油田化学-第一章-表面活性剂

油田化学

OilChemistry主讲：文守成石油工程学院3/13/20231课程学习内容绪论第一章表面活性剂第二章油田用高分子第三章化学驱油技术第四章酸化、压裂及添加剂第五章化学清蜡与防蜡第六章油田化学堵水第七章化学防砂第八章油田水处理技术第九章钻井液、完井液及添加剂第十章固井水泥浆及添加剂3/13/20232本章应理解和掌握的内容1、表面活性剂的特点2、表面活性剂的分类3、表面活性剂的命名4、表面活性剂的性质和用途5、表面活性剂的结构与性质的关系6、油田常用表面活性剂合成﹑性质﹑用途第一章表面活性剂3/13/202332、表面张力（surfacetension）3/13/202343/13/20235第一节表面活性剂的定义及分子结构特点

界面：不同相之间的接触面叫界面基本概念：界面与表面固-固、固-液、液-液、液-气以及固-气表面：特定相之间的接触面叫表面液-气与固-气界面张力：界面张力指的是不相溶的两项间的张力表面张力：表面张力是界面张力的一种特殊形式，是指气-液或气-固界面间的张力。3/13/20236第一节表面活性剂的定义及分子结构特点

界面或表面张力来源3/13/20237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。

3/13/20238第一节表面活性剂的定义及分子结构特点各种物质的水溶液（浓度不大时）的表面张力和浓度的关系归纳为三种类型：表面活性剂（定义）:少量存在就能显著降低溶剂表面张力的物质(surfactantorsurfaceActiveAgent简写为SAA或SAa)。3/13/20239聚氧乙烯壬基苯酚醚十二烷基磺酸钠C12H25-SO3Na:2、表面活性剂分子的结构特点①大都是长链的有机化合物，烃链长度一般不少于8个碳原子；②分子中同时具有亲水基团和亲油基团。3/13/202310第二节表面活性剂分类主要按下面五种方法分类：3/13/202311第二节表面活性剂分类按离子类型分类：3/13/202312离子型活性剂：水溶液中电离生成离子。阴离子活性剂：水中电离后起活性作用的是阴离子阳离子活性剂：水中电离后起活性作用的是阳离子两性活性剂：具有两种离子（阴离子、阳离子）性质的表面活性剂称两性活性剂。非离子型活性剂：水溶液中不能电离成为离子的称为非离子活性剂3/13/202313二、按亲水基种类分类表面活性剂性质的差异，与亲油基大小、形状有关，主要与亲水基不同有关，活性剂分类，一般以亲水基结构分类为主。1、阴离子活性剂在水中可以离解，离解后起活性作用的部分是阴离子。起活性作用能大大降低溶剂的表面张力，改变表面状态，产生润湿及反润湿、乳化及破乳、分散及凝聚、起泡及消泡、加溶等作用。3/13/202314分类方法及分类：亲水基种类分类：

①、阴离子表面活性剂：主要包含五大类羧酸盐是弱酸和碱形成的盐，在酸性溶液中不稳定，易生成脂肪酸或其他有机酸失去活性，Ca、Mg、A1皂不溶于水，不适宜在普通硬水中使用。磺酸盐是强酸(H2SO4或S03磺化)和碱生成的盐，能耐一定的酸碱度，少量Ca2+、Mg2+不会发生沉淀。阴离子活性剂用于起泡、乳化、防蜡、油井增产、水井增注、提高采收率等，是油田中应用广泛的活性剂。阴离子表面活性剂是表面活性剂主要类型。3/13/202315②阳离子活性剂：可分为五大类：伯铵、仲铵、叔铵、季铵以及吡啶盐；在水中可以离解，离解后起活性作用的部分是阳离子，绝大部分为含氮的化合物，有机胺的衍生物。用途：可作杀菌剂、防腐剂、缓蚀剂、抑制粘土膨胀等，在石油工业上的用途不如阴离子广泛。

分类方法及分类：亲水基种类分类：

3/13/202316③两性表面活性剂：两性活性剂起活性作用的部分带有两种电学性质。性能与用途：a）抗盐性能极高；b)杀菌能力强；c）低毒性，主要用于食品工业杀毒分类方法及分类：亲水基种类分类：

3/13/202317④非离子活性剂：在水中不电离，亲水基团由一定数量的含氧基团醚基或羟基构成.可分为五大类：醚型、酯型、胺型、酰胺型以及混合型。分类方法及分类：亲水基种类分类：

HLB1.8～3.8，亲油性较强，一般用作W/O乳化剂。有酯键-C00R，在强酸强碱中水解，稳定性差。胺型活性剂是有机胺，可溶于酸性水溶液中，同时具有非离子及阳离子活性剂的特性，如耐酸、杀菌性等。3/13/202318④非离子活性剂：在水中不电离，亲水基团由一定数量的含氧基团醚基或羟基构成.可分为五大类：醚型、酯型、胺型、酰胺型以及混合型。分类方法及分类：亲水基种类分类：

3/13/202319两种表面活性剂介绍3/13/202320非离子活性剂的特点在溶液中不电离，不呈离子状态，不易受强电解质、无机盐、酸、碱存在的影响，化学稳定性好。非离子活性剂有浊点：浊点（定义）：表面活性剂析出，溶液变混浊时的温度。非离子活性剂在浊点以下溶于水，浊点以上不溶于水，离子型活性剂没有浊点，利用浊点鉴别离子型和非离子型活性剂。浊点产生的原因：出现浊点主要由非离子活性剂分子结构决定；聚合度n越大，亲水性越强，浊点越高，R中的C原子数越多，亲水性减弱，浊点下降。krafft点3/13/202321表面活性剂常规分类概图3/13/202322三、按相对分子质量分类按相对分子质量可分为低分子活性剂和高分子活性剂，一般使用的多为低分子活性剂，相对分子质量较大的(几千、几万、甚至几十万、几百万)活性剂称高分子活性剂。高分子活性剂分阴离子、阳离子、非离子、两性高分子活性剂。3/13/202323

m＝17,n＝53，称2070,亲油分子量为2000，亲水分子量占整个分子量的70%。高分子活性剂多用于注水增粘、乳化、破乳、防蜡、悬浮体的分散和聚结。3/13/202324四、按溶解性分类

分为水溶性和油溶性活性剂。通常用的活性剂一般为水溶性活性剂。当活性剂中含有聚氧乙烯(CH2CH2O)n1和聚氧丙烯(C3H6O)n2时，聚合度n1、n2的大小及亲油基R的碳链长短决定溶解性。一般，当R较大(如C12)，n1

＝1～5时为油溶性活性剂;n1

＞5为水溶性活性剂。(C3H6O)n2的相对分子质量大于800为亲油基，可以根据两个基团的不同比例调节活性剂的油溶性或水溶性。3/13/202325五、其它类型活性剂1、全氟表面活性剂亲油部分一般是全氟烷基，烷基中的H原子全部被氟所取代。全氟表面活性剂表面活性很高，水溶液的表面张力可达20mN/m以下，化学性质稳定，能耐强酸、强碱、强氧化剂和高温，价格高，用得少。3/13/2023262、含硅表面活性剂聚硅氧烷化合物（硅油、硅树脂）的憎水性强，可作表面活性剂的亲油部分。目前对这些活性剂的物理化学性质及应用了解得很不够，国内外都在继续研究中。3/13/2023273、双子表面活性剂双子表面活性剂是一类全新的表面活性剂，是通过联结基团将两个两亲体在头基处或紧靠头基处连接(键合)起来的化合物，特殊的化学结构使双子表面活性剂具有比传统表面活性剂更优的性能。3/13/202328与传统表面活性剂相比较，双子表面活性剂具有很多优良性质：很高的表面活性；很低的Krafft点和很好的水溶性；在降低水的表面张力方面表现出更高的效率；在降低水的表面张力的效能和效率方面，和传统表面活性剂(尤其是非离子型表面活性剂)间的复配能产生更强的协同效应；独特的流变性能，在很低的浓度范围内表现出粘弹性；更强的降低油/水界面张力的能力；对油的增溶能力更强。

3/13/202329表面活性剂的命名阴离子活性剂命名：盐型活性剂与酯盐型活性剂

1）盐型活性剂命名：盐型活性剂是由有机酸根和金属离子生成的盐，按盐命名；

2）酯盐型活性剂命名：分子中有酯的结构，按酯也可按盐命名。命名为十二烷基磺酸钠盐；？3/13/202330表面活性剂的命名阳离子活性剂的命名

两性活性剂的命名主要根据活性剂属哪“两性”参考前面的原则来命名。是有机阳离子和酸根生成的盐，按盐命名。如:？非离子活性剂的命名3/13/202331表面活性剂的命名阴离子活性剂命名：阳离子活性剂的命名两性活性剂的命名非离子活性剂的命名高分子活性剂的命名高分子表面活性剂属于聚合物，命名方法与聚合物命名方法相同，参见聚合物命名规则。3/13/202332活性剂的商品名及代号3/13/202333第四节表面活性剂的性质和作用一、表面（界面）吸附通常将有气相组成的气—固、气—液等界面称为表面，液—液、液—固接触面叫界面。

3/13/202334吸附定义：物质从体相浓集到界面上的一种性质。气相中的某些物质可以在固体表面上浓集；液体中某些物质可以在气-液界面、液—液界面和固—液界面上浓集。通常把能有效吸附其他物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。根据吸附剂与吸附质之间作用力的性质，将吸附作用分为物理吸附和化学吸附。3/13/202335

物理吸附不具选择性，在吸附过程中没有电子的转移，没有化学键的生成和破坏，没有原子的重排等反应，产生的吸附只是分子间的引力，吸附过程中吸附速率和解吸速率都很快。化学吸附具选择性，一些吸附剂只对某些吸附质产生吸附作用，吸附速率和解吸速率都很小。吸附一般需要一定的活化能，实质上是一种化学反应。3/13/202336应用：新烧好的木炭有吸湿、吸臭的性能，在湖南长沙马王堆一号墓里就是用木炭作为防腐剂和吸湿剂的。利用吸附回收少量的稀有金属，对混合物进行分离、提纯，回收溶剂，处理污水，净化空气以及进行吸附色谱等。分子筛富氧就是利用某些分子筛优先吸附氮的性质，提高空气中氧的浓度等等。3/13/2023371、吸附量

物质在固体表面(或界面)上的吸附量可直接测定。如气—固吸附，称量固体在吸附前后的重量，或测出气体吸附前后的压力，由固体重量差或气体压差就可求出吸附量；固—液吸附，可测量液相中的物质在吸附前后的浓度变化，由浓度差求出该物质的固体表面的吸附量；液—液界面的吸附量不易直接测定，通过界面性质随活性剂浓度的变化来算出吸附量。液—液界面吸附量可用Gibbs吸附公式算出。3/13/202338对只有一种溶质的稀溶液或非离子表面活性剂的吸附，Gibbs公式可写为：3/13/2023392、影响吸附的因素亲水基的影响亲油基的影响电解质的影响温度的影响溶质浓度影响亲水基是影响吸附的主要因素，饱和吸附的分子面积取决于亲水基水化后的截面积。羧酸盐水化后的截面积大于磺酸盐和硫酸盐。聚氧乙烯非离子活性剂n大，吸附量小。对离子型活性剂，链长增加，吸附量增加。链长超过16C的直链离子型活性剂吸附量降低，主要长链卷曲使分子截面增加。对于聚氧乙烯非离子活性剂，当聚氧乙烯的聚合度相同时，憎水基加大，吸附量增加。加入电解质可使离子型活性剂吸附量增加，溶液离子强度增加可减小定向离子头间的排斥温度升高，离子型活性剂吸附量降低，非离子活性剂温度升至浊点后吸附量增加。活性剂的浓度增加，吸附量增加，当c＞cmc时，活性剂分子发生缔合，吸附量基本保持不变。3/13/202340二、胶束及临界胶束浓度胶束（micelles)：当溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，表面活性剂疏水部分相互吸引，缔合在一起，亲水部分向着水，几十个或更多分子缔合在一起形成缔合的粒子，称为胶束。临界胶束浓度（criticalmicellconcentration,CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。cmc可以看作表面活性剂性的量度，cmc越低，活性剂形成胶束所需要的浓度越低，起活性作用（降低界面张力、乳化、破乳、润湿、起泡、加溶作用）所需要的浓度越低。3/13/202341形成胶束原因是活性剂分子的两亲性，存在亲水基团和亲油基团。胶束形成过程3/13/202342胶束形成过程3/13/2023431、胶束的结构3/13/202344胶束的大小一般为2个分子直径，约10-100Å（1Å=10-1nm）；临界胶束浓度cmc不是一个固定的数值，是一个范围,通常在0.02%～0.5%左右；Kafft点与临界胶束浓度的关系；

离子型表面活性剂：转折点（Kafft点）对应的是温度，在此温度范围内，溶解度是临界胶束浓度（cmc）。胶束的结构3/13/202345表面活性剂的性质和作用krafft点温度升高至某一点时，离子表面活性剂在水中的溶解度急剧升高，该温度称为krafft点，相对应的溶解度为该离子表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。

krafft点是离子表面活性剂应用温度的下限，只有高于krafft点，表面活性剂才能更大地发挥作用。3/13/202346活性剂浓度达到cmc时，溶液的各项性质有个突变，去污力、电导率增加很快，表面张力、界面张力降低很明显，增溶性大大加强；表面活性剂的cmc一般都很低，在使用表面活性剂时，浓度一般要比临界胶束浓度稍大；3/13/202347达到CMC时，溶液表面张力基本达到最低值，溶液的多种物理性质如摩尔电导、粘度、渗透压、密度、光散射等多种物理性质发生急剧变化。利用这些性质与表面活性剂浓度之间的关系，可推测出表面活性剂的临界胶束浓度。2、临界胶束浓度的测定

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表面活性剂碳氢链：表面活性剂的疏水性增加，分子的排列程度提高，cmc降低。⑴同系列、亲水基相同，cmc随疏水碳链增长而降低；⑵非极性基团如有支链，随支化程度升高，cmc升高;⑶疏水链中含有不饱和键时，cmc升高;3、影响临界胶束浓度的因素1）、表面活性剂化学结构和临界胶束浓度3/13/202349⑷疏水链中引入极性基团，cmc升高;⑸亲水基处于疏水链中间，cmc升高;⑹R碳链相同，非离子活性剂的cmc远小于离子型活性剂的cmc，可小10～100倍;⑺R碳链相同，非离子活性剂亲水基中聚氧乙烯基的聚合度n越大，cmc越大。3、影响临界胶束浓度的因素1）、表面活性剂化学结构和临界胶束浓度3/13/2023502）、外界因素对表面活性剂cmc的影响温度：温度影响不大；电解质：加入无机电解质cmc降低。离子明显，两性其次，非离子最不明显；有机物：

一类为极性有机物，高碳醇类和酰胺类，通过与表面活性剂结合影响cmc。另一类有机物只有在较大浓度时才能对表面活性剂的cmc产生影响。如尿素、低碳醇、甲酰胺、多元醇。醇类对非离子表活剂的影响：加入醇，cmc下降，对离子型相反；PH值：对两性表面活性剂影响较大。随PH增大，cmc明显下降。3、影响临界胶束浓度的因素3/13/2023513/13/202352三、加溶作用（增溶作用）

加溶作用（定义）：活性剂溶液形成的胶束，使难溶物质的溶解度显著增加的作用。

胶束增溶体系是热力学平衡稳定体系。在CMC以上，随着表面活性剂用量的增加，胶束数量增加，增溶量相应增加。非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加。3/13/202353加溶作用与溶解作用、乳化作用区别：溶解作用加溶作用乳化作用溶质分子在溶剂中的均匀分散溶质与胶束物理作用，是一块块地被加溶，不是以分子形式分散在溶剂中。增加了界面，增加了界面能，按界面能趋于减少的规律，乳状液是不稳定的，加溶作用是在胶束中“溶解”，不增加界面，是稳定的。3/13/202354有机物主要是“溶”于胶束内部；有机物以其分子与胶束的表面活性剂分子一起穿插排列的形式溶解，主要对有极性的长链有机物适用（如醇类、胺类）；有机物以“吸附”于胶束“表面”的形式而溶解，某些不易溶于水、又不易溶于烃的有机物如苯二甲酸二甲酯以及一些染料溶解；有机物被包在非离子胶束的聚氧乙烯“外壳中”溶解，是非离子活性剂胶束结构情况的一种特殊加溶形式，如酚类化合物加溶。1、加溶作用四种可能方式：3/13/2023552、影响加溶的因素：影响加溶的因素与影响cmc的因素相似，加溶作用是生成胶束才产生的，能使cmc降低的物质，加溶作用就强。一般是被加溶物的相对分子质量越大，加溶性越差。（1）极性化合物较非极性化合物容易加溶，加溶酯、醚、酮、醇大于烃类加溶量的2倍（2）芳香族化合物比脂肪族化合物容易加溶。（3）有支链的化合物比直链化合物容易加溶。（4）添加电解质，加溶作用增加。3/13/202356①影响胶束的形成②影响溶质的溶解③影响表面活性剂的溶解度（5）、温度对增溶的影响离子表面活性剂，温度上升主要是增加溶质在胶束中的溶解度以及增加表面活性剂的溶解度。2、影响加溶的因素：3/13/202357四、润湿反转作用润湿：液体在固体表面上的铺展或流散现象。θ为润湿角,是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。θ越小，（水）的润湿性好。0°＜θ＜90°，润湿；θ＞90°不润湿。3/13/202358完全不润湿不能润湿能润湿完全润湿3/13/202359润湿反转作用：活性剂使固体表面的润湿性向相反方面转化的作用。润湿反转作用是润湿剂在固体表面上的吸附产生的。一般砂岩表面是亲水表面(即水对砂岩表面的润湿角θ＜90°)，当砂岩与原油接触时，原油中的天然活性剂吸附到砂岩表面上，按极性相近规则排到砂岩表面。砂岩表面由亲水表面反转成为亲油表面。化学驱油原理之一就是改变砂岩亲油性，化学防蜡、防垢、缓蚀应用润湿反转作用。3/13/202360五、乳化（破乳）作用乳化:使两种互不相溶的液体形成乳状液并具有一定稳定性的作用。乳状液:两种互不相溶的液体所形成的分散体系，是一种液体以液体的形式分散在另一种不相容的液体中所形成的分散体系。天然乳状液：牛奶、石油；3/13/202361乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为分散相或者内相，将连续存在的液相称为连续相(分散介质)或者外相。3/13/202362W/OO/W油包水型（W/O）为水分散在油中形成的分散体系,如含水原油。内相为水，外相为油；水包油型（O/W）为油分散在水中所形成的分散体系，如含油污水。内相为油，外相为水，水包油乳状液能用水稀释。

多相乳状液模型示意图3/13/202363检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。3/13/202364653/13/2023油水乳状液类型的判别方法鉴别方法说明染色法往乳状液中加入油溶性染料，轻轻搅动，若乳状液呈现染料的颜色，则外相是油，乳状液是W/O型；若分散液滴呈染料颜色，则分散相是油，为O/W型。冲淡法将两滴乳状液分别滴在玻璃板上，然后将形成该乳状液的油和水，分别滴在两滴乳状液中，轻轻搅拌，易于和油混合者为W/O型；易于和水混合者为O/W型。电导法导电性好的为O/W型，差的为W/O型。滤纸法将乳状液滴在滤纸上，若能迅速铺开，滤纸上只留下一小滴油，则为O/W型；若铺不开，则为W/O型。显微镜法根据油和水的透光性差别判别分散相类型。分散相透光性好的为W/O型，分散相透光性不好的O/W型。3/13/202365乳化剂的HLB值乳化剂的亲水性可用亲水亲油平衡值（HLB值）来衡量，HLB值越大，亲水性越强，易形成O/W乳状液，HLB值越小，亲油性越强，易形成W/O乳状液;

对一般阴、非离子SAa，HLB＝7～18时形成O/W型乳状液，HLB＝3.0～6.0时形成W/O型乳状液。不是绝对的，还要与分子结构同时考虑。特别是HLB值在5～8之间，两种类型的乳状液都可能形成，应注意其它条件。3/13/202366具有能使乳液生成的活性剂叫乳化剂；具有破坏乳状液作用的活性剂叫破乳剂。乳化剂的乳化作用是活性剂在液-液界面上的吸附引起的。乳化剂吸附在油－水界面上形成吸附层降低油水界面的界面张力和界面能，乳状液的稳定性增加；在分散相液滴周围形成坚固、有韧性的膜，阻止水滴在碰撞中聚结、合并、沉降，乳状液变得稳定。3/13/202367

油田用活性剂的乳化作用进行原油破乳、污水处理、乳化压裂液、稠油乳化降粘、乳状液驱油、碱性水驱油用乳化携带作用。3/13/202368六、起泡作用1、气体分散在液体中的分散体系；2、气体分散在固体中的分散体系；如泡沫塑料、泡沫混凝土等；3、活性剂所起的“泡”是指介质包围着的气体，泡沫是很多气泡的聚集；具有起泡作用的活性剂叫起泡剂。油田上用起泡作用如泡沫压裂液、泡沫驱油、泡沫堵水等。3/13/202369也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。3/13/202370七、洗净作用

活性剂能使一种液体（如水）将其它物质（如油）从固体表面洗脱下来的作用。洗净作用是一种综合作用，包括活性剂的润湿反转作用，乳化作用和增溶作用。如:表面活性剂驱油提高采收率是活性剂的洗净作用，活性剂水溶液从砂岩表面将油膜洗下来，活性剂将砂岩表面反转为亲水表面；油膜脱落下来，活性剂将油乳化，不易再粘附到砂岩表面。

3/13/202371八、其它作用：抗静电作用表面活性剂是作用在材料的表面起到抗静电作用，中和材料表面电荷。在纳米材料中，表面活性剂吸附于纳米微粒表面中和微粒表面电荷，在微粒表面形成一层分子膜，起到消除、隔离电荷的作用。

3/13/202372杀菌作用十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)

1227是一种阳离子表面活性剂，属非氧化性杀菌剂，具有广谱、高效的杀菌灭藻能力，能有效地控制水中菌藻繁殖和粘泥生长。3/13/202373螯合作用

保护金属不被腐蚀，或和Ca2+、Mg2+形成螯合物，使Ca2+、Mg2+不在金属表面结垢，起到防腐、防垢的作用。3/13/202374分散作用为阻止微粒聚集，大多数应用的是离子型表面活性剂。如当被分散的固体是以非极性为主，可加入各种离子型表面活性剂，活性剂吸附在不带电荷的固体微粒表面，固体微粒表面带有同种电荷相互排斥，形成阻止粒子聚集的屏障，表面活性剂分子在固体粒子表面上的定向作用——非极性基团指向非极性粒子的表面，极性基团指向水相，降低固液界面张力，有利于固体粒子在水相中的分散。

3/13/202375第五节表面活性剂化学结构和性质的关系表面活性剂是由亲水基和亲油基组成。亲水基有阴离子、阳离子、非离子、两性等不同种类，表面活性剂性质也不同。3/13/202376一、表面活性剂的亲水性1．HLB值即亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophilebalance，HLB)是表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱。HLB值越大，表示亲水性越强，HLB值越小，亲油性越强。数值范围：HLB0～40，非离子表面活性剂HLB0～20，石蜡为0，聚氧乙烯为20。3/13/2023772．HLB值的计算（1）基数法基数法是从多种乳化剂总结出各基团的特点，用一定的数值(基数)表示，即各基团对HLB值的贡献。适用于阴离子及一些非离子活性剂。

HLB=7+∑H—∑L

∑H—活性剂的亲水基数的总和；∑L—活性剂中亲油基基数的总和。3/13/2023783/13/2023793/13/202380（2）重量法HLB=(亲水基重量/亲油基重量+亲水基重量)×20HLB=(亲水基相对分子质量/活性剂相对分子质量)×20

适用于计算聚氧乙烯型和多元醇型非离子表面活性剂的HLB值。3/13/2023813/13/2023823/13/2023833、特性与应用：

亲油性表面活性剂的HLB低，亲水性表面活性剂的HLB高;亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水；3/13/2023843/13/202385二、亲水基种类对表面活性剂性质的影响

根据HLB值测定的结果，各种亲水基的亲水性的大小排列如下：洗净作用和增溶作用都要求活性剂有较大的亲水性，硫酸钠皂、铝皂都行。消泡剂应采用HLB值较小的活性剂，脂肪酸、醇、醚等可能有效，聚醚和Tween是有效的消泡剂。

3/13/202386三、亲水基位置对表面活性剂性质的影响亲水基位置在分子中间（亲油基链中间）的比在末端的润湿力（渗透力）强；亲水基在分子末端的比在中间的去污力好。如渗透剂OT（琥珀酸二异辛酯磺酸钠）润湿、渗透性很好。分子结构式为：3/13/202387

十五烷基硫酸钠亲水基位置在中间C8位置，润湿能力最好，随着亲水基向烃链端点移动，润湿能力逐渐下降。洗净能力亲水基在末端效果较好。有苯环的活性剂，亲水基在苯环上的位置决定性能。亲水基在邻位的润湿性最好，间位次之，对位的(即在末端)最差。

3/13/202388四、亲油基种类对表面活性剂性质的影响可把亲油基分为以下几种：1．脂肪族烃类：

十二烷基（月桂基）C12H15—、十八烯基C18H35—2．芳香族烃类：苯基、苯酚基、萘基3．脂肪烃芳香烃类：十二烷苯基、壬烷基酚基4．环烷基：环烷酸皂中的环烷基、松香皂中的烃基。5．亲油基中含有弱亲水基：蓖麻油酸、油酸丁酯、聚氧丙烯。亲油性的大小顺序如下：脂肪族烷烃＞环烷烃＞脂肪族烯烃＞带脂肪族的芳香烃＞芳香族烃＞带弱亲水基的烃类。3/13/202389五、亲油基结构中支链的影响

同种活性剂，分子大小相同，有分支结构的活性剂润湿、渗透性好。如十二烷基苯磺酸钠中正十二烷基(Ι)与四聚丙烯基（Ⅱ)比较：

（Ⅱ)有分支结构，润湿渗透力较大，但去污能力较小；（Ι）去污能力较强，作润湿剂选（Ⅱ)。有分支结构的不易形成胶束，cmc高，易吸附，易改变表面润湿性，无分支结构的易形成胶束，cmc低。3/13/202390六、分子大小对表面活性剂性质的影响同一种活性剂，憎水基中C原子数增加，溶度、cmc减少，降低界面张力性能增强。相对分子质量小的，润湿、渗透性较好；相对分子质量大的，洗涤作用、乳化作用、分散作用较好。如烷基硫酸钠的洗涤性能，强弱顺序为：润湿性相反，C12的最好3/13/2023911、起泡剂的分子结构应要求容易产生泡沫，使泡沫稳定性好的表面活性剂。容易产生泡沫的起泡剂应有较好的降低表面张力的能力，亲油基的烃链应有适当的长度。为使泡沫稳定性能好，亲油基的烃链应没有分支，没有分支的结构更有利于活性剂吸附层非极性部分的横向结合使泡沫稳定。3/13/202392下列活性剂可作起泡剂：3/13/202393有两个或两个以上亲水基的活性剂不宜作起泡剂(即带弱亲水基的亲油基)，可作消泡剂，例如：3/13/2023942、乳化剂的分子结构要求与起泡剂有共同处，都要求烃链有适当长度、没有分支、苯基的对位不宜有两个以上的亲水基等。乳状液是两种互不相容的液体形成的分散体系，有两种类型，有W／0、0／W型，对表面活性剂的要求不同。3/13/202395

对乳化剂来说，亲油基对油的亲和力越强，乳状液稳定性越好。3/13/2023963、润湿剂的分子结构润湿剂有两类，分子结构要求不同。A、吸附型润湿剂—通过表面物理吸附改变润湿性，有分支的活性剂吸附性能好，不易形成胶束。吸附型润湿剂有：3/13/202397B、反应型润湿剂—通过表面化学吸附改变润湿性，不同的表面有不同的特性，对活性剂结构的要求也不同。3/13/2023984、加溶剂的分子结构

要求分子结构与润湿剂相反，与起泡剂、乳化剂类似。加溶作用是由于胶束存在而产生的。加溶剂应是那些易形成胶束的活性剂，即烃基最好没有分支，烃基上只有一个亲水基，亲水基最好在烃链的一端，活性剂的cmc较低。3/13/202399第六节油田常用的几种表面活性剂

一、烷基磺酸钠（AS）两种合成方法1、磺氯酰化法。主要原料为220～320℃经尿素或分子筛精制的石油馏分（主要含C12-C18）和SO2、Cl2在紫外光照射下生成的磺酰氯，脱气、除去剩余的反应气HCl，再皂化、脱去末反应的油。

皂化：R—SO2Cl+2NaOH→R—SO3Na+NaCl+H2O浪费Cl2，付产品多，磺酸盐含量较大，去污力差，吸湿性大3/13/20231002．磺氧化法：将重油直接与SO2、O2在外加能量及引发剂的激发下，生成烷基磺酸钠。磺氧化法产品纯度高、质量好，反应过程：

两种方法制得的烷基磺酸钠相对分子质量为270～360，磺氯酰化法浓度为25％～28％,磺氧化法的浓度稍高，可达29.4％。3/13/2023101烷基磺酸钠最有代表性的为十六烷基磺酸钠，主要性质:

外观：白色固体(纯)浅橙黄色液体(浓度25～28%)PH值：1%水溶液中7～8HLB值：10.4

溶解性：易溶于水，难溶于油。

C12～C18烷基磺酸钠水溶性强，烷基磺酸钙盐和镁盐水溶性很好，可用于含Ca2+、Mg2+水,不产生沉淀，烷基的C原子数增加水溶性减小，当R>20时，烷基磺酸钠变成油溶性活性剂。3/13/2023102烷基磺酸钠在油田广泛用作起泡剂、乳化剂、润湿剂、近井地带处理剂、配制胶束、微乳液，使用中应注意出厂的实际浓度，工厂往往把25～28%的烷基磺酸钠浓缩成65%以上的浆状物出售。3/13/2023103二、烷基苯磺酸钠(ABS)

烷基苯磺酸钠用185～240℃馏分(相当于C10～C14)与氯气在紫外光照射下生成氯化石蜡油，然后和苯进行缩合反应生成烷基苯，再经发烟硫酸或SO3磺化，用NaOH中和制得。反应：

制得的烷基苯磺酸钠的分子量约320～380，工厂生产的通常为含烷基苯磺酸钠20%～30%的白色至浅黄色的糊状液体。3/13/2023104十二烷基苯磺酸钠的性质如下：外观：白色固体(纯)一般为浅黄色糊状液体(浓度20%～30%)PH：1%水溶液7～8HLB：9.5溶解性：易溶于水、难溶于油 水溶液表面张力与浓度的关系：3/13/2023105三、Span和