3表面活性剂化学
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后二者极性小，不做发泡剂，反作消泡剂。
一般淡水中的发泡剂为：
（3）消泡剂的分子结构特点
烃链短，带支链，亲水基的极性弱，并要求活 性剂（消泡剂）的活性高。 对消泡剂的分子结构要求：烃链短，带支链使 吸附层吸附强度弱；亲水基的极性弱，使水化差、 水化膜薄，并要求活性剂（消泡剂）的活性高，加 入泡沫中，能顶替发泡剂分子。
从液膜的保护膜要牢固出发，要求活性剂分子的 双吸附层强度要大，因此-R要有足够的长度，而且烃 链是正构的，以增大活性剂分子间的吸引力，使吸附 层强度增大。当然烃链不能太长，否则影响水中的溶 解。 从液膜的排液速度小出发，要求活性剂分子的亲 水基有较强的极性，即水化要好，以增加束缚水，提 高粘度。
常见亲水基团的极性强弱顺序：
十六烷基硫酸酯钠
十六烷基磷酸酯钠
（二） 阳离子活性剂 在水中电离以后，起活性作用的是阳离子。
ห้องสมุดไป่ตู้
1、胺盐型：
高级伯胺、仲胺、叔胺与酸中和形成的胺盐，总 称为胺盐型阳离子表面活性剂。这类表面活性剂的疏 水基的碳原子数在12~18之间，中和脂肪胺所用的酸有 盐酸、甲酸、乙酸、氢溴酸、硫酸等。
高级伯胺(或仲胺)的加氢法将高级伯胺在甲醛存在 下加氢制取叔胺，反应如下：
a. 亲油基的烃链带有支链；亲水基在烃链的中部。
在固体表面的吸附性强，胶束形成弱，即临界 胶束浓度高，因为胶束的形成不利于吸附。支链和 亲水基在中部都能减弱亲油基之间的吸引力，从而 提高临界胶束浓度。
b. 亲油基不过大，使亲油基的作用略低于亲水 基的作用，而有适当的溶解度。 c. 离子型活性剂的带电要与固体表面相反的电 荷。 砂岩、玻璃、粘土等表面带负电，应用阳离子 活性剂作润湿剂较好。硫酸盐固体表面带正电。
叔胺以酸中和即得叔胺盐。高级叔胺盐阳离子表 面活性剂易溶于水，具有良好的乳化、柔软、杀菌性 能。
2、季铵盐型
十二烷基三甲基氯化铵
3、吡啶盐型
十二烷基氯化吡啶盐
（三）非离子型活性剂
在水中不电离，极性基部分大多由聚氧乙烯基 构成，所含的聚氧乙烯基的数目决定它的亲水性能。
CH2-CH2 O CH3 CH-CH2 O CH2 CH2O
HLB值 1~3 用途 消泡剂
3~6
8~18 12~15 13~15 15~18
油包水型乳化剂
水包油型乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂
五、表面活性剂在泥浆的功用
1、乳化作用
一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的 液体中形成的分散体系，称为乳状液。分散相和分 散介质均是液体。 分类：
水包油型乳状液；
原油中含有环烷酸，它本身是油包水型的乳化剂。 但与泥浆中的NaOH反应生成环烷酸钠，变为水包油 的乳化剂。
2.发泡和消泡作用
气泡和泡沫与泥浆的关系密切。
有利的方面：钻低压井时可以用泡沫泥浆以降低 泥浆的比重，保护产层。 不利的方面：如泥浆遇到气侵时比重会迅速下降， 泥浆柱压力下降到一定程度时会引起井喷事故，此
3、阴离子-阳离子型
烷基二甲基铵丙酸内盐
（五）高分子活性剂
分子量通常在几千甚至高达数十万。如聚氧乙烯 聚氧丙烯丙二醇醚：（是目前广泛使用的原油破乳剂） CH3
HO
C2H4O
n
CH-CH2 O
C3H6O
H
m
四、表面活性剂的HLB值
1、HLB值的含义 表面活性剂是由亲水基团和亲油基团组成，每 一种活性剂亲水基团的亲水能力和亲油基团的亲油 能力具有一定的平衡关系。这种平衡关系称为亲憎 平衡值，HLB值。 C16H33OH 不具乳化性能。
二、表面活性剂及其结构特点
1、表面活性剂：
使用浓度在0.01-0.1%，就能使表面性质如表面张 力发生明显变化的物质。 2、表面活性剂的结构特点： 表面活性剂有一个共同的基本结构，是由具有易 溶于油的亲油基和易溶于水的亲水基组成的。同时亲 水基和亲油基的对立作用必须比较相称，有一种相当 平衡的关系。
通常将有气相组成的气固、气-液等界面称为表 面。 相（phase）是指体系中物 理和化学性质均匀的部分。
2、表面张力（surface tension）
表面张力的产生，从简单分子引力观点来看，是由于液体 内部分子与液体表面层分子(厚度约10-7cm)的处境不同。液体内 部分子所受到的周围相邻分子的作用力是对称的，互相抵消， 而液体表面层分子所受到的周围相邻分子的作用力是不对称的， 其受到垂直于表面向内的吸引力更大，这个力即为表面张力。
R- X
三、表面活性剂的分类
以亲水基团是否是离子型及其类别为主要依据， 分为：
（一）阴离子型活性剂 它可以在水中电离，起活性作用的是阴离子。
阴离子活性剂还可以细分成：
1、盐类型。由有机酸根负离子与金属离子组成。 羧酸盐型
磺酸盐型
十六烷基磺酸钠
十二烷基苯磺酸钠
2、酯盐类型：分子中既有酯的结构，又有盐的结构
活性剂的润滑作用
（2）对润滑剂结构的要求
一是有足够长度的烃链C12-C18，不带支链以形 成良好的油膜。 另一要求是极性基牢固地吸附在粘土和金属表面。
目前泥浆中常用的润滑剂有： a. OP-30：
b. 聚氧乙烯硬脂酸酯：
c. 磺酸盐
4．活性剂的防腐蚀作用
在钻井过程中，钻井设备存在着腐蚀问题。特别 在钻含H2S和CO2地层时，腐蚀更为严重，引起钻杆 脆裂，失去强度。 泥浆中加入YNC-1后，不锈钢的腐蚀速率大大下 降。
YNC-1分子中，醇羟基上未共用电子对与不锈钢 中正价金属离子形成配位键，YNC-1分子就以化学吸 附的方式牢固地吸附在金属表面，形成致密的保护膜。 阻止酸的进一步与金属作用。
5.表面活性剂的润湿反转作用-润湿剂
润湿反转是指活性剂使固体表面的润湿性向相反 方面转化的作用。 能使固体表面的润湿性发生反转的活性剂叫润湿 剂或润湿反转剂。
油包水型乳状液。
（1）乳状液暂时稳定的原因：
a.乳化剂吸附在油-水界面上，大大降低表面张 力和表面能，有利于乳状液的稳定。 b.液滴表面形成保护膜。
c.液滴表面带电。
（2）对乳化剂分子结构的要求
a.非极性烃链具有足够的长度C10-C20，同时非极 性的R-部分要求是正构的。
C10-C20使非极性基之间的吸引力 大，可以提高吸附层的强度。同时非极 性的R-部分要求是正构的。使分子间排 列得紧密，吸附层的强度高，液滴表面 的保护膜牢固。
（3） 胺型：二聚氧乙烯基脂肪胺
（4）酰胺型：二聚氧乙烯脂肪酰胺
（5）吐温型
吐温型非离子活性剂属于混合型的，聚氧乙烯失 水山梨糖醇醚脂肪酸酯：
非离子活性剂性质稳定，不受 pH值和盐的影响，应用范围广，是 具有发展前途的活性剂。
（四）两性活性剂 1、非离子-阴离子型
聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯钠
2、非离子-阳离子型 二聚氧乙烯基烷基甲基氯化铵
C16H33OSO3Na 表现出良好的乳化性能。
HLB值是一个相对值，规定亲水性弱的油酸HLB 值为1，而亲水性强的油酸钠HLB值为18，以这两个 为标准可以相对地定出每个活性剂的HLB值。 HLB=7 HLB>7 HLB<7 亲水性和憎水性相近 亲水性大于憎水性 亲油性大于亲水性
2、活性剂的HLB值与其作用的关系
b.对于水包油型的乳状液，要求活性剂的HLB为 8~18，对于油包水型乳状液，要求活性剂的HLB为 3.5~6。 常用的水包油型乳化剂有： 烷基磺酸钠（AS）；烷基苯磺酸钠(ABS); 聚氧乙烯烷基醇醚（平平加型）等。 常用的油包水型乳化剂有： 羧酸的金属盐(如硬脂酸钙、硬脂酸铝)等。
c. 从乳化剂的抗温性出发，深井和超深井要求乳化 剂能抗高温。目前选用的抗高温的乳化剂，以具有 酰胺型结构的非离子型乳化剂抗温性较好。
泥浆中常用的消泡剂：
泥浆遇到气侵时，必须迅速消泡，除加入消泡 剂外，还可以配合机械方法如泡沫浮在液面上，可 以用挡板除去。同时泥浆性能要降粘、降切，使气 泡升到液面上，有利于消泡。
3.润滑作用 提高泥浆的润滑性，减少钻具的摩擦，延长钻 具的使用寿命。提高泥浆的润滑性，可防止粘卡。 （1）润滑作用机理： 表面活性剂分子可以吸附在金属表面和粘土表 面上，亲水基紧紧吸附在表面上，亲油基朝外定向 排列着。这样在金属表面和粘土表面形成坚固的化 学膜，以降低接触面之间的摩擦，使摩擦发生在相 互滑动的亲油基之间。
氧乙烯
C3 H6O
氧丙烯
1、酯型
（1） 失水山梨糖醇脂肪酸酯（司盘型）
（2） 聚氧乙烯脂肪酸酯
RCOO
CH2CH2O
n
H
2、醚型
（1） 聚氧乙烯烷基醇醚（平平加型）
聚氧乙烯辛基醇醚-10
n CH2 -CH2 O R-OH RO ( CH2 CH2 O ) H
（2）聚氧乙烯烷基苯酚醚：OP型
聚氧乙烯辛基苯酚醚-10
时必须及时消泡。
（1）泡沫暂时稳定的原因 加入活性剂后，活性剂分子吸附在气--液界面上， 形成具有一定强度的保护膜，可以降低表面张力和表 面能； 气泡表面可以形成水化膜。 如果是离子型活性剂作为泡沫剂，使气泡表面带 电。
（2）作为发泡剂分子结构的要求
-R要有足够的长度，而且烃链是正构的，活性 剂分子的亲水基有较强的极性。
第二篇 采油化学
采油化学是研究如何用化学方法解决采油过程中
遇到的问题。采油中出现的问题有:
油层的问题，集中表现在采收率不高 。 油井的问题，砂、蜡、水、稠、低。 水井的问题，主要有出砂、水注不进去和注水剖面
不均匀造成注水效率低。
第三章 表面活性剂
一、表面现象
1、界面、表面和相
•界面是指物质的相与相 之间的交界面。
（1）润湿反转的原理
具有亲油、亲水的两亲结构的表面活性剂分子， 自动浓集到固体表面，形成定向排列的吸附层（吸附 层中活性剂分子的亲水基吸附在极性固体表面上，其 亲油基朝外，或者活性剂分子的亲油基吸附在非极性 固体表面上，其亲水基朝外），从而改变了固体表面 的亲水（或亲油）性。
（2）对润湿剂的要求
（3）润湿剂的应用
制备有机粘土、提高注入水的洗油能力等。
（4）常用的几种润湿剂：
琥珀酸二异辛酯磺酸钠：
油酸丁酯硫酸酯钠：
聚氧乙烯异辛基苯酚醚-10：
氯化十二烷基三甲基铵：
一般淡水中的发泡剂为：
（3）消泡剂的分子结构特点
烃链短，带支链，亲水基的极性弱，并要求活 性剂（消泡剂）的活性高。 对消泡剂的分子结构要求：烃链短，带支链使 吸附层吸附强度弱；亲水基的极性弱，使水化差、 水化膜薄，并要求活性剂（消泡剂）的活性高，加 入泡沫中，能顶替发泡剂分子。
从液膜的保护膜要牢固出发，要求活性剂分子的 双吸附层强度要大，因此-R要有足够的长度，而且烃 链是正构的，以增大活性剂分子间的吸引力，使吸附 层强度增大。当然烃链不能太长，否则影响水中的溶 解。 从液膜的排液速度小出发，要求活性剂分子的亲 水基有较强的极性，即水化要好，以增加束缚水，提 高粘度。
常见亲水基团的极性强弱顺序：
十六烷基硫酸酯钠
十六烷基磷酸酯钠
（二） 阳离子活性剂 在水中电离以后，起活性作用的是阳离子。
ห้องสมุดไป่ตู้
1、胺盐型：
高级伯胺、仲胺、叔胺与酸中和形成的胺盐，总 称为胺盐型阳离子表面活性剂。这类表面活性剂的疏 水基的碳原子数在12~18之间，中和脂肪胺所用的酸有 盐酸、甲酸、乙酸、氢溴酸、硫酸等。
高级伯胺(或仲胺)的加氢法将高级伯胺在甲醛存在 下加氢制取叔胺，反应如下：
a. 亲油基的烃链带有支链；亲水基在烃链的中部。
在固体表面的吸附性强，胶束形成弱，即临界 胶束浓度高，因为胶束的形成不利于吸附。支链和 亲水基在中部都能减弱亲油基之间的吸引力，从而 提高临界胶束浓度。
b. 亲油基不过大，使亲油基的作用略低于亲水 基的作用，而有适当的溶解度。 c. 离子型活性剂的带电要与固体表面相反的电 荷。 砂岩、玻璃、粘土等表面带负电，应用阳离子 活性剂作润湿剂较好。硫酸盐固体表面带正电。
叔胺以酸中和即得叔胺盐。高级叔胺盐阳离子表 面活性剂易溶于水，具有良好的乳化、柔软、杀菌性 能。
2、季铵盐型
十二烷基三甲基氯化铵
3、吡啶盐型
十二烷基氯化吡啶盐
（三）非离子型活性剂
在水中不电离，极性基部分大多由聚氧乙烯基 构成，所含的聚氧乙烯基的数目决定它的亲水性能。
CH2-CH2 O CH3 CH-CH2 O CH2 CH2O
HLB值 1~3 用途 消泡剂
3~6
8~18 12~15 13~15 15~18
油包水型乳化剂
水包油型乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂
五、表面活性剂在泥浆的功用
1、乳化作用
一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的 液体中形成的分散体系，称为乳状液。分散相和分 散介质均是液体。 分类：
水包油型乳状液；
原油中含有环烷酸，它本身是油包水型的乳化剂。 但与泥浆中的NaOH反应生成环烷酸钠，变为水包油 的乳化剂。
2.发泡和消泡作用
气泡和泡沫与泥浆的关系密切。
有利的方面：钻低压井时可以用泡沫泥浆以降低 泥浆的比重，保护产层。 不利的方面：如泥浆遇到气侵时比重会迅速下降， 泥浆柱压力下降到一定程度时会引起井喷事故，此
3、阴离子-阳离子型
烷基二甲基铵丙酸内盐
（五）高分子活性剂
分子量通常在几千甚至高达数十万。如聚氧乙烯 聚氧丙烯丙二醇醚：（是目前广泛使用的原油破乳剂） CH3
HO
C2H4O
n
CH-CH2 O
C3H6O
H
m
四、表面活性剂的HLB值
1、HLB值的含义 表面活性剂是由亲水基团和亲油基团组成，每 一种活性剂亲水基团的亲水能力和亲油基团的亲油 能力具有一定的平衡关系。这种平衡关系称为亲憎 平衡值，HLB值。 C16H33OH 不具乳化性能。
二、表面活性剂及其结构特点
1、表面活性剂：
使用浓度在0.01-0.1%，就能使表面性质如表面张 力发生明显变化的物质。 2、表面活性剂的结构特点： 表面活性剂有一个共同的基本结构，是由具有易 溶于油的亲油基和易溶于水的亲水基组成的。同时亲 水基和亲油基的对立作用必须比较相称，有一种相当 平衡的关系。
通常将有气相组成的气固、气-液等界面称为表 面。 相（phase）是指体系中物 理和化学性质均匀的部分。
2、表面张力（surface tension）
表面张力的产生，从简单分子引力观点来看，是由于液体 内部分子与液体表面层分子(厚度约10-7cm)的处境不同。液体内 部分子所受到的周围相邻分子的作用力是对称的，互相抵消， 而液体表面层分子所受到的周围相邻分子的作用力是不对称的， 其受到垂直于表面向内的吸引力更大，这个力即为表面张力。
R- X
三、表面活性剂的分类
以亲水基团是否是离子型及其类别为主要依据， 分为：
（一）阴离子型活性剂 它可以在水中电离，起活性作用的是阴离子。
阴离子活性剂还可以细分成：
1、盐类型。由有机酸根负离子与金属离子组成。 羧酸盐型
磺酸盐型
十六烷基磺酸钠
十二烷基苯磺酸钠
2、酯盐类型：分子中既有酯的结构，又有盐的结构
活性剂的润滑作用
（2）对润滑剂结构的要求
一是有足够长度的烃链C12-C18，不带支链以形 成良好的油膜。 另一要求是极性基牢固地吸附在粘土和金属表面。
目前泥浆中常用的润滑剂有： a. OP-30：
b. 聚氧乙烯硬脂酸酯：
c. 磺酸盐
4．活性剂的防腐蚀作用
在钻井过程中，钻井设备存在着腐蚀问题。特别 在钻含H2S和CO2地层时，腐蚀更为严重，引起钻杆 脆裂，失去强度。 泥浆中加入YNC-1后，不锈钢的腐蚀速率大大下 降。
YNC-1分子中，醇羟基上未共用电子对与不锈钢 中正价金属离子形成配位键，YNC-1分子就以化学吸 附的方式牢固地吸附在金属表面，形成致密的保护膜。 阻止酸的进一步与金属作用。
5.表面活性剂的润湿反转作用-润湿剂
润湿反转是指活性剂使固体表面的润湿性向相反 方面转化的作用。 能使固体表面的润湿性发生反转的活性剂叫润湿 剂或润湿反转剂。
油包水型乳状液。
（1）乳状液暂时稳定的原因：
a.乳化剂吸附在油-水界面上，大大降低表面张 力和表面能，有利于乳状液的稳定。 b.液滴表面形成保护膜。
c.液滴表面带电。
（2）对乳化剂分子结构的要求
a.非极性烃链具有足够的长度C10-C20，同时非极 性的R-部分要求是正构的。
C10-C20使非极性基之间的吸引力 大，可以提高吸附层的强度。同时非极 性的R-部分要求是正构的。使分子间排 列得紧密，吸附层的强度高，液滴表面 的保护膜牢固。
（3） 胺型：二聚氧乙烯基脂肪胺
（4）酰胺型：二聚氧乙烯脂肪酰胺
（5）吐温型
吐温型非离子活性剂属于混合型的，聚氧乙烯失 水山梨糖醇醚脂肪酸酯：
非离子活性剂性质稳定，不受 pH值和盐的影响，应用范围广，是 具有发展前途的活性剂。
（四）两性活性剂 1、非离子-阴离子型
聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯钠
2、非离子-阳离子型 二聚氧乙烯基烷基甲基氯化铵
C16H33OSO3Na 表现出良好的乳化性能。
HLB值是一个相对值，规定亲水性弱的油酸HLB 值为1，而亲水性强的油酸钠HLB值为18，以这两个 为标准可以相对地定出每个活性剂的HLB值。 HLB=7 HLB>7 HLB<7 亲水性和憎水性相近 亲水性大于憎水性 亲油性大于亲水性
2、活性剂的HLB值与其作用的关系
b.对于水包油型的乳状液，要求活性剂的HLB为 8~18，对于油包水型乳状液，要求活性剂的HLB为 3.5~6。 常用的水包油型乳化剂有： 烷基磺酸钠（AS）；烷基苯磺酸钠(ABS); 聚氧乙烯烷基醇醚（平平加型）等。 常用的油包水型乳化剂有： 羧酸的金属盐(如硬脂酸钙、硬脂酸铝)等。
c. 从乳化剂的抗温性出发，深井和超深井要求乳化 剂能抗高温。目前选用的抗高温的乳化剂，以具有 酰胺型结构的非离子型乳化剂抗温性较好。
泥浆中常用的消泡剂：
泥浆遇到气侵时，必须迅速消泡，除加入消泡 剂外，还可以配合机械方法如泡沫浮在液面上，可 以用挡板除去。同时泥浆性能要降粘、降切，使气 泡升到液面上，有利于消泡。
3.润滑作用 提高泥浆的润滑性，减少钻具的摩擦，延长钻 具的使用寿命。提高泥浆的润滑性，可防止粘卡。 （1）润滑作用机理： 表面活性剂分子可以吸附在金属表面和粘土表 面上，亲水基紧紧吸附在表面上，亲油基朝外定向 排列着。这样在金属表面和粘土表面形成坚固的化 学膜，以降低接触面之间的摩擦，使摩擦发生在相 互滑动的亲油基之间。
氧乙烯
C3 H6O
氧丙烯
1、酯型
（1） 失水山梨糖醇脂肪酸酯（司盘型）
（2） 聚氧乙烯脂肪酸酯
RCOO
CH2CH2O
n
H
2、醚型
（1） 聚氧乙烯烷基醇醚（平平加型）
聚氧乙烯辛基醇醚-10
n CH2 -CH2 O R-OH RO ( CH2 CH2 O ) H
（2）聚氧乙烯烷基苯酚醚：OP型
聚氧乙烯辛基苯酚醚-10
时必须及时消泡。
（1）泡沫暂时稳定的原因 加入活性剂后，活性剂分子吸附在气--液界面上， 形成具有一定强度的保护膜，可以降低表面张力和表 面能； 气泡表面可以形成水化膜。 如果是离子型活性剂作为泡沫剂，使气泡表面带 电。
（2）作为发泡剂分子结构的要求
-R要有足够的长度，而且烃链是正构的，活性 剂分子的亲水基有较强的极性。
第二篇 采油化学
采油化学是研究如何用化学方法解决采油过程中
遇到的问题。采油中出现的问题有:
油层的问题，集中表现在采收率不高 。 油井的问题，砂、蜡、水、稠、低。 水井的问题，主要有出砂、水注不进去和注水剖面
不均匀造成注水效率低。
第三章 表面活性剂
一、表面现象
1、界面、表面和相
•界面是指物质的相与相 之间的交界面。
（1）润湿反转的原理
具有亲油、亲水的两亲结构的表面活性剂分子， 自动浓集到固体表面，形成定向排列的吸附层（吸附 层中活性剂分子的亲水基吸附在极性固体表面上，其 亲油基朝外，或者活性剂分子的亲油基吸附在非极性 固体表面上，其亲水基朝外），从而改变了固体表面 的亲水（或亲油）性。
（2）对润湿剂的要求
（3）润湿剂的应用
制备有机粘土、提高注入水的洗油能力等。
（4）常用的几种润湿剂：
琥珀酸二异辛酯磺酸钠：
油酸丁酯硫酸酯钠：
聚氧乙烯异辛基苯酚醚-10：
氯化十二烷基三甲基铵：