油田化学教学课件

油田化学教学课件本课程将系统介绍油田化学的基础理论与工程应用，旨在培养学生掌握石油工程与化学交叉领域的专业知识与技能通过理论学习与案例分析，帮助学生理解油田开发过程中的化学问题及其解决方案，为未来从事相关工作奠定基础本课件共包含50个主题，涵盖从基础理论到实际应用的全面内容，将带领大家深入了解这一充满挑战与机遇的专业领域石油工业与油田化学简介石油化工整体流程主要包括勘探、钻井、开采、集输、炼制与销售等环节，形成完整的产业链在这一过程中，化学技术贯穿始终，为石油工业提供关键支持油气田化学是研究和应用化学原理与方法解决油气勘探、开发、生产过程中各种技术问题的学科它结合了无机化学、有机化学、物理化学、胶体化学等基础理论，针对石油工业特点发展形成的专业领域石油化工产业链各环节紧密相连，化学技术在其中发挥着不可替代的作用，特别是在提高采收率、降低成本和保护环境等方面为什么学习油田化学解决工程问题油气田开发过程中的钻井、压裂、采油等环节都面临着复杂的工程问题，如井壁失稳、油层伤害、采出水处理等，这些问题大多与化学过程密切相关提高采收率通过化学方法可以显著提高油气田采收率，延长油田生产周期，创造巨大经济价值化学驱油技术能够使采收率提高10-20%解决技术难题掌握油田化学知识，能够培养综合分析和解决油田技术难题的能力，提高工程决策的科学性和有效性石油工业发展简史11859年世界上第一口商业油井在美国宾夕法尼亚州钻成21907年中国在陕西延长成功钻探出第一口油井31959年大庆油田发现，成为中国石油工业发展的重要里程41970年代碑化学驱油技术开始大规模大庆油田的发现与开发是中国石油工业发展史上的重要里程碑，推动了国内应用，提高采收率石油化学技术的快速发展，培养了大批专业人才52000年至今绿色化学技术在油田应用日益广泛，智能化技术快速发展油田化学学科体系有机与高分子化学无机与分析化学研究聚合物驱油、有机化学剂合成与应用研究油田水质分析、腐蚀机理、无机结垢等问题胶体与界面化学研究表面活性剂、乳化、破乳、微乳等界面现象环境化学与绿色化学研究环保型油田化学剂与污染控制技术流体力学与传递过程研究多相流动、物质传递与化学反应工程油田常见矿物与岩石粘土矿物的基本结构粘土矿物主要由硅氧四面体层和铝氧八面体层组成，根据层状结构的排列方式可分为1:1型和2:1型两大类这种独特的层状结构使粘土矿物具有特殊的物理化学性质油藏中的粘土矿物含量通常占5-30%，主要分布在孔隙喉道中，对油藏的渗透性、吸附性和润湿性有显著影响粘土矿物微观结构图显示了其典型的层状排列特征，这种结构决定了粘土在油藏中的特殊物理化学行为对油藏渗透率的影响对采油工艺的影响粘土矿物在遇水膨胀后可堵塞油藏孔隙，导致渗透率降低30-50%粘土矿物对化学剂有强烈吸附作用，影响化学驱油效果粘土矿物的基本类型蒙脱石高岭石伊利石2:1型层状硅酸盐，层间结合力弱，极易吸水膨1:1型层状结构，层间氢键结合牢固，吸水膨胀2:1型层状结构，层间有钾离子，结合力较强，胀，体积可增大10-15倍在水中分散形成胶体性小在油藏中较为稳定，但表面活性较高，易膨胀性介于蒙脱石和高岭石之间在油田开发中悬浮液，对油藏危害最大吸附化学剂具有一定危害性粘土矿物的识别方法常用X射线衍射XRD、红外光谱IR、差热-热重分析DTA-TG和电子显微镜SEM/TEM等技术进行粘土矿物鉴定与定量分析，为油田开发提供准确的储层参数粘土矿物的物理化学性质膨胀性粘土矿物在吸水后体积显著增大，蒙脱石的膨胀倍数最大，可达10-15倍，造成孔隙堵塞膨胀性与层间结构、交换性阳离子种类密切相关阳离子交换性粘土矿物表面带负电荷，能吸附和交换阳离子蒙脱石的阳离子交换容量CEC高达80-150meq/100g，对化学剂的消耗量大表面活性粘土矿物比表面积大蒙脱石可达800m²/g，表面能高，对水、油、表面活性剂等均有强烈吸附作用，影响油水分布工程意义了解粘土矿物性质对钻井液配方设计、储层保护和化学驱油方案优化具有重要指导意义例如，在含蒙脱石油层钻井时，需添加抑制剂如KCl防止膨胀造成井壁失稳；化学驱油前需评估粘土含量以确定化学剂用量钻井液基础知识钻井液的主要功能•携带岩屑，清洁井底•平衡地层压力，防止井喷•冷却、润滑钻头和钻具•形成泥饼，稳定井壁•悬浮固相，防止沉降钻井液在钻井过程中循环流动，携带岩屑返回地面，同时执行多种功•传递水力能量能，是保障钻井安全高效的关键因素•保护储层，减少伤害钻井液与油藏保护合理选择钻井液体系对保护油藏至关重要良好的钻井液应具有低滤失量、可降解性和低固相含量等特性，以减少对储层的伤害通过添加特殊化学剂，可以有效控制钻井液入侵深度，保护油藏原有渗透率钻井液的主要成分水基钻井液连续相为水，主要成分包括•基液淡水、海水或盐水•黏土膨润土、钠基膨润土•加重剂重晶石、铁矿粉•降滤失剂CMC、PAC•黏度调节剂黄原胶、聚丙烯酰胺•润滑剂植物油、聚醚•抑制剂KCl、胺类化合物油基钻井液连续相为油，主要成分包括•基液柴油、矿物油、合成油•乳化剂脂肪酸皂、磺酸盐•流变调节剂有机黏土•降滤失剂沥青、聚合物•加重剂重晶石•碱剂氧化钙、氢氧化钙•分散相盐水（反相乳化）钻井液的选择取决于地层条件、钻井深度、温压环境和环保要求等因素水基钻井液成本低、环保性好，但抑制性较差；油基钻井液具有优异的抑制性能和润滑性能，适用于复杂地层，但成本高、处理难度大钻井液化学改性剂抑制剂主要用于抑制地层粘土水化膨胀，稳定井壁常用抑制剂包括•无机盐类KCl、CaCl₂、NaCl等•多元醇类甘油、聚醇•胺类四甲基铵、聚胺作用机理通过离子交换、氢键形成或包裹水分子等方式抑制粘土水化絮凝剂与分散剂调节钻井液流变性和稳定性的重要添加剂•絮凝剂聚丙烯酰胺PAM、聚乙烯醇PVA•分散剂木质素磺酸盐、磷酸盐作用机理絮凝剂通过架桥作用使颗粒聚集；分散剂增加颗粒间斥力，防止聚集润滑减阻剂降低钻井摩阻，提高钻进速度•油类植物油、矿物油•表面活性剂磺基琥珀酸酯•聚合物聚醚、聚乙二醇作用机理形成润滑膜，降低摩擦系数，减少能量损耗钻井液的监测与性能评价主要监测参数•密度通过泥浆秤测定，单位g/cm³•粘度漏斗粘度s、表观粘度mPa·s•流变性塑性粘度PV、屈服值YP•滤失量API滤失mL/30min•含砂量体积百分比%•pH值反映酸碱性•电导率盐分含量指标μS/cm钻井液性能测试是保障钻井安全的重要环节，现场工程师需定期采样检测各项参数，及时调整配方以适应地层变化影响钻井效率的主要化学参数钻井液的化学稳定性直接影响钻井效率过高的粘度会降低钻速，但过低则不利于携岩；高滤失量会导致严重的井壁失稳；pH值异常会引起腐蚀或絮凝沉淀保持合适的流变性是优化钻井效率的关键，一般要求塑性粘度PV为15-25mPa·s，屈服值YP为15-25Pa水泥浆化学简介水泥浆在油井工程中的应用水泥浆是油井固井工程的关键材料，主要用于以下目的•固定套管，增强井身强度•隔离不同油气水层，防止窜流•保护套管，防止腐蚀•封堵废弃井，保护环境水泥水化反应基本机理油井水泥主要成分为硅酸三钙C₃S和硅酸二钙C₂S，水化反应如下2C₃S+6H₂O→C₃S₂H₃+3CaOH₂+热量水泥浆硬化过程经历水化、凝结、硬化三个阶段，形成坚固的水泥石，为油气井提供长期稳定的支撑和密封2C₂S+4H₂O→C₃S₂H₃+CaOH₂+热量水泥浆的性能对油井完整性至关重要，通过添加各种化学外加剂可以调控其流变性、稠化时间、强度发展和抗渗透性等关键参数，以适应不同井深、温度和压力条件水泥浆的组分与外加剂基础组分缓凝剂油井水泥G级或H级、水、减水剂G级水泥是最常用的油井水延长水泥浆稠化时间，适用于深井和高温井常用有机酸类柠檬泥，适用于中等井深约3000m，耐温可达80℃酸、酒石酸、多磷酸盐、碳酸盐等添加量一般为水泥重量的

0.1-

2.0%促凝剂加重剂加速水泥浆凝结硬化，适用于浅井和低温井常用氯化钙、硅酸提高水泥浆密度，适用于高压井段常用重晶石、赤铁矿等可钠等无机盐添加量一般为水泥重量的1-3%将水泥浆密度提高到

2.4g/cm³以上降失水剂膨胀剂减少水泥浆的滤失量，防止脱水过快常用羟乙基纤维素HEC、补偿水泥石收缩，提高密封性常用CaO、MgO、硫铝酸钙等聚乙烯醇PVA等高分子聚合物添加量一般为水泥重量的

0.5-添加量一般为水泥重量的3-10%

1.5%水泥浆稠化与凝结稠化时间的化学调控稠化时间是指水泥浆保持可泵性的时间，是固井作业的关键参数理想的稠化时间应比泵送时间长30-60分钟，以确保安全裕度影响稠化时间的主要因素•温度温度每升高10℃，稠化时间约缩短50%•压力压力增加会略微缩短稠化时间•水灰比水灰比增大，稠化时间延长•外加剂缓凝剂、促凝剂直接调控稠化时间压裂液化学体系水力压裂中的关键化学过程水力压裂是提高油气产量的重要增产措施，其核心是利用高压液体在地层中形成裂缝，并用支撑剂支撑裂缝，提高储层渗透率压裂过程中涉及的主要化学过程•胶液形成聚合物与水混合形成线性胶•交联反应交联剂与聚合物形成网状结构•携砂与支撑高粘度胶液携带支撑剂进入裂缝•破胶反应破胶剂降解聚合物，恢复低粘度•返排低粘度液体流出，留下支撑剂水力压裂施工现场，高压泵车将压裂液注入地层，形成复杂裂缝网络，提高储层渗透率数十倍至数百倍压裂液的主要类型水基压裂液泡沫压裂液酸性压裂液以水为基液，添加增稠剂、交联剂等适用于大多数常规含有30-80%气体的压裂液适用于低压储层和水敏性地含有3-15%酸如HCl的压裂液适用于碳酸盐岩储层优油气藏优点是成本低、环保；缺点是对水敏性地层可能层优点是返排效果好、伤害小；缺点是需要特殊设备和点是可溶解岩石，形成高导流能力的溶蚀通道；缺点是腐造成伤害技术蚀性强压裂液增稠剂与交联剂线性胶形成交联反应破胶降解增稠剂如胍胶与水混合，形成线性高分子溶交联剂如硼酸盐与高分子链形成交联网络，破胶剂如过硫酸盐在高温下分解产生自由液，粘度达50-100mPa·s粘度提高至500-1000mPa·s基，切断高分子链，粘度降至1-5mPa·s常用增稠剂类型与特点交联剂种类与作用机理•瓜尔胶天然多糖，耐温80℃，成本低•硼酸盐与羟基快速可逆交联，适用于中低温•羟丙基瓜尔胶HPG半合成，耐温100℃，残渣少•锆盐形成配位键，耐温高，抗剪切性好•羧甲基羟丙基瓜尔胶CMHPG耐温120℃，交联性好•钛盐交联强度高，稳定性好，适用于高温•聚丙烯酰胺HPAM全合成，耐温70℃，抗剪切性差•铝盐交联速度可控，价格低，适用范围广酸化液体系与原理酸化液主要成分主体酸盐酸7-28%、氢氟酸3-12%、甲酸10-15%、醋酸10-15%添加剂缓蚀剂

0.3-

0.5%、表面活性剂

0.1-

0.5%、铁离子稳定剂

0.2-

1.0%、缓速剂1-3%、粘土稳定剂

0.2-

2.0%酸岩反应方程式碳酸盐岩CaCO₃+2HCl→CaCl₂+H₂O+CO₂↑长石KAlSi₃O₈+HF+HCl→KCl+AlF₃+H₂SiF₆+H₂O酸化作业现场，酸液通过专用泵车注入地层，与储层岩石发生化学反应，溶解孔隙喉道中的堵塞物质，形成高导流能力的通道酸化防腐与缓蚀剂腐蚀机理缓蚀机理评价方法酸液对金属设备的腐蚀主要是电化学腐蚀，高温条件下缓蚀剂分子通过极性基团吸附在金属表面，形成保护膜，阻主要通过失重法、电化学方法等测定缓蚀率，优良缓蚀剂在90℃腐蚀速率可达10mm/d以上，严重威胁作业安全断金属与酸的直接接触，降低腐蚀速率120℃条件下缓蚀率应大于98%主要缓蚀剂类型含氮类含硫类复合型咪唑啉、季铵盐、吡啶衍生物等，适用于中低温硫脲衍生物、硫醇、硫醚等，高温性能好，适用于深井两种或多种缓蚀剂复配，具有协同效应，缓蚀效果更≤90℃，成本较低酸化≤150℃好，温度适应性广≤180℃现场应用案例在塔里木某超深井7000m，温度165℃酸化作业中，采用含硫复合缓蚀剂添加量

2.0%，酸化6小时后测定套管腐蚀速率仅为

0.2mm/d，远低于安全限值

0.5mm/d，成功保障了酸化作业安全油藏调剖堵水技术水驱开发中的问题水驱是目前应用最广泛的油田开发方式，但长期水驱后常出现注入水窜流、含水快速上升等问题，导致采收率低、成本高水窜主要原因•油藏非均质性，存在高渗透带或裂缝•水油流动性比大，水优先流动•重力分异，水沿底部快速流动油藏水窜通道示意图注入水沿高渗透带快速流动，形成优势通道，导致大量原油被包围在低渗透区域无法采出常用化学调剖堵水方法注入井调剖生产井调剖区块调剖向注入井注入调剖剂，堵塞高渗透区域，使注入水转向未波及区域，提向生产井注入选择性堵水剂，封堵高含水层段，降低含水率，提高产油大规模注入调剖剂，改善整个区块流度场，建立合理注采关系，提高采高波及系数量收率调剖剂的种类与性能线性高分子调剖剂交联型高分子调剖剂微凝胶/分散凝胶如聚丙烯酰胺PAM、黄原胶等，主要依靠吸附、挤压如PAM/铬盐、HPAM/铝盐等体系，通过高分子链间交预先制备的微米级凝胶颗粒悬浮液，具有良好的深部和稀释等机制在孔隙中起调剖作用适用于中低温联形成三维网状结构，具有较高强度和稳定性适用调剖能力和选择性适用于低渗透5-50mD油藏，调≤85℃、中低盐≤50000mg/L油藏，调剖半径一般为于高温≤120℃、高盐≤150000mg/L油藏，调剖半径剖半径可达100-300米，是目前应用前景最好的调剖剂5-15米可达20-50米之一可调控的注入性能现代调剖技术强调对调剖剂性能的精确调控，如通过调整交联剂用量控制凝胶强度，通过延缓交联剂释放速率控制凝胶时间，通过纳米材料改性提高温度稳定性等这些技术使调剖剂可以适应不同油藏条件，达到最佳的封堵或调剖效果例如，中国石油大学开发的智能调剖剂能够根据地层渗透率自动调整凝胶强度，在高渗透区形成强凝胶，在低渗透区形成弱凝胶，实现了真正的选择性封堵，大大提高了调剖效率堵水剂的原理与应用有机堵水剂无机堵水剂•树脂类环氧树脂、酚醛树脂，具有高强度、耐高温特点•水玻璃类水玻璃/无机盐、水玻璃/有机酸，低成本•水溶性聚合物聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺，成本低•水泥类微细水泥浆、膨胀水泥，强度高•有机凝胶聚丙烯酰胺/铬盐、聚乙烯醇/硼酸，适应性好•沉淀类氢氧化铝、碳酸钙、硫酸钡等沉淀物，环保•有机复合体系聚合物/表面活性剂/无机盐，协同效应好•无机凝胶硅胶、铝胶等，适合低渗透层优点强度可调、耐温性好、封堵持久性强优点成本低、环保、原料易得缺点成本较高、对地层可能有污染缺点耐温性一般、强度较差、易脱落现场选择与实施流程堵水剂的选择应综合考虑地层温度、渗透率、水质特征、含水程度等因素一般流程包括井况调查→堵水层位确定→堵水剂选择→室内评价→现场试验→优化调整→大规模推广在大庆油田高含水期调剖堵水中，复合交联聚合物凝胶体系使区块含水率平均降低

8.5个百分点，增油

15.7万吨，经济效益显著化学驱油基础三次采油的必要性常规油田通过自喷和水驱只能采出地质储量的30-40%，还有大量原油留在地下化学驱油作为三次采油的重要方法，可以进一步提高采收率10-20个百分点，对提高国家能源安全具有重要意义化学驱油提高采收率原理•降低界面张力，减小毛细管力，提高微观驱油效率•增加驱替相粘度，降低流度比，提高宏观波及效率•改变岩石润湿性，使原油更易从岩石表面脱附•形成原位乳状液，提高流动阻力，改善流度场化学驱油微观可视化模型实验，显示了表面活性剂如何降低界面张力，使残余油滴变形、分散，并最终被携带流动常用化学驱方案•聚合物驱P提高驱替相粘度•表面活性剂驱S降低界面张力•碱驱A形成原位表面活性剂•三元复合驱ASP协同作用•二元复合驱SP,AP简化方案•泡沫驱提高气体稳定性聚合物驱应用实践典型油田聚合物驱案例大庆油田聚合物驱注入站，这里每天制备大量聚合物溶液注入地层，是世界上最大规模的聚合物驱项目之一主要技术参数•聚合物浓度1000-2500mg/L•注入规模

0.15-

0.30PV•注入速度

0.15-

0.25PV/年•分子量1200-2500万道尔顿•投资回收期2-4年大庆油田萨尔图油田自1996年开始大规模聚合物驱，截至2020年，累计增产原油超过3000万吨，采收率提高12个百分点，成为世界上最成功的聚合物驱项目胜利油田孤东油田聚合物驱项目创新采用了高浓度、小规模注入方式，使投资回收期缩短至2年，经济效益显著提升表面活性剂驱油原理界面张力降低机理残余油主要以两种形式存在•毛细管束缚油被毛细管力束缚在小孔喉中•膜状吸附油吸附在岩石表面形成薄膜表面活性剂分子含有亲水和亲油基团，能够吸附在油水界面，显著降低界面张力，当界面张力降至超低10⁻³mN/m时，毛细管数增大，油滴可以变形并通过狭窄孔喉，实现残余油的动用表面活性剂降低油水界面张力的微观可视化实验，当界面张力降低到足够低时，原本圆形的油滴开始变形并最终分散成微小液滴残余油动用与迁移形成微乳化相毛细管力减小，残余油变形穿过孔喉，被水流携带表面活性剂分子排列于油水界面在适当条件下形成微乳化相，界面张力达到超低值10⁻³mN/m亲水基团朝向水相，亲油基团朝向油相，降低界面自由能碱表聚三元复合驱--三元复合驱的协同作用碱A降低表面活性剂用量，与原油中天然酸反应生成原位表面活性剂，减少表面活性剂损失表面活性剂S降低油水界面张力至超低值，提高微观驱油效率碱-表-聚三元复合驱现场注入站，复杂的工艺流程需要精确控制多种化学剂的配比和注入顺序聚合物P增加驱替相粘度，提高宏观波及效率，维持良好的流动性控制典型现场实施案例大庆油田西二区ASP三元复合驱项目始于2008年，覆盖面积

4.5km²，含油饱和度

48.3%采用

0.5%NaOH+

0.3%表面活性剂+

0.2%聚合物的配方，注入规模

0.3PV截至2020年，项目区块采收率提高了20个百分点，远高于常规水驱和聚合物驱，验证了三元复合驱的高效性但同时也面临着成本高、结垢严重等问题，目前正在开发二元复合驱SP驱技术以降低成本油水井的化学改造技术原油降黏技术解堵技术调剖堵水技术通过注入降黏剂如芳烃溶剂、降黏催化剂降低重质原油粘度，提通过注入化学解堵剂如有机溶剂、酸液、分散剂溶解或分散近井向生产井注入选择性堵水剂如膨胀颗粒、凝胶、树脂，封堵高含高流动性典型降黏效果可使原油粘度降低30-90%，显著提高产地带沥青质、蜡质沉积和无机垢，恢复渗流能力解堵后产能可恢水层，降低含水率适用于含水率超过80%的高含水井，可降低含量适用于粘度大于50mPa·s的稠油油田复至初始产能的70-90%水率10-30个百分点改造剂配方及注入流程油井化学改造通常采用分段注入工艺

1.前置液清洗井筒和近井地带，常用有机溶剂或表面活性剂溶液2-5m³

2.主液核心处理液，如降黏剂、解堵剂或堵水剂5-20m³

3.顶替液将主液推入目标层位，常用石油类溶剂1-3m³

4.关井使化学剂充分反应12-48小时

5.洗井清除反应产物，恢复生产油井化学改造作业现场，通过特制的作业车将化学剂精准注入目标层位，提高油井产能每次作业成本在5-20万元，但产出效益可达50-200万元原油乳化与破乳乳化原因分析油水乳化是指一种液体以微小液滴形式分散在另一种不相溶液体中形成的分散体系，主要分为W/O型水包油和O/W型油包水乳化形成的主要原因•机械剪切力泵、阀门、管道弯头等设备产生的剪切力•天然乳化剂原油中的沥青质、树脂、有机酸等极性组分•固体颗粒岩屑、粘土、铁锈等固体颗粒的稳定作用•电场作用油水界面双电层的排斥作用原油乳状液的显微照片，可以看到水滴或油滴均匀分散在连续相中，形成稳定的乳状液结构乳化会导致油水分离困难、设备腐蚀加剧、能耗增加等问题破乳剂种类及应用非离子型破乳剂如聚氧乙烯醚、聚醚类，HLB值4-6，适用于中低温≤80℃、低含盐原油乳状液阳离子型破乳剂如季铵盐类，适用于酸性原油体系，对含有阴离子表面活性剂的乳状液效果好原油起泡与消泡起泡原因分析原油生产过程中的起泡现象主要发生在采出液脱气、分离、脱水等环节，严重影响油水分离效率和设备运行起泡的主要原因•天然表面活性物质原油中的沥青质、树脂等•注入的化学剂驱油剂、破乳剂、防腐剂等•固体颗粒微细固体颗粒在气液界面的稳定作用•气体剧烈释放溶解气在压力骤降时快速析出油田分离器中的原油起泡现象，大量泡沫占据了设备空间，降低了处理能力，同时也会造成油品损失和环境污染消泡剂的选择和投加方式有机硅类消泡剂醇类消泡剂复合型消泡剂如聚二甲基硅氧烷，消泡能力强，适用于高温≤150℃、强酸碱条如辛醇、壬醇等高级醇，成本低，易降解，适用于低温条件有机硅与其他组分复配，兼具高效性和经济性，适应性广，是目前件，但成本较高，用量为5-20mg/L≤60℃，用量为50-200mg/L应用最多的消泡剂，用量为10-50mg/L消泡剂一般采用连续投加方式，在泡沫产生前加入效果最佳投加点应选择在泵前、分离器入口或易产生泡沫的设备前端在胜利油田采出液处理站，采用自动投加系统根据泡沫量实时调整消泡剂用量，既保证了消泡效果，又节约了药剂成本，每年节约费用超过100万元天然气田化学品应用天然气脱水天然气脱硫天然气除氧使用甘醇MEG、DEG、TEG或分子筛吸附剂去除天然气中的水分，使用胺类溶液MEA、DEA、MDEA或铁螯合物去除H₂S和CO₂等使用亚硫酸盐、联氨或有机硫化物等化学除氧剂去除微量氧气，防防止水合物形成和腐蚀三乙二醇TEG是最常用的脱水剂，脱水效酸性气体，防止管道腐蚀和满足环保要求甲基二乙醇胺MDEA具止设备腐蚀亚硫酸钠是最常用的除氧剂，反应迅速，成本低，但率可达99%，操作温度为20-120℃有选择性脱除H₂S的特点，能耗低，目前应用最广产物会增加废水处理负担天然气处理厂化学工艺简介天然气处理厂采用一系列化学工艺处理原料气，包括

1.初级分离去除液态烃和固体杂质

2.酸气去除用胺液吸收CO₂和H₂S

3.脱水用甘醇或分子筛脱除水分

4.深冷分离分离天然气中的重烃组分

5.硫磺回收将H₂S转化为硫磺天然气处理厂的核心化学工艺设备，包括胺吸收塔、甘醇再生系统等，这些设备依靠化学品的循环使用实现天然气的净化油田污水处理与回用油田污水的主要特点油田采出水是石油开采过程中伴随原油一起采出的水，其特点包括•含油量高100-5000mg/L•盐度高矿化度可达200000mg/L•悬浮物多100-1000mg/L•细菌含量高SRB可达10⁴-10⁶个/mL•化学需氧量COD高200-5000mg/L现代化的油田污水处理厂，采用物理、化学和生物处理相结合的工艺，处理后的水可回注油层或达标排放常用化学药剂絮凝剂破乳剂杀菌剂聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铁PFS等无机絮凝剂，投加量非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或复合型破乳剂，投戊二醛、季铵盐、异噻唑啉酮等，投加量为10-50mg/L作为30-100mg/L；聚丙烯酰胺PAM等有机絮凝剂，投加量为加量为5-30mg/L作用是破坏油水乳状液，促进油水分离用是控制细菌生长，防止生物黏泥形成和微生物腐蚀1-5mg/L作用是聚集细小悬浮物，促进固液分离污水深度处理技术包括高级氧化、膜分离和生物处理等，可将污水处理至回注或排放标准在胜利油田，采用气浮+过滤+超滤+反渗透的工艺，每年处理污水5000万立方米，回用率达95%，有效缓解了水资源短缺问题油田作业的腐蚀与防护腐蚀原理与类型油田腐蚀是指金属材料在油田环境中发生的电化学或化学反应，导致材料性能退化的过程主要腐蚀类型•均匀腐蚀金属表面均匀减薄•点蚀局部形成腐蚀坑•应力腐蚀开裂应力与腐蚀环境共同作用导致开裂•氢脆氢原子渗入金属晶格引起脆化•微生物腐蚀微生物代谢产物导致的腐蚀油田管道内部腐蚀实例，可以看到明显的点蚀和沟蚀痕迹油田腐蚀每年造成的直接经济损失超过100亿元，间接损失更高主要防腐蚀剂及应用膜型缓蚀剂阴极保护剂如咪唑啉、季铵盐类，在金属表面形成保护膜投加量为10-50mg/L，缓蚀率可达90%以上，适用于流体流速≤5m/s的工况如磷酸盐、钼酸盐等，形成钝化膜抑制阴极反应投加量为50-200mg/L，适用于中性或弱碱性环境，与阳极型缓蚀剂协同效果好油田细菌及控制硫酸盐还原菌SRB危害SRB是一类厌氧菌，能将硫酸盐还原为硫化氢，是油田最主要的有害微生物主要危害•微生物腐蚀产生H₂S腐蚀金属设备•硫化氢中毒威胁人员安全•堵塞油层菌体和生物黏泥堵塞孔隙•原油品质下降生物降解原油组分•环境污染增加污水处理难度SRB腐蚀机理阳极反应Fe→Fe²⁺+2e⁻阴极反应SO₄²⁻+8H⁺+8e⁻→S²⁻+4H₂O沉淀反应Fe²⁺+S²⁻→FeS↓油田生产中结垢问题常见结垢类型及成因45%碳酸钙垢由水中Ca²⁺与CO₃²⁻结合形成，pH值升高、温度升高或压力降低时易生成30%硫酸盐垢主要是硫酸钡BaSO₄、硫酸锶SrSO₄垢，由注入水与地层水不相容引起15%油井管柱内的结垢剖面图，可以看到厚重的垢层严重阻碍了原油流动结垢会导致油井产能下降50-90%，缩短设备使用寿命，增加能耗硫化物垢主要是硫化铁FeS垢，由SRB产生的H₂S与Fe²⁺反应形成表面活性剂详细介绍结构类型及界面活性理论表面活性剂是一类分子结构中同时含有亲水基团和亲油基团的两亲分子，能够吸附在界面上，显著降低界面张力按离子性分类•阴离子型如磺酸盐、羧酸盐，负电荷亲水基•阳离子型如季铵盐，正电荷亲水基•非离子型如聚氧乙烯醚，无电荷亲水基•两性离子型如甜菜碱，同时含正负电荷HLB值亲水亲油平衡值是表征表面活性剂性能的重要参数•HLB3-6适合W/O型乳化剂•HLB7-9适合润湿剂和铺展剂•HLB8-18适合O/W型乳化剂•HLB13-15适合洗涤剂•HLB15-18适合增溶剂表面活性剂分子在油水界面的排列示意图，亲水基团朝向水相，亲油基团朝向油相，降低了界面自由能，稳定了界面工程配伍性要求在油田应用中，表面活性剂需满足以下配伍性要求耐温性耐盐性耐受油藏温度通常要求≥90℃，避免热降解在高矿化度条件下≤200000mg/L保持活性，不析出聚合物在油田的应用高分子材料分类与流变性能油田用聚合物主要包括•聚丙烯酰胺PAM及其衍生物•部分水解聚丙烯酰胺HPAM最常用驱油聚合物•疏水缔合聚丙烯酰胺增稠能力强•抗盐聚丙烯酰胺耐高矿化度聚合物溶液流变性测试实验，通过测量不同剪切速率下的粘度变化，评价聚合物的增稠性能和抗剪切性能•生物聚合物主要流变参数•黄原胶耐盐性好，抗剪切•瓜尔胶成本低，应用广泛•表观粘度一定剪切速率下的粘度值•纤维素衍生物如CMC、HEC等•极限粘度分子量大小的指标•剪切变稀粘度随剪切速率增加而下降•屈服应力开始流动所需的最小应力•粘弹性同时具有粘性和弹性的特性聚合物注入及调控过滤与调配聚合物溶解去除不溶物，调整浓度1000-2500mg/L和粘度30-70mPa·s使用专用溶解设备，控制剪切速率，避免机械降解效果监测注入控制监测产出液中聚合物浓度、含水率变化和采收率提高情况控制注入压力≤破裂压力和流量

0.1-

0.3PV/年典型油田化学剂的制备工艺原料预处理化学反应精制、纯化、干燥，确保反应原料达到要求纯度聚合、缩合、酯化、烷基化等反应，在特定温度、压力、催化剂条件下进行分离纯化配方调整蒸馏、萃取、结晶等方法分离目标产物，提高纯度添加助剂、稳定剂、溶剂等，优化性能，提高稳定性常见化学剂合成路线聚丙烯酰胺PAM制备工艺丙烯→丙烯腈→丙烯酰胺→聚合→部分水解→干燥→成品表面活性剂ABS制备工艺苯→烷基苯→磺化→中和→精制→成品缓蚀剂咪唑啉制备工艺脂肪酸→酰胺化→环化→季铵化→成品油田化学剂结构与性能检测GC/MS分析红外光谱分析凝胶渗透色谱GPC气相色谱-质谱联用技术，用于有机小分子的定性定量分析可分析表面活性剂、缓蚀利用分子中化学键对红外光的吸收特性进行结构分析可快速鉴定化学剂中的官能团类基于分子尺寸差异的分离技术，用于测定聚合物的分子量及其分布可分析聚丙烯酰胺、剂、破乳剂等有机化学剂的组成和含量，检出限可达ppb级型，如羟基、羧基、氨基等，适用于大多数有机化学剂的结构确认纤维素衍生物等高分子化学剂的分子量特征，是评价聚合物质量的关键方法性能评价指标与标准不同类型化学剂的关键性能指标•聚合物粘度mPa·s、抗盐性%、抗温性℃、滤失性•表面活性剂界面张力mN/m、临界胶束浓度mg/L、乳化性、耐盐性•缓蚀剂缓蚀率%、临界保护浓度mg/L、持效期天•破乳剂破乳效率%、用量mg/L、分离时间min•阻垢剂阻垢率%、最低有效浓度mg/L、耐温性℃油田化学剂的现场管理投加方案与操作规范油田化学剂现场应用的一般流程

1.前期调研了解井况、油水性质、生产问题

2.方案设计选择合适的化学剂种类、浓度和用量

3.室内评价模拟现场条件进行实验室评价

4.小规模试验选择1-3口代表性井进行试验

5.方案优化根据试验结果调整优化方案

6.规模应用在区块或油田范围内推广应用

7.效果评价定期评估应用效果，持续优化油田化学剂现场注入设备，包括储存罐、计量泵、混合器和控制系统等，可实现化学剂的精确添加和自动控制现场监控案例介绍智能加药系统示踪监测技术在线监测系统胜利油田开发的智能加药系统，采用物联网和人工智能技术，根据实时监测长庆油田应用化学示踪技术监测聚合物驱过程通过在聚合物溶液中添加特大庆油田建立了油田化学剂在线监测系统，通过传感器实时监测化学剂浓的水质、垢样和腐蚀数据，自动调整化学剂的种类和用量系统投入使用定示踪剂，结合定期采样分析，掌握聚合物在地层中的运移规律和分布特度、粘度、pH值等参数，结合数据分析平台，实现了化学剂应用的实时监控后，化学剂使用效率提高30%，年节约成本500万元征，为驱油效果评价和方案优化提供科学依据和预警，保障了注入质量油田化学的安全与环保主要环境风险与应对措施油田化学剂的环境风险主要包括•水体污染部分化学剂生物降解性差，可能造成水体污染•土壤污染泄漏或废弃物处置不当导致土壤污染•大气污染挥发性有机物释放造成空气污染•生态毒性对水生生物产生急性或慢性毒性主要应对措施•绿色化学剂开发研发低毒、易降解的环保型化学剂•封闭循环系统减少化学剂泄漏和排放•废液回收处理对废弃化学剂进行专业处理•环境监测定期监测环境中化学剂浓度现代化的油田化学剂环保处理设施，采用物理、化学和生物技术相结合的方法，对废弃化学剂进行无害化处理，保护环境安全操作规范剖析个人防护储存运输操作人员必须佩戴防护眼镜、防护手套、防护服等，避免皮肤和眼睛接触化学剂高毒性化学剂操作时还需佩戴呼吸防护设化学剂应存放在阴凉、干燥、通风处，远离火源和不相容物质运输车辆应有危险品标识，配备应急处理设备备泄漏处理应急预案中国油田化学领域发展历程1起步阶段1950-1970以引进吸收为主，开始研制钻井液、水泥浆等基础油田化学剂1965年大庆油田成功研制出第一代聚合物驱油剂，标志着中国油田化学技术的起步2发展阶段1970-1990自主研发能力增强，成功开发了一系列适合中国油田特点的化学剂1975年胜利油田成功实施聚合物驱油工业试验，1984年大庆油田开始大规模聚合物驱3成熟阶段1990-2010技术水平大幅提升，部分领域达到国际先进水平1994年大庆油田开始三元复合驱油工业试验，2006年中国石化成功研发新型抗高温高盐聚合物4创新阶段2010至今绿色环保、智能化成为发展方向，部分领域实现引领2015年中国石油成功研发新一代生物基表面活性剂，2020年智能调剖技术实现工业化应用国内外技术差异分析中国油田化学技术在聚合物驱、三元复合驱等领域已达到世界领先水平，但在分子设计、环保型化学剂和数字化智能化应用等方面与国际先进水平还有差距国外技术注重基础研究和精细化，而中国技术更注重工程应用和规模化未来发展应加强基础研究，提高化学剂性能，降低成本，减少环境影响油田化学科研前沿概览绿色化学剂开发基于生物质原料如木质素、纤维素、壳聚糖合成的新型油田化学剂，具有低毒、易降解、可再生等特点如生物基表面活性剂能在保持性能的同时，生物降解率达到90%以上，大大减少环境影响纳米材料应用将纳米材料如纳米SiO₂、纳米Fe₃O₄、碳纳米管用于油田化学，可显著提高化学剂的性能如纳米聚合物微球可实现深部调剖，调剖半径可达传统调剖剂的2-3倍；纳米流体能显著提高采收率智能化应用将人工智能、大数据、物联网等技术与油田化学结合，实现智能配方设计、精准投加和效果预测如基于机器学习的化学剂配方优化系统，可将研发周期缩短50%，成功率提高30%智能响应材料对温度、pH值、盐度等外界刺激能产生特定响应的功能材料，实现按需释放和定向作用如温度敏感聚合物在低温下溶解度高便于注入，高温下粘度增加提高波及效率数字化趋势数字化技术正深刻改变油田化学研究和应用方式分子模拟技术可在计算机上预测化学剂性能，减少实验工作量；数字孪生技术可构建油藏化学过程的虚拟模型，优化注入参数；人工智能技术可分析海量数据，发现新规律和新知识这些技术将使油田化学研究更加高效、精准，应用更加智能、经济国际先进油田化学技术代表性技术简述热适应性聚合物Shell公司耐温可达150℃，在高温油藏中仍保持良好粘度和稳定性，延长了聚合物驱油的应用范围该技术采用特殊的分子设计和保护基团，抵抗高温降解粘弹性表面活性剂Schlumberger公司兼具表面活性和粘弹性，可同时降低界面张力和提高驱替相粘度，简化了化学驱配方在低浓度

0.3%下即可形成自组装网络结构智能纳米胶囊Baker Hughes公司将活性成分封装在纳米胶囊中，可在特定条件下pH值、温度、压力控制释放，实现长效、靶向作用适用于缓蚀剂、杀菌剂等需要持久作用的场合国际石油技术展览会上展示的先进油田化学技术，这些技术代表了当前行业的发展方向和水平标志性企业与最新进展BASF德国SNF法国Nalco Champion美国全球最大的化学品供应商之一，其EOR产品线包含各类高性能聚全球最大的聚丙烯酰胺生产商，其FLOPAAM系列产品广泛应用油田化学服务领导者，提供全面的油田化学解决方案最新进合物和表面活性剂最新进展开发出基于可再生原料的绿色于全球油田最新进展研发出分子量达3000万的超高分子量展开发出基于人工智能的油田化学剂投加优化系统，可将化表面活性剂，生物降解率95%聚合物，显著提高了驱油效率学剂使用效率提高40%案例长庆油田三级采收率化学驱现场应用流程前期评价通过室内实验和数值模拟，评估油藏适应性，确定最佳化学剂配方和注入参数单井试验选择3口代表性井进行小规模试验，验证配方效果，积累现场经验区块推广扩大至25口井组成的试验区块，建立完整注采体系，优化工艺参数规模应用在整个油田区块实施，建设专用化学驱注入站，实现规模化效益长庆油田化学驱油注入站，配备了先进的聚合物溶解设备、精确计量系统和自动控制装置，确保化学剂高质量注入效果评估与经验总结采收率提高相比常规水驱提高了

15.8个百分点

15.8%案例海上油田污水回注化学处理加药与监测流程污水收集平台生产污水集中收集，初步测量含油量、悬浮物、细菌含量等指标化学处理根据水质特点添加破乳剂15mg/L、絮凝剂3mg/L、杀菌剂20mg/L等过滤分离通过多级分离设备去除油滴和悬浮物，控制固含量≤5mg/L回注油层处理合格的水通过高压泵注入地层，同时监测注入指标海上平台污水处理系统，空间紧凑、高度集成，采用自动化控制，保证处理效果的同时节省宝贵的平台空间环保达标分析95%99%

99.9%含油去除率悬浮物去除率细菌杀灭率处理后含油量从2000mg/L降至20mg/L以下，达到回注标准悬浮物含量从500mg/L降至5mg/L以下，有效保护注入层SRB数量从10⁶个/mL降至10²个/mL以下，防止微生物堵塞该案例成功解决了海上平台污水处理难题，实现了零排放环保目标通过优化化学剂配方和加药流程，处理后的水质完全满足回注要求，且设备占地面积比传统工艺减少40%，特别适合空间有限的海上平台目前该技术已在南海20多个平台成功应用，年处理污水超过500万立方米，创造经济效益2亿元以上案例油田压裂与酸化过程的异常治理问题分析与化学解决思路某油田在压裂酸化作业中遇到的主要问题•压裂液黏度异常在高温120℃条件下胶液黏度快速下降，携砂能力不足•酸液腐蚀严重在高温高压条件下，酸液对设备腐蚀速率高达5mm/d•返排流体乳化酸化后的返排液严重乳化，难以处理化学解决思路

1.开发耐高温交联体系采用锆-硼复合交联剂，提高胶液热稳定性

2.复配高效缓蚀剂使用含硫缓蚀剂与咪唑啉复配，增强高温缓蚀效果

3.添加特殊破乳剂在酸液中预加入适配的破乳剂，防止返排乳化现场酸化压裂作业设备，通过特殊改装的加药系统精确添加各类化学剂，有效解决了高温油藏的施工难题实施效果展示倍4h+

0.3mm/d

2.5胶液稳定时间腐蚀速率产能提升改进后的压裂液在120℃下维持高黏度400mPa·s时间超过4小时，满足压裂复合缓蚀剂将酸液腐蚀速率从5mm/d降至

0.3mm/d，远低于安全标准改进后的酸化压裂工艺使井口产能提升

2.5倍，远高于常规工艺

1.5倍施工需求

0.5mm/d该案例通过精准分析问题成因，有针对性地开发化学解决方案，成功解决了高温油藏压裂酸化的技术难题特别是开发的锆-硼复合交联体系，打破了国外技术垄断，填补了国内空白，目前已在50多口高温井成功应用，技术推广价值显著油田化学工程问题分析思路问题表征1收集现场数据，明确问题现象与特点原因分析2分析物理、化学、生物等可能原因，确定主要因素机理研究3深入探究问题发生的本质机理和内在规律方案设计4基于机理研究，提出多种可能的解决方案实验验证5通过室内实验和现场试验验证方案有效性问题归因原则多因素考虑实证分析系统思维油田问题通常是多种因素综合作用的结果，需全面分析各种可能因素，坚持数据说话，通过现场采样检测、实验室分析、模拟试验等方法获将单个问题放在整个生产系统中考虑，分析上下游环节的关联性和相互如物理因素温度、压力、流速、化学因素pH值、盐度、离子种类、取客观数据，基于科学数据进行分析判断例如，腐蚀问题分析需测定影响如污水处理问题可能源于采油工艺的变化，需要从系统角度寻找生物因素微生物种类、数量等，避免片面归因腐蚀速率、腐蚀产物组成、介质特性等关键参数最优解决方案化学方法解决流程针对确定的问题原因，遵循筛选-优化-应用-评价的流程开发化学解决方案首先基于机理筛选可能有效的化学剂类型，然后通过正交试验等方法优化配方，再进行小规模现场试验验证效果，最后总结经验推广应用整个过程需坚持安全环保、经济可行、技术先进的原则未来油田化学工程师能力要求工程知识复合未来油田化学工程师需要具备跨学科知识体系未来油田化学工程师将同时运用实验室分析、数字模拟和现场应用等多种手段解决复杂问题，要求具备综合能力和创新思维4化学基础无机化学、有机化学、物理化学、胶体化学、高分子化学等石油工程油藏工程、钻井工程、采油工程、油田开发等专业知识数字技能课程知识点回顾与测试重点知识总结基础理论油田化学涉及无机化学、有机化学、物理化学、胶体化学、高分子化学等多个学科，是解决油气田开发问题的理论基础应用技术钻井液、水泥浆、压裂液、酸化液、采出液处理等技术是油田化学的主要应用领域，每个领域都有特定的化学剂体系和应用方法提高采收率聚合物驱、表面活性剂驱、三元复合驱等化学驱油技术是提高油田采收率的重要手段，可以增加采收率10-20个百分点环境与安全油田化学需注重环保与安全，发展绿色化学剂，建立健全安全操作规范，实现可持续发展结束语与展望油田化学助力国家能源战略油田化学作为石油工业的关键支撑技术，在提高油气采收率、延长油田生产周期、降低开发成本等方面发挥着不可替代的作用随着我国能源需求持续增长，油田化学技术将在国家能源安全战略中承担更重要的责任未来油田化学发展方向•绿色环保开发无毒、低毒、易降解的环保型化学剂•智能化将人工智能、大数据等技术与油田化学融合•高效经济提高化学剂效能，降低成本，提升经济性•国产自主突破关键技术瓶颈，实现核心技术自主可控未来智能油田化学技术将实现全流程数字化管理，从分子设计、性能评价到现场应用、效果监测形成闭环优化系统，显著提高技术水平和应用效果鼓励创新与终身学习创新意识终身学习团队协作面对复杂多变的油田开发挑战，需要保持创新思维，敢于突破传统，寻求新方油田化学是一个不断发展的领域，知识更新速度快，需要养成终身学习的习复杂问题的解决需要多学科、多专业的团队协作，学会与地质、钻井、采油等法、新技术、新材料，推动技术进步和行业发展惯，持续跟踪前沿动态，不断更新知识结构和技能体系不同专业人员有效沟通与合作，共同攻克技术难题。