中国石油大学奥鹏期末复习题答案

中国石油大学（北京）远程教育学院

《油田化学》复习题

一、名词解释。

1、晶格取代：晶格中发生离子取代而晶体结构不变称为晶格取代。

2、稠化时间：水与水泥混合后稠度达到100Bc所需的时间。

3、体积波及系数：驱油剂波及到的油层体积与整个油层体积之比。

4、注水调剖：为了发挥中、低渗透层的作用，提高注入水的波及系数，调整注水油层的吸水剖面。

5、人工井壁：对于已出砂地层，在砂层的亏空处，做一个由固结的颗粒物质所组成的有足够渗透率的防砂屏障。

6、双液法：就是向油层注入由隔离液隔开两种可相互发生反应液体，分别作第一、第二反应液。当将这两种液体向油层内部推至一定距离，隔离液将变薄不起作用两种液体就可发生反应，产生堵塞主要发生在高渗透层。

7、聚合物：由一种或几种低分子化合物聚合而成的产物。

8、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。

9、渗透水化：粘土层间阳离子浓度大于溶液中阳离子浓度，水向粘土晶层间渗透引起层间距增大。或者电解质浓度差引起的水化。

10、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。

11、单体：合成高分子的原料称单体。

12、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。

13、缩聚反应：有许多相同或不同的低分子化合为高分子但同时有新的低分子析出的过程。

14、水泥浆减阻剂：减阻剂又称分散剂，紊流引观粘度，有利于水泥在低压低速进入紊流状态，提高注水泥质量和驱替效率。

15、铝氧八面体：是由一个铝与六个氧（或羟基）配位而成。

16、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。

17、聚合度：生成聚合物的单体单元数。

18、表面活性剂：少量存在就能降低水的表面张力的物质。

19、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透层或大孔道称为单液法。

20、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。

21、油井结蜡：在采油过程中，由于地层温度压力降低，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。

22、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。

23、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。

24、界面：相与相之间的接触面。

25、出砂：对于未胶结、弱胶结或易碎砂地层，在采油过程中油层中砂粒以及其它颗粒会随液流进入井内，称之为出砂。

26、离子交换吸附: 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。

27、表面张力：引起液体表面自动收缩的单位长度上的力称为表面张力。

28、硅氧四面体：硅原子在中心，4个氧原子以相等的距离相连的四面体结构,称为Si－O 四面体。

29、近井地带：是指油层性质发生重要变化的那一地带。

30、化学吸附：吸附剂与吸附质之间通过化学键形成的吸附。

31、链节：聚合物分子中重复出现的简单结构单元。

32、剪切变稀：流体表观粘度随剪切速率增加而下降的现象称为剪切变稀。

33、物理吸附: 吸附剂与吸附质之间通过分子间引力而产生的吸附。

34、剪切增稠: 流体表观粘度随剪切速率增加而增加的现象称为剪切增稠。

35、表面：如果构成两相界面的其中一相为气相，则这种界面称为表面。

二、判断正误题。正确的用（T）表示，错误的用（F）表示。

1、粘土表面存在永久负电荷、可变负电荷和正电荷，其代数和为零。（F）

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、阳离子交换容量与粘土矿物种类和粘土分散度有关。（T ）

4、在相同浓度下，无机盐类粘土防膨剂以钾盐防膨能力最好。（ T ）

5、酸化时用氢氟酸是为了溶解粘土矿物。（T）

6、高粘CMC、中粘CMC、低粘CMC在钻井液中所起的作用是一样的。（ F ）

7、减少油井出水只能通过油井堵水实现。（ F ）

8、凝胶和冻胶是由同一类胶体转变而来的。（ F ）

9、用乳化降粘法开采稠油，是将稠油转变为油包水乳状液。（ F ）

10、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 ）

11、CMC（羧甲基纤维素钠盐）可作水泥的降失水剂和缓凝剂。（T）

12、纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土。（T ）

13、钻井液降滤失剂主要是用来维持钻井液稳定性的。（ F ）

14、用Mw/Mn可表示聚合物的多分散性。（T ）

15、单液法和双液法堵水的工艺不同。（T ）

16、油井堵水和注水调剖均能减少油井出水。（T ）

17、堵水和调剖是降低油井出水、提高油井采收率的唯一方法。（ F ）

18、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 ）

19、HLB值是选择表面活性剂的唯一依据。（ F ）

20、粘土表面的负电荷完全是由晶格取代产生的。（ F ）

21、阳离子表面活性剂主要用作洗涤剂。（ F ）

22、原油含蜡量越高凝固点就越高。（T）

23、蒙脱石和伊利石具有相同的基本结构层，均属于膨胀型粘土矿物。（F）

三、填空题。

1、粘土矿物的基本构造单元是硅氧四面体、硅氧四面体片。

2、减少油井出水的办法注水井调剖、油井堵水。

3、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。

4、水泥浆转化为水泥石需经过水化、凝结和硬化三个过程。

5、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 。

6、表面活性剂形成胶束的最高浓度称为临界胶束浓度。

7、结蜡分成三个阶段析蜡阶段、蜡晶长大阶段、沉积阶段。

8、注水井调剖法通常分为两种：单液法、双液法。

9、表面活性剂形成胶束的最高浓度称为临界胶束浓度。

10、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。

11、结蜡分成三个阶段析蜡阶段、蜡晶长大阶段、沉积阶段。

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、固井作业有两个主要环节，即下套管和注水泥。

14、最常见的三种粘土矿物分别为高岭石、伊利石、蒙脱石。

15、用Mw/Mn可表示聚合物的多分散性。

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、根据粘土的电荷产生的原因不同，可分为：永久负电荷、可变负电荷及正电荷三种。

18、粘土水化膨胀机理有：表面水化、渗透水化。

19、影响离子交换吸附的因素：离子价数、离子半径、离子浓度。

四、简答题。

1、简述表面活性剂降低表面张力的原因。

答：水内部水分子受其邻近分子的吸引，各个方向是均匀的，故力是平衡的。对于表面水分子，液体内部水分子对它的吸引力大，外部气体分子对它的吸引力小，这样对液面分子就产生了垂直于液面而向着液体内部的合吸引力，即净吸引力。它使得液面上的水分子有尽可能跑到液体内部去的倾向，即液面有自发收缩的倾向，这就是表面张力产生的原因。

如果表面活性剂分子顶替了液面上的水分子，根据极性相近原则，亲水基溶于水中，亲油基被排斥在气相。活性剂分子受到水相内水分子的吸引力变小，而受相外气相分子的吸引力变大，水溶液表面上分子所受的净吸引力大大降低，也就是活性剂溶液的表面张力大大低于纯水的表面张力。随活性剂浓度增加，表面上表面活性剂分子增多，溶液的表面张力下降得越多。同时，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。

2、简述粘土水化膨胀机理。

答：粘土水化膨胀机理有两个，即：表面水化和渗透水化。

表面水化：是近程的粘土水相互作用。大约在10A?范围内。是粘土水化的第一阶段，是由于水在粘土表面的单分子层吸附所引起。这里的表面包括内表面和外表面。对膨胀性粘土晶格还包括晶层之间表面。

渗透水化：远程的泥土—水相互作用，大约10A?，是粘土水化膨胀的第一阶段是由于粘土层的阳离子浓度大于溶液中的阳离子浓度，水向粘土晶层间渗透所引起，使C间距增大。这

种电解质浓度差引起的水化称为渗透水化。

3、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。

4、试论述絮凝剂的分类？HPAM是什么样的絮凝剂，它的作用机理是什么？

答：絮凝剂主要分为两类。

1）全絮凝剂：既絮凝钻屑，又絮凝膨润土的絮凝剂。

2）选择性絮凝剂：只絮凝钻屑，不絮凝膨润土的絮凝剂。

HPAM是选择性絮凝剂，

它的作用机理是：

钻屑和劣质土颗粒的负电性较弱，蒙脱土的负电性较强。HPAM既含有阴离子水化基团-COONa，又含有非离子吸附基-CONH2基团。即该絮凝剂也带负电，由于静电作用易在负电性弱的钻屑和劣质土上吸附，通过桥联作用把颗粒絮凝成团而易于清除；而在负电性较强的蒙脱土颗粒上吸附量较少，同时由于蒙脱土颗粒间的静电排斥作用较大而不能形成密实团块。

5、油井水泥添加剂有哪些？试举三种并说明其作用。

答：（1）促凝剂：加速水泥水化反应，提高水泥石早起强度

（2）缓凝剂：延缓水泥水化反应，延长水泥凝结时间

（3）减阻剂：降低水灰比和改善水泥浆流变性能

（4）降滤失剂：降低水泥浆滤矢量

（5）消泡剂：消除循环过程中产生的气泡

（6）减轻剂：降低水泥浆密度

（7）加重剂：增加水泥浆密度

（8）强度退化抑制剂：又称为高温增强剂，井温超过110℃，水泥石强度会下降，需加入

强度退化抑制剂。

（9）特殊外加剂及新增加处理剂。

6、请简述油井出水的坏处，以及减少油井出水的办法。答：油井出水的坏处：（1）消耗油层能量，将低油层的最终采收率；（2）降低抽油井的泵校；（3）使管线和设备腐蚀和结垢；（4）脱水负荷加大；（5）污染环境。

减少油井出水的办法：（1）注水井调剖；（2）油井堵水，包括选择性堵水和非选择性堵水。

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。

HPAM属于选择性堵水剂，

其堵水原理：

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。

9、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）。（1）盐酸：用于清除各种钙盐、铁盐沉淀造成的近井地带堵塞。

（2）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；

（3）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。

（4）碳酸：用碳酸处理地层，可以溶解碳酸盐；

CaCO3+ H2O + CO2 →Ca（HCO3）2

MgCO3+ H2O + CO2→Mg（HCO3）2

Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）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。

（5）甲酸、乙酸等有机酸：与碳酸盐反应生成溶于水的有机酸盐。

（6）潜在酸：在一定条件下能够产生酸的物质。

10、在钻井过程中钻遇某一地层，岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭石15%，在钻井过程中该层容易发生缩径，请利用粘土水化和粘土矿物结构的有关知识予以解释。答：首先来看粘土矿物的晶体构造。

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7.2A?。同时还存在晶格取代产生的负电荷。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。

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。

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2.60A?,而硅氧四面体所连成的六角氧环其内切圆直径为2.66A?，二者相近。

由于该油层岩石粘土矿物中含有蒙脱石65%、伊利石20%和高岭石15%。蒙脱石含量很高，很容易水化膨胀，导致体积增大，向井内膨胀，在钻井过程中该层就容易发生缩径。

11、请从表面活性剂在不同浓度溶液中的分布特点详细分析表面张力随表面活性剂的浓度增加的变化关系？（极稀溶液、稀溶液、临界胶束浓度溶液、浓溶液）

答：不同表面活性剂浓度对表面张力的影响

1）极稀溶液

一方面：活性剂分子由于降低表面能的需要倾向于到液体表面上来；另一方面：由于活性剂

在液体表面浓集（吸附），使表面浓度大于内部浓度，因此表面活性剂分子也倾向于向溶液内不扩散。由于浓度极稀，表面上活性剂分子彼此不影响，所以活性剂分子可平铺于液面。因此，在极稀溶液活性剂对表面张力有显著的影响。

2）稀溶液

在稀溶液中，由于活性剂分子的相互接近，可按极性相近规则缔合起来。这时表面活性剂分子不能像极稀溶液的情况，平铺于液面，而是倾斜于液面。对表面张力的影响相对减少，表现为表面张力随浓度增加而下降减少。

3）临界胶束溶液

当溶液浓度增至某一数值，活性剂将在溶液表面吸附达到饱和。此时，活性剂分子在溶液表面紧密地排列着。从该浓度开始，在增加表面活性剂浓度，活性剂分子将主要分布在溶液内部而不是吸附层，所以对表面张力的影响大大减少。

4）浓溶液（浓度远大于理解胶束浓度的溶液）

活性剂的动平衡关系保持不变，但胶束的数量随着浓度的增加而增加。采油中有各种应用。

12、利用乳状液粘度计算公式简述稠油乳化降粘的原理。

答：稠油是指在油层温度下脱气原油的粘度超过100MPa·S原油。稠油乳化降粘开采法就是将活性剂水溶液注到井下，使高粘度的稠油转变为低粘度的水包油型乳状液而采出。

水包油型乳状液的粘度：μ=μek?；

μ：水包油型乳状液粘度

μ。：水的粘度；

?：油在乳状液中所占的体积分数；

k：常数，与?有关，?≤0.74时，k=7.0；?≥0.74时，k=8.0。

可见，水包油乳状液粘度与稠油相所占体积分数成指数关系，即影响很大。

例：在50℃时，μ。=0.55mPa·S，若?=7.0，代入得：

μ=0.55×2.7180.7*7=73mPa.s

油在乳状液中所占体积分数在0.70以下时，粘度下降较多。可见，利用形成水包油型乳状液，水作外相粘度较低，油在乳状液中的体积分数不能太大的这种条件可以起到降粘的作用。