第六章 表面活性剂驱
物理化学中国药科大学表面活性剂及其作用
4.乳化作用
要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液(W/O)。
有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。
一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。
R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺
R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型
R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚
表面活性剂效率
表面活性剂有效值 使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂的浓度。显然，所需浓度愈低，表面活性剂的性能愈好。 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。 表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是相反的。例如，当憎水基团的链长增加时，效率提高而有效值降低。
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202X——202X年度
润湿作用
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2.起泡作用
“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。
也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。
二、表面活性剂的HLB值
表面活性剂的亲水亲油平衡值 HLB(hydrophile-lipophile balance)值，亲水亲油平衡值，表示表面活性剂的亲水性。定义：石蜡HLB＝0，聚乙二醇HLB＝20 表面活性剂的HLB＝0－20。 DAVIES规则： HLB＝7＋(各基团的HLB) C16H33OH: HLB=7+1.9+16×(-0.475)=1.3
第六章 表面活性剂
第六章表面活性剂1、加溶的概念当表面活性剂溶液的浓度增大时，表面活性剂会缔合形成聚集体，胶团（或胶束）。
正胶团:在水相中的胶团称为正胶团，通常指的胶团即为正胶团,能加溶不溶于水或微溶于水的油类；反胶团:在油相中的胶团称为反胶团或逆胶团。
由于油的种类很多，油相中的胶团又统称为非水胶团,能加溶水或极性溶剂。
在表面活性剂浓度小于cmc时，2-硝基二苯胺溶解度很小，而且不随表面活性剂浓度改变。
在cmc以上，溶解度随表面活性剂浓度的增加而迅速上升。
表面活性剂溶液浓度超过cmc 越多，微溶物就溶解得越多。
结论：微溶物溶解度的增加与溶液中胶团形加溶作用与乳化作用的区别：加溶后不存在两相，是热力学稳定体系；乳化作用则是两种不相混溶的液体形成的液-液分散体系，有巨大的相界面和界面自由能，是热力学不稳定的多分散体系。
2、加溶的方式被加溶物在胶团中的加溶方式有四种:（1）加溶于胶团内核（2）加溶于表面活性剂分子间的“栅栏”处（3）吸附于胶团表面（4）加溶于胶团的极性基层上述四种加溶方式，其加溶量的规律：d＞b＞a＞c。
虽然加溶方式主要取决于加溶物和加溶剂（表面活性剂）的化学结构，但胶团溶液处于动态平衡中，加溶物的位置随时间迅速改变3、影响加溶能力的因素表面活性剂的加溶能力可以用加溶物溶解度S与表面活性剂溶液浓度cs之比来表示。
S/cs越大，表面活性剂的加溶能力越强。
影响体系加溶能力的因素：空间因素和能量因素。
空间因素：指胶团提供的容纳加溶物的可用空间大小；能量因素：是加溶物进入胶团引起体系能量变化的影响。
表面活性剂结构、加溶物结构、有机添加剂、温度等会对空间和能量产生影响，进而影响加溶能力。
（1）表面活性剂结构①疏水基链长的影响：表面活性剂的链长对加溶量有明显的影响。
在同系物中，碳氢链越长，cmc越小，越易形成胶团，且胶团大小随碳氢链增长而增加（聚集数增加）。
②疏水基结构的影响：疏水基有分支的表面活性剂，其加溶能力较直链者小，带有不饱和结构的，加溶能力较差。
驱油用表面活性剂
驱油用表面活性剂最重要的,应当成为方案设计的组成部分.有效的监测应当是施工与工程并举.若这是一种新方法,则操作人员应按预定的目的,期限和衡量标准进行适当培训.地面上的有效观测和检测,可靠的数据和精心的质量控制务必予以重视.有效的监测在达标中起着极大的作用.监测动态的观察井,对井的经常性检查,计算机化的数据库和集体协作都是至关重要的.EOR方案非同寻常.其有效应用可理解为在方案编制阶段所开发出的模拟和经济模型. 它们只要持续更新,就能指导未来的改进和调整.如同所有的技术执行程序一样,改变管理可能是重要的一一人与完成任务的新方法相结合在一起. 这意味着新的工作方法,严格的培训,或许一种新的组织机构和一种工作或劳动素养.九,结论成功的EOR方案需要有效的工程设计数据,动态模型和经济研究等并举.设计从简单开始,并逐步复杂,直到完善为止.由于经济研究,储层表征和工程设计与储层动态模拟并举,所以方案的设计就可达到最佳效果和可获利润率.李维安摘译自T2005年3月驱油用表面活性剂一,前言表面活性剂是一类具有两亲结构的特殊化学物质,它们能够吸附在表(界)面上,在加入量很少时即可显着改变表(界)面的物理化学性质,从而产生一系列的应用功能.表面活性剂分子结构由亲水基和疏水基(也称亲油基)两部分组成.其中,亲油基一般由长链烃基构成,结构上差异较小,以碳氢基团为主,碳原子在8～2O之间;亲水基部分的基团种类繁多,差别较大,一般为带电的离子基团和不带电的极性基团.表面活性剂被称作"工业味精",可以用于洗涤,润滑,食品,化妆品,农业,采油等多个行业,多个领域.在油田作业中,表面活性剂可用于油田钻井,采油和集输环节.用于采油时,能够做驱油剂,堵水剂,酸化用添加剂,降粘剂和降凝剂以及油井的清蜡和防蜡.目前,表面活性剂驱油主要是用于各种化学驱油方法中.二,概述1表面活性剂用于驱油的基本情况表面活性剂驱是在油层中注入表面活性剂水溶液驱油的方法.利用表面活性剂采油并非最近才提出来的一种方法,2O世纪2O年代末,德格鲁特就曾提出水溶性表面活性剂有助于提高原油采收率.当表面活性剂溶入溶液时,双亲基团会在液/固接触面,液/液界面及体相的溶液中发生定向分布, 当极性基团与矿物,岩石的表面结合时,就会破坏原油边界层,把边界层中束缚的原油解脱出来,成为可流动油,极性的水分子或亲水基团就会占据颗粒表面,从而使矿物,岩石表面由油湿变为水湿,同时发生油水界面张力降低,原油乳化,油滴聚并等现象,使原油采收率得以提高.目前,应用表面活性剂提高采收率发展有两种不同的方法:一种是注入低浓度大段塞(15%～60%)表面活性剂溶液,表面活性剂溶于油或者水, 溶解的表面活性剂与称为胶束的表面活性剂聚集体相平衡,注入油层的溶液可以降低油水界面张力,从而提高原油采收率;第二种则是把小段塞(3%～20%)高浓度表面活性剂注入油层,与原油形成微乳液.但是,随着高浓度段塞在油层中的运动,溶液被地层流体稀释,该过程就转变为低浓度驱了.因此,第一种被称为低张力表面活性剂驱油体系,第二种被称为微乳液驱油体系.目前,倾向于采用低浓度大段塞表面活性剂.使用表面活性剂作为提高原油采收率的驱油技术主要包括活性水驱,碱水驱,微乳液驱,泡沫驱,增稠水驱,正向异常液驱,胶束/聚合物驱和三元复合驱等.实际应用的表面活性剂驱油体系十分复杂,主要包括表面活性剂,油,水,电解质,控制粘度的稠化剂,提高或保护主要表面活性剂性能的助表面活性剂和堵水剂等.-(2)驱油用表面活性剂分类用作驱油剂的表面活性剂品种多:按照亲水基团的结构,即表面活性剂溶于水时的离子类型来分类,是最为常见的驱油用表面活性剂分类方法,通常有5种类型:阴离子型,阳离子型,两性离子型,非离子型和混合型;按照疏水基分类,主要分为疏水基为碳氢基团的碳氢表面活性剂和疏水基为全氟化或部分氟化碳氟链的表面活性剂;按照分子量大小分类,可以分为低分子量表面活性剂(分子量一般为300左右)和高分子表面活性剂(分子量一般在1000或者数千之上);按照三次采油技术中油藏条件对表面活性剂性能的要求分类,可以分为耐盐表面活性剂体系,耐温表面活性剂体系,耐盐耐温表面活性剂体系和特殊油藏条件下的表面活性剂体系;按照来源分类,可分为天然表面活性剂,合成表面活性剂和生物表面活性剂;按照表面活性剂的溶解特性分类,可以分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂.目前,国内外驱油配方中应用最多的表面活性剂是阴离子磺酸盐类(石油磺酸盐,烷基磺酸盐,芳基磺酸盐及硫酸盐)与羧酸盐类,非离子型表面活性剂(聚氧乙烯型)和表面活性剂复配物等.表1概述了离子型驱油用表面活性剂的特点.表l离子型驱油用表面活性剂的特点离子类型特点常用表面活性剂界面活性高,浊点高,在砂岩表面吸附量少,耐温石油磺酸盐,烷基苯磺酸盐,木阴离子型性能好,耐盐性差,临界胶束浓度高质素磺酸盐易被地层吸附或发生沉淀,降低界面张力的性能阳离子型季铵磺酸盐差,一般不用作驱油剂耐盐,耐高温性能好,显着降低非离子型与阴离子由于对溶于水后生成的是阴离两性离子型子还是阳离子难以掌控,因此,型表面活性剂复配时的色谱分散效应,价格较高国内外基本没有这方面的研究耐盐,耐多价阳离子,临界胶束浓度低,在地层中脂肪醇系聚氧乙烯醚,烷基酚系非离子型稳定性好,浊点低,不耐高温,吸附量高于阴离子表面活性剂,价格高聚氧乙烯醚,油酸聚氧乙烯酯混合型兼具非离子和阴离子表面活性剂的一些特性脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(3)对驱油用表面活性剂的要求随着各国的主力油田相继邻近和进入高含水开发阶段,利用表面活性剂或者其复配体系的EOR研究和试验日趋增多.在目前的技术水平下,对表面活性剂的应用主要提出了以下几方面的要求:1在油水界面上的表面活性高,使油水界面张力降至O.O1～0.001兆牛/米以下,溶解度,浊点和pH值适宜,能够降低岩层对原油的吸附性;2在岩石表面的被吸附量小;3在地层介质中扩散速度较大;4低浓度水溶液的驱油能力较强;5能够阻止其他化学剂副反应的发生,即具备"阻化性质";6能耐高温;7能耐高矿化度;8成本低.目前应用较为广泛的石油磺酸盐类表面活性剂就是成本相对较低的一类表面活性剂.实际注表面活性剂驱油时,应该综合考虑地层矿物组分,地层水,地层温度,注入水,油藏枯竭程度以及成本等各方面的因素,选择合适的表面活性剂类型.目前,国内外采用最多的驱油用表面活性剂是以钠盐为主的阴离子表面活性剂,它是最符合上述要求的表面活性剂.而阳离子表面活性剂在地层易发生吸附和沉淀,不易产生超低界面张力,而且毒性较大,因而不适于三次采油用.非离子表面活性剂可产生超低界面张力,而且此类体系耐盐,耐硬水能力很强,具有良好的乳化性能,具有良好的驱油效果.但非离子表面活性剂对温度敏感,对环境污染程度大,不适宜大量使用.三,驱油表面活性剂的几个有价值的发展方向1石油磺酸盐以及烷基苯磺酸盐表面活性剂国外驱油用表面活性剂工业化产品主要有两大类:一是石油磺酸盐为主的表面活性剂;二是烷基苯磺酸盐为主的表面活性剂.这两种表面活性剂原料都取自原油,原料来源广,数量大,是目前国际上三次采油用量最大的表面活性剂.石油磺酸盐的生产以富芳烃原油或馏分油(含芳烃70%以上,沸点范围约210~C～500~C)为原料,经磺化,中和得到的烷基芳基磺酸盐.目前,美国驱油用的石油磺酸盐产量在10x104吨/年以上,有代表性的石油磺酸盐商业产品为Witco.1080.20世纪9O年代初,国外驱油用表面活性剂主要集中到对重烷基苯磺酸盐的研制上,因为该类产品的原料(生产洗涤剂用十二烷基苯的副产品)来源广,转化率高,无副产品,质量较稳定,性能好,所以,被迅速推广使用,尤以美国为多.美国的Stepan公司,SCI公司和Witco公司先后研制出了各自的产品,如ORS.41(SCI公司技术,委托Witco公司生产),B.100(Stepan生产),在世界范围内得以广泛使用.大庆油田三元复合驱在杏五及杏二西区先导性矿场试验用的表面活性剂即为ORS.41,中区西部先导性试验用的表面活性剂即为B.100.国内三次采油用表面活性剂的研制始于2O世纪8O年代初期,最早开展的研究主要集中在石油磺酸盐上,后来逐渐开始研究石油羧酸盐,烷基苯磺酸盐,木质素磺酸盐等表面活性剂.阴离子型表面活性剂虽然具有良好的应用,但其在地层中吸附滞留量较大,易与地层水中二价离子反应,造成沉淀而失效,在高温高盐地层中适应性差.因此,对于特殊油藏类型必须寻找适合的表面活性剂.生物表面活性剂,双子表面活性剂就是良好的方向,可以与非离子型和阴离子型表面活性剂混合使用或复配,也是目前研究比较多的方向.生物表面活性剂和双子表面活性剂能够充分发挥非离子表面活性剂乳化作用好,降低界面张力能力强和阴离子型表面活性剂润湿作用,分散性好的特点.2生物表面活性剂(1)生物表面活性剂的定义生物表面活性剂是人们比较关注的一种天然表面活性剂,它有严格的亲水基团和疏水基团,由微生物产生的化学物质.这种微生物生长在水不溶的物质中并以此为食物源,它们能吸收,乳化,润湿,分散,溶解水不溶的物质.(2)生物表面活性剂的特点生物表面活性剂具有以下特点:①水溶性好,在油一水界面有较高的表面活性;②在含油岩石的表面润湿性好,能剥落油膜,分散原油,具有很强的乳化原油的能力;③固体吸附量小;④反应的产物均一,可弓J进新类型的化学基团,其中有些基团是化学方法难以合成的;⑤无毒,安全;表2列出了一些生物表面活性剂的表面活性数据.表2糖脂的表面活性生物表面活性剂最低表面张力/(兆牛/米)CMC/(毫克/升)最低界面张力/(兆牛/米) 海藻糖单脂32316海藻糖双脂36417海藻糖四脂2615<l鼠李糖脂I26204鼠李糖脂II27l0<1槐糖脂—1.5甘露糖脂40519葡萄糖脂40109麦芽二糖单脂3311麦芽二糖双脂461013麦芽三糖三脂353l纤维二糖双脂442019⑥生产工艺简单,在常温,常压下即可发生反应.(3)产生生物表面活性剂的菌种一般产生生物表面活性剂的菌种生长在水不溶的物质中,如石油烃,聚苯乙烯,橄榄油,煤油,甲苯,凡士林,二甲苯,并以它们为食物源.提高采收率的生物表面活性剂,多数是从被原油污染的土壤,海水,地表废水中分离出来的.这些微生物能有效地降解脂肪族和芳香烃的烃类化合物,它们利用这些化合物,在微生物细胞和烃接触的界面上产生生物表面活性剂.表3列出了部分产生生物表面活性剂的菌种与类型.表3产生生物表面活性剂的菌种与类型微生物菌种好氧或厌氧生物表面活性剂裂烃棒杆菌好氧蛋白.脂类一糖类混合物野兔棒杆菌好氧棒状杆菌分支菌酵母嗜石油俩幺幺酵母含蛋白脂类枯草杆菌好氧枯草菌溶素铜绿色假单胞菌好氧鼠李糖脂热带假丝酵母好氧多糖.脂肪酸混合物球拟酵母好氧槐二糖脂地衣杆菌JF一2好氧地衣菌素地衣杆菌JF_2好氧蛋白质类(乳胶体)H一57好氧鼠李糖脂假单胞菌好氧鼠李糖脂乙酰丁醇梭状芽孢杆菌厌氧葡萄球菌好氧'(4)生物表面活性剂的分类生物表面活性剂的来源有整胞生物转换法(发酵法)和酶促反应法.按照生物表面活性剂的化学结构不同可分为6种类型.0①糖脂类.糖脂,糖醇脂和糖苷;②磷脂朋旨肪酸;③含氨基酸类脂.脂蛋白,脂多肽和脂氨基酸: ④聚合物.脂多糖,脂.糖.蛋白质复合物;⑤中性类脂.甘油单双酯,聚多元醇酯和其它蜡酯;⑥特殊型.全胞,膜载体和纤毛.大多数生物表面活性剂是糖脂,其他的像缩氨酯,脂蛋白和异聚多糖的结构更复杂.有多种微生物可以合成不同类型的生物表面活性剂.与此分类方法类似的是将其分为糖脂系生物表面活性剂,酰基缩氨酸系生物表面活性剂,磷脂系生物表面活性剂,脂肪酸系生物表面活性剂和高分子生物表面活性剂5类.(5)应用及效果生物表面活性剂用于油田提高采收率的研究已有60多年的历史.就目前的研究来看,地衣杆菌.2是研究最多的产表面活性剂菌种.美国,德国,前苏联及中国等国家都进行了实验研究,效果良好.应用生物表面活性剂提高原油采收率成功的矿场试验有以下几个实例:①西德的F.Wagner试验室研制了海藻糖脂等生物表面活性剂,并已申请专利,在北海油田进行了矿场试验,加入海藻糖脂5O毫克/升,驱油效果提高30%,与一般的化学表面活性剂相比,驱油效果增大5倍.②美国的俄克拉何马大学用两种方法验证了直接向地层注入微生物表面活性剂和注入活的微生物细菌地衣杆菌JF一2(美国专利号4522261)对原油提高采收率的影响,两种方法都获得了良好的效果.(3)新型表面活性剂GiminiGemini型表面活性剂是1974年在美国由Dinega首次合成的,具有以下物理化学性能:(1)极容易吸附在气/液表面,能够大幅降低表面张力; (2)临界胶束浓度比传统表面活性剂低2～3个数量级;(3)易于溶解;(4)具有良好的润湿性,可以改变表面性能;(5)与非离子型表面活性剂复配产生极大的协同效应,降低体系的表面张力;(6)具有奇特的流变性,粘度随浓度的增加而增大.Gemini表面活性剂具有聚合物和传统表面活性剂的共性以及其他一些性能,从其性质上来看,是一种有潜力的驱油剂.但是至今,尚未见国内外实验室研究和矿场驱油试验的有关报道.(4)新型耐温耐盐阴离子一非离子表面活性剂及其驱油体系的研究表面活性剂在油田中应用广泛,目前使用最广泛的是非离子型和阴离子型表面活性剂,如聚氧乙烯辛基苯酚醚(OP型)和石油磺酸盐(PS).但是在高温,高矿化度油藏条件下,单独的非离子或阴离子表面活性剂都不能满足驱油的要求.于是提出了一类新的,适合高温,高矿化度条件下使用的非离子一阴离子型两性表面活性剂,这类表面活性剂既具有非离子,阴离子型表面活性剂的优点,又克服了各自的缺点,是一类性能优良的表面活性剂.(1)表面活性剂的结构试验中用到两种非离子一阴离子型表面活性剂,即醚羧酸盐和醚磺酸盐型,均为实验室自制,它们的非离子基团为氧乙烯基,阴离子基团分别为羧基和磺酸基,其结构式如下:醚羧酸盐型RO(CH2CH2O)9CH2COONa,简写为NPC-9.醚磺酸盐型RO(CH2CH20)9CH2CH2SO3,简写为NPSO-9.式中:R为辛基苯,9为氧乙烯聚合度.(2)表面活性剂的耐盐性能表面活性剂的耐盐性能的评价是在1%表面活性剂溶液中加入不同数量的NaC1或CaC12后在60~C恒温静止24小时后离心,观察有无新相析出, 以不析出新相的最大NaC1或CaC12浓度来评定表面活性剂的耐盐性能.试验表明,NPC.9和NPSO.9均能溶解于3O×1O4毫克/升的NaC1且含5000 毫克/升CaC12水溶液中.从图1和图2中可以看出,NPC.9和NPSO.9在高矿化度,高二价阳离子的水中表现出良好的表面活性.而且试验还表明两种表面活性剂降低水表面张力的能力随盐含量的增加而增强.同样,在盐酸中也表现出极好的表面活性,0.02%的NPC.9即可把16%的盐酸溶液的表面张力降低到3O兆牛/米.这为表面活性剂作为高矿化度地层驱油剂和酸液添加剂奠定了基础.∞*6|,廿谍曩.耋O蛾膛("图1-1两种表面活性剂的表面张力浓攫(爱霓/矗)图1.2两种表面活性剂的防垢能力(3)耐温性能①结构耐温性将两种表面活性剂水溶液封于安瓿瓶中,在250~C下处理72小时后发现表面活性剂浓度完全不发生变化,表明未发生分解,因此表面活性剂有很好的高温稳定性.②性质耐温性一般来讲,非离子型表面活性剂的耐盐能力随温度的升高而降低,而阴离子型表面活性剂则相反,其耐盐能力随温度的升高而增强.这是因为随着温度的升高,非离子型表面活性剂的亲水基团如.OH,.CH2CH2O.等与水分子形成的氢键减弱,表面活性剂的亲水性能下降,耐盐能力降低.阴离子型表面活性剂的离子基团的亲水性随温度升高而增强,有利于耐盐能力的提高.由于温度升高引起上述两种非离子.阴离子型两性表面活性剂的非离子基团亲水性下降与阴离子基团亲水性增加可部分抵消,从而导致表面活性剂的性质对温度的变化不敏感,表现出优异的耐温性能.实验表明,两种表面活性剂在3O℃及90~C下起泡能力变化不大.(4)在油田上用作地层驱油剂目前NPC.9生产已经工业化,它可单独使用,也可以同其他化学剂复配使用.NPC.9与石油磺酸盐复配作高矿化度地层驱油剂已在中原油田采油二厂濮城油田濮四南块,中原油田采油三厂卫58块实施提高采收率试验,目前进展良好.(5)阴离子.非离子复配体系表面活性剂的试验研究在高温,高矿化度油藏情况下,普遍使用非离子和阴离子表面活性剂复配体系,但这种驱油体系在地层中会发生严重的"色普分离",从而无法实现其最优化设计.为了避免发生"色普分离"现象,可将非离子基团和阴离子基团同时设计在一个表面活性剂分子结构中,进而得到优势互补, 性能优良的非离子.阴离子复合表面活性剂,但目前工艺还相'-3复杂,生产成本较高,而且单独使用这种表面活性剂往往需要在非常特定的条件下才能产生油水间的超低界面张力,适用范围不够广泛.为了在大港油田存在的部分高温,高矿化度油藏(地层温度一般在85℃左右,地层水矿化度在3.5×104毫克/升左右)有效采油,研制了一种耐温,耐盐的磺酸盐型阴离子.非离子型表面活性剂,即聚氧乙烯醚磺酸盐型的阴离子表面活性剂,物理化学性能比较相近,在进入到地层后出现"色普分离"现象的可能性小于阴离子和非离子表面活性剂的复配体系.实验结果证明,这种驱油体系的耐盐性可达35337毫克/升,耐高价离子能力可达1000毫克/升,耐温性能可达85℃,成本较低,能够满足大港油田部分高温,高矿化度油藏对驱油用表面活性剂的要求,有较好的应用前景.(1)表面活性剂的合成①原料和试剂壬基酚,化学纯,大连石油添加剂厂;十二醇,十四醇,化学纯,北京化工厂;环氧乙烷(EO),化学纯,天津化学试剂厂;氢氧化钾,化学纯,北京化学试剂公司;氨基磺酸(磺化剂),分析纯,北京市朝阳门药品分装厂;罐装液态三氧化硫(磺化剂),北京染料厂;脱水脱气原油及产出水,取自大港油田枣园1256断块,地层温度65℃,地层水矿化度35337毫克/升,ca2+和Mg2+的质量浓度为336毫克/升;模拟水组成:P(Ca2+):p(Mg2+)=1.27:1(模拟水均以1256断块地层水为基础配置而成).②聚氧乙烯醚磺酸盐表面活性剂的合成a聚氧乙烯醚的合成.采用大连第四仪表厂生产的FYX一100毫升高压反应釜,附加环氧乙烷进料装置.在反应釜中加入一定量的起始剂壬基酚或十二醇,十四醇及水蒸气等,在催化剂作用下加成聚合.按设计需要的聚合度使起始剂和环氧乙烷进行反应;加聚环氧乙烷时压力控制在O.3O～O.35帕之间,温度在125℃～135℃之间.加料完毕后恒温反应1.0～1.5小时,以确保反应完全.b聚氧乙烯醚硫酸酯盐的合成.把已经制得的聚氧乙烯醚在磺化剂氨基磺酸或罐装液态三氧化硫的作用下进行磺化反应分别得到不同的硫酸酯盐.C在一定的条件下把制得的硫酸酯盐进行磺酸盐化,使硫酸酯盐转化,为相应的磺酸盐,制成聚氧乙烯醚磺酸盐(简称NNH0(2)界面张力的测定用美国德克萨斯大学制造的TX一550A旋转滴界面张力仪测定随时间变化的原油一水间的动态界面张力,每个式样的测定时间为2小时,以达到其平衡界面张力.(3)表面活性剂体系的耐盐性能和耐高价离子性能表面活性剂驱油体系与原油间能否形成超低界面张力的评价是筛选驱油表面活性剂的首要条件.为了考察合成的NNH的耐盐性能,在不同的外加盐含量下,测定了一种渣油磺酸盐(简称3a)单独使用以及与NNH复配后用于大港1256断块原油时的油一模拟水界面张力,结果如表4所示. 表4模拟水的矿化度对3a及其与NNH复配体系界面张力的影响(I)(NaC1)%界面张力匕牛?米3a3a+]H?2.01.06×109.78×10.34.02.36×1022.30×10.26.0不溶于水1.03×10.28.0不溶于水1.06×10.210.0不溶于水1.04×10.2注:测试温度65~C,表面活性剂用量(质量分数)0.3%,1256断块油一模拟水. m(3a):m(NNH)=3:1由表4可以看出,单独用渣油磺酸盐表面活性剂时,当外加盐含量大于4%时,表面活性剂已经不能溶于水中;加入1/4的NNH后,表面活性剂又能重新溶解到水中,直到外加盐含量达到10%(即盐浓度相当于105毫克/升)时,表面活性剂体系的溶解性依然很好,并且油水界面张力仍可以保持较低的水平.这是由于NNH表面活性剂中引入的聚氧乙烯基团与水分子之间具有较强的亲和作用,而且3a表面活性剂和NNH表面活性剂同属于阴离子磺酸盐,性能比较相近,复配后使得整个体系的耐盐性能得到提高.为了考察NNH表面活性剂与渣油磺酸盐3a复配体系抗高价离子(Ca2+,Mg2+)浓度情况,测定了3a单独使用以及-9NNH复配后用于大港1256断块原油时的油一模拟水界面张力,结果如表5所示.表5模拟的水硬度对3a及其与NNH复配体系界面张力的影响p(Ca,Mg2)/mg?L.界面张力匕牛?米3a3a+】州幸6005.45×10.24.50×10.8004.94×10.25.85×10.310007.36×10.24.78×10.3注:测试温度65~C,表面活性剂用量(质量分数)0.2%,1256断块油.模拟水. m(3a):m(NNH)=4:1.由表5可以看出,NNH表面活性剂确实具有提高整个复配表面活性剂体系的抗高价离子的能力.这同样是由于NNH表面活性剂中的聚氧乙烯基团是强亲水集团,使得复配体系中的阴离子磺酸盐不易产生沉淀,从而提高了整个复配体系的抗高价离子的能力.(4)表面活性剂体系的耐温性能。
两性表面活性剂
17.09.2019
表面活性剂化学
21
6.3.3 硫酸酯甜菜碱的合成
CH 3 R N+ (C H2)n O S O3
CH 3
N=2-3
17.09.2019
表面活性剂化学
22
1 叔胺 + 氯醇
引入羟基 再硫酸酯化
CH 3
HSO3Cl，2NaOH
R N +Cl(CH2)nOH
CH 3
CH 3
R N+ (C H2)n O S O3
17.09.2019
表面活性剂化学
14
6.3 两性表面活性剂的合成
6.3.1 羧酸甜菜碱的合成
17.09.2019
表面活性剂化学
15
1 氯乙酸钠法
叔胺 + 氯乙酸钠
17.09.2019
表面活性剂化学
16
2 卤代烷和氨基酸钠 3 卤代烷和氨基酸酯 4 α-溴代脂肪酸与叔胺 5 烷基氯甲基醚与氨基酸 6 不饱和羧酸与叔胺
17.09.2019
表面活性剂化学
28
3 高级脂肪胺 + 氯乙酸钠 R - NH2 + ClCH2COONa
NaOH R – N+H – CH2 – COO - Na
17.09.2019
表面活性剂化学
29
6.4 两性表面活性剂的应用
6.4.1 洗涤剂及香波组分 6.4.2 杀菌剂 6.4.3 纤维柔软剂 6.4.4 缩绒剂 6.4.5 抗静电剂
17.09.2019
表面活性剂化学
35
5 “八重美白” 的诱惑
最近有的电视广告在不停地播出几分钟就能让人 看到肤色神奇变白的产品：
表面活性剂第六章+两性离子表面活性剂
6.2.6 两性表面活性剂的溶解度和Krafft点
1、对于羧酸甜菜碱，当表面活性剂分子中的羧基与氮 原子之间的碳原子数由1 增加至 3时，对其溶解度 和Krafft点影响不大。
2、当烷基取代基的结构相同时，磺酸甜菜碱和硫酸酯 甜菜碱的Krafft温度点明显高于羧酸甜菜碱，即前 两者的溶解度较低。
pH < 4 阳离子表面活性剂
pH = 4
pH > 4 阴离子表面活性剂
两性表面活性剂最突出的特性之一是它 具有两性化合物所共同具有的等电点的性质 ，这是两性表面活性剂区别于其他类型表面 活性剂的重要特点。
6.2.2临界胶束浓度与pH值的关系
两性表面活性剂的临界胶束浓度随着溶 液pH值的增加而增大。 (?)
3.N-长链烷氧基羧酸型甜菜碱两性表活剂合成
烷基氯甲基醚（硫醚化合物）+ N,N-二甲基氨基乙酸钠
CH3
CH3
RCOCH2Cl
N
CH2COOH
NaOH C2H5OH
RCOCH2
N
CH3
CH3
CH2COO－
有较强的发泡能力，是很好的发泡剂
4.N-长链烷硫代羧酸型甜菜碱两性表活剂合成
由α－烷基硫代丙胺和甲醛、甲酸反应生成中间体N（烷基硫代丙撑基）二甲胺，然后加入氯乙酸钠反应
第六章 两性表面活性剂
6.1 两性表面活性剂概述 6.2 两性表面活性剂的性质 6.3 两性表面活性剂的合成 6.4 两性表面活性剂的应用
本章重点
1．掌握两性表面活性剂的基本性质 2. 掌握两性表面活性剂的分类方法 3．了解两性表面活性剂的合成 4．了解两性表面活性剂的应用
表面活性剂
油气田开发概论第6章、提高采收率技术
4、化学复合驱
化学复合驱是由聚合物、活性剂、碱以各种形式组合驱动。 包括：二元驱和三元驱。
驱 油 机 理 聚合物的流度控制作用：聚合物可以使水相粘度增加，渗透率降低， 以提高波及系数为主；
降低界面张力：表面活性剂或碱与原油中的酸性成份反应就地生成的 表面活性剂，可降低相间界面张力和残余油饱；
另外：复合驱还有碱驱所具有的乳化携带、捕集、聚并、润湿反转等 机理。
2、提高原油采收率 ——在我国各油田的潜力非常大。 原油可采储量的补充，越来越多地依赖于已探明地质储量中采收率的提
高。
注水开采只是整个油田开发全过程度一个阶段，而提高采收率则是油田 开发永恒的主题。
四、提高采收率的途径
第一，通过降低流度比以提高波及系数，同时尽可能适应油层的非均质
性，以减少非均质性对驱油过程的不利影响；
Recovery”,即EOR或Improvement Oil Recovery，即IOR)。
概 述
一次采油
依靠
天然能量
人工注水 注气
化学驱 混相驱 热力采油 微生物采油
二次采油
立足
物理、机械和力学等宏观 作用
三次采油 (强化采油)
应用
化学、物理、热力、生物 或联合微观驱油作用
第一节 基本概念
一、提高石油采收率（EOR） ——向地层中注入驱油剂，改善油藏及其流体的物理化学性质，提高 宏观与微观驱油效率的采油方法统称为提高石油采收率方法。
二、气驱
凡是以气体作为主要驱油介质的采油方法统称为气驱（Gas Flooding）。
按照相态特性分类：混相驱和非混相驱 按照驱替介质分类：二氧化碳驱 氮气驱 轻烃驱 烟道气驱
1、混相驱油法
混相驱：指向油藏中注入一种能与原油在地层条件下完全或部分混相的流体
表面活性剂驱油
实验结果与分析
驱油效率
通过对比不同表面活性剂的驱油效率，分析 表面活性剂性能的优劣。
采收率
评估表面活性剂对提高采收率的作用，分析 其对油藏的增采潜力。
影响因素
分析实验过程中温度、压力、注入速度等参 数对驱油效果的影响。
适用性
评估不同类型表面活性剂在不同油藏条件下 的适用性。
案例分析
案例选择
选择具有代表性的实际油田作为案例研究对象。
非离子型表面活性剂
总结词
非离子型表面活性剂是一种温和型表面活性剂，具有低毒、 低刺激性和良好的生物降解性。
详细描述
非离子型表面活性剂在水溶液中不发生电离，其分子结构中 含有的亲水基团和疏水基团平衡作用使其具有降低表面张力 和油水界面的能力。非离子型表面活性剂具有较好的耐硬水 性能和抗盐性，适用于多种水质条件。
环保领域
1 2
废水处理
表面活性剂能够降低油水界面张力，促进油滴的 分离和沉降，用于废水中的油类物质的去除。
土壤修复
对于土壤中的油类污染，表面活性剂可以用于增 强油滴的分离和回收，实现土壤修复。
3
溢油处理
在海上或陆地发生的油类泄漏事故中，表面活性 剂可用于降低油膜的厚度和粘性，加速油滴的沉 降和回收。
原理
表面活性剂能够吸附在油水界面上，降低油水界面张力，使残余油易于被采出。 同时，表面活性剂能够改变岩石表面的润湿性，使亲油岩石变为亲水岩石，提 高洗油效率。
表面活性剂驱油的重要性
01
提高采收率
通过降低油水界面张力，表面活 性剂驱油能够将残余油从岩石表 面释放出来，从而提高采收率。
节约资源
02
03
其他领域
01
02
第6章_两性表面活性剂
叔胺 + 氯乙基磺酸 盐
2019/7/24
表面活性剂化学
12
叔胺
+ NaHSO4 + 环氧氯丙
2019/7/24
表面活性剂化学
13
叔胺 + 磺酸环内酯
2019/7/24
表面活性剂化学
14
叔胺 + 氯代丙烯 + NaHSO4
2019/7/24
表面活性剂化学
15
6.3.3 硫酸酯甜菜碱的合成
CH 3 R N + ( C H 2)n O S O 3
7
2 临界胶束浓度与pH的关系
阳离子 pH变大，cmc减小 阴离子
3 pH对表面活性剂溶解度和发泡性的影响
4 pH对基质上的吸附量及杀菌性的影响
pH
pI
5 甜菜碱型表面活性剂CMC与碳链长度的关系
碳链越长，表面活性越高，cmc越小
6去污力 烷基链为12-16个碳原子去污效果最佳。
2019/7/24
R - NH2 + CH2=CHCN
R – N+H – CH2CH2 – CN
NaOH
R – N+H – CH2CH2 – COO – Na
2019/7/24
表面活性剂化学
21
3 高级脂肪胺 + 氯乙酸钠 R - NH2 + ClCH2COONa
R – N+H – CH2 – COO - Na
2019/7/24
CH 3
N=2-3
2019/7/24
表面活性剂化学
16
1 叔胺 + 氯醇
引入羟基 再硫酸酯化
CH3
HSO3Cl，2NaOH
表面活性剂驱油技术
表面活性剂驱油技术在三次采油中，二元复合驱是有效利用聚合物的粘度和活性剂的活性的驱油技术。
与单一注聚相比，能更加有效地获得降水增油效果，更大幅度地提高采收率。
目前胜利油田复合驱项目规模逐年扩大，驱油效果逐渐显现，其中：在孤东油田、孤岛油田见到明显的效果。
在复合驱中活性剂作为其中的一种重要组分起着增加洗油效率的重要作用，由于不同区块的油藏地质条件差别较大，我公司成立专门的研究小组研究适用于不同区块复合驱的活性剂。
即HX系列新型非离子-阴离子型表面活性剂体系。
HX驱油用表面活性剂是一种适合在高温、高矿化度条件下使用的新型非离子-阴离子两性表面活性剂。
该表面活性剂既保持了非离子、阴离子表面活性剂的优点,又克服了各自的缺点,是一类性能优良的驱油用表面活性剂。
HX驱油用表面活性剂是由多种活性成份组成，兼具非离子、阴离子活性剂的优点，但比阴离子活性剂耐盐能力更强，又比非离子活性剂更耐高温，并且与聚合物有良好的兼容性。
该剂地层条件下稳定，不分解，可在高达270℃的条件下使用。
其主要特点：能显著降低油水之间的界面张力，0.5%的活性剂即可将油水界面张力降至1×10-3 mN.m-1；具有良好的热稳定性和水解稳定性；具有良好的耐盐性；具有极强的增溶性能和突出的分散性能；与其他表面活性剂具有优异的配伍性。
可广泛应用于油田二元、三元复合驱油用表面活性剂体系，或直接做驱油剂使用。
1、HX驱油用表面活性剂技术指标2、HX驱油用表面活性剂结构特点根据胜利油田的实际情况，我们对研发的表面活性剂有以下要求：◆表面活性剂体系性能稳定，在油砂上吸附量小，并能够显著降低界面张力；◆以胜利石油磺酸盐为主剂，所研制的产品与之配伍性好；◆与石油磺酸盐的复合体系与聚合物配伍性好；◆经济可行。
研究思路：以常用的适应性较强的聚醚类活性剂为主，经过适当的改性合成阴离子非离子两性活性剂根据以上思路，合成了如下结构式的活性剂：R1—C--O R2R3M其中：R1为聚醚碳链；R2为烷基或环烷基碳链（根据区块的油品性选用不同的基团）；R3为阴离子基团，可为羧酸盐也可为硫酸基或磺酸基团，本研究中采用磺酸基；M为金属离子。
第6章 两性表面活性剂
R
o
_N OCH H
C N
C
2
R
C N CH2CH2OH
. Cl
_
RC O
N
CH2
+ ClCH2 CH2 CH2CH2OH
H2N CH2
N R C N CH2 CH2CH2OH CH2 + ClCH2COONa
HOCH2CH2
N R HOCH2CH2 C + N
CH2 CH2
_ CH2COO
6.3.6 氨基酸型
pH ~ 4 ~
ClCH2COONa + H2O
CH3
o
CH3 ClCH2COONa + C12H25 N CH3
50~150
C
5~10 h
C12H25
+ N CH3
CH2COO + NaCl
易溶于水，具有优良的去污、柔软、抗静电、 易溶于水，具有优良的去污、柔软、抗静电、起泡和润湿 性能。对皮肤刺激性小，手感好、易生物降解、毒性低， 性能。对皮肤刺激性小，手感好、易生物降解、毒性低， 有良好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。 有良好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。 配制洗发香波、泡沫浴、儿童沐浴露等。 配制洗发香波、泡沫浴、儿童沐浴露等。
《表面活性剂化学》第六章习题
第六章润湿作用一、选择题1. 下列哪种现象与润湿作用无关？（）A. 液体在固体表面展开B. 液体在固体表面形成薄膜C. 液体在固体表面形成微小气泡D. 液体在固体表面形成稳定接触2. 下列哪种润湿类型描述的是液体在固体表面形成薄膜？（）A. 完全润湿B. 部分润湿C. 不润湿D. 润湿角为0°3. 下列哪种因素会影响润湿作用？（）A. 表面活性剂的浓度B. 溶质的性质C. 溶液的温度D. 所有上述因素4. 下列哪种物质不属于表面活性剂？（）A. 肥皂B. 洗发水中的活性成分C. 食盐D. 洗洁精5. 下列哪种现象是润湿作用的结果？（）A. 液体在固体表面展开B. 液体在固体表面形成薄膜C. 液体在固体表面形成微小气泡D. 液体在固体表面形成稳定接触二、填空题1. 润湿作用是指液体在固体表面展开、形成薄膜或稳定接触的过程，其目的是使液体更容易在固体表面_______、_______或_______。
2. 润湿类型分为完全润湿、部分润湿和不润湿三种，其中完全润湿是指液体在固体表面_______、_______或_______，部分润湿是指液体在固体表面形成薄膜，但不完全展开，不润湿是指液体在固体表面不展开、不形成薄膜。
3. 影响润湿作用的主要因素包括表面活性剂的浓度、溶质的性质和溶液的温度等，其中表面活性剂的浓度对润湿作用的影响最大，其次是溶质的性质和溶液的温度。
4. 表面活性剂可以提高润湿作用的效果，从而使液体更容易在固体表面_______、_______或_______，其原理是表面活性剂在固体表面形成分子层，降低液体与固体之间的表面张力，使液体更容易在固体表面_______、_______或_______。
5. 润湿作用在洗涤剂、化妆品、食品加工和医药等领域有广泛应用，如洗涤剂中的表面活性剂可以提高洗涤效果，化妆品中的表面活性剂可以提高化妆品的使用效果，食品加工中的表面活性剂可以提高食品的加工效果，医药中的表面活性剂可以提高药物的_______和_______效果。
第六章 表面活性剂驱
第三节
驱油用表面活性剂
驱油用表面活性剂基本要求 ：
低界面张力 高增溶参数 低吸附量 与地层流体配伍
耐盐
来源广
耐温
成本低
一、磺酸盐型表面活性剂
1.石油磺酸盐
2. 合成磺酸盐
由相应的烃类（如烷烃、烷基苯、烷基甲苯、
烷基二甲苯等）用相应的合成方法制得。
主要有烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、-烯 烃磺酸盐。
最简单的表面活 性剂驱 稀表面活性剂体 系驱油 稀表面活性剂体 系驱油
胶束溶液 驱 泡沫驱
表面活性剂、醇、盐
水、气、起泡剂（聚合 物、盐、醇）
微乳驱
水、油、表面活性剂、 盐、助表面活性剂
胶束
浓表面活性剂体 系驱油
（1）浓度越来越高，降低界面张力的能力不断强化； （2）胶束的数量越来越多，体积越来大，增溶能力 不断加强。
二、羧酸盐型表面活性剂
由石油馏分通过气相氧化得到石油羧
酸，再用碱皂化得到石油羧酸盐。
注：羧酸盐型表面活性剂的耐盐、耐 高价金属离子的能力远不如磺酸型表面活
性剂。
三、非离子性表面活性剂
四、非离子阴离子性表面活性剂
注意其特点： （1）羧酸盐、磺酸盐阴离子表面活性剂具有较强耐温能力； （2）磺酸盐阴离子表面活性剂具有一定耐钙镁离子的能力；羧 酸盐阴离子表面活性剂耐钙镁离子能力较差； （3）α 烯烃磺酸盐耐盐、特别耐高价金属离子； （4）非离子表面活性剂耐温能力差，但具有较强的耐盐能力；
4
（2）微乳类型
微乳
中相微乳
水外相微乳 油外相微乳
（3）微乳的准三组分相图和相态
S: 表面活 性剂与助表
面活性剂 W: 盐水 O: 油
连系线，表示相互平 衡的两相
试析表面活性剂驱油技术
试析表面活性剂驱油技术一、表面活性剂的驱油机理通过考察表面活性剂分子在油水界面的作用特征、水驱后残余油的受力情况以及表面活性剂对残余油受力状况的影响，认为表面活性剂驱主要通过以下几种机理提高原油采收率。
1、降低油水界面张力机理在影响原油采收率的众多决定性因素中，驱油剂的波及效率和洗油效率是最重要的参数。
提高洗油效率一般通过增加毛细管准数实现，而降低油水界面张力则是增加毛细管准数的主要途径。
毛细管准数与界面张力的关系见下式：NC=νμW/σWO式中：NC——毛细管准数，无量纲；ν——驱替速度，m/s；μW——驱替液粘度，mPa·s；σWO——油和驱替液间的界面张力，MN/M。
NC越大，残余油饱和度越小，驱油效率越高。
增加μW和ν，降低σWO可提高NC。
其中降低界面张力σWO是表面活性剂驱的基本依据。
在注水开发后期，NC一般在10-6～10-7，NC增加将显著提高原油采收率，理想状态下，NC 增至10-2时，原油采收率可达100%。
通过降低油水界面张力，可使NC有2～3个数量级的变化。
油水界面张力通常为20～30mN/m，理想的表面活性剂可使界面张力降至（10-4～10-3）mN/m，從而大大降低或消除地层的毛细管作用，减少了剥离原油所需的粘附力，提高了洗油效率。
2、乳化机理油水系统中加入表面活性剂后，在一定条件下，可形成微乳液，从而降低或消除驱替流体与油之间的界面张力，使不流动的油能够流动，或将地层中分散的油聚集，形成一高含油饱和度带，将水驱残留下来的油驱替出来。
表面活性剂的注入类型见图（4-1），它包括：（a）表面活性剂注入体系（A），注入体系中只有表面活性剂和水，不含油；（b）常规的微乳液注入体系（M），注入体系的组成处于双结点曲线以上的单向区内；（c）非混相微乳液注入体系（I），它的体系组成位于双结点曲线以上或其临近的区域；（d）可溶性油注入体系（S），体系主要由无水的高浓度表面活性剂和可溶性油组成。
第6章_两性表面活性剂
2 临界胶束浓度与pH的关系
阳离子 pH变大，cmc减小 阴离子
3 pH对表面活性剂溶解度和发泡性的影响
4 pH对基质上的吸附量及杀菌性的影响
pH
pI
5 甜菜碱型表面活性剂CMC与碳链长度的关系
碳链越长，表面活性越高，cmc越小
6去污力 烷基链为12-16个碳原子去污效果最佳。
2019/10/4
2019/10/4
表面活性剂化学
3
6.1.1 两性表面活性剂的特性
1 具有等电点（pI） 2 可以和所有其他类型的表面活性剂复配 3 毒性低、对皮肤眼睛刺激性小 4 耐水硬性和耐高浓度电解质性 5 良好的生物降解性
2019/10/4
表面活性剂化学
4
6.1.2 两性表面活性剂的分类
6.1.2.1 按阴离子部分的亲水基团分类 羧酸盐型 磺酸盐型 硫酸酯盐型 磷酸酯盐型
表面活性剂化学
8
6.3 两性表面活性剂的合成
6.3.1 羧酸甜菜碱的合成
2019/10/4
表面活性剂化学
9
1 氯乙酸钠法
2019/10/4
表面活性剂化学
10
2 卤代烷和氨基酸钠 3 卤代烷和氨基酸酯 4 α-溴代脂肪酸与叔胺 5 烷基氯甲基醚与氨基酸
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表面活性剂化学
11
6.3.2 磺酸甜菜碱的合成
叔胺 + 氯乙基磺酸 盐
2019/10/4
表面活性剂化学
12
叔胺
+ NaHSO4 + 环氧氯丙
2019/10/4
表面活性剂化学
13
叔胺 + 磺酸环内酯
2019/10/4
表面活性剂化学
(EOR)6 表面活性剂驱
气相氧化法和液相氧化法
三、非离子型表面活性剂
主要用有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂。它 由烷基醇、烷基苯酚或山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧 乙烯制得。
平平加型表面活性剂，如：
OP型表面活性剂，如： Tween型表面活性剂，如：
四、非离子型-阴离子型表面活性剂
这是一类耐盐、耐高价金属离子的表面活 性剂，有下列几种：
二、乳化
用改性木质素磺酸盐作牺牲剂；用羟基铝（锆）预处 理地层，选用耐盐活性剂等。
类似碱驱，乳化机理也是表面活性剂驱的重要机理。表面 活性剂驱的产出液为原油与水的乳状液。
三、流度控制
可用聚合物溶液或泡沫控制流度。
由于表面活性剂体系流度大于油的流度，所以表面活性剂体 系也易沿高渗透层指进入油井而不起驱油作用。
图6－1
微乳类型的转换
微乳的准（pseudo）三组分相图
另活 一性 组剂 分和 助 ；活 油性 为剂 一为 组一 分组 分 ； 准水 三和 组盐 分为
W
（a）水溶液表面活性剂 （b）油溶性表面活性剂 图6－2 微乳的准三组分相图 S－表面活性剂与助表面活性剂；W－盐水；O－油
S O——
图6－3 图6－2中A、B两点的相态
四、泡沫驱
气泡分散在液体中,以气体为分散相,液体为 连续相的分散体系 －固体泡沫和液体泡沫
泡沫驱是一种用泡沫作驱油剂的驱油法。
泡沫由水、气、起泡剂组成，起泡剂中除
表面活性剂外还有聚合物(增加体相粘度)和
盐(调整表面活性剂的亲水亲油平衡)。
泡沫属Bingham塑性流体。
泡沫特征值是描写泡沫性质的一个重要 数值。泡沫特征值是指泡沫中气体体积对 泡沫总体积的比值。 通常泡沫特征值是在0.52～0.99之间。
表面活性剂驱油机理
渗流物理大作业表面活性剂驱油机理研究专业班级：姓名：学号：年月日摘要本文简要介绍了表面活性剂驱的发展与应用状况；总结了表面活性剂驱的6种驱油机理；分析表面活性剂驱在亲水地层和亲油地层中的渗流机理，并进行了表面活性剂非活塞式和活塞式驱油的动态计算，计算了吸附前缘和水驱前缘的关系、水驱前缘和吸附前缘的位置、油带边缘位置等。
最后，简要介绍了表面活性剂的应用与展望。
关键词：表面活性剂驱；驱油机理；动态计算目录1前言 (1)2表面活性剂驱油机理 (1)2.1降低界面张力机理 (2)2.2改善岩石表面的润湿性（润湿反转机理） (2)2.3乳化机理 (3)2.4聚并形成油带机理 (3)2.5提高表面电荷密度机理 (4)2.6改变原油的流变性机理 (4)3不同油层润湿性下的渗流机理 (4)3.1亲水模型 (4)3.2亲油模型 (5)4表面活性剂驱动态计算 (5)4.1考虑吸附作用的表面活性剂水溶液非活塞式驱油 (5)4.2表面活性剂水溶液活塞式驱油 (6)4.2.1计算吸附前缘和水驱前缘的关系 (7)4.2.2计算水驱前缘和吸附前缘的位置 (7)4.2.3计算油带边缘位置及S2 (8)5表面活性剂驱的应用与展望 (8)参考文献 (10)1 前言表面活性剂是从20世纪50年代开始随着石油化工业的飞速发展而兴起的一种新型化学品，是精细化工的重要产品。
随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓，表面活性剂的应用领域从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等技术部门，起到改进工艺、降低消耗、节约资源、减轻劳动量、增加产量、提高品质等作用，大大提高生产效率，收到极佳的经济效益[1]。
De Groot 在20 世纪20 年代首先提出了表面活性剂驱提高石油采收率的方法；20世纪60年代，随着合成表面活性剂的应用，表面活性剂驱油技术有了较大的发展；进入21世纪以来，国际油价飞涨，加之化学分子设计技术的发展使得表面活性剂驱技术得到了快速发展[2]。
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低影通 影 阴 提乳乳过 响 离 高界 响化 化吸洗子面 洗携 捕附油表张 油带 集，效面力 效使率活， ，机 率亲。性提 可理 。油剂高 以界吸是洗 提面附根油 高反 、本效波转 电。率及为 离亲 。。系水数界。面。
2.1 活性水驱机理
阴离子表面活性剂在地层表面、油滴表面 的吸附，使地层和油滴表面带负电。
2.1 活性水驱机理
低界面张力 机理
润湿反转 机理
乳化机理
提高表面电荷密度 机理
表面活性剂 浓度低于 临界胶束浓度
聚并形成油带机理
oil bank, oil wall, oil belt
富集
2.2 胶束溶液驱
活性水驱机理
强化了低界面 张力机理
具有一定增溶油 的机理
体系中含有： 表面活性剂、盐 、醇
表面活性剂浓度高， 出现了胶束
2.3 微乳驱
胶束溶液驱机理
界面张力更低
增溶能力更强
体系中含有： 表面活性剂、盐 、醇
胶束多，体积大
第三节 驱油用表面活性剂
3.1 驱油用表面活性剂基本要求
低界面张力 高增溶参数 耐盐 来源广
低吸附量 与地层流体配伍 耐温 成本低
第三节 驱油用表面活性剂
3.2 驱油用表面活性剂（自学） 注意其特点：
增溶参数达到相等 最大值
滞留量低
第二节 表面活性剂驱提高采收率机理
活性水驱
驱 油
提 高 采
采 油
机
收
成
理
胶束溶液驱
越 来
率 幅 度
本 越 来
越
越
越
微乳驱
复 杂
来 越
高
大
2.1 活性水驱机理
低界面张力 机理
提高表面电荷密度 机理
润湿反转 机理
乳化机理
表面活性剂 浓度低于 临界胶束浓度
聚并形成油带机理
乳化
（（23））属破产选离乳出用子剂反液耐应破盐生乳能成问力沉题强淀的；
（（14））和充表聚分面合调物活剖不性；配剂伍；引起絮凝
（2）使用流度控制剂；
（聚合物段塞）。
流度控制 表面活性剂易沿高渗透层突进
第七章 复合驱
注意的知识点
（1）复合驱比单一的驱动方式有更高的提 高采收率的能力；
（2）复合驱依靠驱油成分的协同效应； （3）地层对驱油成分具有色谱分离作用，
第六章
表面活性剂驱
第一节 什么叫表面活性剂驱
1 表面活性剂驱的定义
以表面活性剂体系作为驱油剂的驱油方 法，叫表面活性剂。
2 表面活性剂体系
w ≤ 0.02
稀表面活性剂体系
活性水 胶束溶液 泡沫 乳状液
浓表面活性剂体系
微乳驱
0.02< w
3 表面活性剂驱
类型
驱油剂组成
表面活性剂存在状 特点 态
活性水驱 表面活性剂
破坏了驱油成分的协同效应。
单个表面活性剂和 最简单的表面活
小缔合体
性剂驱
胶束溶液 表面活性剂、醇、盐 单个表面活性剂和 稀表面活性剂体
驱
小缔合体、胶束 系驱油
泡沫驱 水、气、起泡剂（聚 单个表面活性剂和 稀表面活性剂体
合物、盐、醇）
小缔合体、胶束 系驱油
微乳驱 水、油、表面活性剂、胶束 盐、助表面活性剂
浓表面活性剂体 系驱油
（5）微乳段塞图
S
X M
W
B
1 聚合物驱动水 外相微乳沿WX 变化； 2 微乳驱动剩余 油沿XB变化； 3 水外相微乳先 沿XM变化，再 沿MW变化。
O
（6）微乳性质与盐含量的关系
单位单表位面表活面性活剂性增剂增 溶油溶的水体的积体积
（6）微乳性质与盐含量的关系
中相微乳 驱油
效果最好
油水界面张力低
油
成
表面活性剂
分
助表面活性剂
辅 助
电解质
成
分
盐水或淡水 原油或馏分油 阴、非或非-阴表面活性剂
醇 盐
助表面活性剂的作用
（1）调节 油相和水相极性； （2）参入形成胶束，增加胶束的
空间，增加胶束对油或水的增溶 能力。
电解质的作用
减小表面活性剂和助表面活性剂 极性部分的溶剂化程度，使胶束 在更低的表面活性剂浓度下形成； 同时可使微乳与油或水产生超低 界面张力。
（1）浓度越来越高，降低界面张力的能力不断强化； （2）胶束的数量越来越多，体积越来大，增溶能力 不断加强。
4 微乳
1985年，Shah对微乳液提出了如下定义:
微乳液为两种互不相溶的液体在 表面活性剂分子界面膜的作用下 生成的热力学稳定的、各向同性 的、透明的分散体系。
4 微乳
（1）组成
水
主 要
4 微乳
（2）微乳类型 中相微乳
水外相微乳 油外相微乳
（3）微乳的准三组分相图和相态
S: 表面活 性剂与助表 面活性剂 W: 盐水 O: 油
连系线，表示相互平 衡的两相
4 微乳
（4）决定相态的因素 表面活性剂类型 组分的比例（组成） 盐含量
盐含量导致微乳相态变化
保持油水比 和表面活性 剂浓度不变， 仅改变体系 盐含量
两性表面活性剂
第四节 适合表面活性剂驱油田筛选标准
第五节 表面活性剂驱存在问题
表面活性剂滞留 滞（（解解 （留12决造决 1））的乳）成吸在滞形化使附剩表留式问用；余面问油题牺活题和的牲性的水方剂剂方中法；的法溶：损解：；耗
（（（312）））阴电用离破水子乳表预（面冲高活洗性频地剂交层多流；价电金）
（1）羧酸盐、磺酸盐阴离子表面活性剂具有较强耐温能 力；
（2）磺酸盐阴离子表面活性剂具有一定耐钙镁离子的能 力；羧酸盐阴离子表面活性剂耐钙镁离子能力较差；
（3）α 烯烃磺酸盐耐盐、特别耐高价金属离子； （4）非离子表面活性剂耐温能力差，但具有较强的耐盐
能力；
（5）非离子-阴离子表面活性剂具有较强的耐温和耐盐 能力。