三次采油用新型兩性離子表面活性劑性能評價及應(yīng)用

莊雪南

（大慶油田創(chuàng)業(yè)集團開普化工有限公司薩南化工分公司，黑龍江大慶 163000）

以表面活性劑結(jié)合堿、聚合物而構(gòu)成的三元復(fù)合驅(qū)是三次采油中的有效方式，能夠在很大程度上提高原油綜合采收效率。但是當(dāng)前我國原油開采中所使用的表面活性劑性能較差，耐溫性、抗鹽性等性能水平較低，且強堿的使用會破壞聚合物的溶液黏度，從而容易導(dǎo)致油井出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕等問題，會導(dǎo)致石油開采成本增加，降低石油開采效率。為此，使用無堿或弱堿的復(fù)合驅(qū)體系研究不斷深入，兩性離子表面活性劑隨之而產(chǎn)生，兩性離子表面活性劑具有許多優(yōu)勢，水溶性、潤濕性等性能較好，且表面活性較高，臨界膠束濃度較低，在三次采油中逐漸取得了廣泛的應(yīng)用。

1 兩性離子表面活性劑基本介紹

兩性離子表面活性劑是指同時含有兩種離子性質(zhì)的表面活性劑，即在親水基一端有陽離子和陰離子，由陽離子和陰離子共同組成的表面活性劑。當(dāng)前在我國三次采油中所使用的兩性離子表面活性劑大部分是羥基鹽類型的，其中陰離子部分是羥酸基，陽離子部分由胺鹽構(gòu)成的氨基酸兩性離子表面活性劑。氨基酸型兩性離子表面活性劑的水溶液呈堿性，在攪拌過程中加入鹽酸，直到變?yōu)橹行詴r仍然不會出現(xiàn)變化，在至微酸性時會生成一定的沉淀；如果繼續(xù)加入鹽酸或強酸，會發(fā)生沉淀溶解現(xiàn)象，由此可以說明在呈現(xiàn)堿性表現(xiàn)為陰離子表面活性劑，在呈現(xiàn)酸性時表現(xiàn)為陽離子表面活性劑，在陰離子和陽離子處于相對平衡狀態(tài)時親水性會有所變小從而生成沉淀。

分子中的陰離子為羧基，陽離子為銨鹽。這類表面活性劑隨介質(zhì)pH的變化而顯示不同的表面活性，例如十二烷基氨基丙酸（C12H25N+H2CH2CH2COO-）在氫氧化鈉介質(zhì)中可變?yōu)槭榛被徕c（C12H25NHCH2CH2COONa+），表現(xiàn)形式是能夠溶于水的陰離子表面活性劑。除此之外，其在鹽酸介質(zhì)中可以變?yōu)槭榛被岬柠}酸鹽 〔（C12H25N+H2CH2CH2COOH）Cl-〕，表現(xiàn)為能溶于水的陽離子表面活性劑。如果調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH，使陽電性和陰電性達到平衡的狀態(tài)，就能夠轉(zhuǎn)變成內(nèi)鹽（C12H25N+H2CH2CH2COO-），難溶于水而析出沉淀，此時的pH也被叫作等電點。想要充分發(fā)揮氨基酸型兩性表面活性劑的最大作用，需要在偏離等電點pH的水溶液中進行使用，制備氨基酸型兩性表面活性劑常用的原料為高級脂肪伯胺、丙烯酸甲酯、丙烯腈和氯乙酸等。

2 兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用評價

兩性離子表面活性劑作為一種新型表面活性劑，根據(jù)其在三次采油中的實際應(yīng)用經(jīng)驗來看，因兩性離子表面活性劑的獨特分子結(jié)構(gòu)，具有許多的優(yōu)勢，在三次采油中所發(fā)揮的效果更為出色，相比于傳統(tǒng)表面活性劑能夠全面提高三次采油綜合效率。

2.1 兩性離子表面活性劑表面活性較高

兩性離子表面活性劑中兩端離子頭基通過連接基團以化學(xué)鍵連接，相互之間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵而被削弱，因此碳基鏈之間較為容易產(chǎn)生高強度的相互作用，碳基鏈之間的疏水結(jié)合能力更強，所以兩性離子表面活性劑在表面上的排列更加緊密，也就是其表面活性較高的主要原因。兩性離子表面活性劑12-12-12·Br〔雙亞甲基-1，2-雙（十二烷基二甲基溴化銨）〕的CMC（0.055%）相比于傳統(tǒng)表面活性劑的十二烷基三甲基溴化銨CMC（0.50%）低一個數(shù)量級。兩性離子表面活性劑較高的表面活性能夠使其在濃度較低的情況下達到超低界面的張力，從而能夠全面提高驅(qū)油效率。

2.2 兩性離子表面活性劑水溶性較高

兩性離子表面活性劑的溶解度顯著增加時的溫度一般在0℃以下，這就說明兩性離子表面活性劑的水溶性較好，氨基酸型的兩性離子表面活性劑在硬水中的水溶性表現(xiàn)也十分出色。兩性離子表面活性劑水溶性較高是因為其分子中具有兩個親水基團，分子結(jié)構(gòu)相比于一般的表面活性劑更加特殊，該特殊結(jié)構(gòu)使其能夠在晶格中不產(chǎn)生堆積。除此之外，連接基團的原子親水性也較好，從而能夠使其在水中高效率溶解。水溶性高是其在三次采油中發(fā)揮獨特作用的重要因素，在很大程度上提高采油工作效率，并使原油開采效果得到很大的提升。

2.3 兩性離子表面活性劑增容能力較強

增容作用是發(fā)生在CMC之上的，兩性離子表面活性劑的CMC相比于其他表面活性劑更低，所以兩性離子表面活性劑在水溶液中更為容易形成膠束，從而使其增容能力得到了很大的增強。兩性離子表面活性劑在產(chǎn)生陽離子時其對烷烴的增容量可以達到一般普通表面活性劑的三倍以上，例如12-s-12，Br（2RenQ）在增容甲苯時，甲苯的摩爾比為3.7，其他一般表面活性劑在增容甲苯時，甲苯的摩爾比僅為0.76。增容能力較強使得兩性離子表面活性劑在增容相同原油時，所需要的濃度更低，低濃度的表面活性劑能夠很好地解決三次采油中存在的多種問題，且對于近些年來我國微乳液驅(qū)油技術(shù)的研究產(chǎn)生了重要的推動作用，為微乳液驅(qū)油技術(shù)的研究提供了新的思路。

2.4 兩性離子表面活性劑協(xié)同作用較為出色

表面活性劑之間的分子作用是因為其離子頭基所產(chǎn)生的靜電而發(fā)生的，所以同時擁有兩個離子基團的兩性離子表面活性劑在協(xié)同作用方面表現(xiàn)更為出色，與一般其他表面活性劑相比協(xié)同作用更加出色，協(xié)同作用更強意味著在使用相同數(shù)量的表面活性劑情況下，兩性離子表面活性劑使用總體數(shù)量更少，因此能夠在很大程度上降低三次采油成本，對于降低石油采收綜合成本具有重要的意義。

2.5 兩性離子表面活性劑特殊的流變性

兩性離子表面活性劑相比于其他一般表面活性劑而言，其流變性更加特殊，在低濃度時能夠具有更高的黏度。以傳統(tǒng)表面活性劑DATB相比，DATB是單性表面活性劑，其在10%低濃度的水溶液中的黏度與水基本相同，但是兩性離子表面活性劑在濃度為10%的低濃度水溶液中，此時就已經(jīng)形成了較大的膠束，在濃度為5%的低濃度水溶液中，黏度已經(jīng)超過100Pa·s，并且具有彈性，當(dāng)水溶液濃度為7%時，溶液已經(jīng)類似于膠質(zhì)。兩性離子表面活性劑特殊的流變性能夠使其具有較好的剪切稀釋性，在高剪切時黏度較低，易于完成泵注工作，且在深層采油的油井中黏彈性會得以恢復(fù)，從而有利于擴大驅(qū)油波和體積，對于提高三次采油綜合效率有著重要的推動作用。

2.6 兩性離子表面活性劑潤濕性較好

兩性離子表面活性劑在低濃度水溶液中就能夠?qū)⒂蜐竦墓腆w表面轉(zhuǎn)化為強水濕表面，同時不會改變水濕表面的潤濕性。因為兩性離子表面活性劑具有兩個離子頭基，與非水溶性表面活性劑能夠產(chǎn)生更為劇烈的反應(yīng)，從而使得混合潤濕的時間大幅度縮短。經(jīng)過不斷的應(yīng)用實踐表明，兩性離子表面活性劑的潤濕時間能夠控制在120s之內(nèi)，相比于傳統(tǒng)表面活性劑其潤濕時間大幅降低。

3 兩性離子表面活性劑在三次采油中的優(yōu)化應(yīng)用策略

兩性離子表面活性劑在我國三次采油工作中已經(jīng)取得了較為廣泛的應(yīng)用，使得石油采收整體效率有了很大程度提高，但是因兩性離子表面活性劑的特殊性，當(dāng)前在三次采油中應(yīng)用還存在著一些問題，需要采取一些優(yōu)化應(yīng)用措施，提高兩性離子表面活性劑的應(yīng)用效果。

3.1 需要優(yōu)化兩性離子表面活性劑合成工藝

雖然兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用效果較為出色，但是與一般的表面活性劑相比，其合成難度更高，合成工藝更加復(fù)雜，大部分兩性離子表面活性劑都需要多個合成步驟，其中還需要進行分離和純化等復(fù)雜的工藝流程，當(dāng)前兩性離子表面活性劑的生產(chǎn)效率已經(jīng)成為制約其應(yīng)用的主要問題。為此，需要優(yōu)化兩性離子表面活性劑合成工藝，提高兩性離子表面活性劑合成效率，從而降低兩性離子表面活性劑生產(chǎn)成本，使其能夠更大規(guī)模地在三次采油中使用。

3.2 開發(fā)新型兩性離子表面活性劑

當(dāng)前我國已經(jīng)研發(fā)出多種不同類型的兩性離子表面活性劑，例如氨基酸型、甜菜堿型、羥酸基甜菜堿型、磺基甜菜堿型、磷酸酯甜菜堿型等多種。為了進一步提高兩性離子表面活性劑在三次采油中的應(yīng)用效果，需要結(jié)合石油采收工作特點以及我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況，加強兩性離子表面活性劑新產(chǎn)品、新類型的研發(fā)，從而使兩性離子表面活性劑的應(yīng)用效果能夠得到更大程度的提高。

3.3 提高兩性離子表面活性劑的利用率

兩性離子表面活性劑中含有陰離子基和陽離子基，綜合性能相比于其他表面活性劑更為出色，能夠降低石油采收成本，提高石油采收效率，因此需要加強兩性離子表面活性劑的應(yīng)用，提高其利用效率，將兩性離子表面活性劑的優(yōu)勢最大化發(fā)揮，使其能夠為我國石油采收行業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻。為此，提高兩性離子表面活性劑產(chǎn)品產(chǎn)率、開發(fā)新型產(chǎn)品、加強復(fù)配研究等工作需要繼續(xù)開展，確保兩性離子表面活性劑能夠為三次采油工作提供更大的助力。

4 結(jié)束語

對新型兩性離子表面活性劑進行了簡單的介紹，并詳細(xì)闡述了其具體優(yōu)勢，對其進行全面、綜合的評價，且對兩性離子表面活性劑的應(yīng)用和優(yōu)化應(yīng)用策略進行詳細(xì)的闡明，希望可以對我國化工行業(yè)以及石油采收行業(yè)起到一定的借鑒作用，不斷提高我國石油綜合產(chǎn)出效率，全面提高石油產(chǎn)品質(zhì)量，緩解我國石油資源緊張的局面。