周成裕 范雨竹 暴丹 張鵬

摘要：油田應(yīng)用化學(xué)包含鉆井化學(xué)，采油化學(xué)以及集輸化學(xué)這三個(gè)大類。每一個(gè)大類里面又含有不同的小類知識(shí)點(diǎn)。這些知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)特點(diǎn)以及相對(duì)應(yīng)的教學(xué)技巧各有不同，主要包括分析知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和穿插，設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)和生活的關(guān)聯(lián)，擴(kuò)展學(xué)生感興趣的內(nèi)容以及將理論和工程實(shí)際相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：油田應(yīng)用化學(xué);教學(xué)技巧;鉆井化學(xué);采油化學(xué);集輸化學(xué)

Abstract：Applied chemistry of oilfield includes three major categories：drilling chemistry，oil production chemistry，gathering and transportation chemistry. Each major category contains different knowledge points of subcategories. The teaching objectives，teaching characteristics，and corresponding teaching skills of these knowledge points are different. They mainly include analyzing the connection and interleaving of knowledge points，designing the connection between knowledge points and life，expanding the content that students are interested，and integrating theory with engineering practice.

Keywords：Applied chemistry of oilfield;Teaching methods;drilling chemistry;oil production chemistry;gathering and transportation chemistry

前言

《油田應(yīng)用化學(xué)》是我校特色專業(yè)-應(yīng)用化學(xué)專業(yè)油田化學(xué)方向開設(shè)的一門64學(xué)時(shí)的專業(yè)方向限選課。課程主要介紹用化學(xué)的方法解決在鉆井、采油以及油氣集輸?shù)确矫娲嬖诘闹饕獑栴}。課程要求學(xué)生掌握油田應(yīng)用化學(xué)的基本知識(shí)、基本原理和實(shí)驗(yàn)技能。通過本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生把化學(xué)劑結(jié)構(gòu)、性能、作用機(jī)理、地層地質(zhì)條件及工作液施工參數(shù)諸方面結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題并解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生對(duì)某一領(lǐng)域的興趣。隨著油氣資源的不斷開發(fā)，如何確保復(fù)雜地質(zhì)條件下的鉆探成功率、如何提高油氣采收率、如何有效保護(hù)資源和環(huán)境等，是當(dāng)前面臨的主要技術(shù)難題。而油田化學(xué)方法在解決以上難題中的作用及其有效性越來越突出，越來越受到高度重視，故如何讓油田應(yīng)用化學(xué)方向的學(xué)生學(xué)好該門課程顯得日益重要。

油田應(yīng)用化學(xué)是化學(xué)與石油工程交叉形成的科學(xué)，主要探索工程技術(shù)問題的化學(xué)本質(zhì)，研制化學(xué)添加劑和工作液配方，探討化學(xué)協(xié)同作用機(jī)理以及制訂油田化學(xué)應(yīng)用技術(shù)措施。具體內(nèi)容包含鉆井化學(xué)，采油化學(xué)以及集輸化學(xué)。這三部分的內(nèi)容涉及不同的章節(jié)，針對(duì)的條件不同，所以教學(xué)過程中的授課技巧和教學(xué)特點(diǎn)也是有所不同，以下將對(duì)其一一闡述。

一、鉆井化學(xué)部分

鉆井化學(xué)這部分主要研究鉆（完）井和水泥漿體系的性能及其控制與調(diào)整。包括添加劑的作用機(jī)理、合成、篩選、改進(jìn)和應(yīng)用。這部分內(nèi)容涉及的鉆（完）井液的知識(shí)難度相對(duì)較小，學(xué)生在之前已經(jīng)修讀了鉆井液工藝學(xué)、表面活性劑等課程，本課程中的鉆（完）井液化學(xué)重點(diǎn)是介紹工程實(shí)際問題的解決方法，比如復(fù)雜情況下的鉆井液技術(shù)、保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù)等，教師將最新的研究進(jìn)展和具體的研究項(xiàng)目相結(jié)合，這樣學(xué)生可以在回顧已經(jīng)知識(shí)，運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)出現(xiàn)的具體工程問題能進(jìn)行自己的理解和分析，繼而提出解決問題的方法，為即將走上工作崗位可以提供一個(gè)很好的鍛煉。對(duì)于固井涉及的水泥漿化學(xué)雖然之前沒有涉及，但是和鉆井液化學(xué)一樣都是井筒工作液，同時(shí)，由于鉆井和完井是同時(shí)進(jìn)行的，在工程實(shí)際中，兩種體系需要兼顧彼此的性質(zhì)。所以在講解這部分內(nèi)容時(shí)，不能分開單獨(dú)講，而是需要在中間穿插。比如隔離液，雖然這部分內(nèi)容出現(xiàn)在了水泥漿體系中，大部分考慮的也是和水泥漿的配伍性，但是實(shí)際上，鉆井液的性能和它也是息息相關(guān)的，所以這種“穿插式”的講解能讓學(xué)生更加容易理解和分析。

二、采油化學(xué)部分

采油化學(xué)部分主要研究油層改造和油水井化學(xué)改造問題。包括改造方案、添加劑的作用機(jī)理、合成、篩選、改進(jìn)和應(yīng)用。涉及采油過程中的眾多化學(xué)問題。主要分油層化學(xué)改造用劑和油水井化學(xué)改造用劑。油層化學(xué)改造主要就是指提高采收率，所以這一部分內(nèi)容可以結(jié)合學(xué)過的石油與天然氣地質(zhì)基礎(chǔ)，要求學(xué)生掌握強(qiáng)化采油基本原理、采收率與影響采收率的因素，聚合物水溶液的性質(zhì)及聚合物溶液在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)特征，驅(qū)油用表面活性劑的結(jié)構(gòu)要求及其類型等，尤其對(duì)于剩余油、殘余油、波及系數(shù)和洗油效率等概念性的知識(shí)可以用生活中打掃房間的形式加以說明，這樣學(xué)生能夠更加容易理解，并且也能樂意去找各種不同的方法，而對(duì)于其中的機(jī)理，則可以用學(xué)過的基本知識(shí)去解釋。如增加洗油效率為何可以用表面活性劑，這個(gè)原理就如同洗衣服用洗衣粉是一個(gè)道理，對(duì)于親水油層，體系將自發(fā)增加水固界面，減少油固界面，水自發(fā)地將油排開，提高了洗油效率，原油采收率高。此外，由于這部分知識(shí)可以以肉眼可見的形式展現(xiàn)出來，故可以采取到實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)視頻相結(jié)合的形式加以講解。

油水井化學(xué)改造涉及的內(nèi)容就相對(duì)比較多，但是這些內(nèi)容都是有彼此聯(lián)系的。酸化的目的是為了能夠?qū)⒉槐匾碾s質(zhì)去除掉，給壓裂做好的鋪墊，所以這兩塊知識(shí)點(diǎn)可以融會(huì)貫通的講解，并且部分的酸液體系和壓裂液的添加劑有很多類似的化學(xué)劑，比如稠化劑、交聯(lián)劑、助排劑、黏土穩(wěn)定劑等等，所以一旦講到這些知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候需要著重講解兩者的區(qū)別，這樣就更有利于學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容的理解和運(yùn)用。對(duì)于酸化和壓裂而言，其目的就是給油氣提供一條很好的導(dǎo)流帶，所以可以用汽車在公路上的行進(jìn)作為例子，寬的公路汽車開快，而道路窄的地方汽車就會(huì)開始擁堵。在油水井化學(xué)改造中，調(diào)剖堵水也是一個(gè)非常重要的內(nèi)容，對(duì)于這個(gè)知識(shí)，需要給學(xué)生講明白，實(shí)際上對(duì)于化學(xué)而言，調(diào)堵是一個(gè)意思，只是一個(gè)針對(duì)生產(chǎn)井一個(gè)針對(duì)注水井。比如針對(duì)生產(chǎn)井的堵水，為什么這么做，其實(shí)道理很簡(jiǎn)單，就是由于油層的非均質(zhì)性及開采方式不當(dāng)，使注入水及邊水沿高滲透層及高滲透區(qū)不均勻推進(jìn)，在縱向上形成單層突進(jìn)，在橫向上形成舌進(jìn)，使油井過早水淹。堵水就是在化學(xué)堵水中將化學(xué)劑注入到油井高滲透出水層段，降低近井地帶的水相滲透率，減少油井出水，增加原油產(chǎn)量的一整套技術(shù)。另外，注水井的調(diào)剖技術(shù)可以和提高采收率相結(jié)合的講解，因?yàn)檫@個(gè)調(diào)剖的目的就是提高二次采油的采收率。

三、集輸化學(xué)部分

集輸化學(xué)主要研究設(shè)備和管道的腐蝕與防護(hù)、原油的破乳與乳化、原油的降粘與降阻輸送等問題。涉及原油集輸和預(yù)處理中的眾多化學(xué)問題。腐蝕部分相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)閷W(xué)生都學(xué)過物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)課，主要介紹化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，所以基本進(jìn)入狀態(tài)很快，在了解了腐蝕的基本原理之后，再講解設(shè)備、管道的腐蝕和防護(hù)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程問題（比如在酸性氣體存在下的環(huán)控保護(hù)液對(duì)套管的腐蝕和防腐情況），這樣可以較好地加深學(xué)生的理解。對(duì)于原油的破乳與乳化問題，主要是關(guān)于表面活性劑的問題，由于已經(jīng)修過相關(guān)課程，所以這一點(diǎn)學(xué)生應(yīng)該很容易記憶，而對(duì)于乳狀液的形成的三個(gè)條件，則需要強(qiáng)行記憶，這三個(gè)條件單一的去記容易忘，可以結(jié)合學(xué)生日常感興趣的話題去記就很容易記（如男女學(xué)生之間談戀愛的問題），第一個(gè)條件需要兩相（男生和女生），第二個(gè)條件需要乳化劑（男女生引起興趣的介質(zhì)，如興趣、性格等），第三個(gè)條件就是需要攪拌，增加能量（男女生之間需要通過相互關(guān)心，寫句暖心的話，送個(gè)貼心的小禮物等），這樣也許過了很久學(xué)生依然可以記住乳化劑形成的三個(gè)條件。原油的降粘與降阻輸送整個(gè)內(nèi)容需要講解的不是太多，學(xué)生主要以掌握基本概念為主。但是為了加深學(xué)生對(duì)這一塊內(nèi)容的理解，可以用例如遼河油田的油雕作為高凝點(diǎn)油的實(shí)例，用相關(guān)的圖片加以展示說明。此外，由于對(duì)于黏度較高的油大部分含有蠟，所以可以將清防蠟的知識(shí)在這個(gè)內(nèi)容中穿插講解，這樣能讓學(xué)生更容易理解和記憶。對(duì)于降阻的這部分知識(shí)點(diǎn)，只有簡(jiǎn)單的減阻率的計(jì)算，這樣比較抽象，可以在課后到實(shí)驗(yàn)室結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的摩阻降低測(cè)定儀，讓學(xué)生有個(gè)感官的認(rèn)識(shí)，充分理解降阻的含義。

四、結(jié)論

通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握油田化學(xué)品的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，熟悉一些主要油田化學(xué)品的生產(chǎn)工藝，了解其基本原理，掌握一定的油氣田開采方面的專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，能夠根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的需要，根據(jù)同類化學(xué)劑的作用原理，進(jìn)行分子設(shè)研制開發(fā)新型的油田化學(xué)劑，為今后從事相應(yīng)的工作奠定一定的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：本文系重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新工科背景下的“探究式+傳幫帶”導(dǎo)師制模式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探索與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)213339）和重慶科技學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)202029）的研究成果。

作者簡(jiǎn)介：周成裕（1983-），男，漢族，浙江寧波人，博士研究生學(xué)歷，重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，副教授，主要從事油氣田化學(xué)品合成及化學(xué)增產(chǎn)措施研究。