表面活性剂在稠油降粘中的应用
发布时间：2022-04-20
摘要：介绍了各种表面活性剂在稠油降粘中的应用情况。并对表面活性剂的应用前景及稠油降粘的发展进行了展望。
关键词：表面活性荆;稠油;降粘;应用
表面活性剂具有润湿、乳化、分散、增溶、发泡、消泡、渗透、洗涤、抗静电、润滑和杀菌等优异性能【J1.几乎渗透到社会生活中的各个技术部门。近年来，随着社会的进步，科技的发展，一大批高新技术产业的涌现，表面活性剂的应用领域也在不断地被扩展。
表面活性剂能够降低表面张力及油、水间的界面张力。促进原油的乳化和分散.因而在油田化学品中占有重要的位置，特别是在稠油开采中作为降粘剂具有广阔的应用前景[2】。本文简述了表面活性剂的基本理论和应用性能.并较详细地介绍了各种表面活性剂在稠油降粘中的应用情况。
1表面活性剂的分类与性质
表面活性剂的分类一般以亲水基的结构.即按离子的类型为依据来划分。表面活性剂溶于水时.凡能离解成离子的叫做离子型表面活性剂;凡不能离解成离子的叫做非离子型表面活性剂。而离子型表面活性剂按其在水中生成的表面活性离子的种类，又可分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂及两性表面活性剂等。此外.还有一些特殊类型的表面活性剂，如高分子表面活性剂、氟表面活性剂、硅表面活性剂及生物表面活性剂等。
2表面活性剂的化学结构特点
表面活性剂分子可以看作是碳氢化合物分子上的一个或几个氢原子被极性基团取代所构成的物质。其中极性取代基可以是离子基团，也可以是非离子基团。因此，表面活性剂分子结构一般是由极性基和非极性基构成，具有不对称结构。它的极性基易溶于水而具有亲水性质，故称为亲水基;而非极性基 (长链烃基)不溶于水，易溶于“油”，因而具有亲油性质，故称为亲油基，也称为疏水基。由此可知.表面活性剂分子具有“两亲结构”，故称之为“两亲分子”。正是由于表面活性剂这一特征.使其具有很多特有的表面活性。
3表面活性剂的降粘机理
表面活性剂的降粘机理口-s1通常归为3种：(1) 乳化降粘，即在表面活性剂作用下使W/O乳状液反相成为O/W型乳状液而降粘j(2)破乳降粘，即表面活性剂使W/O乳状液破乳而生成游离水.根据游离水量和流速形成“水套油心”、“悬浮油”、“水漂油”而降粘。(3)吸附降粘，即将表面活性剂水溶液注人油井，破坏油管或抽油杆表面的稠油膜，使表面润湿性反转为亲水性，形成连续的水膜.减少抽油过程中的摩擦阻力。这三种降粘机理往往同时存在，但表面活性剂不同和条件不同时.起主导作用的降粘机理也不同。
4表面活性剂在稠油降粘中的应用
4.1阴离子表面活性剂在稠油降粘中的应用
由于地层黏土带有负电荷，所以降粘剂一般首选阴离子表面活性剂。其中磺酸盐是稠油乳化降粘中用的最多的阴离子表面活性剂。乳化降粘开采稠油是一项提高稠油采收率的新技术，开发廉价高效的乳化降粘剂则是该技术的关键。石油磺酸盐的表面活性强、来源广、配伍性好、水溶性好、稳定性强、生产工艺简单、成本低，是稠油乳化降粘中常用的阴离子表面活性剂.已成功地应用在一些油田上。
王玉斗等通过实验测试了两种商品磺酸盐类阴离子表面活性剂在稠油降粘中的应用性能。发现它们的降粘率均大于95%。是有效的稠油降粘剂161：马文辉等将稠油磺酸盐作为乳化降粘剂.降粘效果显著门。这不仅为稠油资源的深加工找到了一条高附加值的新途径.而且由于原料价廉易得.所得磺酸盐比市售表面活性剂具有明显的成本优势而具有广阔的应用前景。
虽然阴离子表面活性剂活性高、耐高温，但抗矿盐性差。特别是石油磺酸盐易与高价阳离子形成沉淀物。而且临界胶束浓度高，易被黏土表面吸附。
4.2非离子表面活性剂在稠油降粘中的应用
非离子表面活性剂是一种在水中不离解成离子状态的两亲结构的化合物。非离子表面活性剂表面活性高，水溶液的表面张力低，I临界胶束浓度低，胶束聚集数大。增溶作用强，具有良好的表面活性。
梁梦兰等以松香为原料.通过与不同分子量的聚乙二醇酯化.或通过与环氧乙烷加成，制备了不同聚合度的松香聚氧乙烯非离子表面活性剂。通过性能测定表明它们具有良好的表面活性、分散力、乳化力和对高稠原油的乳化降粘作用，可作为一种重要的高稠原油乳化降粘剂【司。前苏联油田矿场多使用烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂唧.这类表面活性剂具有良好的渗透性、乳化性，应用工艺简单，盐敏性小.适用温度范围广，与其他化学剂的复配性好.但用于稠油乳化降粘的研究较少。王世虎等对烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醇醚嵌段共聚物系列产物乳化稠油的能力进行了评价.确定了烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醇醚嵌段共聚物作为稠油降粘剂的分子组成的最佳条件fl研。
与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂具有抗盐性高、发泡性低和原油乳状液高温下易发生油水分离等优点。程秀莲等研究了阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对辽河油田超稠原油的降粘效果.发现两种表面活性剂的降粘效果均较好，都具有工业应用价值。但非离子表面活性剂降粘效果明显优于阴离子表面活性剂111l。
4.3阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配体系在稠油降粘中的应用
具有耐高温特点的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配体系的表面活性高于单一组分.既能满足耐高温的要求，又能满足抗矿盐的要求。复配后可用于矿化度高达10000mg/L的地层水f其中钙、镁离子含量为500一l 000mg/L)。杨景宗等发现阴离子，非离子表面活性剂复配体系的CMC(I临界胶束浓度)一X(复配比例)曲线出现最低点，即复配体系的临界胶束浓度比单一组分低，同时阴离子表面活性剂可提高非离子表面活性剂的浊点【切。
秦冰等以对一羟基苯甲酸钠为阴离子单体。壬基酚聚氧乙烯醚为非离子单体进行二元复配.并将其对稠油的乳化降粘性能进行了分析.发现羧酸盐与壬基酚聚氧乙烯醚复配.能弥补羧酸盐抗矿盐能力差的问题【131。李芳田等以多种阴离子、非离子表面活性剂为原料。通过复配和筛选，制得了阴离子/非离子表面活性剂复配体系，通过考察其降粘效果，确定了最佳条件.并在此条件下.成功应用于东辛油田不同区块的稠油，降粘率高达95%以上【14)。
虽然采用阴离子和非离子表面活性剂复配的方法可以部分地解决抗矿化盐能力较差这一问题。但阴离子/非离子复配型的乳化降粘剂在地层中会发生“色谱分离”现象，无法避免复配体系的性质和状态在地层中发生改变。
4.4高分子表面活性剂在稠油降粘中的应用
高分子表面活性剂通常是指相对分子质量数千以上。具有显著表面活性的物质。按离子类型划分可分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四大类。由于高分子表面活性剂具有较小的降低表面张力和界面张力的能力、乳化性能好、分散力和凝聚力优良等表面活性，因而已广泛应用于稠油降粘中。
阴离子表面活性剂虽然成本低.但抗矿盐性不足。‘提高相对分子质量可以改善抗矿盐能力。秦冰等针对前人所选用的乳化降粘剂价格昂贵、耐高温性能差、满足不了热采配套技术的需要，同时耐盐性能较差、对地层水矿化度较高的稠油藏感受性差等缺点.研究开发了一种缩合型的磺酸盐类高分子表面活性剂【l司。该稠油乳化降粘剂具有耐高温抗盐等特点。
随着新开发油田的油层地质条件日益复杂化，钙、镁离子含量大于1 OOOmg/L的高矿盐地层越来越多.阴离子和非离子复配的稠油乳化降粘剂虽然能兼顾耐高温和抗矿盐，但在地层运移过程中会发生严重的“色谱分离”现象，如果非离子表面活性剂官能团和阴离子表面活性剂官能团同处于一个分子中，则可以避免这一现象的发生。
马文辉等以壬基酚聚氧乙烯醚和氯磺酸为原料合成了壬基酚聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐【161，经乳化降粘性能评价，发现该表面活性剂兼具阴离子、非离子表面活性剂某些优良性质.对稠油有优良的乳化降粘性能.对O/W-型乳状液稳定性贡献较大，可作为降粘剂复合配方的基础组分;秦冰等针对复配型乳化降粘剂共同缺点.同时为了满足稠油开采对乳化降粘剂耐高温、抗矿盐等性能的要求，分别以对羟基苯甲酸钠为阴离子单体.壬基酚聚氧乙烯醚为非离子单体通过共缩聚得到二元共缩聚物.以对羟基苯磺酸、对羟基苯甲酸、壬基酚聚氧乙烯醚三种单体通过共缩聚反应得到三元共缩聚物[13,J7】.与低分子降粘剂对比发现共缩聚后抗矿盐能力能进一步改善.所形成的乳状液的稳定性也得到提高。
4.5氟表面活性剂在稠油降粘中的应用
氟表面活性剂是一种碳氢链中氢原子全部被氟原子所取代的特殊表面活性剂.这类表面活性剂具有极高表面活性及化学稳定性等优良性能呻删。范仲勇等在聚氧乙烯的端基接上全氟烷烃基，得到一种活性极高的高分子表面活性剂『2l一.研究发现.当全氟烷烃端基浓度约为0.4%～1.O%时。其水溶液表面张力可降低至15mN/m。这种高分子表面活性剂的特殊表面行为归因于全氟烷烃端基的极强疏水性.即全氟烷烃端基的空气亲和性∞1。含氟基团具有极强的趋于空气一水界面的能力.可以大幅度降低界面能。在全氟烷烃端基浓度较高的区域，端基在表面的浓度增大导致链伸展.形成刷状结构。达到极限时.表面几乎全部被含氟基团所占据，因而水溶液表面张力下降。
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王大喜等f矧针对目前大多稠油乳化降粘剂不耐高温.表面活性较低，且用剂量大.致使稠油开采成本高等缺点.以全氟聚醚羧酸为原料，合成了全氟聚醚酰胺磺酸钠稠油降粘剂。该新型稠油乳化降粘剂具有耐高温、高表面活性和用量少等优点，具有重要的实用意义和较好的经济效益。
4.6生物表面活性剂在稠油降粘中的应用
生物表面活性剂是微生物通过一定条件培养，在其代谢过程中分泌出具有表面活性的产物。它是集亲水基和憎水基结构于一身的两亲化合物，可降.50· 低水溶液和烃类混合物的表面张力及界面张力。生物表面活性剂的种类很多，主要类型有：糖脂、脂肽和脂蛋白、磷脂和脂肪酸、多聚表面活性剂等。
由于生物表面活性剂能够降低表面张力及水、油问的界面张力.促进原油的乳化和分散，因而在稠油降粘方面起到重要的作用[251。张翠竹等从污水中筛选到一株地衣芽孢杆菌.在含糖培养基中培养可产生一种脂肽类生物表面活性剂闭。该生物表面活性剂可耐高温、高盐、高钙离子，pH适应范围广，对高粘原油有增溶、脱附、降粘作用，是一种有潜力的生物表面活性剂。
5结语
表面活性剂在稠油降粘领域中占有极其重要的位置，其应用具有广阔的发展前景。新型降粘技术还需进一步完善和延伸.进而开发出更新的降粘技术。对原有技术的完善和延伸需要设计开发新型表面活性剂，并将其用于现有的降粘方法中。对表面活性剂结构、性质与功能关系的研究有助于寻找更适合某一降粘方法的表面活性剂。表面活性剂形成乳状液或破乳液受环境影响比较大，除了表面活性剂本身需改进外.还应研究助表面活性剂、无机盐和溶剂对降粘方法的影响.以完善降粘方法，提高降粘率。随着新型表面活性剂的研制开发.势必会对稠油降粘领域注入新的活力——论文作者：陈玉祥1王霞t潘成松1刘多荣z
参考文献
[1]杜巧云，葛虹.表面活性荆基础及应用[M】.北京：中国石化出版社.1996：32.65.
[2】王云峰，张春光，侯万国，等.表面活性荆及其在油气田中的应用[M】.北京：石油工业出版社，1995：2—30.
[3】赵国玺.表面活性剂化学[M】.北京：石油大学出版社，1984： 382-408.
【4】魏小明，刘喜民，王卫东，等.稠油降粘方法概述【J】.精细石油化工.2002(5)：45-48.
【5】赵素惠，王,g-：tr，赵田红.稠油化学降粘法概述[J】.JfY6-r时刊， 2005，1 9(8)：64—66.
【6]王玉斗，陈月明，侯健，等.注蒸汽开采稠油用的两种表面活性荆【J】.油田化学，2001，18(4)：306·310.
【7】马文辉，赵鹏，徐群，等.稠油磺酸盐及其对稠油的乳化降粘性能研究【J].石油与天然气化工，2006，35(1)：57-59.
【8】梁梦兰，孙宝国.松香聚氧乙烯表面活性剂的合成与性能研究【J].精细化工，1999，16(3)：1-4.
