非离子型表面活性剂在油田的应用与课题

非离子型表面活性剂在油田的应用与课题 非离子型表面活性剂在油田的应用与课题 宁延伟(胜利石油管理局科技处257001) 碲要本文综述了非离子型表面活性荆在油田的应用情况和发展 趋势，提出了有关课题和建议。 非离子型表面活性剂 关键词 油8垆用离子型表亨活性荆 “ 建议课题 非离子型表面活性剂在水中不解离，它的表面活性由它的整个中性分子而体现出来 。它分酯型、醚 型、胺型、酰胺型及酯醚型五类“】:酯型，如山梨糖醇酐脂肪酸酯(斯盘型)及聚氧乙烯脂肪酸酯。醚型，如 聚 (平平加型)和聚氧乙烯烷基苯酚醚。胺型，如聚氧乙烯脂肪胺。酰胺型，如聚氧乙烯酰 氧乙烯烷基醇醚 胺。酯醚型，属酯醚混合型，如山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯醚型(吐温型)表面活性剂。 非离子型表面活性剂在油田应用较其它表面活性剂具有独特的优点，因它在水溶液中不电离，其溶液 不是离子状态，所以它的稳定性高，不易受电解质、酸碱环境及地层情况影响。它可同其它油田化学剂复 配使用，相容性好。因此，非离子型表面活性剂在油田应用十分广泛，在钻井、采油及油气集输等过程中都 有广泛应用o】。本文将它在油田的应用和发展情况作简要介绍。 1非离子型表面活性剂在油田各生产过程中的应用 1(1在钻井过程中的应用u一。。， 通常钻井使用水基钻井液，为了，降低摩阻、提高钻速及降低钻井成本，可在水基钻井液中加入润滑剂， 改善钻井液的润滑性能。钻井液使用的润滑荆中的一种是各种油类，如植物油、动物油和矿物油。由于油 的粘度高于水的粘度，所以它在钻柱和井壁摩擦中不易从摩擦面上被挤出，因此可以改善钻井液润滑性。 为了使油在摩擦面上形成均匀的油膜。可在钻井液中加入表面活性剂，将钻柱和井壁的亲水表面转化为亲 油表面，从而使油在它们间的摩擦面上形成均匀的油膜，强化了油的润滑作用。可使用的表面活性剂主要 是水溶性表面活性剂，属于非离子型表面活性剂的有聚氧乙烯辛基苯酚醚一10，山梨糖醇酐单油酸酯聚氧 乙烯醚及聚氧乙烯蓖麻油等。在实际应用中是将作润滑剂的油和强化油的润滑作用的表面活性剂以及水 一起配成水包油乳状液，再加入钻井液中，方便现场使用。 保持井壁稳定是安全钻井和保证钻井质量的重要技术问题。根据影响井壁不稳定的因素不同，控制 井壁稳定的方法也不同。若为物理化学因素引起的井壁不稳定，可采用在钻井液中加入页岩抑制剂的方 法来解决。在诸多的页岩抑制剂中(其中是醚型聚合物，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇 醚等，都可作为钻井液页岩抑制剂。其作用机理是在地面温度下，它们可通过氢键同水结合溶于水中。但 在地层温度升高到一定数值后，随着氢键的削弱，而使醚型聚合物析出，粘附在页岩表面，封堵页岩孔隙， 减少页岩同水的接触机会，而起稳定页岩作用。 在易卡钻或易产生钻头泥包的地层钻井，一般采用水包油钻井液，配这种钻井液是在水基钻井液中加 入油和水包油型乳化剂，属于非离子型表面活性剂的水包油型乳化剂有聚氧乙烯烷基醇醚和山梨糖醇酐 羧酸酯聚氧乙烯醚。这种钻井液有润滑性能好、滤失量低及对油气层具有保护作用等特点。 在低压易漏地层钻井，可在水基钻井液中加人起泡剂并通入气体，配制成泡沫钻井液。使用的水溶性 非离子型表面活性剂起泡剂，有聚氧乙烯基醇醚等。这种泡沫钻井液具有摩阻低，携岩能力强，对低压油 气层具有保护作用。 在页岩层、岩盐层、石膏层和高温地层钻井，要使用油基钻井液和油包水型钻井液。在油基钻井液中 加入水和油包水型乳化剂，如山梨糖醇酐单油酸酯、山梨糖醇酐三油酸酯聚氧乙烯醚等。这种油包水钻井 液具有油基钻井液的特点及其相同的应用范围，但它的成本低于纯油相钻井液。 一34J一 在固井过程中，为解决特殊地层的固井问题，需使用特种水泥浆。在高渗透层、裂缝层和溶洞层固井， 常 使用泡沫水泥浆袍沫水泥浆是由水泥浆、气体、起泡剂和稳泡剂配制。起泡剂为水溶性表面活性剂，属于 非 离子型表面活性剂的起泡剂，有聚氧乙烯烷基苯酚醚;稳泡剂为水溶性聚合物，常用的有羟乙基纤维素等。 1(2在采油过程中的应用。。。1 我国油田主要是注水开发油田，由于油层不均质，注入油层的水，常常为厚度不大的高渗透层所吸收， 吸水剖面很不均匀。为了提高注入水的波及系数，发挥中低渗透层的作用，提高水驱效果，就必须调整注水 油层的吸水剖面。要调整吸水剖面，就必须封堵高渗透层。封堵高渗透层拥有多种方法，在诸多的方法中， 有一种方法称为泡沫型双液法，即将起泡剂溶液和气体交替注入地层，在地层或主要是在高渗透层产生泡 沫堵剂，封堵高渗透层，达到调剖目的。可用的起泡剂，有非离子型表面活性剂聚氧乙烯烷基苯酚醚等。 油井出水是油田开发过程中不可避免地要遇到的问题，油井出水对原油生产有许多危害。要减少油井 出水，除上面介绍的注水井调剖之外，就是封堵油井的出水层，即为常说的油井堵水。在诸多的油堵水方法 中，有一种活性稠油堵水方法。它是用一种溶有乳化剂的稠油，乳化剂为油包水型乳化剂，可使稠油在地层 下出水带遇水后，产生高粘的油包水乳状液，达到封堵油井出水目的。属于非离子型表面活性剂乳化剂的 有斯盘--80等。 原油中含蜡，致使油井结蜡，影响油井正常生产。油井的防蜡和清蜡是采油过程中经常采用的增产措 施之一。在使用防蜡剂的防蜡方法中，使用表面活性剂型防蜡剂是常用类型之一。这类防蜡剂有两类表面 活性剂可选用，即油溶性表面活性剂和水溶性表面活性剂。其中油溶性表面活性剂中属非离子型表面活性 剂的有聚氧乙烯脂肪胺等;水溶性表面活性剂中属非离子型表面活性剂的有聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯 烷基苯酚醚、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚及山梨糖醇酐单羧酸酯聚氧乙烯醚等。在使用清蜡剂的清蜡方法 中，清蜡剂也有二种类型:即油基清蜡剂和水基清蜡剂。油基清蜡剂，有用作为互溶剂的低分子非离子型化 合物乙二醇丁醚等。水基清蜡剂的配制要使用很多种表面活性剂，属于非离子型表面活性剂的有聚氧乙烯 烷基醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚、聚氧乙烯脂肪胺、吐温型及平平加型等表面活性剂。 稠油粘度大，开发及外输非常困难。可采用乳化降粘法，将稠油转化为低粘度的水包油乳状液，将稠油 从地下采出及外输。稠油乳化降粘可使用水溶性表面活性剂作为乳化剂，其中可用的乳化剂属于非离子型 表面活性剂的有聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚及聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚等。 油水井的酸化处理是解除近井地带堵塞及提高地层渗透率的重要增产增注措施。酸化处理除使用各 种类型的酸液及潜在酸外，还要使用多种添加剂。在众多的添加剂中，有些是属于非离子型表面活性剂。在 酸化过程中，原油中的天然乳化剂、加入酸液中的表面活性剂以及酸化产生的岩石微粒，都有一定乳化作用。它们可使原油与酸形成乳状液，影响酸化后乏酸的排出。故可在酸液中添加防乳化剂，防止原油同酸 形成乳状液。通常使用的防乳化剂，一类是有分支结构的表面活性剂，如聚氧乙烯聚丙烯丙二醇醚、聚氧乙 烯聚氧丙烯五乙烯六胺等;一类是互溶剂，如乙二醇丁醚、二乙醇乙醚、二乙二醇丁醚及三乙二醇丁醚等。 酸化中使用的酸化缓蚀剂，在油井近井地带吸附，可将地层的亲水表面反转为亲油表面。减少了地层 对油的渗透率，影响酸化效果。因此在酸液中要加入润湿反转剂，将油井近井地带的亲油表面重新反转为 亲水表面，使用的润湿反转剂属于非离子型表面活性剂的有聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚等，或它们同两性 离子表面活性剂的混合物。 压裂是施用压力将地层压开，形成裂缝，减少流体流动阻力的增产增注措施。实施压裂措施，需要使用 压裂液传递压力等。配制压裂液要使用多种油田化学品和添加剂。其中的水包油型压裂液，由水、油和乳 化剂配成。使用的乳化剂中属非离子型表面活性剂的有聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚及吐温型 表面活性剂。使用这种乳化剂，地层温度高于其浊点，在地下引起破乳，高粘度的压裂液转化为低粘度的油 和水，易从地层排出。水基泡沫压裂液是由水、气体和起泡剂配成。使用的起泡剂除其他类型表面活性剂 外，也可使用OP型非离子型表面活性剂。这种压裂液更有利于完成压裂后的排液，因释放出的气体具有 驱动作用。油包水压裂液，是由油、水和乳化剂配成。乳化剂可使用Span80和月桂酰二乙醇胺。若油包水 压裂液中的水改为酸，就可制成油包酸压裂液。该压裂液不仅可减轻酸对管线的腐蚀，而且乳状液破坏后， 可给出酸液，提高压裂效果。油基泡沫压裂液，是由油、气体和起泡剂配成。起泡剂，可用含氟化合物，如烷基丙烯酸氟代烷基酯与烷基丙烯酸酯共聚物。 一342— 注水开采原油，一般原油采收率只能达到30,,40,，大部分原油仍留在地下采不出来。要提高原油 采收率，需要实施三次采油措施。在诸多的三次采油技术中，表面活性剂驱油法是常用驱油方法之一。它 又分活性水驱、胶束溶液驱、微乳驱和泡沫驱。使用的表面活性剂中属于非离子型表面活性剂的有平平加 型表面活性剂、OP型表面活性剂及吐温型表面活性剂等。复合驱油技术，一般说来是驱油剂成分为聚合 物、碱和表面活性剂，三者进行科学复配后用于驱油。使用的表面活性剂，以往多用阴离子型„表面活性剂， 但近来也有采用石油磺酸盐同聚醚型表面活性剂的复配物作为复合驱用表面活性剂，同聚合物、碱等成分 一起作为驱油剂主要成分，用于复合驱油技术。 1(3油气集输过程中的应用。?8„91 油气集输过程中，会遇到很多化学问题。解决这些问题，用到多种化学剂，其中不少品种是属于非离子 型表面活性剂。 一次采油和二次采油采出的多为油包水乳状液。对这些乳状液需进行脱水处理，才能得到商品原油。油包水乳化原油破乳方法，有热法、电法和化学法，这些方法通常是联合使用。称之为热一电一化学法。化 学法是用破乳剂破坏油包水乳化原油的方法。虽然多种表面活性剂都可用作为原油破乳剂，但目前使用的 高效原油破乳剂主要为非离子型的高分子表面活性剂。如聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚，聚氧乙烯聚氧丙烯 烷基苯酚醚，聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚，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产物，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯烷基苯酚 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，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯丙三醇醚， 丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯与聚氧乙烯聚氧丙烯酸酯的共聚物，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，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯烷基苯酚甲醛树脂，聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯烷基苯酚甲醛 树脂羧酸酯，聚氧乙烯聚氧丙烯乙二胺，聚氧乙烯聚氧丙烯二乙烯三胺，聚氧乙烯聚氧丙烯五乙烯六胺，聚 氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯五乙烯六胺，聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯二乙烯三胺的二元羧酸扩链产物及聚 氧乙烯聚氧丙烯酚胺树脂等。采出原油在油气分离稳定过程中会遇到起泡沫问题，消除原油中的泡沫，要 使用消泡剂。可用的消泡剂，除醇类、醚类、酯类及聚硅氧烷化合物外，还有聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚、聚 氧乙烯聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚硬脂酸酯及聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯五乙烯六胺等。 高凝原油管输困难。必须进行降凝法处理，方能进行长距离管道输送。降凝处理法中的化学法是加降 凝剂 的降的降凝法。使用的降凝剂有表面活性剂型降凝剂，属非离子型表面活性剂的聚氧乙烯烷基胺等。它们 物原凝机理是它们被吸附在原油中蜡晶表面，使蜡不易形成整体网络结构，而起降凝作用。另一类是聚合 油降凝剂，它们中不少是属酯型聚合物或它们的共聚物。它们的主链或支链上都有可与蜡分子共同结晶的非极性部分(也有可使蜡晶晶型产生扭曲的极性部分，故有降凝作用。 天然气从地层采出需进行脱水， 脱酸等处理，方能外输应用。在一定条件下，天然气可同水生成水合 物，使管道产生堵塞。故天然气在长途输送中要使用水台物生成抑制剂，才能安全运行。常用的水合物抑 制剂，一是醇类，另一类为表面活性剂，其中属非离子型表面活性剂的有聚氧乙烯烷基苯酚醚、山梨糖醇酐 单月桂酸酯聚氧乙烯醚及聚氧乙烯聚氧丙烯乙二胺等。 油田采出水对管线设备具有较大的腐蚀性，因此对油田采出水需添加缓蚀剂处理。其中属非离子型表面 活性剂的缓蚀剂，有聚氧乙烯烷基苯酚醚、山梨糖醇酐单月桂酸酯聚氧乙烯醚聚氧乙烯聚氧丙烯乙二胺等。 在河、湖、海水面钻井、采油及油气集输过程中，由于意外事故或操作错误，致使原油溢于水面，称为水面浮油。水面浮油对生态环境和自然环境构成严重危害。可使用水面浮油清除剂清除水面浮油。水面浮 油清除剂又分水面浮油收集剂及水面浮油分散剂。前者是将浮油聚集、吸附或固化，达到回收原油之目的。 后者是将不易收集的少量浮油，使用无毒的分散剂，将它们分散到水中，通过氧化作用和生物作用，将油尽 快消化掉。常用的水面浮油分散剂，要求其结构不带芳香环，不使用芳香溶剂，如非离子型表面活性剂中的 聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯等。 2非离子型表面活性剂在油田的应用前景及课题 2(1由于非离子型表面活性剂具有结构稳定，不易受电解质、酸及碱等使用环境影响及同其他油田 化学剂配伍性好等优良使用性能。这便决定了此类型表面活性剂在油田使用范围广，用量大，兼具有较好 一343, 的应用发展潜力，是油田最常用的表面活性剂品种之一。随着科学技术的进步和发展，虽然油田使用非离 子表面活性剂的旧的领域有所收缩，使用品种有所更新，但一些新的使用领域将不断涌现，对新品种及用 量的需求将日趋增加。从总的发展情况来看，非离子型表面活性剂在油田的应用将呈上升趋势，它对油田 的生产将会发生更大影响和作用。根据以上情况，油田内外有关单位和科学工作者，在关注油田使用的老 品种，努力提高产品质量的同时，要十分关注非离子型表面活性剂新品种及其使用方法的研究，开拓油田 新的使用领域，以促进油田使用技术的发展，满足我国石油工业的需要。 2 2在近期内，虽然非离子型表面活性剂在钻井和采油过程中的应用范围及其用量将呈上升趋势， 但规模化的应用上升速度还比较缓慢，该品种的大量应用亦然集中在油气集输方面。三次采油技术的推 广应用，原油乳状液发生了一定变化，给使用传统的非离子型高分子表面活性剂(原油破乳剂)脱水带来一 定困难。从整体上来看(这些变化在我国仍然是局部的，就是发生这些变化的地方，乳化原油脱水完全离 开使用非离子型表面活性剂的原油破乳剂也是不可能的。因此，油气集输过程(亦然是非离子型表面活性 剂在油田的主要用场，油气集输离开使非离子型表面活性剂是不可思议的。油田内外各有关单位和科技 人员，应继续高度关注非离子型表面活性剂在本领域的应用和发展，除继续研究和开发非离子型表面活性 剂新的品种和提高它们的产品质量以外，要加强此类表面活性剂同其他类型表面活性剂的复配使用研究， 以适应我国因三次采油技术的实施给乳化原油脱水带来的变化和困难，满足新的形势下油田原油脱水的 需要。 2(3非离子型表面活性剂虽具有结构稳定，适用于油田高矿化度等使用困难环境的优点，但也有它 的明显不足之处，如它的浊点低，温度超过其浊点，表面活性迅速下降或失去表面活性等缺陷，故它很难用 于油田高温环境，如深井、超深井、高温区块及热采井等。而油田这种高温困难使用环境趋于增多，它们对 表面活性剂的需求将呈上升趋势。因此，油田内外有关单位和科技工作者要十分关注高浊点非离子型表 面活性剂新品种的研究、非离子型表面活性剂同其他类型表面活性剂复配使用及其他减轻浊点对表面活 性影响的研究，以进一步扩大非离子型表面活性剂在油田的应用范围，开拓新的使用领域，提高使用效果， 满足油田较高温度使用环境对非离子型表面活性剂的需求，促进高温油田的开发和建设。 11 参考文献 [】]张骅等编著表面活性剂化学浙江大学出版社1996 [2]赵福 石油大学出版社 1989(5第一版 [3]赵福膦主编油田麟采油化学 2000(7第一版 [4J夏俭英编钻井液有机处理剂石油化学石油大学出版社 1991(12第一版 [5)吴隆杰等编著钻井液处理剂胶体化学原理大学出版社 1992(3 成都科技大学出版社 [6]宁延伟 “钻井用工业表面活性荆现状及课题” 工业表面活性剂技术经济文集(4)119—122页 大连出版社1998(6 工业表面活性剂技术经济文集(3)101—106页[7]宁延伟等“采油用工业表面活性剂现状及课题” 大连出版社出版1997(6 [8]张贵才等集输化学石油大学(华东)1996(9 [9]宁延伟“油气集 133”工业表面活性剂技术经济文集(5) 输用工业表面活性剂的现状及课题 —137页大连出版社1999(6 再论顶替进口纺织印染助剂一一有机硅柔软剂原料的开发和应用 史保川 (南京师范大学化学与环境科学学院 南京210097) t摘要本文叙述了可顶替进口的纺织印染助剂中有机硅柔软剂原料的开发和 应用情况。 ——344