阴离子双子表面活性剂的油水界面张力

表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文摘要：表面活性剂在石油工程的油气钻井、开采及储运中均有很广泛的应用。

综述了表面活性剂在石油工程中的研究及应用现状，由于国内一些大型油气藏已到开采后期，油田采收率较低，利用表面活性剂可以提高采收率。

高分子类型的表面活性剂既能提高波及系数，又能提高洗油效率，是很好的驱油助剂。

目前不少油田在开采低渗透油藏以及页岩油气藏，压裂液助剂的开发研究是现在及将来的一个研究热点。

关键词：表面活性剂；石油工程；应用；研究表面活性劑是一类分子由极性的亲水部分和非极性的亲油部分组成的，少量存在即能显著降低溶剂表面张力的物质。

它们广泛用于日常生活[1，2]，以及石油工程。

例如，在油气钻井工作中可以用作钻井液的杀菌剂、缓蚀剂、起泡剂、消泡剂、解卡剂、乳化剂等；在油气开采作业中可以用作黏土稳定剂、驱油剂、清防蜡、酸压助剂（可用于乳化酸、泡沫酸，成胶和破胶、助排剂等）；在油气田地面工程中可以用作减阻剂、破乳剂、杀菌剂、絮凝剂等，于浩洋等[3-6]对其在油田中的主要应用及其作用机理进行过归纳。

目前国内一些大型油藏已到开发后期，原油采收率较低，可以采用化学驱进行驱油。

例如，大庆油田的碱-表面活性剂-聚合物（ASP）三元复合驱为大庆油田的增产和稳产作出了巨大贡献[7]。

对低孔低渗的油气藏如目前国内外热门的页岩油/气藏的开采则多用压裂工艺，其中关键的化学剂常用到表面活性剂[8-11]。

根据表面活性剂在水中起活性作用的亲水基团来进行分类，可以将其分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型及特种类型（包括含氟和含硅、Gemini、Bola及生物表面活性剂等）表面活性剂。

现根据其类型对其在石油工程尤其是在低孔低渗油气藏中的研究及应用现状进行综述，以供我国页岩油/气藏开采技术的研究人员作参考。

1普通表面活性剂的研究及应用1.1阴离子型在水中起活性作用的部分为离子的表面活性剂。

5种表面活性剂改善界面张力的评价-化工论文-化学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：利用物理模拟实验, 针对多种表面活性剂进行界面特性筛选, 以找出适合大庆油田的二元体系用表面活性剂。

实验表明, SHSA-HN2表面活性剂能够有效降低界面张力, 比石油磺酸盐SS降低界面张力的能力要强。

并且SHSA-HN2二元体系的粘度和弹性均高于石油磺酸盐ss二元体系。

从驱油效果实验可以看出, SHSA-HN2表面活性剂二元体系的驱油效果比单独聚合物驱提高 3.8个百分点, SHSA-HN2表面活性剂二元体系的驱油效果与石油磺酸盐ss二元体系相比, 石油采收率提高2.3%。

SHSA-HN2表面活性剂二元体系在大庆油田上具有较好的驱油效率, 该实验结果对于大庆油田二元驱具有实际意义。

关键词：二元系统; 界面张力; 粘弹性; 驱油效果;Abstract：The physical simulation experiment was used to screen the interface characteristics of various surfactants in order to find the suitable ones for the binary system of Daqing oilfield. The experiment results indicated that SHSA-HN2 could effectively reduce interfacial tension, which was better than the mahogany petroleum sulfonate SS. And the viscidity and elasticity of the SHSA-HN2 were both above the mahogany petroleum sulfonate SS binary system. According to the oil displacement efficiency, SHSA-HN2 binary systems oil displacement efficiency was 3.8% higher than individual polymer flooding and 2.3% higher than mahogany petroleum sulfonate SS binary system. SHSA-HN2 binary system has better oil displacement efficiency in Daqing oilfield, and the results of experiment have practical significance for the binary flooding of Daqing oilfield.Keyword：Binary system; Interfacial tension; Viscoelasticity; Oil displacement efficiency;在化学驱过程中, 活性剂往往被加入到聚合物溶液中一起注入地层, 这样能够发挥二者的优势起到更好驱油作用。

洗涤剂中常用阴离子表面活性剂介绍表面活性剂表面活性剂是一类能够降低液体的表面张力，或液-液，液-固相界面张力的化合物。

因此，表面活性剂具有增加润湿性、增加乳化和分散性、增溶性、发泡和消泡性、金属腐蚀的抑制性、抗静电性等基本性质，在清洗过程中能够起到重要的作用。

表面活性剂按照组成和结构，可以分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，前者又可以分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性表面活性剂。

按用量和品种，在清洗剂中使用最多的是阴离子表面活性剂，其次是非离子表面活性剂，两性表面活性剂使用较少。

阳离子表面活性剂，一般不用于清洗剂，但阳离子表面活性剂的加入，可以使洗涤剂具有杀菌消毒的能力。

选用表面活性剂时，同时还需要考虑特殊的要求。

比如当清洗剂用于强碱、强酸、高温、强氧化剂等极端条件时，可以使用仲烷基磺酸盐、烷基二苯醚二磺酸盐及氟硅表面活性剂等化学性质稳定的表面活性剂；当要求清洗剂对人体温和、无刺激，且对环境友好时，可以选用N-酰基肌氨酸盐、烷基氧化胺、烷基醚羧酸盐等较安全的表面活性剂。

阴离子表面活性剂在水溶液中，可以分解为亲油性阴离子和亲水性金属离子。

在分子结构中，亲油基主要是烷基基主要是烷基、异烷基、烷基苯等；亲水基主要是钠盐、钾盐、乙醇胺盐等水溶性盐类。

阴离子表面活性剂是清洗剂中用量最多的，其中以脂肪酸碱金属盐（肥皂）、烷基硫酸酯盐、烷基磺酸盐等最为常见。

它们的优点有：价格便宜，与碱配合使用可以提高洗涤力，随温度增加有更好的溶解性，使用范围广泛等。

①脂肪酸碱金属盐一般由油脂与碱在加热条件下皂化制得。

油脂中脂肪酸的碳原子数不同和所用碱的不同，可以制成性质差别很大的肥皂。

例如，脂肪酸碳链加长，则凝固点增高，硬度加大；脂肪酸钠与脂肪酸钾的水溶液pH值约为10，脂肪酸铵的水溶液pH值约为8，可以根据对清洗剂碱性的要求选择使用。

硬脂酸钠，可溶于热的水和酒精，在冷水和冷酒精中溶解较慢。

耐硬水，耐酸性不好，发泡性能差，高温时洗涤力良好，中温、低温时洗涤力弱。

驱油用表面活性剂的发展及界面张力研究仉莉;吴芳;张弛;刘晓玲;葛际江;张贵才【摘要】综述了驱油用磺酸盐表面活性剂、羧酸盐表面活性剂、非离子-阴离子两性表面活性剂、烷基多糖苷表面活性剂、Gemini表面活性剂、甜菜碱表面活性剂的发展,指出Gemini表面活性剂、甜菜碱表面活性剂在油田中应用需解决的问题和国外近年较重视驱油用非离子-阴离子表面活性剂的趋势;总结了表面活性剂分子结构与降低界面张力性能的关系,指出研究甜菜碱类表面活性剂低界面张力形成机理对指导新型表面活性剂的合成有重要意义.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(025)006【总页数】7页(P59-65)【关键词】化学驱油;表面活性剂;提高采收率【作者】仉莉;吴芳;张弛;刘晓玲;葛际江;张贵才【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,青岛,266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,青岛,266555;中国石油技术开发公司,北京,100028;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,青岛,266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,青岛,266555;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东,青岛,266555【正文语种】中文【中图分类】TE39我国 85%原油产量来自产龄 10 a以上的老油田,但我国老油田的平均原油采收率仅为 32%,而世界先进国家采收率已达到 50%.因此,确保我国原油产量的持续增长,最为关键的是提高老油田的最终采收率.根据提高采收率方法筛选、潜力分析及发展战略研究结果,我国注水开发油田 (其储量和产量均占全国的 80%以上)提高采收率的方法主要为化学驱(碱驱、聚合物驱、表面活性剂驱等).该方法覆盖地质储量达60亿 t以上,可增加可采储量 10亿 t,为各种提高采收率方法潜力的 76%,是我国提高采收率研究的主攻方向.近十几年来,复合驱(碱 -表面活性剂 -聚合物的复合)从化学驱中脱颖而出,成为最具应用前景的方法之一.这一方面是由我国的特殊油藏条件及各种技术的适应性所决定的;另一方面则是因为复合驱综合发挥了不同化学剂的协同效应,从而成为大幅度提高石油采收率的重要方法之一.1 驱油用表面活性剂表面活性剂的性能是决定化学驱(表面活性剂驱,含表面活性剂的复合驱)成功的关键. 从选择指标上讲,驱油用表面活性剂要求降低界面张力强、在岩石表面吸附量小、价格低、能适应地层的温度和盐含量等,在此基础上还必须在室内物理模拟中表现出较高的提高采收率的能力.国外根据相态试验选择表面活性剂时,还提出在相态试验中不会出现液晶相、凝胶(gel)或其他类似的黏稠相,相态试验平衡快等要求.目前现场和室内研究中用于驱油的表面活性剂包括阴离子型表面活性剂、非离子 -阴离子型表面活性剂、两性表面活性剂、Gemini表面活性剂等.1.1 阴离子表面活性剂用于驱油的阴离子表面活性剂主要包括石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、木质素磺酸盐和石油羧酸盐、烷基羧酸盐.1.1.1 磺酸盐表面活性剂木质素磺酸盐是最早用作驱油的表面活性组分 (1929年)[1],但由于该类物质没有长链亲油基,因此界面活性差,在早期化学驱中曾用作牺牲剂.近年来国内鉴于木质素较低的价格,有通过烷基化等手段制备含长烷基链木质素磺酸盐的研究,不过对于能否取得较好经济成本与技术指标之间平衡的报道极少. α-烯烃磺酸盐是工业化较晚的表面活性剂(1968年),分子中含有双键,耐盐能力可比于聚氧乙烯烷基醇醚硫酸盐 (AES),但界面活性比烷基苯磺酸盐差,且价格高,因此主要作起泡剂,在泡沫驱、稠油注蒸汽开采过程 (控制蒸汽窜进和超覆)中有广泛应用.研究表明,α-烯烃磺酸盐的亲油基越长,高温稳泡能力越好[2],但目前国内α-烯烃磺酸盐亲油基主要为 C12—C16,未出现高于 C16的工业化产品.真正大量用作驱油剂的磺酸盐表面活性剂是石油磺酸盐和合成磺酸盐.石油磺酸盐具有生产工艺简单、成本低等优点,但是石油磺酸盐耐盐性差(可用于含盐量低于3%的情况)、吸附损失较大,且由于原料组成复杂,不同批次产品性能稳定性差,因此进入 20世纪 90年代,国外驱油用表面活性剂主要集中到重烷基苯磺酸盐的研制上.这类表面活性剂以生产洗涤剂用十二烷基苯的副产品作为原料,同样具有价格低的优势,而且重烷基苯磺酸盐中除直链和支链烷基苯磺酸盐外,还含有部分二烷基苯磺酸盐和烷基萘磺酸盐,界面活性优于十二烷基苯磺酸盐,因此被迅速推广使用,美国的Stepan公司、SCI公司和 W itco公司先后研制了各自产品,如ORS-41(SCI公司技术,W itco公司生产),B-100 (Stepan公司).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,中区西部先导试验用的表面活性剂即为B-100.曲景奎[3]、邹文化[4]等分别以抚顺洗涤剂厂的重烷基苯、金桐石油化工有限公司的重烷基苯为原料制备了重烷基苯磺酸盐,对大庆原油、苏北原油表现出较好的界面活性.为达到超低油水界面张力,上述磺酸盐表面活性剂通常和碱复配使用,构成复合驱油组分.但碱组分的引入,同时引起地层伤害、井筒和管线结垢、破乳难等问题.为解除这些困扰,要求驱油组分有高的界面活性,趋向于低碱、甚至无碱即可达到超低界面张力.因此进入 21世纪以来,随着对表面活性剂结构 -性能关系的研究和低界面张力理论的发展,通过使用设计的原料和特殊的合成工艺,形成了一些新型的表面活性剂,如支链烷基苯磺酸盐[5]、烷基甲基萘磺酸盐[6]等.中国石油勘探开发研究院对烷基苯磺酸盐表面活性剂中苯环在烷烃碳链上不同取代位置的研究发现,随着取代位置向碳链中间移动,界面活性增加,降低油水界面张力的能力和效率增加.在此规律的指导下,通过对烷基苯磺酸盐原料的调整和适当增加碳链支化度,合成出了石蜡基和环烷基原油的弱碱化表面活性剂[7].郭万奎、杨振宇等[8]以α-烯烃、二甲苯为原料制备的长链烷基苯磺酸盐,在较宽的表面活性剂质量分数 (0.1%～0.3%)、碱质量分数(0.6%～1.2%)范围内可与大庆原油形成 10-3mN/m数量级的超低界面张力. P.D.Berger等[9]通过烯烃磺酸盐和芳烃加成制备出了苯环位于烷基不同位置的芳基烷基磺酸盐,不需同碱复配即可产生超低界面张力.从上述发展历程可以看出,驱油用磺酸盐表面活性剂的合成从原料选择到合成工艺,都逐步精细化.另外为合成高界面活性的合成磺酸盐,要求构建和原油“相容性”好的亲油基:烃链支链化、烃链有芳环.不同的油相,对烃链支化度(branching index)、芳环位置、芳环有无的要求不一样[10-12].大庆油田经多年攻关,从分子水平上基本掌握和控制了三次采油用的烷基苯磺酸盐的分子结构,并取得了拥有自主知识产权的系列产品,其性能与国外ORS-41相当[13].1.1.2 羧酸盐表面活性剂作为驱油组分的羧酸盐表面活性剂主要包括石油羧酸盐[14]和天然羧酸盐[15].以油脂下脚料为原料开发的混合羧酸盐在中原油田采油五厂先后开展了单井吞吐、井组区块驱替试验并取得了成功[16].羧酸盐表面活性剂耐盐能力和界面活性均比磺酸盐表面活性剂差,但与磺酸盐表面活性剂复配后可以产生协同效应[17].1.2 非离子 -阴离子表面活性剂非离子 -阴离子表面活性剂主要包括烷氧基羧酸盐、烷氧基磺酸盐、烷氧基硫酸酯盐、烷氧基磷酸酯盐,其性能取决于阴离子基团类型、烷氧基类型和链节大小、亲油基类型和大小.相比于磺酸盐表面活性剂和羧酸盐表面活性剂,非离子 -阴离子表面活性剂的最大特点是抗盐能力强.另外,针对不同盐含量的地层水,通过调节烷氧基表面活性剂分子中氧乙烯(和/或氧丙烯)链节的大小,可以调节表面活性剂的亲水亲油平衡.因此作为驱油剂,非离子 -阴离子表面活性剂表现出比磺酸盐表面活性剂和羧酸盐表面活性剂更大的优势.加拿大DavidLioyminster和Wainwright Sparky复合驱试验中选用的表面活性剂就属于烷氧基硫酸盐.从发展历程看,较早研究的非离子 -阴离子两性表面活性剂仅含有氧乙烯链节.20世纪 80年代后,出现了分子中同时含氧乙烯和氧丙烯链节的磺酸盐、硫酸盐两性表面活性剂[18].上述两类表面活性剂主要是为高盐储层的低浓度表面活性剂驱而设计的 (Loudon油田,矿化度 104 000 mg/L;North Sea油田,矿化度 36 184mg/L)[19-20].20世纪末,仅含氧丙烯链节、亲油基为支链的非离子 -阴离子两性表面活性剂受到关注.2002年,Jayanti发表了“支链醇聚氧丙烯醚硫酸酯盐是高效的油污地层除油剂”的研究成果[21],鉴于油污地层修复和提高原油采收率的相似性,支链醇聚氧丙烯醚硫酸酯盐作为驱油剂开始受到重视,相关研究展示了该类表面活性剂良好的应用前景:2005年,YWu[22]评价了亲油基不同、氧丙烯链节分别为 3、5、8的 18种聚氧丙烯支链醇醚硫酸酯盐 Alfoterra,发现该类表面活性剂在低质量分数(0.1%)下,不需同碱、助溶剂复配即可使盐水/辛烷或原油的界面张力降至 0.01 mN/m.以质量分数为0.2%的 Alfoterra(C12,3个氧丙烯)作驱油剂,可使水驱后残余油饱和度降低50%.2006年,D.B.Levitt通过相行为研究表明, C16-17-(PO)3-SO4Na与 C20-24AOS(α-烯烃磺酸盐)、C15-18 IOS(内烯烃磺酸盐)复配后,对West Texas原油的增溶参数均大于 10(相应于界面张力低于0.003 mN/m),可以避免凝胶或液晶出现,是有潜力的提高采收率用表面活性剂[23].此外,聚氧丙烯支链醇醚硫酸酯盐 Alfoterra还具有较好的润湿反转能力.0.05%Alfoterra与最佳含量的 Na2CO3复配,可使吸附West Texas原油的方解石表面反转为中性或水湿,其性能不比 1%的十二烷基三甲基溴化铵差,应用于裂缝性碳酸盐地层中前景可观[24].国内日用化学研究所较早进行了羧甲基聚氧乙烯烷基酚醚的生产,中国石油大学的王业飞、李宜坤[25-26],中科院理化技术研究所的靳志强等对非离子 -阴离子表面活性剂在油田的应用进行了相关研究[27],但含氧丙烯链节的非离子 -阴离子两性表面活性剂在我国属空白,其合成、应用均未引起注意.研究证明,聚氧乙烯烷基醇 (酚)醚硫酸酯钠盐、羧甲基聚氧乙烯烷基醇 (酚)醚、聚氧乙烯烷基醇(酚)醚磺酸盐钠盐是性能优异的稠油乳化剂[28-30].Q.Liu以 50mg/L的烷基醚硫酸盐 (alkyl ether sulfate)与质量分数为 0.15%的 Na2CO3复配,通过轻微扰动,即可使1 800 mPa·s(22℃)的稠油乳化[31].填砂管驱替试验表明,类似的配方对 Brintnel、Eastbode、Cactuslake、Court、Senlac 5种黏度650～18 000 mPa·s的稠油采收率增值 (水驱之后)可达 20%以上[32].同烷基氧基硫酸盐和烷氧基羧酸盐相比,烷氧基磺酸盐合成工艺较为复杂,国内相关工业化生产的报道较少.1.3 其他类型表面活性剂1.3.1 烷基多糖苷烷基多糖苷中糖的聚合度和烷基大小影响其性能.糖的聚合度一般为 1.1～3.0,烷基链长度一般为 C8-C16,其 HLB值一般为13～16.虽然烷基多糖苷作为表面活性剂在 1936年已被注意到,但直到 1980年才开始被商业应用,1999年年产量达 80 000 t.目前我国年生产能力也达6 000 t.烷基多糖苷起泡性能好,同阴离子表面活性剂配伍性好,无毒,生物降解迅速,目前主要应用于民用洗涤用品和工业清洗剂.该类表面活性剂虽然在1991年提出用作驱油用表面活性剂[33],但该方面的研究一直未受重视.S.Lglauer指出,单纯烷基多糖苷由于亲水基较大,降低油水界面张力能力不强,但同醇或斯盘等含有小亲水基的表面活性物质复配,可在较低质量分数下使界面张力降低至0.01 mN/m以下,而且上述体系的界面张力几乎不受温度、盐含量的影响,这与常规的非离子表面活性剂不同[34].烷基多糖苷目前价格较高,似乎作为驱油剂在经济上是不可行的,但若以烷基多糖苷粗产品 (不进行纯化)直接应用,可大幅度降低成本,因此有必要进行这方面的研究.1.3.2 Gemini表面活性剂 Gemini表面活性剂是20世纪末出现的一类由 2个或 2个以上同一表面活性剂分子在亲水基及其附近用联接基团连接起来的表面活性剂,由于该类表面活性剂独特的性能,因此国内开展了大量该类表面活性剂在三次采油中的应用研究[35-39],非离子型 Gemini表面活性剂、阴离子型 Gemini表面活性剂、阳离子型 Gemini表面活性剂、两性 Gemini表面活性剂均有涉及,但目前鲜见在油田化学驱应用的报道,主要有以下问题尚待解决:在上述4类表面活性剂中,以阳离子型 Gemini表面活性剂的合成工艺最为成熟,虽然表面活性剂降低油水界面张力的能力优异,但在地层中 (我国实施化学驱的油田多是砂岩)损耗大的问题难以解决;而其他类型的 Gemini表面活性剂往往合成工艺复杂,收率低.以阴离子型Gemini表面活性剂为例:如以纯乙二醇二缩水甘油醚合成 Gemini表面活性剂,转化率仅为 82%[40],而乙二醇二缩水甘油醚若由国内活性树脂稀释剂提纯而获得,收率一般低于50%.以乙二醇和辛基缩水甘油醚为原料 (类似于谭中良论文中的合成方法),产物产率仅为65%[41].所以,阴离子型 Gemini表面活性剂往往成本高,目前国内未见工业化产品.依此预计,Gemini表面活性剂真正用作驱油剂还需要较长时间,但有关 Gemini表面活性剂用作驱油剂的基础研究不应由此被忽视.1.3.3 甜菜碱型表面活性剂按其中含有的阴离子基团分,甜菜碱表面活性剂可分为羧酸型、磺酸型、硫酸酯盐型和磷酸酯盐型,目前以羧酸盐型甜菜碱和磺酸盐型甜菜碱最为常见.在 21世纪初,山东大学李干佐发现十二烷基羟磺基甜菜碱可以大幅度提高天然羧酸盐的耐盐能力 (耐钙镁离子能力从380 mg/L提高到 5 000 mg/L),由此开发了耐盐的天然羧酸盐复合驱油体系,在中原胡状油田进行了推广应用[42].此后,徐军[43]采用量子化学方法,对由 1个十二烷基羧酸分子、1个DSB分子及 1个二价钙离子组成的模型复合物进行了能量计算和电荷分布计算,得出在长链烷基羧酸盐和DSB两者混合胶束的界面层中存在负电荷空穴,提出二价金属离子被络合的模型,合理地解释了羟磺基甜菜碱提高羧酸盐耐盐能力的实验事实.近年来,基于化学驱中无碱超低界面张力驱油体系发展的需要,甜菜碱表面活性剂在三次采油中应用引起关注.大庆石油学院、大庆油田科研人员研究表明,甜菜碱表面活性剂可在不加碱的情况下使油水界面张力降至超低,且使用浓度极低(王德民等针对大庆原油研制的羟磺基甜菜碱在 50 mg/L时可使油水界面张力降至超低[44]).但是,甜菜碱的分子结构决定了该类表面活性剂在地层中的吸附量会较高.K.Mannhardt[45]通过岩心驱替研究表明,椰油酰胺基丙基甜菜碱(Stepanflo 60,Stepan Company产品)在岩心中的吸附量在相同条件下比α-烯烃磺酸盐 (EnordetAOS1416,ShellChemical产品)高 10倍以上.对甜菜碱表面活性剂来说,低浓度下高的界面活性能否克服在岩石表面高的吸附损耗所带来的影响,将是制约该类表面活性剂在化学驱中的推广应用的重要问题.2 表面活性剂分子结构与降低界面张力的关系表面活性剂驱根本的作用机理是降低界面张力,因此研究表面活性剂结构对界面张力的影响是非常必要的.表面活性剂分子中包括亲水基和亲油基,易在油水界面上吸附,另外当表面活性剂溶液在浓度差的作用下会发生由水相自发向油相的扩散.在二者共同作用下,表面活性剂在油、水及界面上进行分配,此分配情况决定了界面张力的大小.2.1 表面活性剂亲油基对界面张力的影响亲油基对表面活性剂界面张力的影响,既涉及亲油基和亲水基之间的平衡,又涉及亲油基和油相的相容性.亲水基一定时,亲油基烃链类型、烃类分支、末端基团对界面活性有较大影响:(1)表面活性剂疏水链与油相构成越相近,相容性越好,如疏水基含有苯环的烷基苯磺酸钠溶液与含有苯环的油相间具有最低的油 -水界面张力,而氟碳链的表面活性剂降低油水界面张力能力往往较差.末端基团 (包括苯基、-CH3、-CF3、-CHF2)不同的烃链,与油相的相容性不同,因而也表现出不同的界面活性.(2)随着烃链支链化,表面活性剂在油相中的溶解性增强[46],因此烃链支链化的表面活性剂比直链表面活性剂表现出更强的降低界面张力的效力.但当与亲水基相连的碳上有分支时,规律相反.李宗石、朱友益等[47]研究了苯环处于烷基不同位置的烷基苯磺酸盐的界面活性,发现当苯环处于烷基中间位置时,所得表面活性剂界面活性最强. W illiam对十六烷基苯磺酸盐异构体/正构烷烃界面张力研究表明,苯环在碳链位置不同,表面活性剂对烷烃的界面张力不同,如图 1所示 (由质量分数为0.07%表面活性剂 +0.3%氯化钠测定)[48].图1 十六烷基苯磺酸盐异构体/正构烷烃界面张力另外由图 1可以看出,组成相同的十六烷基苯磺酸盐异构体,烷基的支链越长,具有最低界面张力的烷烃碳数越大,由于原油的等效烷烃碳数一般为6～10,此时只有丙基十三烷基苯磺酸盐和丁基十二烷基苯磺酸盐有较好的降低界面张力的能力. (3)直链的烷基苯磺酸盐,疏水链与油相烷烃碳链长度越相近,界面上吸附的表面活性剂分子越多,表面活性剂在油 -水界面上排列越紧密,界面效率越高,降低油 -水界面张力的能力越强[49].支链长度相同的表面活性剂,主链越长,适应的最低界面张力的正构烷烃碳数越大.随烃链长度增加,降低界面张力的能力增强,但达到最低 IFT的时间效应显著增大.有学者认为这一现象同扩散过程有关.2.2 表面活性剂亲水基对界面张力的影响可用于驱油的表面活性剂主要是阴离子表面活性剂,相关的亲水基团包括 -S,-S, -COO-,按亲水性从大到小排列,依次为 -SO42-, -COO-,-SO32-.在上述亲水基团中再引入氧乙烯(和/或氧丙烯)链节,可进一步提高表面活性剂的亲水性.A.Skauge[50]比较了聚氧乙烯烷基醇醚磺酸盐和羧甲基聚氧乙烯烷基醇醚的界面活性,发现当亲油剂、氧乙烯链节相同时,磺酸盐表面活性剂相比于羧甲基表面活性剂具有较高的增溶参数和较低的界面张力.表面看来,表面活性剂亲水基对界面张力影响没有亲油基大,实际不尽然,一个典型的例子是甜菜碱.国内近几年开展的研究说明,甜菜碱分子结构简单,但不需同碱配合使用即可使多种原油的油水界面张力降至 10-2mN/m以下,这与目前广泛研究的烷基苯磺酸盐的情况截然不同,后者往往综合调控苯环位置、烷基链长度、烷基链分支和苯环上取代基等才能得到较合适的分子结构.这说明,选择特定的亲水基,可以构建出界面活性高、适应性强的驱油用表面活性剂.因此,研究甜菜碱类表面活性剂低界面张力形成机理,对指导新型表面活性剂的合成具有重要意义.2.3 表面活性剂复配规律有两种观点用于解释表面活性剂复配体系低界面张力形成机理:一种是提高界面电荷密度机理,另一种是表面活性剂界面密堆积机理.K.S.Chan和 D.O.Shah发现,当聚氧乙烯烷基醇醚磷酸酯 (Klearfac AA-270)和石油磺酸盐(TRS10-80)混合时,随体系中磷酸酯的比例增加,界面张力值降低并且低界面张力区有相当大的展宽.对此,K.S.Chan依据表面电荷密度对超低界面张力的影响进行了解释:在石油磺酸盐中,每个磺酸基团有 1个荷负电的氧原子,而在磷酸酯中每个极性基团有 2个荷负电的氧原子,因此石油磺酸盐和烷基单磷酸酯的混和胶束在胶束表面及油 -盐水界面将产生较大的表面电荷,如图 2所示[51].图2 聚氧乙烯烷基磷酸酯与石油磺酸盐混合引起胶束表面电荷密度增加示意图离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂复配,虽然复配体系界面电荷密度没有大的变化,但复配体系的界面密度会发生变化.谭晶等[52]利用耗散颗粒动力学方法通过研究椰油酸二乙醇酰胺与α-烯烃磺酸钠、椰油酰胺丙基二甲基甜菜碱和十二烷基苯磺酸钠复配体系中表面活性剂分子在界面的吸附行为发现,当具有高界面效率的离子表面活性剂的界面吸附趋势大于非离子表面活性剂的情况下,界面层中非离子表面活性剂以分子簇形式插入到离子型表面活性剂分子吸附形成的空穴中时,界面上分子排列紧密,既具有高界面效率又具有高界面密度,产生复配协同增效.在最佳配比条件下,离子型表面活性剂具有最大界面吸附密度,体系具有最高界面效力,在极低浓度下即可大幅度降低界面张力.若离子型表面活性剂吸附趋势远低于非离子表面活性剂,界面上分子排列比较散乱,不能产生协同效应,界面张力比较大.3 结论(1)综述了驱油用磺酸盐表面活性剂、羧酸盐表面活性剂、非离子 -阴离子两性表面活性剂、烷基多糖苷表面活性剂、Gemini表面活性剂、甜菜碱表面活性剂的发展,指出 Gemini表面活性剂、甜菜碱表面活性剂在油田中应用需解决的问题和国外近年较重视驱油用非离子 -阴离子表面活性剂的趋势.(2)总结了表面活性剂分子结构与降低界面张力性能的关系,指出研究甜菜碱类表面活性剂低界面张力形成机理对指导新型表面活性剂的合成有重要意义.参考文献:[1] De GrootM.Lignosulfonate sacrificial agents in oilrecovery:US,1823439[P].1929.[2] 曹绪龙,何秀娟,赵国庆,等.表面活性剂疏水链长对高温下泡沫稳定性的影响 [J].高等学校化学学报, 2007,28(11):2106-2111.[3] 曲景奎,周桂英,朱友益,等.三次采油用烷基苯磺酸盐弱碱体系的研究[J].精细化工,2006,23(1):82-85.[4] 邹文化,崔正刚,张天林.重烷基苯磺酸盐中试产品的应用性能[J].日用化学工业,2002,32(6):16-19.[5] Yang Jie,Qiao Weihong,Li Zongshi.Effects of branching in hexadecylbenzene sulfonate isomers on interfacial tension behavior inoil/alkali systems[J].Fuel,2005,84: 1607-1611.[6] Zhao Zhongkui,Bi Chenguang,Qiao Weihong,et al.Dynamic interfacial tension behavior of the novel surfactant solutions and Daqing crudeoil[J].Colloids and Surfaces A:Physicochem EngAspects,2007,294:191-202.[7] 沈平平.大幅度提高采收率的基础研究[J].中国基础科学,2003(2):9-14.[8] 郭万奎,杨振宇,伍晓林,等.用于三次采油的新型弱碱表面活性剂[J].石油学报,2007,27(5):75-78.[9] Berger P D,Lee C H.Ultra low concentration surfactants for sandstone and limestone floods[C].SPE 75186,2002.[10]韩冬,沈平平.表面活性剂驱油原理及应用[M].北京:石油工业出版社,2001:213-289.[11]Ramesh Varadaraj,Jan Bock,Paul Valint.Foundamental interfacial properties of alkyl-branched sulfate and ethoxy sulfate surfactants derived from guerbet alcohols.1.surface and instantaneous interfacial tensions[J].J Phys Chem, 1991,95:1671-1676.[12]Richard F Tabor,Sarah Gold.Electron densitymatching as a guide to surfactant design[J].Langmuir,2006,22:963-968.[13]王德民.大庆油田“三元”、“二元”、“一元”驱油研究[J].大庆石油地质与开发,2003,22(3):1-9.。

表面剂是一种可以降低液体表面张力的物质，它可以在液体表面形成一层薄薄的膜，从而降低液体表面的能量。

在原油开采和加工过程中，表面剂被广泛应用于提高原油采收率、降低原油粘度、减少管道压降等方面。

表面剂对原油的界面张力作用原理是什么呢？下面将从几个方面进行探讨。

一、原油的表面张力1. 原油是一种复杂的混合物，主要由碳氢化合物组成，其中含有大量的芳香烃、脂肪烃和烯烃等成分。

这些成分在液体表面形成了一层薄膜，使得原油表面呈现出一定的张力。

2. 原油的表面张力会影响到原油的流动性和可采性，高表面张力会使得原油在地下储层中难以流动，降低了原油的采收率。

二、表面剂的作用原理1. 表面剂分子可以在液体表面形成一层单分子厚的薄膜，改变液体表面的物理性质，使得表面张力降低。

2. 表面剂分子的两端有亲水基团和疏水基团，它能够在有机相和水相之间形成薄膜结构，从而降低界面张力。

三、表面剂对原油的应用1. 在原油开采过程中，表面剂可以降低原油与岩石表面之间的粘附力和界面张力，提高原油采收率。

2. 在原油加工过程中，表面剂可以降低原油的粘度，改善原油的流动性，减少原油在管道中的压降，降低能耗和运输成本。

四、表面剂的选择和应用1. 选择合适的表面剂对提高原油采收率和改善原油加工过程具有重要意义。

常用的原油表面剂有阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂等。

2. 表面剂的应用需要考虑原油的成分和性质，以及地质条件和加工工艺等因素，综合考虑其优缺点，进行合理的选择和应用。

通过上述分析可以看出，表面剂对原油的界面张力作用原理主要是通过改变液体表面的物理性质，降低原油的表面张力，从而提高原油的采收率和改善原油的加工过程。

在实际应用中，需要根据原油的特性和工艺要求选择合适的表面剂，并进行合理的应用，以取得最佳的效果。

同时也需要注意表面剂的环境友好性和生物可降解性，以减少对环境的影响。

希望今后在原油开采和加工过程中，能够更加有效地利用表面剂，提高资源利用率和降低成本，为能源行业的可持续发展做出贡献。

Gemini表面活性剂性质及其应用介绍1、Gemini表面活性剂的现状1971年Bunton等率先合成了一族阳离子型低聚表面活性剂，不过在当时未引起重视。

Menger于1991年合成了刚性基连接的双离子头基双碳氢链表面活性剂，并命名为Geminis(天文学用语，意为双子星座)，形象地表述了此类表面活性剂的结构特征。

Rosen小组采纳了“Gemini”的命名，并系统合成和研究了氧乙烯及氧丙烯柔性基团连接的Gemini表面活性剂，而后人们才真正系统地开展了这方面的研究工作。

近年来，人们在探索新型表面活性剂的合成和应用方面作出巨大的努力。

新型表面活性剂低聚表面活性剂（尤以Gemini为代表）的出现，引起了众多学者的兴趣和关注。

这些新型表面活性剂打破了传统表面活性剂单疏水基单亲水基的结构，使其具有比传统表面活性剂更为优良的性能。

下面主要结合低聚表面活性剂中研究最多、合成技术最为成熟的Gemini表面活性剂的一些结构特性和溶液性能与特性进行阐述，进而全面了解低聚表面活性剂的结构性能特点。

2、Gemini表面活性剂的分子结构Gemini表面活性剂是两个和多个单链单头基传统表面活性剂通过连接基团在其亲水基或靠近亲水基连接而成的一种新型表面活性剂(图1.1)。

Gemini表面活性剂的分子结构顺序为：长的疏水链，亲水头基，联接基团，第二个亲水基团，第二个疏水链。

Gemini表面活性剂具有两个两亲成分，因此也被称为二聚表面活性剂(Dimeric surfactant)。

而同时具有3个或4个两亲成分的三聚体(trimeric)、四聚体(tetrameric)表面活性剂亦具有和Gemini表面活性剂类似的性质。

Gemini表面活性剂的亲水基团可以是阳离子、阴离子、非离子和两性离子，最近还出现了阴阳离子或离子对等。

该表面活性剂的疏水基团一般为碳氢链，还出现了以碳氟链为疏水基团的新型结构，大大丰富了Gemini表面活性剂的种类。

2,3-双月桂酸酯基酒石酸钠的合成与表面性能研究
史俊;夏小春
【期刊名称】《化学试剂》
【年(卷),期】2006(28)8
【摘要】以酒石酸为原料,合成了一种阴离子双基型表面活性剂———2,3-双十二酸酯基酒石酸钠(BDBA),并测量了其表面张力、界面张力。

BDBA的cmc值为1.16×10-5mol/L,较具有相同亲水亲油基的传统表面活性剂月桂酸钠低3个数量级,具有极高的表面活性。

BDBA还具有较强的降低油水界面张力的能力。

【总页数】3页(P483-484)
【关键词】双基型表面活性剂;羧酸盐;合成;临界胶束浓度;界面性能
【作者】史俊;夏小春
【作者单位】西安石油大学化学与化工学院;中海油田服务股份有限公司技术中心【正文语种】中文
【中图分类】O623.624
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