表面活性剂期末论文

表面活性剂在石油工业中的应用班别：10化本3班学号：2010364330 姓名：王梅珍表面活性剂特定的分子结构—具有亲水和憎水基团—赋予这类分子许多特性。

表面活性剂能够富集在液/液、液/气和液/固界面，降低界面能，显著改变界面的状态和性质。

依用途而分，表面活性剂市场可以分为居室中应用和居室外应用两大类。

前者是表面活性剂的传统市场，主要用于制造各种洗涤用品；后者是正在不断开拓的十分活跃的市场。

二表面活性剂在能源和选矿工业中的应用属于居室外的应用，因此前景十分广阔。

下面将粗略介绍表面活性剂在能源和选矿工业中的应用。

一、表面活性剂在石油工业中的应用1、在钻井泥浆中的应用高分子表面活性剂是钻将泥浆——钻井液中的重要组成成分，对钻井液的性能控制起着至关重要的作用。

（1）钻井液滤失性的调整剂据文献报道，能显著降低钻井泥浆滤失量（滤失性：钻井液滤失量大小，与井壁所形成滤饼质量有关。

）的多为高分子表面活性剂化合物，这类化合物都有吸附基和水化基，座位吸附基的主要有-OH、-COOH、-CONH等，依靠氢键吸附在粘土粒子上；作为水化基的主要有-2-等，能形成水化膜。

COO-、-SO3（2）钻井液流变性的调整剂表征钻井液流变性的主要指标有粘度、切应力、动塑比、流性指数和稠度系数。

在钻井过程中通常出现粘度、切应力过大或过小问题，需要在钻井过程中不断调整。

表面活性剂对钻井液流变性的作用主要表现在：表面活性剂通过形成降粘剂（分散型降粘剂和聚合物型降粘剂）以降低钻井液中网架结构引起的粘度和切应力。

当钻井液的粘度过低时，就有必要提高钻井液的粘度，此时不能依靠增加粘土含量，而是依靠加入增粘剂；下面以Na-CMC为代表说明：25℃时Na-CMC的水溶液粘度不同，可划分为低粘（2%水溶液粘度 <50mPa·s），中粘（2%水溶液粘度为 50—270mPa·s），高粘（1%水溶液粘度为 400-500mPa·s）等三种。

前两种作降失水剂用，后者作增粘剂用。

他们引起增粘的作用归纳为三点：①通过羟基使Na-CMC分子吸附在粘土离子表面，加上分子的水化基团的水化膜增加粘土粒子的流体力学体积，提高粘度；②一个Na-CMC分子可吸附多个粘土粒子形成网状结构；③使钻井液液相粘度增大。

在钻井过程中，钻柱与钻井液之间，钻柱与井壁接触点之间以及钻井液与井壁之间处于不断运动状态而产生摩擦，衡量指标是摩擦因数。

对于打定向井和水平井，钻井润滑性尤为重要。

钻井润滑剂通常为表面活性剂。

表面活性剂的作用主要在摩擦界面上形成一层吸附膜，降低固体表面自由能。

另外还可加入表面活性剂使泥浆中矿物油形成O/W型乳状液，并以细小油珠分散在泥浆中作为润滑剂用。

除了以上几种作用，表面活性剂对钻井液流变性的影响作用还有乳化剂、起泡剂和泡沫钻井液、消泡剂、缓蚀剂等等。

二、在采油工业中的应用1、破乳剂由于原有乳状液的类型不同（W/O或O/W型），所使用的破乳剂也相应地分为W/O（原有乳状液）型破乳剂和O/W（原有乳状液）型破乳剂。

目前国内外各大油田使用的破乳剂主要是第三代破乳剂（主要是非离子型的高分子表面活性剂）。

破乳剂的分类：（1）油包水型破乳剂：聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇（或烷基苯酚）醚，聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚（BE型破乳剂），聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚松香酸酯，聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚的二元羧酸扩链物，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇（或苯酚）醚，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚的二异氰酸酯扩链产物（POI型破乳剂），聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯丙三醇醚（GP型破乳剂），丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯与聚氧丙烯聚氧乙烯丙烯酸酯的共聚物，聚氧乙烯烷基苯酚甲醛树脂，聚氧乙烯烷基苯酚甲醛树脂硫酸酯盐，聚氧乙烯烷基苯酚甲醛树脂松香酸酯，聚氧乙烯烷基苯酚甲醛树脂的二异氰酸酯扩链产物，聚氧乙烯聚氧丙烯烷基苯酚甲醛树脂（AR型破乳剂）……（2）水包油型破乳剂：电解质类（如盐酸、氯化钠、氯化镁、氯化钙、硝酸铝等），低分子醇类（水溶性醇和油溶性醇），表面活性剂类（阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂），聚合物类（阳离子聚合物，阴离子聚合物，非离子聚合物）。

各种破乳剂的破乳作用（1）电解质类主要通过压缩乳状液液滴的界面双电层，降低界面点位和改变乳化剂的亲油亲水平衡而起作用。

（2）低分子醇类是通过调节油、水两相的极性，是乳化剂移向油相或水相而起作用。

（3）表面活性剂类主要是通过取代界面膜上天然表面活性剂，在界面形成排列不紧密，膜强度低的界面膜是乳状液稳定性降低。

（4）聚合物类主要是通过乳状液液滴聚结机理其破乳作用。

2、降粘剂由稠原油（一种从地下深处开采出来的黄色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液体，它是一种多组分的复杂混合物，组成元素主要是C、H、O、N、S等。

）组成可知，它主要是由于有复杂结构的沥青质和胶质引起粘度高，因此将低粘度有两种主要途径：一是加化学剂，降低稠原油内部极性较强组分之间的相互作用力；另一种方法是乳化降黏，使稠原油以O/W乳状液形式存在，从而极大地降低原油的粘度。

而改变分子间作用力通常有以下途径：溶剂稀释法、注二氧化碳法、注入轻质原油法。

3、泡沫剂泡沫剂属于表面活性剂，其表面与界面性质是重要指标，研究时首先要测定器表面张力与界面张力。

界面张力是表面活性剂水溶液与原油之间相互作用的结果，直接反映了两者之间的相互作用的大小。

所选的泡沫剂，都应该能较大幅度地降低油水间的的界面张力。

4、降凝剂通常情况下，原油是一种胶体溶液，固体烃（石蜡）和沥青质分散在液态烃和胶质中。

当外界温度或其他条件发生变化时，石蜡和沥青则可能形成有序结构使整个原油凝固。

高凝原油中的石蜡含量比普通原油的要高，蜡的分散程度影响着流动性能及凝固点。

高凝原油的降凝是通过改变或破坏析出石蜡的结构实现的，这种改变有物理法和化学法。

化学降凝主要是使用添加剂，通过添加剂与蜡晶的作用达到降凝的目的。

降凝剂大部分是极性的表面活性剂或双亲化合物，在蜡晶形成时，其亲油的一端容易和蜡分子形成小粒径的共晶，而另一端则阻止蜡晶晶核的进一步扩展，同时大大增加晶种，从而阻止了较大网状结构的形成。

降凝剂的种类：聚乙烯，聚烷基乙烯基醚，羧酸烯基酯聚合物，乙烯/乙酸乙烯共聚物及其他乙烯共聚物，α-烯烃聚合物、共聚物及衍生物，天然高分子等等。

5、洗井液和负压洗井液6、表面活性剂作为杀菌剂三、在三次采油中的应用一次采油：指依靠天然能量（天然能量包括含有区岩石和液体的弹性能，含水区的弹性能和露头水柱压能，含有层中溶解气的弹性能，气顶区气体的弹性膨胀能，原有本身的位能等）开采原油的方法。

二次采油：指用注水（或注气）的方法，弥补采出原油的亏空体积，使地层能量得到恢复。

三次采油：也称“提高原油采收率”，对于二次采油未能采出的剩余油，需要向地层注入驱油剂溶液或外加能源（热能、化学能、生物能等），使二次采油波及区的残余油和未波及区的死油在微观上启动起来，达到宏观上进行驱替。

1、化学驱油剂溶液性质三次采油的化学驱技术特点是向油层注入驱替液，使二次采油波及区的残余油和未波及区的死油在微观上启动起来，达到宏观上进行驱替。

目前油田使用的化学驱油体系有碱、聚合物、微乳液和复合驱。

（1）碱驱碱驱是一种潜在的低成本化学采油方法。

碱液注入油层与原油中石油酸作用生成石油皂，形成廉价的天然表面活性剂。

由于碱的价格便宜，因此在经济上更具有吸引力。

这种表面活性剂可从不同方面影响油-盐水-岩石体系，如降低油水界面张力而自发乳化；或者被吸附到岩石界面，改变其润湿性。

（2）聚合物驱溶液扩大波及系数是三次采油的主要措施之一。

影响体积波及系数的因素有层系井网布置，油层的非均质性等，者可通过对油藏研究，选择适当的层系、井网，在一定程度上提高横向波及系数和纵向波及系数。

影响体积波及系数的另一个主要因素是油和水的流度比。

流度比定义为油藏的水相的渗透率与水相粘度之比除以油相渗透率与相粘度之比。

在其他条件不变，仅仅改变油水粘度比，对采收率有重大的影响。

聚合物驱油的作用就是利用聚合物水溶液的高粘度，减少流度比，扩大体积波及系数，从而提高油田采收率。

（3）微乳液驱油体系表面活性剂/聚合物驱是指将表面活性剂注入油层，接着注入聚合物段塞控制流度的方法。

在实践过程中发展为两种驱替类型，即低浓度大段塞体系和高浓度小段塞。

后者是指表面活性剂浓度为5%-12%，注入量为5%-15%，通常又把后者称之为微乳液/聚合物体系。

微乳液/聚合物体系几乎把水驱后的残余油全部驱替出来，提高采收率达40%OOIP。

微乳液的分类：单相微乳液、多相微乳液（4）复合驱油体系碱/表面活性剂/聚合物的复合体系也能采出水驱残余油的80%以上，即采收率为25%OOIP。

可以微乳液/聚合物驱相媲美。

但是采出同样原油所使用表面活性剂和助表面活性剂的量，前者是后者的1/3。

四、原油产品中的添加剂1、在燃料油中的应用（1）直接参与反应的添加剂A、抗爆剂：抗爆剂使用来降低汽油在燃烧过程中的爆震的，主要技术指数是对汽油辛烷值得提高。

B、十六烷值改进剂：是改善柴油燃烧性能的添加剂。

C、助燃剂：促进燃烧、改善燃油燃烧性能的一类添加剂。

（2）燃油性能稳定剂A、抗氧防胶剂：主要是抑制烃类的氧化连锁反应，主要有胺类和酚类。

B、防冰剂：由于空气中有一定的水分，是的燃油中也含有一定的水分。

燃油有时会遇到从常温到低温的过程。

在此过程中，溶解水分可能会变成悬浮水结冰，形成冰晶赌赛燃料系统，造成供油中断。

防止冰晶的添加剂主要为能与水形成共溶物的油溶性化合物，如乙二醇甲醚，碳酸酯，硼酸酯等。

C、低温流动性能改进剂：燃料油低温流动性能改进剂主要用来改善油料倾点和过滤性。

影响流动性能的主要原因是蜡的析出，因此，添加剂应能够和蜡作用，阻止它析出。

D、抗静电添加剂：经典对燃料油的安全性能会构成很大的危害，看经典添加剂一般为能提高燃油导电率的离子型表面活性剂。

（3）机械防护剂 A、金属钝化剂 B、抗磨防锈剂2、在润滑油中的应用（1）清净分散剂：清净剂主要功能是减少活塞运动中产生的积炭。

（2）润滑油性能稳定剂：润滑油作用于机械摩擦环境，处在高温与高压环境，性能会受到影响。

为提高其安定性，使用了不同的添加剂，主要有抗氧抗腐剂、金属减活剂、抗乳化剂、抗泡剂。

（3）润滑油性能增进剂：载荷添加剂、流动性能改进剂3、金属保护剂金属与空气接触时极易发生氧化而生锈，特别是在摩擦发热的情况下，氧化反应速度更快。

防锈剂的作用是保护金属不被氧化。

主要有：烷基磺酸盐、石油磺酸盐，烷基羧酸、烷基羧酸盐及其衍生物，酯类，有机磷酸及其盐类，胺盐、胺及其衍生物和杂环化合物。

参考资料：《表面活性剂应用丛书——表面活性剂在能源和选矿工业中的应用》，李干佐，房秀敏。