜡多、含胶质沥青质少、密度小、较易脱水而脱水后污水较混浊的原油,应选用三段结构的能出清水的破乳剂与另一种脱水速度快,净化油质量好的破乳剂进行复配。15(3)一般说来,E、乳脱水速度快、低温性能好、净化油质量高。在三段结构的破乳剂中,用环氧乙烷含量高、亲油头小、亲油尾大的破乳剂,脱水后污水质量较好。32、阐述原油絮凝–聚结破乳机理?在热能和机械能的作用下,即在加热和搅拌下相对分子质量较大的破乳剂分散在原油乳状液中,引起细小的液珠絮凝,使分散相中的液珠集合成松散的团粒。在团粒内各细小液珠依然存在,这种絮凝过程是可逆的。随后的聚结过程是将这些松散的团粒不可逆地集合成一个大液滴,导致乳状液珠数目减少。当液滴长大到一定直径后,因油水密度差异,沉降分离。33、在低温下,非离子型原油破乳剂中环氧乙烷链段以弯曲形式掉入水相,环氧丙烷链段以多点吸附形式吸附在油水界面上。在高温下,环氧乙烷链段从水相向油水界面转移,而环氧丙烷链段则脱离界面进入油相。分子所占面积越大,则置换原吸附在油–水界面上的乳化剂分子越多,破乳效果越好。34、阐述乳状液碰撞击破界面膜破乳机理在加热和搅拌条件下,破乳剂有较多机会碰撞液珠界面膜或排替很少一部分活性物质,击破界面膜,或使界面膜的稳定性大大降低,因而发生絮凝、聚结。35、高分子破乳剂为什么破乳效率高?16(1)高分子破乳剂是油溶性,在W/较快地接触到油水界面,发挥其破乳作用。(2)低分子的表面活性剂只有一个亲油基和一个亲水基,而高分子的原油破乳剂在一个大分子中含有多个亲油基团和亲水基团,由于分子内的结构与空间位阻,更有利于油水界面膜破裂,而使水滴聚结。(3)多个亲水基团,具有束缚水的亲合能力,可将大分子附近分散的微小水滴聚结,而使乳化水分离。36、阐述乳状液中和界面膜电荷破乳机理O/使乳状液相当稳定。阳离子聚合物对O/桥联、絮凝聚结等作用,因此具有良好的破乳性能。37、阐述乳状液增溶机理使用的破乳剂一个分子或少数几个分子就可以形成胶束,这种高分子线团或胶束可增溶乳化剂分子,引起乳化原油破乳。第九章化学驱油1、一次采油是指利用油藏天然能量而进行的采油,采收率一般小于20%。一次采油可利用的天然能量有油层的弹性能量、水的位能和溶解气析出的容积能等。172、二次采油是指一次采油后,向油层注水(或气)提高油层压力而进行的采油,采收率一般小于40%。3、三次采油采用向油层 注入化学物质或引入其它能量或微生物开采原油的方法。4、提高原油采收率或强化采油特点:注入的流体改变了油藏岩石和流体性质,提高了油藏的最终采收率.5、高洗油效率类;降低原油粘度类。6、)流度控制类:聚合物驱、泡沫驱、吸入剖调整;(2)提高洗油效率类:活性水驱、微乳液驱、碱性水驱、气体混相及近混相驱;(3)降低原油粘度类:热采、注气。7、剩余油由于注入流体波及系数低,注入流体尚未波及到区域内的原油。其特点是宏观上连续分布。8、残余油在注入流体波及区域内或孔道内已扫过区域内残留的、未被流体驱走的原油。其特点是宏观上不连续分布。189、洗油效率:驱替流体波及范围内驱走的原油体积与驱替流体波及范围内总含油体积之比。10、采收率:采出原油的储量与总地质储量之比。采收率及系数*洗油效率11、油水前缘:分隔油区与油水两相区的界面称为油水前缘。粘性指进:在排驱过程中,排驱前缘不规则地呈指状穿入油区的现象。舌进:油水前缘沿高渗透层凸进的现象。流度:一种流体通过孔隙介质能力的量度。在数值上等于流体的有效渗透率除以粘度,以 表示。流度比:驱油时驱动液流度与被驱动液流度的比值,常以响采收率的因素(1)油层的非均质性:油层越不均质,采收率越低。(2)地层表面的润湿性:地层表面的润湿性可分为:水湿、油湿和中性润湿。附着功表示水从固体表面排开油滴需做的功, 当一定时,亲水表面附着功小于 ,随亲水 性的增加,附着功减少。在强亲水条件下,附着功 为零,水完全自发地将油排开,不需要做功。在亲 油条件下,情况正好相反。因此,对于亲水油层, 体系将自发增加水固界面,减少油固界面,水自发 地将油排开,提高了洗油效率,原油采收率高。19(3)流度比:水油流度比越小,采收率越高。(3)流度比:水油流度比越小,采收率越高。要减小水油流度比,可以通过减小水相渗透率和油的粘度、增加油相渗透率和水相的粘度来实 现。这些途径发展为热力采油法和聚合物驱采油法。(4)毛管数对采收率的影响毛管数越大采收率越高。增加毛管数将显著地提 高原油采收率,理想状 态下毛管数增加至10,原油采收率可达到 100%。注水开发后期, 毛管数一般在10个范围内。 增加毛管数将显著地提 高原油采收率,理想状 态下毛管数增加至10,原油采收率可达到 100%。注水开发后期, 毛管数一般在10个范围内。20
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