油田用表面活性劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)本科生課程論文封面課程名稱油田化學(xué)教師姓名李季老師本科生姓名劉超本科生學(xué)號(hào)20091001953本科生專業(yè)應(yīng)用化學(xué)所在院系材化學(xué)院類別:本科生日期:2012年3月25日

油田用表面活性劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

按照油田化學(xué)品的分類方法，根據(jù)用途可將油田用表面活性劑分為鉆井用表面活性劑；神氣開(kāi)采用表面活性劑、提高釆收率表面活性劑、油氣集輸用表面活性劑和水處理用表面活性劑等。

l油田表面活性劑現(xiàn)狀

(1)鉆井用表面活性劑。在油田用表面活性劑中，鉆井用表面活性劑(包括鉆井液處理劑和油井水泥外加劑)用量最大，約占油田用表面活性劑總量的60%左右；釆油用表面活性劑的量相對(duì)較少，但其技術(shù)含量相對(duì)較高，其用量約占油田用表面活性劑總量的1/3，這兩類化學(xué)品在油田用表面活性劑中占有重要的位置。

目前世界鉆井液處理劑的研究，形成了美、俄、中"三足鼎立"局勢(shì)，美國(guó)以各種新型聚合物材料為研究對(duì)象，俄羅斯主要立足于"原料價(jià)廉易得"這一原則，研究盡量以各種工業(yè)下腳料為基礎(chǔ)，其次是一些傳統(tǒng)處理劑(天然)改。我國(guó)的研究重點(diǎn)在充分利用傳統(tǒng)原料和開(kāi)發(fā)新型合成聚合物(包括單體)兩方面。國(guó)外鉆井液處理劑的研究重點(diǎn)更突出，即以含磺酸基的合成聚合物為基礎(chǔ)的各種產(chǎn)品，這也是未來(lái)的發(fā)展方向。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，新一代聚合物2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)多元共聚物產(chǎn)品成為新型鉆井液處理劑的代表。降粘劑、降濾失劑和潤(rùn)滑劑等品種有了突破性的進(jìn)展，特別是近幾年來(lái)，具有濁點(diǎn)效應(yīng)的聚合醇表面活性劑在國(guó)內(nèi)所有油田得到推廣應(yīng)用，并形成了一系列的聚合醇鉆井液體系。此外，甲基葡萄糖酸甙、甘油基鉆井液也在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得良好的效果，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，也促進(jìn)了鉆井液用表面活性劑出發(fā)展。目前，我國(guó)鉆井液處理劑已經(jīng)發(fā)展到18類，上千個(gè)品種，年消耗量近30萬(wàn)t。

國(guó)外20世紀(jì)80年代油井水泥外加劑快速發(fā)展，逐漸形成了系列化產(chǎn)品，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，合成聚合物材料普遍作為首選的研究對(duì)集；我國(guó)1993年油井水泥全部轉(zhuǎn)化為符合API標(biāo)準(zhǔn)的系列產(chǎn)品，外加劑隨之快速發(fā)展；國(guó)內(nèi)成功研制出了專用的油井水泥分散劑SAF(磺化丙酮甲醛縮聚物)，與固井質(zhì)量、抽氣層保護(hù)密切相關(guān)的油井水泥降濾失劑、促凝劑、緩凝劑和膠接增強(qiáng)劑等也均呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，并形成了專用的油井水泥外加劑，目前已經(jīng)發(fā)展到11類200多個(gè)品種，年用量數(shù)千噸。

(2)采油用表面活性劑。與鉆井用表面活性劑相比，采油用表面活性劑品種和數(shù)量都相對(duì)較少，特別是一些酸化和壓裂用產(chǎn)品。在壓裂用表面活性劑中，膠凝劑研究以改牲天然植物膠和纖維素為主，也包括各種合成聚合物如聚丙烯酰胺。近年來(lái)，國(guó)外在酸化液表面活性劑領(lǐng)域發(fā)展相對(duì)緩慢，研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)集中在開(kāi)發(fā)酸化用緩蝕劑，其特點(diǎn)是利用現(xiàn)有原料改性或復(fù)配緩蝕劑，其開(kāi)發(fā)的共同點(diǎn)是原料和產(chǎn)品無(wú)毒或低毒，且產(chǎn)品具有油/水溶或水分散性。胺類、季銨類和炔醇類復(fù)配緩蝕劑較多，醛類緩蝕劑由于具有毒性，開(kāi)發(fā)相對(duì)減少。緩蝕劑方面還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)的復(fù)合物，乳化劑則以油包酸型乳化劑為主。我國(guó)近年來(lái)壓裂酸化液用表面活牲劑研究力度不夠，進(jìn)展不大。除開(kāi)發(fā)過(guò)程中壓裂酸化液用的緩蝕劑外，其他用途的品種也較多，其中最多的是胺類(有機(jī)伯、仲、叔、季酰胺或其復(fù)配物)，咪唑啉及其衍生物也是一類用量較多的的有機(jī)緩蝕劑。

(3)油氣集輸用表面活性劑。我國(guó)油氣集輸用表面活性劑的研究、開(kāi)發(fā)和利用始于20世紀(jì)60年代，目前已有14類、數(shù)百個(gè)產(chǎn)品。其中，原油破乳劑用量最大，年需約2萬(wàn)t。我國(guó)針對(duì)不同油田研制了適用的破乳劑產(chǎn)品，不少品種已經(jīng)達(dá)到20世紀(jì)90年代國(guó)際水平；而降凝劑、流動(dòng)改進(jìn)劑、降粘劑和清防蠟劑等品種較少，且大多數(shù)為復(fù)配型產(chǎn)品，由于不同性質(zhì)的原油對(duì)用作降凝、流動(dòng)改進(jìn)、降粘和清防蠟?zāi)康牡谋砻婊钚詣┑囊蟛煌?，也為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提出了更高的要求和難度。

(4)油田水處理用表面活性劑。油田水處理劑是油用開(kāi)發(fā)中重要的一類油田化學(xué)品，各種水處理劑的年用量在6萬(wàn)t以上，其中表面活性劑占40%左右，盡管在油田水處理方面表面活性劑的需求量很大，但我國(guó)在水處理用表面活性劑方面的研究卻較少，油田水處理用表面活性劑的品種還不齊全，且多數(shù)產(chǎn)品都是從工業(yè)水處理行業(yè)引進(jìn)，但由于油田水的復(fù)雜性，直接從工業(yè)水處理方面引進(jìn)的產(chǎn)品適用性差，有時(shí)不能發(fā)揮功效，還缺少有針對(duì)性的油田水處理表面活性劑。國(guó)外對(duì)水處理用表面活性劑方面的研究以絮凝劑開(kāi)發(fā)最為活躍，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也很多，但用于油氣田污水處理的并不多。

(5)三次采油用表面活性劑。國(guó)外三次采油用表面活性劑產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)規(guī)模大。我國(guó)目前已經(jīng)形成了一些用于驅(qū)油的表面活性劑和聚合物品種，但還不能滿足三次采油的需要。國(guó)內(nèi)可用于合成驅(qū)油劑用表面活性劑的重烷基苯年產(chǎn)量不足2萬(wàn)t，難以滿足需要，且分子量大小和分子量分布不適用于合成驅(qū)油劑用表面活性劑；在植物羧酸鹽表面活性劑方面盡管已經(jīng)開(kāi)展了大量的工作，但仍然不能滿足油田驅(qū)油的需要，生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量存在問(wèn)題。大慶、勝利、遼河、大港等油田已經(jīng)實(shí)施了聚合物驅(qū)油，大慶油田建成了年產(chǎn)5.7萬(wàn)t的聚丙烯酰胺裝置，勝利油田建成了年產(chǎn)2萬(wàn)t以上的聚丙烯酰胺裝置，加上其他一些生產(chǎn)企業(yè)，全國(guó)已經(jīng)具有10萬(wàn)t/年以上的生產(chǎn)能力，目前驅(qū)油用聚合物的年需求量在數(shù)萬(wàn)t，從規(guī)模上已基本能滿足需要，但產(chǎn)品質(zhì)量(如相對(duì)分子質(zhì)量和溶解性、耐溫、抗鹽飽力)和國(guó)外還存在差距。在油田用表街活性劑中，三次采油用表面活性劑是最具有發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)品。

2油田用表面活性劑的發(fā)展趨勢(shì)

(1)鉆井用表面活性劑。為適應(yīng)鉆井的需要，鉆井用表面活性劑研究應(yīng)圍繞如下方向：①適用于深井(大于4500m)、抗高溫(150～180℃或更高)、抗鹽(NaCl至飽和)、抗鈣或鎂的增粘劑、降濾失劑、降粘劑和流型改進(jìn)劑的開(kāi)發(fā)；②大位移井、多分枝井用的潤(rùn)滑劑、井壁穩(wěn)定劑、流型改進(jìn)劑和低傷害處理劑的開(kāi)發(fā)；③復(fù)雜易坍塌地層的泥頁(yè)巖穩(wěn)定劑、堵漏劑的開(kāi)發(fā)；④低滲透地層鉆井用保護(hù)油氣層的各種處理劑，特別是兩性離子的合成聚合物處理劑的開(kāi)發(fā)；⑤對(duì)環(huán)境友好、低成本的天然材料改性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

今后需要進(jìn)行以下工作：①抗溫抗鹽的陰離子和兩性離子型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銨(DMDAAC)共聚物、微交聯(lián)抗溫抗鹽的聚合物的研制；②用于提高鉆井速度和保護(hù)油氣層的鉆井液的屏蔽暫堵劑、固壁劑的研制；③用于提高鉆井速度的鉆井液化學(xué)清潔劑的研制；④適用于不同地層溫度的聚合醇或多元醇(關(guān)鍵是濁度設(shè)計(jì))；⑤開(kāi)發(fā)以天然材料為主、無(wú)污染的新型鉆井液處理劑和聚甲基葡糖甙；⑥開(kāi)發(fā)環(huán)保型仿油基鉆井液用水基高效防塌劑、降濾失劑和包被劑；⑦無(wú)機(jī)-有機(jī)單體聚合物處理劑的研制；⑧高效低毒的無(wú)熒光潤(rùn)滑劑、起泡劑和消泡劑等專用的表面活性劑的研制。

油井水泥外加劑方面，應(yīng)開(kāi)發(fā)耐高溫的緩凝劑，以聚合物材料為基礎(chǔ)，研究與其他外加劑配伍性好、不發(fā)生過(guò)度緩凝和起泡的抗高溫分散劑，成本低廉的木質(zhì)素改性產(chǎn)品，水泥漿游離水控制劑，以及固體懸浮劑、降濾失劑和防氣竄劑等。今后工作重點(diǎn)：①完善脂肪族磺酸鹽縮聚物分散劑和降濾失劑(重點(diǎn)是磺化丙酮甲醛縮聚物、磺化三聚氰胺甲醛樹(shù)脂)；②以木質(zhì)素磺醮赫為基礎(chǔ)進(jìn)行分子修飾制備分散劑和緩凝劑；③合成聚合物高溫緩凝劑的開(kāi)發(fā)(AMPS聚合物)；④有利于減少水泥漿析水的合成聚合物降濾劑(重點(diǎn)是AMPS、NVP聚合物)；⑤改善二界面膠鋪綠麖的表面活性劑；⑥高效消泡劑的開(kāi)發(fā)。

(2)油氣開(kāi)采用表面活性劑。今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)油氣開(kāi)采用表面活性劑的研究和開(kāi)發(fā)，發(fā)展可用于低滲透油層改造和實(shí)現(xiàn)"穩(wěn)油控水"而實(shí)施堵水-調(diào)剖作業(yè)所需的無(wú)殘?jiān)某砘瘎?、助排劑、高?qiáng)度耐溫耐沖刷的化學(xué)劑，選擇性堵水-調(diào)剖以及耐溫抗鹽的堵水-調(diào)剖劑和稠化劑。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)性能良好、原料易得，價(jià)格低廉、使用方便，且與破膠劑作用后破膠徹底、不產(chǎn)生沉淀性殘?jiān)膲毫?、酸化用的天然植物膠或改性天然植物膠(田菁膠、香豆膠)、纖維素類和淀粉類稠化劑，以及抗鹽性好，耐溫(在90℃以上，甚至更高)的合成聚合物膠凝劑及環(huán)境安全、性能好的"綠色"緩蝕劑，同時(shí)重視利用工業(yè)廢料等。結(jié)合實(shí)際情況，圍繞現(xiàn)場(chǎng)和提高作業(yè)質(zhì)量的需要，應(yīng)著重開(kāi)展的工作：①耐溫抗鹽的堵水-調(diào)剖劑和選擇性堵水-調(diào)剖劑；②研制高性能的表面活性劑，并通過(guò)復(fù)配生產(chǎn)高效助排劑、低界面張力的表面活性劑；③開(kāi)發(fā)原料易得、價(jià)格低廉、使用方便且與破膠劑作用后破膠徹底、不產(chǎn)生沉淀性殘?jiān)奶烊恢参锬z或改性天然植物膠(毋菁膠、香豆膠)、纖維素類和淀粉類壓裂、酸化用的稠化劑。以AMPS、NVP和AM聚合物為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)抗溫抗鹽的合成聚合物膠凝劑或稠化劑；④開(kāi)發(fā)復(fù)合緩蝕劑、增效緩蝕劑，以及利用工業(yè)廢料(如石油煉油廠廢棄物)生產(chǎn)低成本及苯烯酮緩蝕劑；⑤黏土穩(wěn)定劑方面進(jìn)一步完善季銨鹽類表面活性劑，開(kāi)發(fā)陽(yáng)離子聚合物(如甲基丙烯酰二甲胺基乙酯和烯丙基二甲基氯化銨聚合物)；⑥適用于泡沫壓裂液的表面活性劑及用于油乳酸體系的抗溫乳化劑。

(3)油氣集輸用表面活性劑。用于稠油開(kāi)采的化學(xué)品具有開(kāi)發(fā)潛力，應(yīng)解決一般稠油-蒸汽驅(qū)效率低、超稠油開(kāi)采、管線常溫輸送、高碳(大于C40)原油采輸?shù)葐?wèn)題，解決這些問(wèn)題所需要的表面活性劑是高溫發(fā)泡劑、高溫堵漏劑(防竄)(300℃)、高效破乳劑、降凝劑、降粘劑、降阻劑和清防蠟劑等化學(xué)劑。油氣集輸用表面活性劑的開(kāi)發(fā)方向：①通過(guò)擴(kuò)鏈劑提高傳統(tǒng)破乳劑的相對(duì)分子質(zhì)量，并在新型破乳劑分子中引入含硅、磷和硼的元素，使破乳劑達(dá)到高效、低耗和一劑多功能；②開(kāi)發(fā)適用于高含水期原油的反向破乳劑(水包油型原油乳狀液破乳劑，如陽(yáng)離子聚醚)；③超高相對(duì)分子質(zhì)量的聚醚型破乳劑；④改性烷基酚醛樹(shù)脂聚醚類破乳劑；⑤適用于不同類型原油的高效降凝、減阻和降粘劑，適用于稠油乳化降粘的表面活性劑；⑥采用多種表面活性劑復(fù)配研制安全高效的水基清蠟劑，以及清防蠟專用的表面活性劑；⑦生產(chǎn)表面活性劑的原料開(kāi)發(fā)。

(4)油田水處理用表面活性劑。開(kāi)發(fā)可以有效降低水中機(jī)械雜質(zhì)、油含量和緩蝕、殺菌、阻垢的表面活性劑，如高效絮凝劑、反相破乳劑、高效緩蝕劑、殺菌劑、防垢、阻垢劑，兩性離子或陽(yáng)離子聚合物也是油田水處理劑的發(fā)展方向。目前油田水處理用表面活性劑產(chǎn)品品種少、新型高效的產(chǎn)品更少，發(fā)展?jié)摿^大。這方面應(yīng)深入開(kāi)展研究工作，盡快形成系列化配套產(chǎn)品。今后需要進(jìn)行的工作：①絮凝劑方面：重點(diǎn)開(kāi)展陽(yáng)離子聚合物、兩性離子聚合物、兩親離子聚合物、AMPS聚合物研究，關(guān)鍵是提高產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量、合理設(shè)計(jì)基團(tuán)比例；②阻垢劑方面：完善膦酸鹽類產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)胺類阻垢劑(如乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺與酸、烷基次磷酸鹽化合物、丙烯酸、AMPS等反應(yīng)物)，研究開(kāi)發(fā)聚環(huán)氧琥珀酸等產(chǎn)品；③緩蝕劑方面：以胺類為原料開(kāi)展更深入的研究工作，開(kāi)發(fā)二胺或多胺與脂肪酸的反應(yīng)產(chǎn)品、脂肪胺和不飽和脂肪酸的加成物、環(huán)狀季胺化合物等；④殺菌劑方面：重點(diǎn)在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性，開(kāi)發(fā)季膦鹽類、雙分手膜表面活性劑型殺菌劑，各種表面活性劑的復(fù)合生產(chǎn)復(fù)配型殺菌劑；⑤研制適用于水處理的基礎(chǔ)表面活性劑原料和單體。

(5)提高采收率表面活性劑。提高采收率表面活性劑是最具有發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)劑。圍繞耐溫抗鹽、抗高價(jià)金屬離子、高效優(yōu)質(zhì)和環(huán)境友好這一目標(biāo)，今后工作應(yīng)集中在以下幾點(diǎn)：①適用于聚合物驅(qū)油、堿/表面活性劑/聚合物驅(qū)油所需要的價(jià)廉的高分子聚合物，耐溫(120℃)、抗鹽(大于20萬(wàn)mg/L)的高分子聚合物；②適用于耐溫抗鹽聚合物研制需要的有機(jī)單體，包括表面活性劑單體和兩親單體，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開(kāi)發(fā)符合三次采油條件的表面活性劑重烷基苯磺酸鈉(WABS)以及煉油廠副產(chǎn)的烷基芳基磺酸鹽；④開(kāi)發(fā)適用于油田需要的由植物油下腳料為基礎(chǔ)的天然混合羧酸鹽表面活性劑，用生物法激活并以胺類調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量制備羧酸鹽；⑤開(kāi)發(fā)石油羧酸鹽、高分子表面活性劑和生物表面活性劑；⑥開(kāi)發(fā)具有抗鹽抗溫特性的磺基甜菜堿類表面活性劑，石油磺酸鹽甲醛縮合物、對(duì)羥基苯甲酸-對(duì)羥基苯磺酸共縮物型陰離子、非離子結(jié)合型表面活性劑、α-烯烴磺酸鹽表面活性劑等；⑦改性木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑，包括與烷基酚縮合改性、通過(guò)酚羥基與烷基化試劑(如鹵代烷烴)縮合改性和用脂肪胺反應(yīng)改性，改性木質(zhì)素磺酸鹽表面活性劑是最有潛力的驅(qū)油用表面活性劑；⑧開(kāi)展驅(qū)油用表面活性劑生產(chǎn)用原料的研究和開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)是控制原料的相對(duì)分子質(zhì)量和分子量分布。參考文獻(xiàn)院[1]王中華援AMPS/AM共聚物的合成[J].河南化工袁1992(7)院7-11.[2]王中華.SAMPS/AM/SAA共聚物降失水劑的合成與性能[J].精細(xì)石油化工袁1993(6)院1-4.[3]楊小華袁王中華.AM/AA/AMPS共聚物的合成及性能[J].甘肅化工袁2002袁16(1)院20-23.[4]王中華.AMPS/AM/AN三元共聚物降濾失劑的合成與性能[J].油田化學(xué)袁1995袁12(4)院367-369.[5]王中華.AM/AMPS/MAA三元共聚物的合成與性能[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展袁2001袁2(2)院1-4.[6]王中華.丙烯酸袁丙烯酰胺和AMPS聚合物的研究及應(yīng)用[C]//2000工業(yè)表面活性劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)文集.大連院大連出版社袁2000院305-308.[7]武玉民袁孫德軍袁吳濤袁等.耐溫抗鹽降濾失劑AMPS/AM/IA共聚物泥漿性能的研究[J].油田化學(xué)袁2001袁18(2)院101-104.[8]王中華.AMPS/AM/VAC共聚物鉆井液降濾失劑合成[J].鉆采工藝袁1999袁22(4)院55-56.[9]楊小華袁王中華.AM/MAM/AA/AMPS四元共聚物的合成及性能[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展袁2001袁2(12)院12-14.[10]王中華.AMPS/AM/DMAM共聚物鉆井液降濾失劑的合成[J].天津化工袁1998(4)院28-30.[11]王中華.AMPS/AM/DEAM共聚物鉆井液降濾失劑的合成[J].四川化工與腐蝕控制袁1998袁1(6)院5-7.[12]陳娟袁嚴(yán)波袁孫慶林袁等.新型降濾失劑NJ-1的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液袁2005袁22(5)院36-38.[13]王中華.MJ-358具陽(yáng)離子多元共聚物泥漿降濾失劑[J].鉆采工藝袁1993袁16(3)院55-57.出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊