《油田化学》复习题及答案.docx

《油田化学》复习题及答案.docx

《《油田化学》复习题及答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《油田化学》复习题及答案.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

《油田化学》复习题及答案

一、名词解释。

1.铝氧八面体：

一个铝原子与六个氧原子构成的铝原子在中间,氧原子在六个顶点的八面体结构。

2.晶格取代：

晶格中发生离子取代而晶体结构不变。

3.速凝剂：

缩短水泥浆凝固时间，加速硬化过程，可以缩短开钻时间，减少失水，防止气窜。

4.表面活性剂：

少量存在就能降低水的表面张力的物质称为表面活性剂。

5.乳状液：

一种液体以细小液滴分散在另外一种互不相溶的液体中所形成的分散体系，称为乳状液。

6.稠油：

指在油层温度下脱气原油的粘度超过100MPa.S原油。

7.双液法调剖：

向油层注入由隔离液隔开的两种可相互发生反应的液体，当将这两种液体向油层内部推至一定距离，隔离液将变薄至不起隔离作用，而这两种液体就可发生反应，产生封堵地层的物质。

8.取代度：

指在纤维素分子每个链节上有三个羟基，羟基上的氢被取代而生成醚的个数。

也称作醚化度。

9.冻胶：

就是高聚物分子在外界条件作用下相互联结而成的空间网状结构，在网状结构的孔隙中填满了液体。

10.油井结蜡：

在采油过程中，由于地层温度压力降低以及轻质烷烃的逸出，溶解在原油中的石蜡会以晶体的形式析出，并依附在油管壁、套管壁、抽油泵以及其它采油设备上，形成蜡沉积物。

11.临界胶束浓度：

表面活性剂形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

12.注水井调剖：

在注水井注入化学剂、降低高渗透层段的吸水量，从而相应提高注水压力，达到提高中、低渗透层段吸水量，改善注水井吸水剖面，提高注入水体积波及系数，改善水驱状况的方法。

13.聚合度：

聚合物分子所含单体单元的数目称为聚合度。

14.单体：

合成高分子的原料称单体。

15.表面活性剂HLB值：

表面活性剂的亲水能力与亲油能力的平衡关系值，是一个相对的数值，HLB值越小，亲油性越强；HLB值越大，亲水性越强。

16.稠环芳香烃：

有两个或两个以上的苯环分别共用两个相邻的碳原子而成的芳香烃。

17.交联剂：

能使线型高分子化合物产生交联的物质叫交联剂。

18.单液法：

指向油层注入一种液体，这种液体所带的物质或随后变成的物质可封堵高渗

19.透层或大孔道称为单液法。

20.界面：

相与相之间的接触面。

21.波及系数：

驱油剂波及到的油层体积与整个油层体积之比。

22.渗透水化：

由于浓度差引起的远程的粘土与水之间的作用。

24.相：

是指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。

25.流度：

是流体流过孔隙介质能力的量度。

它的数值等于孔隙介质的有效渗透率与流体粘度的比值。

26.晶层：

由于单元晶格的大小相近似，四面体片和八面体片很容易沿C轴迭合而成为同一的结构层，这样的结构层称为单元结构层，简称晶层。

27.吸附：

物质在两相界面上自动浓集（界面浓度大于体液浓度）的现象，称为吸附。

28.堵漏剂：

防止钻井液漏失进入地层，果木壳、云母、矿渣、DF-1（单向压力封闭剂）。

29.润滑剂：

lubricant：

减少钻具与井壁的摩擦阻力，降低扭矩，减少磨损和提高有效马力，减少卡钻风险。

动植物油改性。

二、判断正误题。

正确的用（T）表示，错误的用（F）表示。

1．粘土颗粒分散度越高，CEC值（阳离子交换容量）越大。

（T）

2．水泥浆转化为水泥石需经过水化、凝结和硬化三个过程。

（T）

3．CMC（羧甲基纤维素钠盐）可作水泥的降失水剂和促凝剂。

（F）

4．用Mw/Mn可表示聚合物的多分散性。

（T）

5．酸化时用盐酸是为了溶解粘土矿物。

（F）

6．调剖和堵水的都可以解决油井出水问题。

（T）

7．酸化时酸化过渡会引起油井出砂。

（T）

8．单液法和双液法堵水的工艺不同。

（T）

9．离子交换吸附反应是同号离子之间相互交换。

（T）

10.表面活性剂分子中同时存在易溶于水的亲水基和易溶于油的亲油基。

（T）

11．高岭石的基本结构层是由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片结合而成，属于1：

1层型粘土矿物。

（T）

12．乙醇、乙酸能使表面张力降低，所以可以做为表面活性剂使用。

（F）

13．稠油是指在油层温度下脱气原油的粘度超过1000mPa·ｓ的原油。

（F）

14．水溶性表面活性剂是通过改变结蜡表面的性质而起防蜡作用的。

（T）

15．油溶性表面活性剂主要是改变蜡晶表面性质而起防蜡作用。

（T）

16．平均分子量和分子量分布是控制高聚物性能的重要指标。

（T）

17．膨润土的主要成分是蒙脱石，因此膨润土也曾被定义为含有不少于85%蒙脱石的细颗粒粘土矿物。

（T）

18．分散性降粘剂主要是高价阴离子，以天然聚合物改性产品为主，主要有丹宁类、木质素磺酸盐类等。

（T）

19．常用的油井水泥缓凝剂有木质素磺酸钙（D13,150OC,0.1-1.5%），CMHEC,高浓度的NaCl（可至饱和），纤维素（D8,0.05-0.5%），羟基有机酸（D30,0.2%）（T）

20.对于HPAM，絮凝最佳的PH值是在7—8范围。

（T）

21.粘土表面的负电荷完全是由晶格取代产生的。

（F）

22.钻井液降滤失剂主要是用来维持钻井液稳定性的。

（F）

23.LS（木质素磺酸盐）可作水泥的分散剂和缓凝剂。

（T）

24.HLB值是选择表面活性剂的唯一依据。

（F）

25.酸化时用氢氟酸是为了溶解粘土矿物。

（T）

26.阳离子表面活性剂主要用作洗涤剂。

（F）

27.沉淀法和HPAM选择性堵水都是通过化学反应堵塞水层起到堵水作用的。

（F）

28.无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。

（T）

3、填空题。

1、降滤失剂主要包括褐煤、CMC、沥青。

2、粘土表面所带的电荷分为正电荷、可变负电荷、永久负电荷。

3、表面活性剂分子的亲油基碳链越长，相外吸引力越大，净吸引力越小，溶液表面张力下降得越多。

4、常用的平均分子量的表示方式有：

数均分子量、重均分子量、Z均分子量、粘均分子量。

5、油井水泥主要含有的几种矿物是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。

6、烧碱主要用于调节钻井液的PH值，或者与丹宁、褐煤等酸性处理剂一起配合使用，使其有效成分溶解发挥作用。

7、木质素磺酸钠的主要作用是防止水泥过快凝结，延长水泥浆稠化时间。

8、粘土颗粒的几种连接方式是面—面,边—面,边—边连接。

9、粘土矿物的基本构造单元是硅氧四面体、硅氧四面体片。

10、最常见的三种粘土矿物分别为高岭石、伊利石、蒙脱石。

11、水泥浆转化为水泥石需经过水化、凝结和硬化三个过程。

12、在相同浓度下，无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。

13、粘土矿物的基本构造单元是硅氧四面体、硅氧四面体片。

14、按钻井液材料的化学性质和组成分类，钻井液可分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂、表面活性剂。

15、表面活性剂形成胶束的最高浓度称为临界胶束浓度。

16、通常将钻井液滤失量可分为三种类型，分别为瞬时滤失量、静态滤失量、动态滤失量。

17、注水井调剖法通常分为两种：

单液法、双液法。

18、HLB代表亲水亲油能力的平衡关系，HLB是一个相对值。

通常将亲油性强的油酸的HLB值规定为1，而将亲水性强的油酸钠的HLB值规定为18。

19、硅酸钠俗名水玻璃、泡花碱，分子式为Na2O.nSiO2，n称为水玻璃的模数。

n值在3以上的称为中性水玻璃。

20、结蜡分成三个阶段析蜡阶段、蜡晶长大阶段、沉积阶段。

21、铝氧八面体是一个铝原子与六个氧原子构成的铝原子在中间,氧原子在六个顶点的八面体结构.

四、写出下列表面活性剂的分子式，并指出表面活性剂的类型以及用途。

1．十六烷基磺酸钠

答：

阴离子型表面活性剂;用途:

乳化剂;

2.对十四烷基苯磺酸钠

答：

阴离子型表面活性剂；用途:

抑制腐蚀;

3.溴化十六烷基吡啶;

阳离子型表面活性剂;用途:

起泡剂;

五、简答题。

1、在钻井过程中钻遇某一油层发生缩径，经分析该层岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭石15%，请利用粘土矿物结构的有关知识予以解释并提出你的解决方案。

（20分）.

答：

粘度的矿物结构：

1.高岭石

晶层构造：

一层T和一层O组成；所有的T的尖顶都朝着同样的方向指向铝氧八面体。

Si-O四面体和Al-O八面体由共用的氧原子连结在一起。

这种矿物就是上述层片在C轴方向一层层地重叠，而在a、b方向无限延伸所形成。

层与层之间有氢键，因而晶胞间联结紧密，晶格底面距仅为7.2?

。

这就决定了高岭石的性质：

阳离子交换容量小，3～5meq/g，水分不易进入晶层中间，为非膨胀性粘土矿物，水化性能差，造浆性能不好。

2.蒙脱石

晶体构造：

由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。

即TOT型。

每个四面体顶端的氧都指向构造层的中央，而与八面体共用。

同高岭石一样，构造单位沿a、b轴方向无限沿伸，同时沿c轴方向一层层重叠。

由于晶胞两边均为氧，晶胞间以分子间作用力连接，晶胞间连接不紧密，水分子易进入两个晶胞间发生膨胀。

水化分散性较好。

3.伊利石

伊利石晶体构造同蒙脱石。

但伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿。

因为K+存在于晶层之间，并进入相邻氧层的孔穴中不易脱去，使晶胞间拉得很紧，水分不易进入层间，也就不易发生膨胀。

（K+离子的直径为2.60?

，而硅氧四面体所连成的六角氧环其内切圆直径为2.66?

，二者相近。

）

由于该层岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭石15%。

蒙脱石的含量很高，岩层很容易水化膨胀，导致岩石中的粘土矿物体积增大，井眼空间体积缩小。

这样在钻井的过程中就很容易发生缩径。

14分

对于这种地层就要采取抑制粘土水化膨胀的措施。

可加入无机盐比如KCl，压缩粘土颗粒表面的双电层，减少粘土颗粒表面双电层斥力，从而起到抑制井眼缩径发生。

2、粘土防膨剂的类型，请举出3种并说明其原理

答：

1．酸：

无机酸?

HCl、NH2SO3H等?

和有机酸?

甲酸、乙酸等?

。

原理：

氢离子与粘土表面阳离子交换，使之转化为氢土。

而氢离子水化半径小，易与粘土表面接近，压缩了粘土表面扩散双电层，使粘土不易水化膨胀和分散。

2、盐：

NaCl、KCl、NH4Cl、CaCl2等。

机理：

盐在水中离解产生的阳离子吸附于粘土表面，使粘土表面的扩散双电层受到压缩，负电性减弱，减少了粘土颗粒间的静电斥力，从而使粘土膨胀受到抑制。

K+和NH4+防膨效果优于其它阳离子。

3．多核羟桥络离子：

羟基铝、羟基锆等三价或三价以上的金属离子?

如Al3+、Cr3+和Zr3+、Ti4+等?

在一定条件下，组成多核羟桥络离子，具有很高的正电价，而且其结构与粘土相似，所以能紧密地吸附在粘土表面上，有效地抑制粘土膨胀。

4．阳离子活性剂：

主要是水溶于铵盐活性剂，如：

季铵盐，吡啶盐等。

机理：

阳离子活性剂可吸附于带负电的粘土表面，中和粘土表面的负电荷，形成吸附层，抑制粘土膨胀。

5．阳离子聚合物：

主要是能在水中解离出带正电基团的水溶性聚合物。

机理：

带正电的聚合物多点吸附于粘土表面，中和负电荷，抑制粘土膨胀。

3、FCLS有何优缺点？

答：

优点：

（1）由于铁铬盐分子中有磺酸基，Fe2+和Cr3+与木质素磺酸盐又形成了较稳定的螯合物，所以铁铬盐是一种抗盐、抗钙的有效降粘剂；能用于淡水、海水和饱和盐水钻井液中，并可用于各种钙处理钻井液中

（2）因为分子中磺酸基的硫原子直接与碳原子相连，加上铁和铬离子与木质素磺酸之间有螯合作用（木质素磺酸分子与金属离子络合时，一个分子同时有两个官能团与同一个离子络合称螯合），所以铁铬盐的热稳定性很高，可以抗150℃以上的高温。

（3）铁铬盐的水溶性决定于其磺化度，磺化度高，水溶性大。

（4）对钻井液有稀释作用

缺点：

（1）使用时钻井液的PH值要高，稀释效果才更好，这是不利于井壁稳定的。

（2）使用时引起钻井液发泡。

（3）铁铬盐含重金属铬，在制造和使用过程中造成环境污染，这与环境保护的要求是相违背的。

由于这一原因，国内外已经禁止使用铁铬盐。

4、酸处理常用酸有哪些试举3种酸并说明其作用。

答：

主要有HCl、氢氟酸、土酸、氨基磺酸醋酸、甲酸，有机酸等（答出三种就可以）。

盐酸：

用于清除各种钙盐、铁盐沉淀造成的近井地带堵塞。

氢氟酸：

用于溶解粘土类堵塞物或胶结物，也可溶解砂岩中的硅质物质。

其反应如下。

SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O；一般情况下，常将12%盐酸与3%氢氟酸混合使用，称为土酸。

多用于砂岩酸化；

氨基磺酸：

NH2SO3H，固体粉末，可与Fe2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+等反应生成可溶性氨基磺酸盐。

反应类似于盐酸，但溶解度较低。

随温度升高，溶解度增加。

常以固体棒状投入注水井中或配成水溶液注入井中。

碳酸：

用碳酸处理地层，可以溶解碳酸盐；

CaCO3+H2O+CO2=CaHCO3）2

MgCO3+H2O+CO2=MgHCO3）2

CaHCO3）2和MgHCO3）2溶于水，随水流走，从而提高了地层渗透率。

碳酸中的CO2可溶于油中，减少油的粘度，使油易于排出。

甲酸、乙酸等有机酸：

与碳酸盐反应生成溶于水的有机酸盐。

潜在酸：

在一定条件下能够产生酸的物质。

5、膨润土的主要成分是什么？

它在钻井液中主要起何作用？

答：

膨润土包括钠膨润土和钙膨润土，是配制水基钻井液的基础原料。

其主要矿物成分是蒙脱石。

膨润土加人淡水或淡水钻井液里，有下列一个或多种作用:

①提高井眼的清洁能力；②减少水渗人或滤失到渗透性地层;③形成低渗透率的薄泥饼;④在胶结不良的地层里，改善井眼的稳定性;⑤为了避免或克服井漏。

6、试述纯碱、烧碱在钻井液中的作用和作用原理。

答：

纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土：

Ca-粘土＋Na2CO3→Na—粘土十CaCO3。

从而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使新浆的失水下降，粘度、切力增大。

但过量的纯碱要产生压缩双电层的聚结作用，反使失水增大。

烧碱主要用于调节钻井液的PH值，或者与丹宁、褐煤等酸性处理剂一起配合使用，使其有效成分溶解发挥作用。

还可控制钻井液中Ca2+浓度。

作用机理：

通过沉淀、中和、水解、络合等化学反应，除去有害离子，控制PH值，使有机处理剂变成能起作用的溶解态，形成螫合物等。

7、试论述油井堵水剂的分类？

HPAM属于哪类堵水剂，其作用机理是什么？

答：

分为非选择性堵水剂和选择性堵水剂。

非选择性堵水：

所用堵剂对水和油都没选择性，既可堵水，也可堵油。

适用于堵单一水层或高含水层。

选择性堵水：

适用于封堵不易用封隔器将它与油层分隔开的水层。

选择性堵剂利用油和水或油层和水层的差别达到选择性堵水的目的。

HPAM部分水解聚丙烯酰胺

1）HPAM溶于水使用，能优先进入含水饱和度高的地层；

2）在水层，HPAM的-CONH2和-COOH可通过氢键吸附在地层表面而保留在水层；在油层，由于表面为油所覆盖，所以HPAM不吸附在油层，也不易保留在油层。

3）在水层，HPAM未吸附部分由于链节带负电而向水中伸展，对水有较大的流动阻力，起到堵水作用。

若水层中有油通过，由于HPAM不能在油中伸展，因此对油的流动阻力很小。

另外，HPAM可按含水饱和度的大小进入地层，并按含水饱和度的大小调整地层对液体的渗透性。

8、CMC的聚合度和取代度定义是什么？

与性能有何关系？

CMC是怎样降失水的？

答：

聚合度是指组成纤维素分子的环式葡萄糖链节数，是决定羧甲基纤维素钠盐分子量大小和水溶液粘度的主要因素。

取代度就是指在纤维素分子每个链节上有三个羟基，羟基上的氢被取代而生成醚，3个羟基中生成醚的个数，故又称作醚化度。

CMC大分子链节上的羟基和醚氧基与粘土颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒边面断键上的Al离子之间形成配位键使CMC能吸附在粘土颗粒表面上（包括边面和层面），多个羧钠基水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，负电量增加，粘土颗粒表面的ζ电势的绝对值升高，阻止粘土颗粒之间接触形成网架结构（护胶作用），从而大大提高了土粒（特别是聚结趋势大的细土粒）的聚结稳定性，有利于保持和提高细土粒的含量，形成致密的滤饼，降低失水。

具有高粘度和弹性的吸附水化层的堵孔作用和CMC溶液的高粘度都起降失水的作用。

9、解释“离子交换吸附”并简答影响离子交换吸附的因素（10分）

答：

（粘土表面）吸附剂表面的离子可以和溶液中的同号离子发生交换作用，称为离子交换吸附。

（1）离子价数：

价数越高，吸引力越强，易于吸附，不易脱附。

（2）离子半径：

同价离子若离子半径小，则水化半径大，离子中心离粘土表面远，附弱，反之，吸附强。

但K+除外。

H+以H3+O的形式存在，离子半径大，水化半径小，易于与粘土表面接近。

常见正离子吸附强弱顺序：

Li+〈Na+〈K+〈NH4+〈Mg2+〈Ca2+〈Ba2+〈Al3+〈Fe3+〈H+。

（3）离子浓度：

符合质量作用定律，受不同离子相对浓度影响。

浓度越高的离子越易吸附到粘土表面。