《表面活性剂化学》ppt课件

1、第二篇第二篇 采油化学采油化学 采油化学是研讨如何用化学方法处理采油化学是研讨如何用化学方法处理采油过程中遇到的问题。采油中出现的问采油过程中遇到的问题。采油中出现的问题有题有:油层的问题，集中表如今采收率不高油层的问题，集中表如今采收率不高 。油井的问题，砂、蜡、水、稠、低。油井的问题，砂、蜡、水、稠、低。水井的问题，主要有出砂、水注不进去和水井的问题，主要有出砂、水注不进去和注水剖面不均匀呵斥注水效率低。注水剖面不均匀呵斥注水效率低。第三章第三章 外表活性剂外表活性剂一、外表景象一、外表景象 1 1、界面、外表和相、界面、外表和相界面是指物质的相与相界面是指物质的相与相之间的交界面。之间的

2、交界面。 通常将有气相组成的气通常将有气相组成的气-固、气固、气-液等界面称为外液等界面称为外表。表。 相相phasephase是指体系中物是指体系中物理和化学性质均匀的部分。理和化学性质均匀的部分。2、外表张力、外表张力surface tension 外表张力的产生，从简单分子引力观念来看，是由于液体内部分子与液体外表层分子(厚度约10-7cm)的处境不同。液体内部分子所遭到的周围相邻分子的作用力是对称的，相互抵消，而液体外表层分子所遭到的周围相邻分子的作用力是不对称的，其遭到垂直于外表向内的吸引力更大，这个力即为外表张力。 二、外表活性剂及其构造特点二、外表活性剂及其构造特点 1、外表活性

3、剂：、外表活性剂： 运用浓度在运用浓度在0.01-0.1%，就能使外表性质如外表张，就能使外表性质如外表张力发生明显变化的物质。力发生明显变化的物质。2、外表活性剂的构造特点：、外表活性剂的构造特点： 外表活性剂有一个共同的根本构造，是由具有易外表活性剂有一个共同的根本构造，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需比较相称，有一种相当水基和亲油基的对立作用必需比较相称，有一种相当平衡的关系。平衡的关系。 R-X三、外表活性剂的分类三、外表活性剂的分类 以亲水基团能否是离子型及其类别为主要根据，以亲水基团能否

4、是离子型及其类别为主要根据，分为：分为： 一阴离子型活性剂一阴离子型活性剂 它可以在水中电离，起活性作用的是阴离子。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：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。、盐类型。由有机酸根负离子与金属离子组成。羧酸盐型羧酸盐型磺酸盐型磺酸盐型 十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠十六烷基磺酸钠十六烷基磺酸钠2、酯盐类型：分子中既有酯的构造，又有盐的构造、酯盐类型：分子中既有酯的构造，又有盐的构造十六烷基硫酸酯钠十六烷基硫酸酯钠十六烷基磷酸酯钠十六烷基磷酸酯钠二二 阳离子活性剂阳离子活性剂 在水中电离以后，起活性作用

5、的是阳离子。在水中电离以后，起活性作用的是阳离子。1、胺盐型：、胺盐型： 高级伯胺、仲胺、叔胺与酸中和构成的胺盐，总高级伯胺、仲胺、叔胺与酸中和构成的胺盐，总称为胺盐型阳离子外表活性剂。这类外表活性剂的疏称为胺盐型阳离子外表活性剂。这类外表活性剂的疏水基的碳原子数在水基的碳原子数在1218之间，中和脂肪胺所用的酸有之间，中和脂肪胺所用的酸有盐酸、甲酸、乙酸、氢溴酸、硫酸等。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，反响如下： 叔胺以酸中和即得叔胺盐。高级叔胺盐阳离子外表活性剂易溶于水，具有良好的乳化、柔软、杀菌性能。2、季铵盐型、季铵盐型

6、十二烷基三甲基氯化铵十二烷基三甲基氯化铵 3、吡啶盐型、吡啶盐型十二烷基氯化吡啶盐十二烷基氯化吡啶盐三非离子型活性剂三非离子型活性剂 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议它的亲水性能。构成，所含的聚氧乙烯基的数目决议它的亲水性能。C3H6OCH-CH2OCH3CH2-CH2OCH2CH2O氧乙烯氧乙烯氧丙烯氧丙烯 1、酯型、酯型1 失水山梨糖醇脂肪酸酯司盘型失水山梨糖醇脂肪酸酯司盘型 2 聚氧乙烯脂肪酸酯聚氧乙烯脂肪酸酯R C O OC H2C H2On 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聚氧乙烯

7、辛基醇醚-10R - O HC H2- C H2OR O ( C H2C H2 O ) Hn 2聚氧乙烯烷基苯酚醚：OP型聚氧乙烯辛基苯酚醚聚氧乙烯辛基苯酚醚-103 胺型：二聚氧乙烯基脂肪胺胺型：二聚氧乙烯基脂肪胺 4酰胺型：二聚氧乙烯脂肪酰胺酰胺型：二聚氧乙烯脂肪酰胺 5吐温型吐温型 吐温型非离子活性剂属于混合型的，聚氧乙烯失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：水山梨糖醇醚脂肪酸酯： 非离子活性剂性质稳定，非离子活性剂性质稳定，不受不受pH值和盐的影响，运用范值和盐的影响，运用范围广，是具有开展出路的活性围广，是具有开展出路的活性剂。剂。四两性活性剂四两性活性剂

8、 1、非离子、非离子-阴离子型阴离子型聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯钠聚氧乙烯烷基醇醚硫酸酯钠2、非离子、非离子-阳离子型阳离子型 二聚氧乙烯基烷基甲基氯化铵二聚氧乙烯基烷基甲基氯化铵3、阴离子、阴离子-阳离子型阳离子型烷基二甲基铵丙酸内盐烷基二甲基铵丙酸内盐五高分子活性剂五高分子活性剂 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：是目前广泛运用的原油破乳剂聚氧丙烯丙二醇醚：是目前广泛运用的原油破乳剂CH-CH2CH3C3H6Om C2H4On HOOH四、外表活性剂的四、外表活性剂的HLB值值 1、HLB值的含义值的含义 外表活性剂是由亲水基

9、团和亲油基团组成，每外表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才干和亲油基团的亲油一种活性剂亲水基团的亲水才干和亲油基团的亲油才干具有一定的平衡关系。这种平衡关系称为亲憎才干具有一定的平衡关系。这种平衡关系称为亲憎平衡值，平衡值，HLB值。值。 C16H33OH 不具乳化性能。不具乳化性能。 C16H33OSO3Na 表现出良好的乳化性能。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，以这两个为规范可以相对地定出每个活性剂的HLB值。HLB=7 亲水性和憎水性相近HLB7 亲水性大于憎水性HLB7 亲油性大

10、于亲水性 2、活性剂的、活性剂的HLB值与其作用的关系值与其作用的关系HLB值值 用途用途 1336 81812151315 1518 消泡剂消泡剂油包水型乳化剂油包水型乳化剂水包油型乳化剂水包油型乳化剂润湿剂润湿剂洗涤剂洗涤剂增溶剂增溶剂五、外表活性剂在泥浆的功用五、外表活性剂在泥浆的功用 1、乳化作用、乳化作用 一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的液体中构成的分散体系，称为乳状液。分散相和分液体中构成的分散体系，称为乳状液。分散相和分散介质均是液体。散介质均是液体。 分类：分类： 水包油型乳状液；水包油型乳状液； 油包水型乳状液。油包水型乳状液。

11、 1乳状液暂时稳定的缘由：乳状液暂时稳定的缘由： a.乳化剂吸附在油乳化剂吸附在油-水界面上，大大降低外表张水界面上，大大降低外表张力和外表能，有利于乳状液的稳定。力和外表能，有利于乳状液的稳定。 b.液滴外表构成维护膜。液滴外表构成维护膜。 c.液滴外表带电。液滴外表带电。 2对乳化剂分子构造的要求对乳化剂分子构造的要求 a.非极性烃链具有足够的长度非极性烃链具有足够的长度C10-C20，同时非，同时非极性的极性的R-部分要求是正构的。部分要求是正构的。 C10-C20使非极性基之间的吸引力使非极性基之间的吸引力大，可以提高吸附层的强度。同时非极大，可以提高吸附层的强度。同时非极性的性的R-

12、部分要求是正构的。使分子间陈部分要求是正构的。使分子间陈列得严密，吸附层的强度高，液滴外表列得严密，吸附层的强度高，液滴外表的维护膜结实。的维护膜结实。 b.对于水包油型的乳状液，要求活性剂的HLB为818，对于油包水型乳状液，要求活性剂的HLB为3.56。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，以具有剂能抗高温。目前选用的抗高温的乳化剂，以具有

13、酰胺型构造的非离子型乳化剂抗温性较好。酰胺型构造的非离子型乳化剂抗温性较好。 原油中含有环烷酸，它本身是油包水型的乳化剂。原油中含有环烷酸，它本身是油包水型的乳化剂。但与泥浆中的但与泥浆中的NaOH反响生成环烷酸钠，变为水包油反响生成环烷酸钠，变为水包油的乳化剂。的乳化剂。2.发泡和消泡作用发泡和消泡作用 气泡和泡沫与泥浆的关系亲密。气泡和泡沫与泥浆的关系亲密。 有利的方面：钻低压井时可以用泡沫泥浆以降低有利的方面：钻低压井时可以用泡沫泥浆以降低泥浆的比重，维护产层。泥浆的比重，维护产层。 不利的方面：如泥浆遇到气侵时比重会迅速下降，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

14、一定程度时会引起井喷事故，此泥浆柱压力下降到一定程度时会引起井喷事故，此时必需及时消泡。时必需及时消泡。 1泡沫暂时稳定的缘由泡沫暂时稳定的缘由 参与活性剂后，活性剂分子吸附在气参与活性剂后，活性剂分子吸附在气-液界面上，液界面上，构成具有一定强度的维护膜，可以降低外表张力和外构成具有一定强度的维护膜，可以降低外表张力和外表能；表能； 气泡外表可以构成水化膜。气泡外表可以构成水化膜。 假设是离子型活性剂作为泡沫剂，使气泡外表带假设是离子型活性剂作为泡沫剂，使气泡外表带电。电。 2作为发泡剂分子构造的要求作为发泡剂分子构造的要求 -R要有足够的长度，而且烃链是正构的，活性要有足够的长度，而且烃链

15、是正构的，活性剂分子的亲水基有较强的极性。剂分子的亲水基有较强的极性。 从液膜的维护膜要结实出发，要求活性剂分子的从液膜的维护膜要结实出发，要求活性剂分子的双吸附层强度要大，因此双吸附层强度要大，因此-R要有足够的长度，而且烃要有足够的长度，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，否那么影响水中的层强度增大。当然烃链不能太长，否那么影响水中的溶解。溶解。 从液膜的排液速度小出发，要求活性剂分子的亲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，以添加束缚水，提水基有较强的极性，即水化

16、要好，以添加束缚水，提高粘度。高粘度。 常见亲水基团的极性强弱顺序：后二者极性小，不做发泡剂，反作消泡剂。后二者极性小，不做发泡剂，反作消泡剂。 普通淡水中的发泡剂为：普通淡水中的发泡剂为： 3消泡剂的分子构造特点消泡剂的分子构造特点 烃链短，带支链，亲水基的极性弱，并要求活烃链短，带支链，亲水基的极性弱，并要求活性剂消泡剂的活性高。性剂消泡剂的活性高。 对消泡剂的分子构造要求：烃链短，带支链使对消泡剂的分子构造要求：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、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，参水化膜薄，并要求活性剂消泡剂的活性

17、高，参与泡沫中，能顶替发泡剂分子。与泡沫中，能顶替发泡剂分子。 泥浆中常用的消泡剂：泥浆中常用的消泡剂： 泥浆遇到气侵时，必需迅速消泡，除参与消泡剂外，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.光滑作用光滑作用 提高泥浆的光滑性，减少钻具的摩擦，延伸钻提高泥浆的光滑性，减少钻具的摩擦，延伸钻具的运用寿命。提高泥浆的光滑性，可防止粘卡。具的运用寿命。提高泥浆的光滑性，可防止粘卡。1光滑作用机理：光滑作用机理： 外表活性剂分子可以吸附在金属外表和粘土外表外表活性剂分子可以吸附在金属外表和粘土外表上，亲水基紧紧吸附在外表上，亲油

18、基朝外定向陈上，亲水基紧紧吸附在外表上，亲油基朝外定向陈列着。这样在金属外表和粘土外表构成巩固的化学列着。这样在金属外表和粘土外表构成巩固的化学膜，以降低接触面之间的摩擦，使摩擦发生在相互膜，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。滑动的亲油基之间。 活性剂的光滑作用活性剂的光滑作用2对光滑剂构造的要求对光滑剂构造的要求 一是有足够长度的烃链一是有足够长度的烃链C12-C18，不带支链以构，不带支链以构成良好的油膜。成良好的油膜。 另一要求是极性基结实地吸附在粘土和金属外表。另一要求是极性基结实地吸附在粘土和金属外表。 目前泥浆中常用的光滑剂有：目前泥浆中常用的光滑剂有： a

19、. OP-30： b. 聚氧乙烯硬脂酸酯：聚氧乙烯硬脂酸酯： c. 磺酸盐磺酸盐 4活性剂的防腐蚀作用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。特别在钻井过程中，钻井设备存在着腐蚀问题。特别在钻含在钻含H2S和和CO2地层时，腐蚀更为严重，引起钻地层时，腐蚀更为严重，引起钻杆脆裂，失去强度。杆脆裂，失去强度。 泥浆中参与泥浆中参与YNC-1后，不锈钢的腐蚀速率大大下后，不锈钢的腐蚀速率大大下降。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构成配位键，YNC-1分子就以化学吸附的方式结实地吸附在金属外表，构成致密的维护膜。阻止酸的进一步与金属作用。 5.外表活性剂的润湿反转作用外表活性剂的润湿反转作用-润湿剂润湿剂 润湿反转是指活性剂使固体外表的润湿性向相反方润湿反转是指活性剂使固体外表的润湿性向相反方面转化的作用。面转化的作用。 能使固体外表的润湿性发生反转的活性剂叫润湿剂能使固体外表的润湿性发生反转的活性剂叫润湿剂或润湿反转剂。或润湿反转剂。1润湿反转的原理润湿反转的原理 具有亲油、亲水的两亲构造的外表活性剂分子，具有亲油、亲水的两亲构造的外表活性剂分子，自动浓集到固体外表，构成定向陈列