淺談表面活性劑在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙龍（延安大學(xué) 化工學(xué)院，陜西 延安 716000）

?

淺談表面活性劑在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙龍
（延安大學(xué) 化工學(xué)院，陜西 延安 716000）

摘 要：隨著新化學(xué)物質(zhì)合成的飛速發(fā)展，表面活性劑成為了一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，享有"工業(yè)味精"的美稱.它是滲透到幾乎所有行業(yè)的技術(shù)，包括日常的保健食品，農(nóng)業(yè)，環(huán)保等領(lǐng)域，為降低工業(yè)成本和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本帶來(lái)了方便.缺點(diǎn)也呈現(xiàn)出來(lái)了，主要是對(duì)環(huán)境的污染.因此，研究表面活性劑的健康綠色發(fā)展尤為重要.本文的目的是分析表面活性劑的特點(diǎn)以及表面活性劑的結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步探索石油化工生產(chǎn)中表面活性劑的應(yīng)用，更好地提高油回收率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的快速發(fā)展.

關(guān)鍵詞：表面活性劑；石油化工；生產(chǎn)

1 開(kāi)采稠油用的表面活性劑

由于稠油粘度大、流動(dòng)性差，給開(kāi)采帶來(lái)許多困難.為開(kāi)采這些稠油，有時(shí)需將表面活性劑的水溶液注入井下，使高粘度的稠油轉(zhuǎn)變?yōu)榈驼扯鹊乃托腿闋钜?，抽提到地?這種稠油乳化降粘法用到的表面活性劑有烷基磺酸鈉、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鈉鹽等.采出的這種水包油型乳狀液，需要將水分離出去，也要使用一些工業(yè)表面活性劑作為破乳劑進(jìn)行脫水.這些破乳劑是油包水型乳化劑.常用的有陽(yáng)離子表面活性劑或環(huán)烷酸、瀝青質(zhì)酸及它們的多價(jià)金屬鹽.

特殊的稠油，不能采用常規(guī)的抽油機(jī)開(kāi)采法，需要注蒸汽進(jìn)行熱采.提高熱采效果，需要使用表面活性劑.向注汽井注入泡沫，即注入耐高溫的起泡劑及不凝氣體是常用的調(diào)制方法之一.

常用的起泡劑是烷基苯磺酸鹽、α—烯烴磺酸鹽、石油磺酸鹽、磺烴基化的聚氧乙烯烷基醇醚和磺烴基化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等.由于含氟表面活性劑，表面活性高，對(duì)酸、堿、氧、熱及油穩(wěn)定，故含氟表面活性劑是理想的高溫起泡劑.為了使分散的油易于通過(guò)地層的孔喉結(jié)構(gòu)，或使地層表面的油易被驅(qū)出，需要使用稱之為薄膜擴(kuò)散劑的表面活性劑，常用的是氧烷基化酚醛樹(shù)脂高分子表面活性劑.

2 開(kāi)采含蠟原油用表面活性劑

開(kāi)采含蠟原油，需要經(jīng)常進(jìn)行防蠟和清蠟.表面活性劑作為防蠟劑和清蠟劑.防蠟用的有油溶表面活性劑和水溶性表面活性劑.前者通過(guò)改變蠟晶表面的性質(zhì)而起防蠟作用.常用的油溶性表面活性劑是石油磺酸鹽和胺型表面活性劑.水溶性表面活性劑是通過(guò)改變結(jié)蠟表面（如油管、抽油桿及設(shè)備表面）的性質(zhì)而起防蠟作用.可用的表面活性劑有烷基磺酸鈉、季銨鹽、烷烴聚氧乙烯醚、芳烴聚氧乙烯醚及其它們的磺酸鈉鹽等.清蠟用的表面活性劑也分兩個(gè)方面，油溶性用于油基清蠟劑，水溶性的磺酸鹽型、季銨鹽型、聚醚型、吐溫型、OP型表面活性劑、硫酸酯鹽化或磺烴基化的平加型與OP型表面活性劑等用于水基清蠟劑.近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外將清防蠟有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，還將油基清蠟劑和水基清蠟劑有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，生產(chǎn)出混合型清蠟劑.這種清蠟劑以芳香烴和混合芳香烴作油相，以具有清蠟作用的乳化劑作水相.當(dāng)選擇的這種乳化劑為具有適當(dāng)濁點(diǎn)的非離子型表面活性劑時(shí)，就可使它在油井結(jié)蠟段以下溫度達(dá)到或超過(guò)它的濁點(diǎn)，從而使這種混合型清蠟劑在進(jìn)入結(jié)蠟段前破乳，分出兩種清蠟劑，同時(shí)起清蠟作用.

3 穩(wěn)定粘土使用的表面活性劑

穩(wěn)定粘土分防止粘土礦物膨脹和防止粘土礦物微粒運(yùn)移兩個(gè)方面.防止粘土膨脹可用，如胺鹽型、季銨鹽型、吡啶鹽型、咪唑啉鹽等陽(yáng)離子表面活性劑.防止粘土礦物顆粒運(yùn)移可用的有含氟的非離子—陽(yáng)離子表面活性劑.

4 酸化措施使用的表面活性劑

為了提高酸化效果，一般在酸液中需加入多種添加劑.凡能同酸液配伍并易被地層吸附的表面活性劑，均可作為酸化緩速劑.如陽(yáng)離子表面活性劑中的脂肪胺鹽酸鹽、季銨鹽、吡啶鹽和兩性表面活性劑中的磺酸鹽化、羧甲基化、磷酸酯鹽化或硫酸酯鹽化的聚氧乙烯烷基苯酚醚等.有些表面活性劑如十二烷基磺酸和它的烷基胺鹽，可將酸液乳化在油中，產(chǎn)生油包酸乳狀液，以此乳狀液作為酸化工業(yè)液，亦起緩速作用.

有些表面活性劑可作為酸化液防乳化劑，具有分支結(jié)構(gòu)的表面活性劑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為酸化防乳化劑.

有些表面活性劑可作為乏酸助排劑，可作為助排劑的表面活性劑有胺鹽型、季銨鹽型、吡啶鹽型、非離子型、兩性及含氟表面活性劑等.有些表面活性劑可作為酸化防淤渣劑，如油溶性表面活性劑，如烷基酚、脂肪酸、烷基苯磺酸、季銨鹽等.因它們酸溶性不好，可用非離子型表面活性劑將它們分散在酸液中.

為了提高酸化效果，需要在酸液中加入潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑，將近井地帶的潤(rùn)濕性由親油反轉(zhuǎn)為親水.聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚與磷酸酯鹽化的聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚的混合物等，被地層吸附為第吸附層，而起到潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)作用.

另外，還有一些表面活性劑，如脂肪胺鹽酸鹽、季銨鹽或非離子—陰離子表面活性劑作為起泡劑，制成泡沫酸工作液，達(dá)到緩速緩蝕深部酸化之目的，或以此制成泡沫作為酸化的前置液，將它們注入地層后，再注酸液.泡沫中的氣泡產(chǎn)生的Jamin效應(yīng)，可對(duì)酸液起轉(zhuǎn)向作用，迫使酸液主要溶蝕低滲透層，提高了酸化效果.

5 壓裂措施使用的表面活性劑

壓裂措施常施用于低滲透油田，就是用壓力將地層壓開(kāi)，形成裂縫，并用支撐劑將裂縫支撐起來(lái)，減少流體流動(dòng)阻力，達(dá)到增產(chǎn)增注目的.有些壓裂液是用表面活性劑作為成分之一來(lái)配制的.

水包油壓裂液是由水、油和乳化劑配制的.使用的乳化劑有離子型、非離子型和兩性表面活性劑.若用稠化水作外相，以油作內(nèi)相，可配得稠化水包油壓裂液（聚合物乳狀液）.這種壓裂液能使用160℃以下的溫度下，并能自動(dòng)破乳排液.

泡沫壓裂液是以水為分散介質(zhì)、以氣為分散相的壓裂液，其主要成分是水、氣和起泡劑.烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基硫酸酯鹽、季銨鹽和OP型表面活性劑均可作為起泡劑.起泡劑在水中的濃度一般是0.5—2%，氣相體積與泡沫體積的比值在0.5—0.9范圍.

油基壓裂液是以油作溶劑或分散介質(zhì)配成的壓裂液.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的油是原油或其重餾分，為了改進(jìn)其粘溫性能，需要加入油溶石油磺酸鹽（分子量300—750）.油基壓裂液也包括油包水壓裂液和油泡沫壓裂液.前者用的乳化劑是油溶性的陰離子型表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑，后者用的穩(wěn)泡劑是含氟的高分子表面活性劑.水敏地層壓裂液，是用醇（如乙二醇）與油（如煤油）混合物作為分散介質(zhì)，用液體二氧化碳作為分散相，用硫酸酯鹽化的聚氧乙烯烷基醇醚作乳化劑或起泡劑配成的乳狀液或泡沫，壓裂水敏地層.

壓裂酸化用壓裂液，既是壓裂液又是酸化液，用于碳酸鹽地層，兩種措施同時(shí)進(jìn)行.與表面活性劑有關(guān)的是酸泡沫和酸乳狀液，前者用烷基磺酸鹽或烷基苯磺酸鹽作起泡劑，后者是用磺酸鹽型表面活性劑為乳化劑.

壓裂液也同酸化液一樣使用表面活性劑作為防乳化劑、助排劑和潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑，在此不再多敘.

6 調(diào)剖、堵水措施使用的表面活性劑

為了提高注水開(kāi)發(fā)效果抑制原油含水上升速度，需要在注水井上調(diào)整吸水剖面及在生產(chǎn)井上進(jìn)行堵水的增產(chǎn)措施.其中的一些調(diào)剖堵水方法，經(jīng)常用到一些表面活性劑.

HPC/SDS凍膠調(diào)剖劑，由羥丙基纖維素（HPC）與十二烷基硫酸酯鈉鹽（SDS）在淡水中配成.

烷基磺酸鈉和烷基三甲基氯化銨，分別溶于水中，配成兩種工作液，先后注入地層，在地層中兩種工作液相迂，產(chǎn)生烷基三甲基胺的烷基亞硫酸酯沉淀，封堵高滲透層.

聚氧乙烯烷基苯酚醚，烷基芳基磺酸鹽等可作為起泡劑，溶于水中配制一種工作液，然后與液體二氧化碳工作液交替注入地層中，就在地層中（主要是高滲透層）形成泡沫，產(chǎn)生堵塞，起到調(diào)剖作用.

以季銨鹽型表面活性劑作為起泡劑溶于硫酸銨同水玻璃配成的硅酸溶膠中注入地層，然后注不冷凝氣體（天然氣或氯氣），則可在地層中先產(chǎn)生以液體為分散介層的泡沫，隨后硅酸溶膠膠凝，就產(chǎn)生了以固體為分散介質(zhì)的泡沫，起到堵塞高滲透層及調(diào)剖作用.

以磺酸鹽型表面活性劑為起泡劑，以高分子化合物作為稠化穩(wěn)泡劑，再注氣體或產(chǎn)生氣體的物質(zhì)，在地面或地層生成水基泡沫，這種泡沫在油層，表面活性劑大量移至油水界面，引起泡沫破壞，故不堵油層，是一種選擇性和油井堵水劑.

油基水泥堵水劑是水泥在油中的懸浮體，水泥表面親水，當(dāng)它進(jìn)入出水層時(shí)，水置換水泥表面的油井與水泥作用，使水泥固化封堵出水層.為改善這種堵劑的流動(dòng)性，通常加入羧酸鹽型及磺酸鹽型表面活性劑.

水基膠束液溶堵水劑，是由石油磺酸銨、烴類及醇類等為主要成分的一種膠束溶液，在地層中迂高含鹽水，可變粘稠，達(dá)到堵水作用.

水基或油基陽(yáng)離子表面活性劑溶液堵水劑，是以烷基羧酸鹽和烷基氯化銨鹽活性劑為主要成分，只適用于砂巖地層.

活性稠油堵水劑，它是一種溶有油包水型乳化劑的稠油，在地層迂水后產(chǎn)生高粘的油包水乳狀液，達(dá)到堵水目的.

水包油堵水劑，是以陽(yáng)離子型表面活性劑作為水包油型乳化劑，將稠油乳化在水中配成.

7 防砂措施用表面活性劑

防砂作業(yè)前，需要注一定量的由表面活性劑配制的活性水作為前置液，對(duì)地層進(jìn)行予清洗，以提高防砂效果.目前常用活性劑，多數(shù)是陰離子表面活性劑.

8 原油脫水用表面活性劑

在一、二次采油階段，采出的原油多用油包水型破乳劑.已發(fā)展了三代產(chǎn)品，第一代是羧酸鹽，硫酸鹽和磺酸鹽.第二代是低分子非離子表面活性劑如OP、平平加和磺化蓖麻油等.第三代為高分子非離子表面活性劑.

在二次采油后期和三次采油階段，采出原油多以水包油型乳狀液形式存在.所用破乳劑有四類，如十四烷基三甲基氧基氯化銨、二癸基二甲基氯化銨，它們可與陰離子類型的乳化劑反應(yīng)，改變其親水油平衡值，或吸附在水濕性粘土顆粒表面，改變其潤(rùn)濕性，破壞水包油型乳狀液.另外一些可作為油包水型乳化劑的陰離子表面活性劑以及油溶性的非離子表面活性劑，也可用作為水包油型乳狀液破乳劑.

9 水處理用表面活性劑

油井采出液經(jīng)脫出原油之后，產(chǎn)出水需要經(jīng)過(guò)處理才能達(dá)到回注要求.水處理的目的有六個(gè)方面，即緩蝕、防垢、殺菌、除氧、除油和除去固體懸浮物.因此，要使用緩蝕劑、防垢劑、殺菌劑、除氧劑、除油劑及絮凝劑等，涉及工業(yè)表面活性劑的有如下方面：

用作緩蝕劑的工業(yè)表面活性劑有烷基磺酸、烷基苯磺酸、全氟烷基磺酸的鹽類，直鏈烷基胺鹽類、季銨鹽類、烷基吡啶鹽類、咪唑啉及其衍生物的鹽類、聚氧乙烯烷基醇醚類、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鹽，各種季胺基內(nèi)鹽，二（聚氧乙烯基）烷基及其衍生物的內(nèi)鹽.

用作防垢劑的表面活性劑有磷酸酯鹽、硫酸酯鹽、醋酸鹽、羧酸鹽及其它們的聚氧乙烯基化合物.磺酸酯鹽、羧酸鹽的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于磷酸酯鹽、硫酸酯鹽.

用于殺菌劑的工業(yè)表面活性劑有直鏈烷基胺鹽類、季胺鹽類、烷基吡啶鹽類、咪唑啉及其衍生物的鹽類、多種季銨內(nèi)鹽、二（聚氧乙烯基）烷基及其衍生物的內(nèi)鹽.

用于除油劑的工業(yè)表面活性劑，主要是具有分支結(jié)構(gòu)和含二硫代羧酸鈉基的表面活性劑.

10 化學(xué)驅(qū)油用表面活性劑

一、二次采油可采出25%—50%的地下原油，還有許多原油留在地下采不出來(lái).進(jìn)行三次采油可提高原油采收率.三次采油多以化學(xué)驅(qū)油方法，即向注入水中加入一些化學(xué)劑，提高水驅(qū)效率.在所用化學(xué)劑之中，有些屬于工業(yè)表面活性劑，其情況簡(jiǎn)要介紹如下：

以表面活性劑為主劑的化學(xué)驅(qū)油方法，稱之為表面活性劑驅(qū).表面活性劑主要通過(guò)降低油水界面張力，提高毛管數(shù)而起到提高采收率作用.由于砂巖地層表面帶負(fù)電，所以使用的表面活性劑主要是陰離子型表面活性劑，而且大部分是磺酸鹽型表面活性劑.它是使用磺化劑（如三氧化硫）將芳香烴含量高的石油餾分磺化，再用堿中和制成.其規(guī)格：活性物50%—80%，礦物油5%—30%，水2%—20%，硫酸鈉1%—6%.石油磺酸鹽耐溫不耐鹽，不耐高價(jià)金屬離子.合成磺酸鹽是由相應(yīng)的烴類，用相應(yīng)的合成方法制得.其中的α—烯烴磺酸鹽，特別耐鹽，耐高價(jià)金屬離子.另外一些陰離子—非離子型表面活性劑及羧酸鹽型表面活性劑，也可用于驅(qū)油.表面活性劑驅(qū)油要用兩種助劑：一種是助表面活性劑，如異丁醇、二乙二醇丁醚、尿素、環(huán)丁砜、亞烯基苯磺酸鹽等，另一種是電介質(zhì)，包括酸堿鹽，主要是鹽，它們可減少表面活性劑的親水性，相對(duì)增加親油性，亦是改變活性劑的親水親油平衡值而起作用.為了減少表面活性劑的損耗，提高經(jīng)濟(jì)效果，表面活性劑驅(qū)，還要使用稱之為犧牲劑的化學(xué)物質(zhì).可作為犧牲劑的物質(zhì)，有堿性物質(zhì)和多元羧酸及其鹽類，低聚物和高聚物也可作為犧牲劑，木質(zhì)素磺酸鹽及其改性物是一種犧牲劑.

使用兩種或兩種以上化學(xué)驅(qū)油主劑的驅(qū)油方法，稱之為復(fù)合驅(qū)，與表面活性劑有關(guān)的這種驅(qū)油方法有：表面活性劑十聚合物的稠化表面活性劑驅(qū)；堿十表面活性劑的堿強(qiáng)化表面活性劑驅(qū)或表面活性劑強(qiáng)化堿驅(qū)；堿十表面活性劑十聚合物的按元復(fù)合驅(qū).復(fù)合驅(qū)通常比單一的驅(qū)動(dòng)有更高的采收率.據(jù)目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)分析，三元復(fù)合驅(qū)較二元復(fù)合驅(qū)有更高的優(yōu)越性.三元復(fù)合驅(qū)用的表面活性劑主要是石油磺酸鹽，通常還復(fù)配使用聚氧乙烯烷基醇醚的硫酸、磷酸及羧酸鹽類、聚氧乙烯烷基醇烷基磺酸鈉鹽等，以提高其耐鹽性能.近期，國(guó)內(nèi)外都重視研究和使用了生物表面活性劑，如鼠李糖脂、槐糖脂發(fā)酵液等，以及天然混合羧酸鹽和造紙副產(chǎn)堿木素等，在現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)取得了好的驅(qū)油效果.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕趙福麟.表面活性劑在油田中的應(yīng)用［J］.日用化學(xué)品科學(xué), 1999（S1）.

〔2〕郭研,王立勇.石油開(kāi)采中的破乳劑研究進(jìn)展［J］.石油化工腐蝕與防護(hù),2009（06）.

〔3〕沈哲,楊鴻鷹,閆旭濤,等.生物表面活性劑在石油工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)［J］.應(yīng)用化工,2011（10）.

〔4〕張騰,徐寶財(cái),周雅文,等.特種表面活性劑和功能性表面活性劑（Ⅶ）——生物表面活性劑的性能及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.日用化學(xué)工業(yè),2010（01）.

〔5〕楊師棣.生物表面活性劑的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)［J］.今日科技, 2002（09）.

〔6〕張寶良.油田土壤石油污染與原位生物修復(fù)技術(shù)研究［D］.大慶石油學(xué)院,2007.

〔7〕易紹金,梅平.生物表面活性劑及其在石油與環(huán)保中的應(yīng)用［J］.湖北化工,2002（01）.

中圖分類號(hào)：TQ423.99

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-260X（2016）05-0049-03

收稿日期：2016-03-14