油田用表面活性剂的现状及发展趋势

中国地质大学本科生课程论文封面课程名称油田化学教师姓名李季老师本科生姓名刘超本科生学号20091001953本科生专业应用化学所在院系材化学院类别:本科生日期:2012年3月25日

油田用表面活性剂的现状及发展趋势

按照油田化学品的分类方法，根据用途可将油田用表面活性剂分为钻井用表面活性剂；神气开采用表面活性剂、提高釆收率表面活性剂、油气集输用表面活性剂和水处理用表面活性剂等。

l油田表面活性剂现状

(1)钻井用表面活性剂。在油田用表面活性剂中，钻井用表面活性剂(包括钻井液处理剂和油井水泥外加剂)用量最大，约占油田用表面活性剂总量的60%左右；釆油用表面活性剂的量相对较少，但其技术含量相对较高，其用量约占油田用表面活性剂总量的1/3，这两类化学品在油田用表面活性剂中占有重要的位置。

目前世界钻井液处理剂的研究，形成了美、俄、中"三足鼎立"局势，美国以各种新型聚合物材料为研究对象，俄罗斯主要立足于"原料价廉易得"这一原则，研究尽量以各种工业下脚料为基础，其次是一些传统处理剂(天然)改。我国的研究重点在充分利用传统原料和开发新型合成聚合物(包括单体)两方面。国外钻井液处理剂的研究重点更突出，即以含磺酸基的合成聚合物为基础的各种产品，这也是未来的发展方向。

20世纪90年代以来，新一代聚合物2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)多元共聚物产品成为新型钻井液处理剂的代表。降粘剂、降滤失剂和润滑剂等品种有了突破性的进展，特别是近几年来，具有浊点效应的聚合醇表面活性剂在国内所有油田得到推广应用，并形成了一系列的聚合醇钻井液体系。此外，甲基葡萄糖酸甙、甘油基钻井液也在现场应用中取得良好的效果，表现出良好的应用前景，也促进了钻井液用表面活性剂出发展。目前，我国钻井液处理剂已经发展到18类，上千个品种，年消耗量近30万t。

国外20世纪80年代油井水泥外加剂快速发展，逐渐形成了系列化产品，在新产品开发方面，合成聚合物材料普遍作为首选的研究对集；我国1993年油井水泥全部转化为符合API标准的系列产品，外加剂随之快速发展；国内成功研制出了专用的油井水泥分散剂SAF(磺化丙酮甲醛缩聚物)，与固井质量、抽气层保护密切相关的油井水泥降滤失剂、促凝剂、缓凝剂和胶接增强剂等也均呈现出良好的发展势头，并形成了专用的油井水泥外加剂，目前已经发展到11类200多个品种，年用量数千吨。

(2)采油用表面活性剂。与钻井用表面活性剂相比，采油用表面活性剂品种和数量都相对较少，特别是一些酸化和压裂用产品。在压裂用表面活性剂中，胶凝剂研究以改牲天然植物胶和纤维素为主，也包括各种合成聚合物如聚丙烯酰胺。近年来，国外在酸化液表面活性剂领域发展相对缓慢，研究开发的重点集中在开发酸化用缓蚀剂，其特点是利用现有原料改性或复配缓蚀剂，其开发的共同点是原料和产品无毒或低毒，且产品具有油/水溶或水分散性。胺类、季铵类和炔醇类复配缓蚀剂较多，醛类缓蚀剂由于具有毒性，开发相对减少。缓蚀剂方面还有以十二烷基苯磺酸和低分子胺(乙胺、丙胺、C8～18伯胺、油酸二乙醇酰胺)的复合物，乳化剂则以油包酸型乳化剂为主。我国近年来压裂酸化液用表面活牲剂研究力度不够，进展不大。除开发过程中压裂酸化液用的缓蚀剂外，其他用途的品种也较多，其中最多的是胺类(有机伯、仲、叔、季酰胺或其复配物)，咪唑啉及其衍生物也是一类用量较多的的有机缓蚀剂。

(3)油气集输用表面活性剂。我国油气集输用表面活性剂的研究、开发和利用始于20世纪60年代，目前已有14类、数百个产品。其中，原油破乳剂用量最大，年需约2万t。我国针对不同油田研制了适用的破乳剂产品，不少品种已经达到20世纪90年代国际水平；而降凝剂、流动改进剂、降粘剂和清防蜡剂等品种较少，且大多数为复配型产品，由于不同性质的原油对用作降凝、流动改进、降粘和清防蜡目的的表面活性剂的要求不同，也为新产品的开发提出了更高的要求和难度。

(4)油田水处理用表面活性剂。油田水处理剂是油用开发中重要的一类油田化学品，各种水处理剂的年用量在6万t以上，其中表面活性剂占40%左右，尽管在油田水处理方面表面活性剂的需求量很大，但我国在水处理用表面活性剂方面的研究却较少，油田水处理用表面活性剂的品种还不齐全，且多数产品都是从工业水处理行业引进，但由于油田水的复杂性，直接从工业水处理方面引进的产品适用性差，有时不能发挥功效，还缺少有针对性的油田水处理表面活性剂。国外对水处理用表面活性剂方面的研究以絮凝剂开发最为活跃，开发的产品也很多，但用于油气田污水处理的并不多。

(5)三次采油用表面活性剂。国外三次采油用表面活性剂产品质量稳定，生产规模大。我国目前已经形成了一些用于驱油的表面活性剂和聚合物品种，但还不能满足三次采油的需要。国内可用于合成驱油剂用表面活性剂的重烷基苯年产量不足2万t，难以满足需要，且分子量大小和分子量分布不适用于合成驱油剂用表面活性剂；在植物羧酸盐表面活性剂方面尽管已经开展了大量的工作，但仍然不能满足油田驱油的需要，生产规模和产品质量存在问题。大庆、胜利、辽河、大港等油田已经实施了聚合物驱油，大庆油田建成了年产5.7万t的聚丙烯酰胺装置，胜利油田建成了年产2万t以上的聚丙烯酰胺装置，加上其他一些生产企业，全国已经具有10万t/年以上的生产能力，目前驱油用聚合物的年需求量在数万t，从规模上已基本能满足需要，但产品质量(如相对分子质量和溶解性、耐温、抗盐饱力)和国外还存在差距。在油田用表街活性剂中，三次采油用表面活性剂是最具有发展潜力的化学品。

2油田用表面活性剂的发展趋势

(1)钻井用表面活性剂。为适应钻井的需要，钻井用表面活性剂研究应围绕如下方向：①适用于深井(大于4500m)、抗高温(150～180℃或更高)、抗盐(NaCl至饱和)、抗钙或镁的增粘剂、降滤失剂、降粘剂和流型改进剂的开发；②大位移井、多分枝井用的润滑剂、井壁稳定剂、流型改进剂和低伤害处理剂的开发；③复杂易坍塌地层的泥页岩稳定剂、堵漏剂的开发；④低渗透地层钻井用保护油气层的各种处理剂，特别是两性离子的合成聚合物处理剂的开发；⑤对环境友好、低成本的天然材料改性产品的开发。

今后需要进行以下工作：①抗温抗盐的阴离子和两性离子型2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)多元共聚物，AMPS、乙烯基吡咯烷酮(NVP)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)共聚物、微交联抗温抗盐的聚合物的研制；②用于提高钻井速度和保护油气层的钻井液的屏蔽暂堵剂、固壁剂的研制；③用于提高钻井速度的钻井液化学清洁剂的研制；④适用于不同地层温度的聚合醇或多元醇(关键是浊度设计)；⑤开发以天然材料为主、无污染的新型钻井液处理剂和聚甲基葡糖甙；⑥开发环保型仿油基钻井液用水基高效防塌剂、降滤失剂和包被剂；⑦无机-有机单体聚合物处理剂的研制；⑧高效低毒的无荧光润滑剂、起泡剂和消泡剂等专用的表面活性剂的研制。

油井水泥外加剂方面，应开发耐高温的缓凝剂，以聚合物材料为基础，研究与其他外加剂配伍性好、不发生过度缓凝和起泡的抗高温分散剂，成本低廉的木质素改性产品，水泥浆游离水控制剂，以及固体悬浮剂、降滤失剂和防气窜剂等。今后工作重点：①完善脂肪族磺酸盐缩聚物分散剂和降滤失剂(重点是磺化丙酮甲醛缩聚物、磺化三聚氰胺甲醛树脂)；②以木质素磺醮赫为基础进行分子修饰制备分散剂和缓凝剂；③合成聚合物高温缓凝剂的开发(AMPS聚合物)；④有利于减少水泥浆析水的合成聚合物降滤剂(重点是AMPS、NVP聚合物)；⑤改善二界面胶铺绿麖的表面活性剂；⑥高效消泡剂的开发。

(2)油气开采用表面活性剂。今后应当加强油气开采用表面活性剂的研究和开发，发展可用于低渗透油层改造和实现"稳油控水"而实施堵水-调剖作业所需的无残渣的稠化剂、助排剂、高强度耐温耐冲刷的化学剂，选择性堵水-调剖以及耐温抗盐的堵水-调剖剂和稠化剂。进一步开发性能良好、原料易得，价格低廉、使用方便，且与破胶剂作用后破胶彻底、不产生沉淀性残渣的压裂、酸化用的天然植物胶或改性天然植物胶(田菁胶、香豆胶)、纤维素类和淀粉类稠化剂，以及抗盐性好，耐温(在90℃以上，甚至更高)的合成聚合物胶凝剂及环境安全、性能好的"绿色"缓蚀剂，同时重视利用工业废料等。结合实际情况，围绕现场和提高作业质量的需要，应着重开展的工作：①耐温抗盐的堵水-调剖剂和选择性堵水-调剖剂；②研制高性能的表面活性剂，并通过复配生产高效助排剂、低界面张力的表面活性剂；③开发原料易得、价格低廉、使用方便且与破胶剂作用后破胶彻底、不产生沉淀性残渣的天然植物胶或改性天然植物胶(毋菁胶、香豆胶)、纤维素类和淀粉类压裂、酸化用的稠化剂。以AMPS、NVP和AM聚合物为重点开发抗温抗盐的合成聚合物胶凝剂或稠化剂；④开发复合缓蚀剂、增效缓蚀剂，以及利用工业废料(如石油炼油厂废弃物)生产低成本及苯烯酮缓蚀剂；⑤黏土稳定剂方面进一步完善季铵盐类表面活性剂，开发阳离子聚合物(如甲基丙烯酰二甲胺基乙酯和烯丙基二甲基氯化铵聚合物)；⑥适用于泡沫压裂液的表面活性剂及用于油乳酸体系的抗温乳化剂。

(3)油气集输用表面活性剂。用于稠油开采的化学品具有开发潜力，应解决一般稠油-蒸汽驱效率低、超稠油开采、管线常温输送、高碳(大于C40)原油采输等问题，解决这些问题所需要的表面活性剂是高温发泡剂、高温堵漏剂(防窜)(300℃)、高效破乳剂、降凝剂、降粘剂、降阻剂和清防蜡剂等化学剂。油气集输用表面活性剂的开发方向：①通过扩链剂提高传统破乳剂的相对分子质量，并在新型破乳剂分子中引入含硅、磷和硼的元素，使破乳剂达到高效、低耗和一剂多功能；②开发适用于高含水期原油的反向破乳剂(水包油型原油乳状液破乳剂，如阳离子聚醚)；③超高相对分子质量的聚醚型破乳剂；④改性烷基酚醛树脂聚醚类破乳剂；⑤适用于不同类型原油的高效降凝、减阻和降粘剂，适用于稠油乳化降粘的表面活性剂；⑥采用多种表面活性剂复配研制安全高效的水基清蜡剂，以及清防蜡专用的表面活性剂；⑦生产表面活性剂的原料开发。

(4)油田水处理用表面活性剂。开发可以有效降低水中机械杂质、油含量和缓蚀、杀菌、阻垢的表面活性剂，如高效絮凝剂、反相破乳剂、高效缓蚀剂、杀菌剂、防垢、阻垢剂，两性离子或阳离子聚合物也是油田水处理剂的发展方向。目前油田水处理用表面活性剂产品品种少、新型高效的产品更少，发展潜力较大。这方面应深入开展研究工作，尽快形成系列化配套产品。今后需要进行的工作：①絮凝剂方面：重点开展阳离子聚合物、两性离子聚合物、两亲离子聚合物、AMPS聚合物研究，关键是提高产品的相对分子质量、合理设计基团比例；②阻垢剂方面：完善膦酸盐类产品，开发胺类阻垢剂(如乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺与酸、烷基次磷酸盐化合物、丙烯酸、AMPS等反应物)，研究开发聚环氧琥珀酸等产品；③缓蚀剂方面：以胺类为原料开展更深入的研究工作，开发二胺或多胺与脂肪酸的反应产品、脂肪胺和不饱和脂肪酸的加成物、环状季胺化合物等；④杀菌剂方面：重点在传统的基础上进行改性，开发季膦盐类、双分手膜表面活性剂型杀菌剂，各种表面活性剂的复合生产复配型杀菌剂；⑤研制适用于水处理的基础表面活性剂原料和单体。

(5)提高采收率表面活性剂。提高采收率表面活性剂是最具有发展潜力的化学剂。围绕耐温抗盐、抗高价金属离子、高效优质和环境友好这一目标，今后工作应集中在以下几点：①适用于聚合物驱油、碱/表面活性剂/聚合物驱油所需要的价廉的高分子聚合物，耐温(120℃)、抗盐(大于20万mg/L)的高分子聚合物；②适用于耐温抗盐聚合物研制需要的有机单体，包括表面活性剂单体和两亲单体，如2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸(AMC12S)、2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸(AMC14S)、2-丙烯酰胺基十六烷基磺酸(AMC16S)；③开发符合三次采油条件的表面活性剂重烷基苯磺酸钠(WABS)以及炼油厂副产的烷基芳基磺酸盐；④开发适用于油田需要的由植物油下脚料为基础的天然混合羧酸盐表面活性剂，用生物法激活并以胺类调节相对分子质量制备羧酸盐；⑤开发石油羧酸盐、高分子表面活性剂和生物表面活性剂；⑥开发具有抗盐抗温特性的磺基甜菜碱类表面活性剂，石油磺酸盐甲醛缩合物、对羟基苯甲酸-对羟基苯磺酸共缩物型阴离子、非离子结合型表面活性剂、α-烯烃磺酸盐表面活性剂等；⑦改性木质素磺酸盐表面活性剂，包括与烷基酚缩合改性、通过酚羟基与烷基化试剂(如卤代烷烃)缩合改性和用脂肪胺反应改性，改性木质素磺酸盐表面活性剂是最有潜力的驱油用表面活性剂；⑧开展驱油用表面活性剂生产用原料的研究和开发，重点是控制原料的相对分子质量和分子量分布。参考文献院[1]王中华援AMPS/AM共聚物的合成[J].河南化工袁1992(7)院7-11.[2]王中华.SAMPS/AM/SAA共聚物降失水剂的合成与性能[J].精细石油化工袁1993(6)院1-4.[3]杨小华袁王中华.AM/AA/AMPS共聚物的合成及性能[J].甘肃化工袁2002袁16(1)院20-23.[4]王中华.AMPS/AM/AN三元共聚物降滤失剂的合成与性能[J].油田化学袁1995袁12(4)院367-369.[5]王中华.AM/AMPS/MAA三元共聚物的合成与性能[J].精细石油化工进展袁2001袁2(2)院1-4.[6]王中华.丙烯酸袁丙烯酰胺和AMPS聚合物的研究及应用[C]//2000工业表面活性剂技术经济文集.大连院大连出版社袁2000院305-308.[7]武玉民袁孙德军袁吴涛袁等.耐温抗盐降滤失剂AMPS/AM/IA共聚物泥浆性能的研究[J].油田化学袁2001袁18(2)院101-104.[8]王中华.AMPS/AM/VAC共聚物钻井液降滤失剂合成[J].钻采工艺袁1999袁22(4)院55-56.[9]杨小华袁王中华.AM/MAM/AA/AMPS四元共聚物的合成及性能[J].精细石油化工进展袁2001袁2(12)院12-14.[10]王中华.AMPS/AM/DMAM共聚物钻井液降滤失剂的合成[J].天津化工袁1998(4)院28-30.[11]王中华.AMPS/AM/DEAM共聚物钻井液降滤失剂的合成[J].四川化工与腐蚀控制袁1998袁1(6)院5-7.[12]陈娟袁严波袁孙庆林袁等.新型降滤失剂NJ-1的研究与应用[J].钻井液与完井液袁2005袁22(5)院36-38.[13]王中华.MJ-358具阳离子多元共聚物泥浆降滤失剂[J].钻采工艺袁1993袁16(3)院55-57.出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊