浅谈表面活性剂在石油化工生产中的应用

赵龙（延安大学 化工学院，陕西 延安 716000）



浅谈表面活性剂在石油化工生产中的应用

赵龙
（延安大学 化工学院，陕西 延安 716000）

摘 要：随着新化学物质合成的飞速发展，表面活性剂成为了一种重要的精细化工产品，享有"工业味精"的美称.它是渗透到几乎所有行业的技术，包括日常的保健食品，农业，环保等领域，为降低工业成本和农业生产成本带来了方便.缺点也呈现出来了，主要是对环境的污染.因此，研究表面活性剂的健康绿色发展尤为重要.本文的目的是分析表面活性剂的特点以及表面活性剂的结构，从而进一步探索石油化工生产中表面活性剂的应用，更好地提高油回收率，促进经济和社会发展的快速发展.

关键词：表面活性剂；石油化工；生产

1 开采稠油用的表面活性剂

由于稠油粘度大、流动性差，给开采带来许多困难.为开采这些稠油，有时需将表面活性剂的水溶液注入井下，使高粘度的稠油转变为低粘度的水包油型乳状液，抽提到地面.这种稠油乳化降粘法用到的表面活性剂有烷基磺酸钠、聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚、聚氧乙烯聚氧丙烯多烯多胺、聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯钠盐等.采出的这种水包油型乳状液，需要将水分离出去，也要使用一些工业表面活性剂作为破乳剂进行脱水.这些破乳剂是油包水型乳化剂.常用的有阳离子表面活性剂或环烷酸、沥青质酸及它们的多价金属盐.

特殊的稠油，不能采用常规的抽油机开采法，需要注蒸汽进行热采.提高热采效果，需要使用表面活性剂.向注汽井注入泡沫，即注入耐高温的起泡剂及不凝气体是常用的调制方法之一.

常用的起泡剂是烷基苯磺酸盐、α—烯烃磺酸盐、石油磺酸盐、磺烃基化的聚氧乙烯烷基醇醚和磺烃基化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等.由于含氟表面活性剂，表面活性高，对酸、碱、氧、热及油稳定，故含氟表面活性剂是理想的高温起泡剂.为了使分散的油易于通过地层的孔喉结构，或使地层表面的油易被驱出，需要使用称之为薄膜扩散剂的表面活性剂，常用的是氧烷基化酚醛树脂高分子表面活性剂.

2 开采含蜡原油用表面活性剂

开采含蜡原油，需要经常进行防蜡和清蜡.表面活性剂作为防蜡剂和清蜡剂.防蜡用的有油溶表面活性剂和水溶性表面活性剂.前者通过改变蜡晶表面的性质而起防蜡作用.常用的油溶性表面活性剂是石油磺酸盐和胺型表面活性剂.水溶性表面活性剂是通过改变结蜡表面（如油管、抽油杆及设备表面）的性质而起防蜡作用.可用的表面活性剂有烷基磺酸钠、季铵盐、烷烃聚氧乙烯醚、芳烃聚氧乙烯醚及其它们的磺酸钠盐等.清蜡用的表面活性剂也分两个方面，油溶性用于油基清蜡剂，水溶性的磺酸盐型、季铵盐型、聚醚型、吐温型、OP型表面活性剂、硫酸酯盐化或磺烃基化的平加型与OP型表面活性剂等用于水基清蜡剂.近年来，国内外将清防蜡有机地结合起来，还将油基清蜡剂和水基清蜡剂有机地结合起来，生产出混合型清蜡剂.这种清蜡剂以芳香烃和混合芳香烃作油相，以具有清蜡作用的乳化剂作水相.当选择的这种乳化剂为具有适当浊点的非离子型表面活性剂时，就可使它在油井结蜡段以下温度达到或超过它的浊点，从而使这种混合型清蜡剂在进入结蜡段前破乳，分出两种清蜡剂，同时起清蜡作用.

3 稳定粘土使用的表面活性剂

稳定粘土分防止粘土矿物膨胀和防止粘土矿物微粒运移两个方面.防止粘土膨胀可用，如胺盐型、季铵盐型、吡啶盐型、咪唑啉盐等阳离子表面活性剂.防止粘土矿物颗粒运移可用的有含氟的非离子—阳离子表面活性剂.

4 酸化措施使用的表面活性剂

为了提高酸化效果，一般在酸液中需加入多种添加剂.凡能同酸液配伍并易被地层吸附的表面活性剂，均可作为酸化缓速剂.如阳离子表面活性剂中的脂肪胺盐酸盐、季铵盐、吡啶盐和两性表面活性剂中的磺酸盐化、羧甲基化、磷酸酯盐化或硫酸酯盐化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等.有些表面活性剂如十二烷基磺酸和它的烷基胺盐，可将酸液乳化在油中，产生油包酸乳状液，以此乳状液作为酸化工业液，亦起缓速作用.

有些表面活性剂可作为酸化液防乳化剂，具有分支结构的表面活性剂如聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯五乙烯六胺均可作为酸化防乳化剂.

有些表面活性剂可作为乏酸助排剂，可作为助排剂的表面活性剂有胺盐型、季铵盐型、吡啶盐型、非离子型、两性及含氟表面活性剂等.有些表面活性剂可作为酸化防淤渣剂，如油溶性表面活性剂，如烷基酚、脂肪酸、烷基苯磺酸、季铵盐等.因它们酸溶性不好，可用非离子型表面活性剂将它们分散在酸液中.

为了提高酸化效果，需要在酸液中加入润湿反转剂，将近井地带的润湿性由亲油反转为亲水.聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚与磷酸酯盐化的聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚的混合物等，被地层吸附为第吸附层，而起到润湿反转作用.

另外，还有一些表面活性剂，如脂肪胺盐酸盐、季铵盐或非离子—阴离子表面活性剂作为起泡剂，制成泡沫酸工作液，达到缓速缓蚀深部酸化之目的，或以此制成泡沫作为酸化的前置液，将它们注入地层后，再注酸液.泡沫中的气泡产生的Jamin效应，可对酸液起转向作用，迫使酸液主要溶蚀低渗透层，提高了酸化效果.

5 压裂措施使用的表面活性剂

压裂措施常施用于低渗透油田，就是用压力将地层压开，形成裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减少流体流动阻力，达到增产增注目的.有些压裂液是用表面活性剂作为成分之一来配制的.

水包油压裂液是由水、油和乳化剂配制的.使用的乳化剂有离子型、非离子型和两性表面活性剂.若用稠化水作外相，以油作内相，可配得稠化水包油压裂液（聚合物乳状液）.这种压裂液能使用160℃以下的温度下，并能自动破乳排液.

泡沫压裂液是以水为分散介质、以气为分散相的压裂液，其主要成分是水、气和起泡剂.烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基硫酸酯盐、季铵盐和OP型表面活性剂均可作为起泡剂.起泡剂在水中的浓度一般是0.5—2%，气相体积与泡沫体积的比值在0.5—0.9范围.

油基压裂液是以油作溶剂或分散介质配成的压裂液.现场应用最多的油是原油或其重馏分，为了改进其粘温性能，需要加入油溶石油磺酸盐（分子量300—750）.油基压裂液也包括油包水压裂液和油泡沫压裂液.前者用的乳化剂是油溶性的阴离子型表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂，后者用的稳泡剂是含氟的高分子表面活性剂.水敏地层压裂液，是用醇（如乙二醇）与油（如煤油）混合物作为分散介质，用液体二氧化碳作为分散相，用硫酸酯盐化的聚氧乙烯烷基醇醚作乳化剂或起泡剂配成的乳状液或泡沫，压裂水敏地层.

压裂酸化用压裂液，既是压裂液又是酸化液，用于碳酸盐地层，两种措施同时进行.与表面活性剂有关的是酸泡沫和酸乳状液，前者用烷基磺酸盐或烷基苯磺酸盐作起泡剂，后者是用磺酸盐型表面活性剂为乳化剂.

压裂液也同酸化液一样使用表面活性剂作为防乳化剂、助排剂和润湿反转剂，在此不再多叙.

6 调剖、堵水措施使用的表面活性剂

为了提高注水开发效果抑制原油含水上升速度，需要在注水井上调整吸水剖面及在生产井上进行堵水的增产措施.其中的一些调剖堵水方法，经常用到一些表面活性剂.

HPC/SDS冻胶调剖剂，由羟丙基纤维素（HPC）与十二烷基硫酸酯钠盐（SDS）在淡水中配成.

烷基磺酸钠和烷基三甲基氯化铵，分别溶于水中，配成两种工作液，先后注入地层，在地层中两种工作液相迂，产生烷基三甲基胺的烷基亚硫酸酯沉淀，封堵高渗透层.

聚氧乙烯烷基苯酚醚，烷基芳基磺酸盐等可作为起泡剂，溶于水中配制一种工作液，然后与液体二氧化碳工作液交替注入地层中，就在地层中（主要是高渗透层）形成泡沫，产生堵塞，起到调剖作用.

以季铵盐型表面活性剂作为起泡剂溶于硫酸铵同水玻璃配成的硅酸溶胶中注入地层，然后注不冷凝气体（天然气或氯气），则可在地层中先产生以液体为分散介层的泡沫，随后硅酸溶胶胶凝，就产生了以固体为分散介质的泡沫，起到堵塞高渗透层及调剖作用.

以磺酸盐型表面活性剂为起泡剂，以高分子化合物作为稠化稳泡剂，再注气体或产生气体的物质，在地面或地层生成水基泡沫，这种泡沫在油层，表面活性剂大量移至油水界面，引起泡沫破坏，故不堵油层，是一种选择性和油井堵水剂.

油基水泥堵水剂是水泥在油中的悬浮体，水泥表面亲水，当它进入出水层时，水置换水泥表面的油井与水泥作用，使水泥固化封堵出水层.为改善这种堵剂的流动性，通常加入羧酸盐型及磺酸盐型表面活性剂.

水基胶束液溶堵水剂，是由石油磺酸铵、烃类及醇类等为主要成分的一种胶束溶液，在地层中迂高含盐水，可变粘稠，达到堵水作用.

水基或油基阳离子表面活性剂溶液堵水剂，是以烷基羧酸盐和烷基氯化铵盐活性剂为主要成分，只适用于砂岩地层.

活性稠油堵水剂，它是一种溶有油包水型乳化剂的稠油，在地层迂水后产生高粘的油包水乳状液，达到堵水目的.

水包油堵水剂，是以阳离子型表面活性剂作为水包油型乳化剂，将稠油乳化在水中配成.

7 防砂措施用表面活性剂

防砂作业前，需要注一定量的由表面活性剂配制的活性水作为前置液，对地层进行予清洗，以提高防砂效果.目前常用活性剂，多数是阴离子表面活性剂.

8 原油脱水用表面活性剂

在一、二次采油阶段，采出的原油多用油包水型破乳剂.已发展了三代产品，第一代是羧酸盐，硫酸盐和磺酸盐.第二代是低分子非离子表面活性剂如OP、平平加和磺化蓖麻油等.第三代为高分子非离子表面活性剂.

在二次采油后期和三次采油阶段，采出原油多以水包油型乳状液形式存在.所用破乳剂有四类，如十四烷基三甲基氧基氯化铵、二癸基二甲基氯化铵，它们可与阴离子类型的乳化剂反应，改变其亲水油平衡值，或吸附在水湿性粘土颗粒表面，改变其润湿性，破坏水包油型乳状液.另外一些可作为油包水型乳化剂的阴离子表面活性剂以及油溶性的非离子表面活性剂，也可用作为水包油型乳状液破乳剂.

9 水处理用表面活性剂

油井采出液经脱出原油之后，产出水需要经过处理才能达到回注要求.水处理的目的有六个方面，即缓蚀、防垢、杀菌、除氧、除油和除去固体悬浮物.因此，要使用缓蚀剂、防垢剂、杀菌剂、除氧剂、除油剂及絮凝剂等，涉及工业表面活性剂的有如下方面：

用作缓蚀剂的工业表面活性剂有烷基磺酸、烷基苯磺酸、全氟烷基磺酸的盐类，直链烷基胺盐类、季铵盐类、烷基吡啶盐类、咪唑啉及其衍生物的盐类、聚氧乙烯烷基醇醚类、聚氧乙烯二烷基丙炔醇、聚氧乙烯松香胺、聚氧乙烯十八胺以及聚氧乙烯烷基醇醚烷基磺酸盐，各种季胺基内盐，二（聚氧乙烯基）烷基及其衍生物的内盐.

用作防垢剂的表面活性剂有磷酸酯盐、硫酸酯盐、醋酸盐、羧酸盐及其它们的聚氧乙烯基化合物.磺酸酯盐、羧酸盐的热稳定性明显优于磷酸酯盐、硫酸酯盐.

用于杀菌剂的工业表面活性剂有直链烷基胺盐类、季胺盐类、烷基吡啶盐类、咪唑啉及其衍生物的盐类、多种季铵内盐、二（聚氧乙烯基）烷基及其衍生物的内盐.

用于除油剂的工业表面活性剂，主要是具有分支结构和含二硫代羧酸钠基的表面活性剂.

10 化学驱油用表面活性剂

一、二次采油可采出25%—50%的地下原油，还有许多原油留在地下采不出来.进行三次采油可提高原油采收率.三次采油多以化学驱油方法，即向注入水中加入一些化学剂，提高水驱效率.在所用化学剂之中，有些属于工业表面活性剂，其情况简要介绍如下：

以表面活性剂为主剂的化学驱油方法，称之为表面活性剂驱.表面活性剂主要通过降低油水界面张力，提高毛管数而起到提高采收率作用.由于砂岩地层表面带负电，所以使用的表面活性剂主要是阴离子型表面活性剂，而且大部分是磺酸盐型表面活性剂.它是使用磺化剂（如三氧化硫）将芳香烃含量高的石油馏分磺化，再用碱中和制成.其规格：活性物50%—80%，矿物油5%—30%，水2%—20%，硫酸钠1%—6%.石油磺酸盐耐温不耐盐，不耐高价金属离子.合成磺酸盐是由相应的烃类，用相应的合成方法制得.其中的α—烯烃磺酸盐，特别耐盐，耐高价金属离子.另外一些阴离子—非离子型表面活性剂及羧酸盐型表面活性剂，也可用于驱油.表面活性剂驱油要用两种助剂：一种是助表面活性剂，如异丁醇、二乙二醇丁醚、尿素、环丁砜、亚烯基苯磺酸盐等，另一种是电介质，包括酸碱盐，主要是盐，它们可减少表面活性剂的亲水性，相对增加亲油性，亦是改变活性剂的亲水亲油平衡值而起作用.为了减少表面活性剂的损耗，提高经济效果，表面活性剂驱，还要使用称之为牺牲剂的化学物质.可作为牺牲剂的物质，有碱性物质和多元羧酸及其盐类，低聚物和高聚物也可作为牺牲剂，木质素磺酸盐及其改性物是一种牺牲剂.

使用两种或两种以上化学驱油主剂的驱油方法，称之为复合驱，与表面活性剂有关的这种驱油方法有：表面活性剂十聚合物的稠化表面活性剂驱；碱十表面活性剂的碱强化表面活性剂驱或表面活性剂强化碱驱；碱十表面活性剂十聚合物的按元复合驱.复合驱通常比单一的驱动有更高的采收率.据目前国内外发展趋势分析，三元复合驱较二元复合驱有更高的优越性.三元复合驱用的表面活性剂主要是石油磺酸盐，通常还复配使用聚氧乙烯烷基醇醚的硫酸、磷酸及羧酸盐类、聚氧乙烯烷基醇烷基磺酸钠盐等，以提高其耐盐性能.近期，国内外都重视研究和使用了生物表面活性剂，如鼠李糖脂、槐糖脂发酵液等，以及天然混合羧酸盐和造纸副产碱木素等，在现场和室内试验取得了好的驱油效果.

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中图分类号：TQ423.99

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2016）05-0049-03

收稿日期：2016-03-14