第三章表面活性剂驱油

第一节 表面活性剂的类型 表面活性剂是指能够由溶液中自发地吸附到界 面上，并能显著地降低该界面自由表面能(表面张力) 的物质。 表面活性剂的分子是由非极性的亲油基和极性 的亲水基两部分组成。这样在一个分子中既具有亲 油基，又具有亲水基：亲油基一般是碳氢链，而亲 水基一般是—COOM(羧酸基)、 — SO3M(磺酸 基)、—OSO3M(硫酸基)等。这样在一个分子中既具 有亲油基，又具有亲水基，即构成了表面活性剂分 子的“两亲性”(既亲油又亲水)。
4、非离子型表面活性剂： 这种表面活性剂在水溶液中不能电离成离子。 仅由其分子结构显示出表面活性剂的特点，非离 子型表面活性剂不怕硬水，也不受pH值的影响。由 于不与碱土金属氯化物发生化学反应，且具有很高 的表面活度，在岩石表面吸附少，因此，对于含有 大量碱土金属离子的地层中，一般应用非离子型表 面活性剂或它与离子型表面活性剂的混合物。 非离子型表面活性剂主要是指醚键型、脂键型、 酰胺型的表面活性剂。如聚氧乙烯烷基醇醚－3、油 酸三乙醇胺、环烷酸矩氧乙烯醚－10等。
例如十二烷基三甲基氯化铵在水溶液中按下式离解。
亲油基团
亲水基团
十二烷基三甲基基季铵阳离子是一个具有两亲性的表面活性阳离 子，因此它是一个阳离子型表面活性剂。由于阳离子活性剂很容 易被粘土阴离子表面吸附．所以在提高原油采收率中很少使用。
3、两性型表面活性剂： 这类表面活性剂在水溶液中可电离为阴离子 基团和阳离子基团。 两性表面活性剂的界面活性性质因pH而异。 一般在酸性溶液中，长链氨基酸呈阳离子性，在 中性及碱性溶液中呈阴离子性。在等电点左右的 pH值时活性剂的界面张力、溶解度等达到最小值。 这类表面活性剂如氨基和羧基、氨基硫酸脂、氨 基烷基磺酸、氨基芳基磺酸等。 这类活性剂还未曾在提高原油采收率方法中 应用过。
目前，表面活性剂有数干种之多。按其极性部分的基团 不同(通常以表面活性别在水溶液中离解出的表面活性离子 的类型)来进行分类，可分为四种类型。
一、表面活性剂的类型及性质： 1、阴离子型表面活性剂： 阴离子表面活性剂是发展最早、应用最广的一 类极其重要的产品。其产量占表面活性剂总量的60％ 一70％，尤其在我国，阴离子表面活性剂占总量的 90％左右。此类表面活性剂在水溶液中可离解出表 面活性阴离子。这种表面活性阴离子是由亲油基和亲 水基两部分构成，所以它具有表面活性剂两亲的结构 特点。
二、表面活性剂溶液的基本性质
1．降低表面张力 当表面活性刑溶于水后，必然向溶液表面层进行定向 吸附，从而引起溶液表面的净吸力发生变化。 由于水分子极性较大，当以极性较小的表面活性剂的 极性部分代替了表面层中的水分子时，结果使液体相内部 对表面的吸引力减弱。再由于表面活性剂分子的非极性部 分与气相的吸引力．随着相对分子质量的增加而增大，因 此，当表面活性剂的分子代替了表面层水分子并把其非极 性部分露在气相时，气相对表面的吸引力减弱了。 综合上述两个方面的变化，显然表面层上的净吸力大 大减弱，结果表面收缩力明显减小，从而使油后，剩余油以不连续的油块 圈捕在储油岩石孔隙内，这时作用于油珠上的两 个主要力是粘滞力和毛细管力。若使油珠通过砂 粒间狭窄通道时，必须使其发生形变，影响其发 生形变的主要因素是毛细管力，即油水的界面张 力。如果减小了界面张力便减小了油珠形变的阻 力，即减小了残余油。通过实验研究表明，活性 剂的水溶液可降低界面张力，提高采收率。表面 活性剂驱被认为是一种驱油效果比较理想、有前 途的方法。
表面活性剂单体通常可用图所示的简略符号表示。用 一个蝌蚪形符号代表，其中非极性基团用一个尾表示，而 极性部分则用一个圆圈表示其头。
虽然表面活性剂的分子都具有两亲性，但亲油性、亲 水性随着表面活性剂分子组成和结构的不同而有差异。有 的分子亲油性和亲水性是平衡的，有的则不平衡：当表面 活性剂的亲水性强于亲油性，即亲水性占优势时，为水溶 性表面活性剂；当表面活性剂的亲油性占优势时，为油溶 性表面活性剂。
2．乳化
乳化是发生于两种互不相溶的液一液之间 的分散现象。其中总有一种液体是水(或水溶 液)，简称“水相”；而另一种通常是有机液 体，如苯、原油等．简称“油相”。 一种液体或多种液体以微小的液珠均匀地 分散于另一种液体中形成的乳液，称为乳状液。 状液的分散相液珠直径在0.1—100um的范围 内。
例如：十二烷基苯磺酸钠在水溶液中按下式离解：
阴离子表面活性剂可细分为如下 几类 亲油基 阴离子表面活性剂可细分为如下几类：
亲水基
2、阳离子型表面活性剂： 这类物质通常是那些具有表面活性的合氮化合 物。即有机胺衍生出来的盐类，它们在水溶液中 能离解出表面活性阳离子。所以称之为阳离子表 面活性剂。 这类表面活性剂主要有胺盐类、季胺化合物、 含N碱类、不含N碱类等。比较常见的阳离子表面 活性剂为脂肪胺盐酸盐、烷基苯甲基吡啶氯化物、 咪唑酮的衍生物等。
随着表面活性剂在水中浓度的增 加，表面张力先是下降很快，然 后下降幅度逐渐减小，最后基本 不变。其原因主要是由于表面张 力是由表面活性别分子在水溶液 表面层上的吸附量所决定的。
表面活性剂在油/界面的情况也与上述类似。加入表面活性剂分子后， 依据相似相溶原理，亲油链伸人油相，亲水基伸入水相，迅速地在油/水界 面上形成定向吸附。很显然，由于油相对非极性部分的吸引力比气相对非 极性部分的吸引力大得多，所以净吸力减少的幅度很大，因而液－液界面 张力比气－液表面张力降低的幅度大。 如果表面活性剂在液一固界面上吸附，同样能降低液一固界而张 力．改变固体表面的润湿性。
现场应用历史
油田经注水驱汕后的原汕采收宰只有30％一40％，个别汕 田虽然达到了50％，但还有大部分原汕滞留在地层中没有 被采出来。 早在本世纪20年代，人们就提出了用活性水驱油来提高原 汕采收率的设想。大约在40年代末，这项工作丰要在实验 室内进行。 进入50年代以来，美国和前苏联相继在矿场进行了试 验．尤其是70年代受石油危机等因素的影响，使得活性刑 驱油的研究达到了高峰。 进入90年代以来，受国际油价下跌的影响，使得活性别的 研究和矿场应用逐渐减少，但是人们一直认为它是一种非 常有前途的提高原油采收率的方法。