表面张力从力定义.doc

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1、v 表面张力 从力定义：表面张力是作用在单位长度表面上的表面收缩力。 从功定义：表面张力是增加单位表面所做的表面功。、从能定义：表面张力是单位表面所具有的表面能。溶胶包括扩散和沉降 电动现象包括电泳、电渗、沉降电位和流动电位。溶胶的扩散双电层可分为两层，一层紧密层(也叫Stern层或吸附层)，另一层为扩散层。亲水地层，毛细管现象是动力。分子由亲水的极性部分和亲油的非极性部分组成，少量存在就能大大降低溶液表面张力的物质，即为表面活性剂。表面活性剂降低表面张力原因：再睡内部一个水分子收到周围水分子的作用力的合理为0，但在表面的水分子由于上层空间气体分子对他的吸引力小鱼内部也像分子对他的吸引力，该分

2、子收到的合理部位0，其合理方向垂直只想液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小趋势，这种收缩力成为bmzl，加入便面活性剂bmhxj具有qsjt与qyjt，为了保持稳定，亲友及伸向气相亲水基伸向水箱，亲友段与水分子间有吃力，降低了表面张力。hlb值越小，表面活性剂越亲油。表面活性剂的作用：增溶作用乳化作用起泡作用润湿作用v 基本构造单元单元片基本结构层粘土矿物。晶层：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层（1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝 氧八面体晶片构成（5层原子面）2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成（7层原子面）。粘土矿物的单位构造：基本结构

3、层加上层间域。v 晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。v 阳离子交换容量：分散介质pH=7时，1000g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为 15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。v 高岭石特点A、1：1型粘土矿物。几乎不存在晶格取代，负电量少C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2非膨胀型粘土矿物高岭石上下相临的层面，一面为OH面，另一面为O面，而O与OH很容易形成氢键，层间引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层。v CEC低（30-150 mmol/kg)

4、在三种常见的粘土矿物中，高岭石的EC最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以CEC小。v 、造浆率低高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面，故水化分散能力差，造浆率低。v 蒙脱石特点A、2：1型粘土矿物B、存在晶格取代C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱。膨胀型蒙脱石上下相临的层面皆为O面，晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层。蒙脱石由于晶格取代产生较多的负电荷，在它周围必然会吸附等电量的阳离子，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石膨胀。v

5、 D、CEC 大、造浆率高蒙脱石晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层，引起蒙脱石水化膨胀。蒙脱石负电荷多，吸附阳离子数量多，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石水化膨胀。因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高v 伊利石特点A、2：1型粘土矿物B、存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面体中，C、晶层间引力以静电力为主。由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K+产生很强的静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层.v C、晶层间引力以静电力为主，引力强v 由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K

6、+产生很强的静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层. K+的大小刚好嵌入硅氧四面体片构成的六方网格内切圆空穴中，周围有12个氧与它配伍，起到连接作用，水分子不易进入晶层；D、CEC 介于高岭石与蒙脱石之间伊利石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，故与K+产生很强的静电力， K+不易交换下来。K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此， K+连接通常非常牢固，不易交换下来、造浆率低 钻井液：指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体1.携带、悬浮岩屑2

7、.稳定井壁和平衡地层压力3.冷却与润滑钻头钻具4.传递水动力5.获取地层信息井喷原因：泥浆比重不足，未灌满泥浆，抽吸作用，泥浆漏失，异常地层压力。调整钻井液密度原则： 平衡地层压力和地层构造应力。加水溶性盐的同时要加入缓蚀剂防腐,还要注意析盐现象盐结晶抑制剂：为防止盐从钻井液中析出所加的物质。抑制机理 ：通过离子交换转变为相应的盐,选择性地吸附在刚析出的盐晶表面,使盐晶发生畸变,不利于盐在其表面继续生长变大。控制在8-11范围，较弱的碱性环境。碱度定义: 用0.01mol/L的标准硫酸中和1mL样品(滤液f 、钻井液m)至指示剂变色时所需的体积。储备监督=742（Pm-FwPf） 钻井液滤失量

8、： 在一定温度、一定压差和一定时间内通过一定过滤面积的滤液体积。造壁性：在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成泥饼，这就是钻井液造壁性。滤失作用: 在压差作用下,钻井液中的自由水向井壁岩石的裂缝或空隙中渗透的现象,称为滤失作用。质量好的滤饼一般薄而韧，表现为结构致密，耐冲刷，且摩阻系数小。羟乙基淀粉是一种非离子型的淀粉醚。羧甲基淀粉（CMS）一种阴离子型的淀粉醚。羧甲基纤维素（CMC）是通过吸附稳定胶体颗粒作用达到降低滤失量的目的（氢键）。改性树脂为阴离子水溶性聚电解质、井液流变性通常是用钻井液的流变曲线、塑性粘度、动切力、静切力、表观粘度等流变参数来进

9、行描述的。触变性的机理：触变体系一般存在空间网架结构。在剪切作用下，结构被搅散，结构恢复过程需要一定的时间来完成。恢复结构所需的时间和最终的凝胶强度(切力)的大小，反映某种流体触变性的强弱。钻井液对触变性的要求：结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂）最终切力要适当（防止开泵阻力大，压力激动）剪切稀释性: 钻井液表观粘度随剪切速率增大而降低的特性。 Bingham 模式：=d+P d 切力或屈服值，Pa P直线斜率的倒数。 塑性粘度， PaS p的物理意义： 反映了在层流情况下塑性流体网架结构的破坏与恢复处于平衡时，悬浮的固相之间、固相颗粒与液相之间、连续液相内部的内摩擦作用的强弱。切力（屈服值

10、d）： d的物理意义：反映钻井液在层流状态下粘土颗粒之间及高分子之间相互作用力的大小（形成空间网架结构能力的强弱）。 n值主要与流体的结构强弱有关，结构越强，n越小。增粘剂：改性纤维素类 ：羧甲基纤维素钠（CMC）、 羟乙基纤维素钠（HEC）等。2) 正电胶。常见降粘剂：1）改性单宁降粘作用机理: 通过结构中的羟基与粘土表面的羟基形成氢键吸附在粘土颗粒表面,水化基团在水中电离,形成扩散双电层,提高了粘土颗粒表面负电和水化层厚度,拆散粘土颗粒连接所产生的结构,降低了钻井液的粘度和切力。 （2）改性木质素磺酸盐：（3）烯类单体低聚物降粘机理: 通过氢键或阳离子链节吸附在粘土颗粒表面,未吸附链节的极

11、性基团通过增加粘土颗粒表面负电和水化层厚度,拆散粘土颗粒连接所产生的结构。在聚合物钻井液中,低聚物通过竞争吸附使吸附在粘土颗粒表面的聚合物解吸下来。特点：降粘效果优于单宁和铁络盐钻井液絮凝剂 非离子型（非选择性絮凝剂）阴离子型（选择性絮凝剂）阳离子型（非选择性絮凝剂）可用作润滑剂的表面活性剂主要是水溶性的页岩抑制剂：能抑制页岩膨胀、分散、剥落的化学剂。 主要有：盐、阳离子型表面活性剂、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、改性沥青等。盐：1压缩粘土扩散双电层，降低其负电性2K+、NH4+镶嵌作用，直径相当.阳离子表面活性剂：中和粘土的负电荷。 改变粘土表面润湿性，由亲水变为亲油。阳离子聚合物：中和粘

12、土的负电荷。通过吸附桥连在井壁上形成一层保护膜。非离子型聚合物作用机理：浊点效应 当低于一定温度时是水溶性的，但高于此温度时从水中析出形成乳状液,析出的醚类聚合物可黏附在页岩表面，封堵页岩孔隙，减小页岩与水的的接触。竞争吸附作用 多元醇在粘土上的吸附能力大于水与粘土的吸附作用，多元醇可优先吸附到粘土矿物表面，阻止水分子进入，同时也可把吸附在粘土上的水分子挤走。钻井液体系的分类：1.水基钻井液2.油基钻井液3.气体钻井液 4. 泡沫钻井液 水泥浆由水、水泥、外加剂和外渗料组成。水泥浆稠化时间调节剂 ：1. 促凝剂CaCl2是最常用的促凝剂和早强剂。嘉敏效应（水前油后都是阻力）影响采收率的因素（1

13、）油层的非均质性（2）地层表面的润湿性（3）流度比：水油流度比越小，采收率越高4）毛管数对采收率的影响，毛管数越大采收率越高5）布井方式聚合物驱定义：指通过在注入水中加入水溶性高分子量的聚合物，增加水相粘度和降低水相渗透率，改善流度比，提高原油采收率的方法。驱油用HPAM，为什么要用部分水解？聚丙烯酰胺(PAM)链节上不带电荷，分子在溶液中容易卷曲，其增粘能力较差。链节中的-CONH2基团又具有孤电子对，在地层中被孔隙表面吸附量较大。HPAM在水中发生解离，产生COO-离子，使整个分子带负电荷，所以为阴离子型聚合物。由于分子链上有静电斥力，在水中分子链较伸展，故增粘性好。它在带负电的砂岩表面上

14、吸附量较少，因此，是目前最适合于流度控制的聚合物。分散溶胀溶解 聚合物溶液的驱油机理1、改善水-油流度比从而提高原油采收率2、当驱替相孔隙流速大于临界流速时，流体呈粘弹性，强化了增粘效果表面活性剂区常用阴离子型及非离子型表面活性剂溶胀胶束 磺酸盐的当量，即磺酸盐的相对分子质量除以磺酸基个数所得的商。表面活性剂驱油有三种方法： 活性水驱、 胶束溶液驱、 微乳液驱活性水驱提高采收率的机理1）低界面张力机理2）润湿反转机理（3）乳化机理4）提高表面电荷密度机理（5）聚并形成油带机理1)具有活性水驱全部作用机理。 (2)胶束溶液可增溶油，提高了胶束溶液的洗油效率醇和盐等助剂的加入，调整了油相和水相的极

15、性，使表面活性剂的亲油亲水性得到充分平衡，最大限度吸附在油水界面上，产生超低界面张力，强化了胶束溶液驱油的低界面张力机理。两个辅助成分助表面活性剂：醇、酚。作用：调整水和油的极性，参与形成胶束，增加胶束增溶能力 电解质：无机的酸、碱、盐。 作用：减小极性部分的溶剂化程度，使胶束在更低的表面活性剂浓度下就可形成，使微乳与油或水产生超低界面张力。 微乳驱有胶束溶液驱的全部机理，即 (1)低界面张力机理； (2)润湿反转机理； (3)乳化机理 (4)增溶机理； (5)提高表面电荷密度机理； (6)聚并形成油带机理。 由于微乳属浓表面活性剂体系，所以微乳驱在增溶机理和提高表面电荷密度机理上比胶束溶液驱

16、更突出。微乳驱段塞预冲洗液表面活性剂溶液段塞聚合物溶液段塞注入淡水缓冲带注入驱替水泡沫驱EOR原理1）Jamin效应叠加机理（2）增粘机理3）稀表面活性剂体系驱油机理N大酸弱亲水弱稳w/0碱驱EOR机理 （1）低界面张力机理2）乳化-携带机理3）乳化一捕集机理4）由油湿反转为水湿(owww)机理5）由水湿反转为油湿(ww-ow)机理 协同效应ASP三元复合驱油机理(1)聚合物降低了驱替剂的流度，提高了波及系数； (2)表面活性剂和碱的协同效应降低了油水界面张力（3610-3mN/m）并改变岩石的润湿性（油湿水湿） (3)残余油受力状况发生了改变。毛细管力。粘附力。内聚力盐水与冲洗：减少矿化度减

17、少色谱效应聚合物的作用：聚合物改善了表面活性剂和（或）碱溶液对油的流度比。聚合物对驱油介质的稠化，可减小表面活性剂和碱的扩散速率，从而减小它们的药耗。聚合物可与钙、镁离子反应，保护了表面活性剂，使它不易形成低表面活性的钙、镁盐。聚合物提高了碱和表面活性剂形成的水包油乳状液的稳定性，使波及系数（按乳化-捕集机理）和（或）洗油能力（按乳化-携带机理）有较大的提高。表面活性剂的作用：表面活性剂可以降低聚合物溶液与油的界面张力，使它具有洗油能力。表面活性剂可使油乳化，提高了驱油介质的粘度。乳化的油越多，乳状液的粘度越高。若表面活性剂与聚合物形成络合结构，则表面活性剂可提高聚合物的增粘能力。表面活性剂可

18、补充碱与石油酸反应产生表面活性剂的不足。碱的作用：碱可提高聚合物（HPAM）的稠化能力碱与石油酸反应产生的表面活性剂，可将油乳化，提高了驱油介质粘度，因而加强了聚合物控制流度的能力。碱与石油酸反应产生的表面活性剂与合成的表面活性剂有协同效应。碱可与钙、镁离子反应或与粘土进行离子交换，起牺牲剂作用，保护了聚合物与表面活性剂碱可提高砂岩表面的负电性，减少砂岩表面对聚合物和表面活性剂的吸附量。碱可提高生物聚合物的生物稳定性。LPG驱是指以LPG为混相注入剂的一种混相驱。这种驱动是先注一段塞LPG，再注一段塞气体然后用水驱动，形成段塞。1. LPG驱特点地层温度和压力下LPG与油一接触就混相，称为一次

19、接触混相；无非混相过程，效率高；后续驱动气体，如干气、氮气等，可与LPG混相；可用于不含富化剂的原油。 LPG驱EOR原理（1）低界面张力机理 LPG与油是一次接触混相，混相即不存在界面，因此界面张力为零，即LPG有很高的洗油效率。2）降粘机理 LPG粘度低，与油混合后可以使油降粘，提高油的流度，改善流度比，有利于提高波及系数。 CO2混相驱EOR机理l）低界面张力机理2）降粘机理（3）原油膨胀机理（4）提高地层渗透率机理（5）溶气驱机理模数越小，水玻璃碱性越强，越易溶解。凝胶是化学键交联为不可逆凝胶。 冻胶是由次价力缔合而成的网状结构。多核羟桥络离子NaCl溶液 通过去溶剂化和压缩水膨体扩散

20、双电层来抑制膨胀的作用 HCl、CaCl2、FeCl3等溶液：通过与水膨体中的-COO-反应生成弱亲水能力的基团来抑制水膨体的膨胀。 沉淀型双液法堵剂。凝胶型双液法堵剂。冻胶型双液法堵剂。泡沫型双液法堵剂。絮凝体型双液法堵剂注入水、边水、底水及上层水、下层水和夹层水。纵向上形成单层突进，在横向上形成舌进。选择性堵水剂： 水基堵剂， 油基堵剂 ，醇基堵剂 。因为它易吸附在带负电的砂岩表面，引起乳状液的破坏。 采油过程中由于液体渗流而产生的对砂粒的拖曳力是出砂的重要原因。化学桥接防砂法（阳离子型聚合物，静电作用），化学胶结防砂法，人工井壁防砂法，滤砂管防砂法 ，绕丝筛管砾石充填防砂法 胶结剂防砂步

21、骤（1）地层的预处理（2）胶结剂的注入（3）增孔液的注入（4）胶结剂的固化蜡的结晶温度随压力的降低而升高。表面亲水性越强越不易结蜡。油管内衬和涂层防蜡，强磁防蜡技术。化学清防蜡剂有油溶型、水溶型和乳液型三种液体清防蜡剂.防蜡剂：稠环芳烃防蜡，表面活性剂防蜡，聚合物防蜡稠环芳香烃型防蜡剂主要通过参加组成晶核，从而使晶核扭曲，不利于蜡晶的继续长大而起防蜡作用。水溶性表面活性剂是通过吸附在结蜡表面（如油管、抽油杆等），使非极性的结蜡表面变成极性表面，从而防止了蜡的沉积；油溶性表面活性剂是通过吸附在蜡晶表面，使非极性的蜡晶表面变成极性的蜡晶表面，从而抑制了蜡晶的进一步长大。非极性链节和（或）极性链节中

22、的非极性部分可与蜡共同结晶；极性链节则使蜡晶的晶型产生扭曲，不利于蜡晶继续长大形成网络结构指在油层温度下脱气原油的粘度超过 100 mPa s的原油。稠油降粘可选择的乳化剂 1、水溶性表面活性剂 使用浓酸目的：（1）减小地层水对酸的稀释作用，使酸能酸化深远地层（2）可产生大量二氧化碳，并提高乏酸（酸化后的酸）的粘度，使它及其中悬浮的岩屑易排出地层土酸：hcl：保持一定ph，防止二次沉淀；促进hf与砂岩fany。酸处理添加剂：1.缓速剂（l）表面活性剂，通过吸附机理起作用。降低酸与地层的反应速率，达到缓速的目的。阳离子型（脂肪胺盐酸盐、季铵盐、吡啶盐）两性表面活性剂乳化作用，油包酸（2）聚合物，

23、通过稠化机理起缓速作用。2缓蚀剂（1）吸附膜型缓蚀剂，含有氮、氧和（或）硫元素。烷基安，戊二醛（2）“中间相”型缓蚀剂3铁稳定剂（三价沉）（1）络合剂或螫合剂，（草酸乳酸柠檬酸）（2）还原剂（甲醛硫脲联氨）4. 防乳化剂（乳化酸，乏酸拍不出）（1）有分支结构的表面活性剂（2）互溶剂（乙二醇丁醚类）5、粘土稳定剂（1）酸（2）有机阳离子型聚合物6助排剂（1）表面活性剂（2）增能剂7、防淤渣剂（1）油溶性表面活性剂 脂肪酸、烷基苯磺酸等（2）铁稳定剂3）芳香烃溶剂8润湿反转剂（1）表面活性剂，聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚、磷酸酯盐化的聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚或它们的混合物。（2）互溶剂，乙二醇丁醚和二乙二醇乙醚或它们的混合物9转向剂（1）粒状暂堵剂，苯甲酸、硼酸等、油溶性树脂等（2）冻胶型暂堵剂（3)泡沫（）沟通油气储集区，增加单井控制储量，连通透镜体和裂缝带、扩大渗流面积。(2) 变径向流动为线性流动(3) 解除污染压裂液的组成：前置液，携砂液，顶替液 水基冻胶压裂液主要由水、成胶剂、交联剂和破胶剂配成。 油基冻胶压裂液常用的破胶剂有：碳酸氢钠、苯甲酸钠、醋酸钠、醋酸钾。起泡剂：含氟的聚合物