中國地質大學本科生課程論文封面課程名稱油田化學教師姓名李季老師本科生姓名劉超本科生學號20091001953本科生專業應用化學所在院系材化學院類別:本科生日期:2012年3月25日

油田用表面活性劑的現狀及發展趨勢

按照油田化學品的分類方法，根據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較少，但其技術含量相對較高，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，美國以各種新型聚合物材料為研究對象，俄羅斯主要立足于"原料價廉易得"這一原則，研究盡量以各種工業下腳料為基礎，其次是一些傳統處理劑(天然)改。我國的研究重點在充分利用傳統原料和開發新型合成聚合物(包括單體)兩方面。國外鉆井液處理劑的研究重點更突出，即以含磺酸基的合成聚合物為基礎的各種產品，這也是未來的發展方向。

20世紀90年代以來，新一代聚合物2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)多元共聚物產品成為新型鉆井液處理劑的代表。降粘劑、降濾失劑和潤滑劑等品種有了突破性的進展，特別是近幾年來，具有濁點效應的聚合醇表面活性劑在國內所有油田得到推廣應用，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場應用中取得良好的效果，表現出良好的應用前景，也促進了鉆井液用表面活性劑出發展。目前，我國鉆井液處理劑已經發展到18類，上千個品種，年消耗量近30萬t。

國外20世紀80年代油井水泥外加劑快速發展，逐漸形成了系列化產品，在新產品開發方面，合成聚合物材料普遍作為首選的研究對集；我國1993年油井水泥全部轉化為符合API標準的系列產品，外加劑隨之快速發展；國內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)，與固井質量、抽氣層保護密切相關的油井水泥降濾失劑、促凝劑、緩凝劑和膠接增強劑等也均呈現出良好的發展勢頭，并形成了專用的油井水泥外加劑，目前已經發展到11類200多個品種，年用量數千噸。

(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量都相對較少，特別是一些酸化和壓裂用產品。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，國外在酸化液表面活性劑領域發展相對緩慢，研究開發的重點集中在開發酸化用緩蝕劑，其特點是利用現有原料改性或復配緩蝕劑，其開發的共同點是原料和產品無毒或低毒，且產品具有油/水溶或水分散性。胺類、季銨類和炔醇類復配緩蝕劑較多，醛類緩蝕劑由于具有毒性，開發相對減少。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)的復合物，乳化劑則以油包酸型乳化劑為主。我國近年來壓裂酸化液用表面活牲劑研究力度不夠，進展不大。除開發過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(有機伯、仲、叔、季酰胺或其復配物)，咪唑啉及其衍生物也是一類用量較多的的有機緩蝕劑。

(3)油氣集輸用表面活性劑。我國油氣集輸用表面活性劑的研究、開發和利用始于20世紀60年代，目前已有14類、數百個產品。其中，原油破乳劑用量最大，年需約2萬t。我國針對不同油田研制了適用的破乳劑產品，不少品種已經達到20世紀90年代國際水平；而降凝劑、流動改進劑、降粘劑和清防蠟劑等品種較少，且大多數為復配型產品，由于不同性質的原油對用作降凝、流動改進、降粘和清防蠟目的的表面活性劑的要求不同，也為新產品的開發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發中重要的一類油田化學品，各種水處理劑的年用量在6萬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，且多數產品都是從工業水處理行業引進，但由于油田水的復雜性，直接從工業水處理方面引進的產品適用性差，有時不能發揮功效，還缺少有針對性的油田水處理表面活性劑。國外對水處理用表面活性劑方面的研究以絮凝劑開發最為活躍，開發的產品也很多，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。國外三次采油用表面活性劑產品質量穩定，生產規模大。我國目前已經形成了一些用于驅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。國內可用于合成驅油劑用表面活性劑的重烷基苯年產量不足2萬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開展了大量的工作，但仍然不能滿足油田驅油的需要，生產規模和產品質量存在問題。大慶、勝利、遼河、大港等油田已經實施了聚合物驅油，大慶油田建成了年產5.7萬t的聚丙烯酰胺裝置，勝利油田建成了年產2萬t以上的聚丙烯酰胺裝置，加上其他一些生產企業，全國已經具有10萬t/年以上的生產能力，目前驅油用聚合物的年需求量在數萬t，從規模上已基本能滿足需要，但產品質量(如相對分子質量和溶解性、耐溫、抗鹽飽力)和國外還存在差距。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展潛力的化學品。

2油田用表面活性劑的發展趨勢

(1)鉆井用表面活性劑。為適應鉆井的需要，鉆井用表面活性劑研究應圍繞如下方向：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、降粘劑和流型改進劑的開發；②大位移井、多分枝井用的潤滑劑、井壁穩定劑、流型改進劑和低傷害處理劑的開發；③復雜易坍塌地層的泥頁巖穩定劑、堵漏劑的開發；④低滲透地層鉆井用保護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發；⑤對環境友好、低成本的天然材料改性產品的開發。

今后需要進行以下工作：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、微交聯抗溫抗鹽的聚合物的研制；②用于提高鉆井速度和保護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(關鍵是濁度設計)；⑤開發以天然材料為主、無污染的新型鉆井液處理劑和聚甲基葡糖甙；⑥開發環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無機-有機單體聚合物處理劑的研制；⑧高效低毒的無熒光潤滑劑、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，應開發耐高溫的緩凝劑，以聚合物材料為基礎，研究與其他外加劑配伍性好、不發生過度緩凝和起泡的抗高溫分散劑，成本低廉的木質素改性產品，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：①完善脂肪族磺酸鹽縮聚物分散劑和降濾失劑(重點是磺化丙酮甲醛縮聚物、磺化三聚氰胺甲醛樹脂)；②以木質素磺醮赫為基礎進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發(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高效消泡劑的開發。

(2)油氣開采用表面活性劑。今后應當加強油氣開采用表面活性劑的研究和開發，發展可用于低滲透油層改造和實現"穩油控水"而實施堵水-調剖作業所需的無殘渣的稠化劑、助排劑、高強度耐溫耐沖刷的化學劑，選擇性堵水-調剖以及耐溫抗鹽的堵水-調剖劑和稠化劑。進一步開發性能良好、原料易得，價格低廉、使用方便，且與破膠劑作用后破膠徹底、不產生沉淀性殘渣的壓裂、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境安全、性能好的"綠色"緩蝕劑，同時重視利用工業廢料等。結合實際情況，圍繞現場和提高作業質量的需要，應著重開展的工作：①耐溫抗鹽的堵水-調剖劑和選擇性堵水-調剖劑；②研制高性能的表面活性劑，并通過復配生產高效助排劑、低界面張力的表面活性劑；③開發原料易得、價格低廉、使用方便且與破膠劑作用后破膠徹底、不產生沉淀性殘渣的天然植物膠或改性天然植物膠(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聚合物為重點開發抗溫抗鹽的合成聚合物膠凝劑或稠化劑；④開發復合緩蝕劑、增效緩蝕劑，以及利用工業廢料(如石油煉油廠廢棄物)生產低成本及苯烯酮緩蝕劑；⑤黏土穩定劑方面進一步完善季銨鹽類表面活性劑，開發陽離子聚合物(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。用于稠油開采的化學品具有開發潛力，應解決一般稠油-蒸汽驅效率低、超稠油開采、管線常溫輸送、高碳(大于C40)原油采輸等問題，解決這些問題所需要的表面活性劑是高溫發泡劑、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劑。油氣集輸用表面活性劑的開發方向：①通過擴鏈劑提高傳統破乳劑的相對分子質量，并在新型破乳劑分子中引入含硅、磷和硼的元素，使破乳劑達到高效、低耗和一劑多功能；②開發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，如陽離子聚醚)；③超高相對分子質量的聚醚型破乳劑；④改性烷基酚醛樹脂聚醚類破乳劑；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生產表面活性劑的原料開發。

(4)油田水處理用表面活性劑。開發可以有效降低水中機械雜質、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，兩性離子或陽離子聚合物也是油田水處理劑的發展方向。目前油田水處理用表面活性劑產品品種少、新型高效的產品更少，發展潛力較大。這方面應深入開展研究工作，盡快形成系列化配套產品。今后需要進行的工作：①絮凝劑方面：重點開展陽離子聚合物、兩性離子聚合物、兩親離子聚合物、AMPS聚合物研究，關鍵是提高產品的相對分子質量、合理設計基團比例；②阻垢劑方面：完善膦酸鹽類產品，開發胺類阻垢劑(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等反應物)，研究開發聚環氧琥珀酸等產品；③緩蝕劑方面：以胺類為原料開展更深入的研究工作，開發二胺或多胺與脂肪酸的反應產品、脂肪胺和不飽和脂肪酸的加成物、環狀季胺化合物等；④殺菌劑方面：重點在傳統的基礎上進行改性，開發季膦鹽類、雙分手膜表面活性劑型殺菌劑，各種表面活性劑的復合生產復配型殺菌劑；⑤研制適用于水處理的基礎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展潛力的化學劑。圍繞耐溫抗鹽、抗高價金屬離子、高效優質和環境友好這一目標，今后工作應集中在以下幾點：①適用于聚合物驅油、堿/表面活性劑/聚合物驅油所需要的價廉的高分子聚合物，耐溫(120℃)、抗鹽(大于20萬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開發符合三次采油條件的表面活性劑重烷基苯磺酸鈉(WABS)以及煉油廠副產的烷基芳基磺酸鹽；④開發適用于油田需要的由植物油下腳料為基礎的天然混合羧酸鹽表面活性劑，用生物法激活并以胺類調節相對分子質量制備羧酸鹽；⑤開發石油羧酸鹽、高分子表面活性劑和生物表面活性劑；⑥開發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、對羥基苯甲酸-對羥基苯磺酸共縮物型陰離子、非離子結合型表面活性劑、α-烯烴磺酸鹽表面活性劑等；⑦改性木質素磺酸鹽表面活性劑，包括與烷基酚縮合改性、通過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改性，改性木質素磺酸鹽表面活性劑是最有潛力的驅油用表面活性劑；⑧開展驅油用表面活性劑生產用原料的研究和開發，重點是控制原料的相對分子質量和分子量分布。參考文獻院[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].精細石油化工進展袁2001袁2(2)院1-4.[6]王中華.丙烯酸袁丙烯酰胺和AMPS聚合物的研究及應用[C]//2000工業表面活性劑技術經濟文集.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].精細石油化工進展袁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]陳娟袁嚴波袁孫慶林袁等.新型降濾失劑NJ-1的研究與應用[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：諸葛亮先帝創業未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊