油田應用化學課程課堂教學技巧淺析

周成裕 范雨竹 暴丹 張鵬

摘要：油田應用化學包含鉆井化學，采油化學以及集輸化學這三個大類。每一個大類里面又含有不同的小類知識點。這些知識點的教學目標、教學特點以及相對應的教學技巧各有不同，主要包括分析知識點的聯(lián)系和穿插，設計知識點和生活的關聯(lián)，擴展學生感興趣的內容以及將理論和工程實際相結合。

關鍵詞：油田應用化學;教學技巧;鉆井化學;采油化學;集輸化學

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

《油田應用化學》是我校特色專業(yè)-應用化學專業(yè)油田化學方向開設的一門64學時的專業(yè)方向限選課。課程主要介紹用化學的方法解決在鉆井、采油以及油氣集輸?shù)确矫娲嬖诘闹饕獑栴}。課程要求學生掌握油田應用化學的基本知識、基本原理和實驗技能。通過本課程的系統(tǒng)學習，培養(yǎng)學生把化學劑結構、性能、作用機理、地層地質條件及工作液施工參數(shù)諸方面結合起來，培養(yǎng)學生綜合分析問題并解決實際問題的能力，提高學生對某一領域的興趣。隨著油氣資源的不斷開發(fā)，如何確保復雜地質條件下的鉆探成功率、如何提高油氣采收率、如何有效保護資源和環(huán)境等，是當前面臨的主要技術難題。而油田化學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，故如何讓油田應用化學方向的學生學好該門課程顯得日益重要。

油田應用化學是化學與石油工程交叉形成的科學，主要探索工程技術問題的化學本質，研制化學添加劑和工作液配方，探討化學協(xié)同作用機理以及制訂油田化學應用技術措施。具體內容包含鉆井化學，采油化學以及集輸化學。這三部分的內容涉及不同的章節(jié)，針對的條件不同，所以教學過程中的授課技巧和教學特點也是有所不同，以下將對其一一闡述。

一、鉆井化學部分

鉆井化學這部分主要研究鉆（完）井和水泥漿體系的性能及其控制與調整。包括添加劑的作用機理、合成、篩選、改進和應用。這部分內容涉及的鉆（完）井液的知識難度相對較小，學生在之前已經(jīng)修讀了鉆井液工藝學、表面活性劑等課程，本課程中的鉆（完）井液化學重點是介紹工程實際問題的解決方法，比如復雜情況下的鉆井液技術、保護油氣層的鉆井液技術等，教師將最新的研究進展和具體的研究項目相結合，這樣學生可以在回顧已經(jīng)知識，運用相關理論知識，對出現(xiàn)的具體工程問題能進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很好的鍛煉。對于固井涉及的水泥漿化學雖然之前沒有涉及，但是和鉆井液化學一樣都是井筒工作液，同時，由于鉆井和完井是同時進行的，在工程實際中，兩種體系需要兼顧彼此的性質。所以在講解這部分內容時，不能分開單獨講，而是需要在中間穿插。比如隔離液，雖然這部分內容出現(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，但是實際上，鉆井液的性能和它也是息息相關的，所以這種“穿插式”的講解能讓學生更加容易理解和分析。

二、采油化學部分

采油化學部分主要研究油層改造和油水井化學改造問題。包括改造方案、添加劑的作用機理、合成、篩選、改進和應用。涉及采油過程中的眾多化學問題。主要分油層化學改造用劑和油水井化學改造用劑。油層化學改造主要就是指提高采收率，所以這一部分內容可以結合學過的石油與天然氣地質基礎，要求學生掌握強化采油基本原理、采收率與影響采收率的因素，聚合物水溶液的性質及聚合物溶液在孔隙介質中的流動特征，驅油用表面活性劑的結構要求及其類型等，尤其對于剩余油、殘余油、波及系數(shù)和洗油效率等概念性的知識可以用生活中打掃房間的形式加以說明，這樣學生能夠更加容易理解，并且也能樂意去找各種不同的方法，而對于其中的機理，則可以用學過的基本知識去解釋。如增加洗油效率為何可以用表面活性劑，這個原理就如同洗衣服用洗衣粉是一個道理，對于親水油層，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，由于這部分知識可以以肉眼可見的形式展現(xiàn)出來，故可以采取到實驗室觀測和實驗視頻相結合的形式加以講解。

油水井化學改造涉及的內容就相對比較多，但是這些內容都是有彼此聯(lián)系的。酸化的目的是為了能夠將不必要的雜質去除掉，給壓裂做好的鋪墊，所以這兩塊知識點可以融會貫通的講解，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點的時候需要著重講解兩者的區(qū)別，這樣就更有利于學生對這些內容的理解和運用。對于酸化和壓裂而言，其目的就是給油氣提供一條很好的導流帶，所以可以用汽車在公路上的行進作為例子，寬的公路汽車開快，而道路窄的地方汽車就會開始擁堵。在油水井化學改造中，調剖堵水也是一個非常重要的內容，對于這個知識，需要給學生講明白，實際上對于化學而言，調堵是一個意思，只是一個針對生產(chǎn)井一個針對注水井。比如針對生產(chǎn)井的堵水，為什么這么做，其實道理很簡單，就是由于油層的非均質性及開采方式不當，使注入水及邊水沿高滲透層及高滲透區(qū)不均勻推進，在縱向上形成單層突進，在橫向上形成舌進，使油井過早水淹。堵水就是在化學堵水中將化學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。另外，注水井的調剖技術可以和提高采收率相結合的講解，因為這個調剖的目的就是提高二次采油的采收率。

三、集輸化學部分

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

四、結論

通過課程的學習，使學生掌握油田化學品的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，熟悉一些主要油田化學品的生產(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，提高學生解決實際問題的能力，能夠根據(jù)生產(chǎn)實際的需要，根據(jù)同類化學劑的作用原理，進行分子設研制開發(fā)新型的油田化學劑，為今后從事相應的工作奠定一定的理論基礎。

參考文獻

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基金項目：本文系重慶市高等教育教學改革研究項目“新工科背景下的“探究式+傳幫帶”導師制模式培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的探索與實踐”（項目編號213339）和重慶科技學院教學改革研究項目（項目編號202029）的研究成果。

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