表面活性劑在原油開采中有廣泛的用途，在鉆井、固井、采油、原油破乳、集輸、煉油等各生產過程中，使用表面活性劑，對于保證鉆井安全，提高原油采收率、油品質量、生產效率及設備防護和運輸等起著重要作用。據統計，美國用于油田開發的表面活性劑約占工業用表面活性劑的l7％。20世紀60年代末，我國石油工業開始應用表面活性劑，現在已應用于石油生產各環節。目前我國已能生產數十個品種石油工業用表面活性劑，產量約數萬噸。陽離子表面活性劑由于其獨特的性能在原油開采中發揮了重要作用。

一、油田殺菌劑

油田中生存著大量的微生物，可造成設備的腐蝕和損壞，管道和注水井的堵塞；使油層孔隙滲透率下降，妨礙注水采油；甚至可以降解其他油田化學品并且削弱其藥劑的使用效率。因此，需要投放殺菌劑以保證油田建設的進行。

1．殺菌劑現狀

目前油田所使用的殺菌劑一般都是沿用民用水和工業循環水的藥劑，按其殺菌機理可分為有氧型殺菌劑和非氧型殺菌劑。由于油田環境及對水質的要求與民用水和工業循環水的環境及對水質的要求不同，細菌的種類及其危害不同，所以對殺菌劑的性能要求也不同。對油田危害最大的細菌有硫酸鹽還原菌、鐵細菌和腐生菌。因此，選擇殺菌劑要針對這些細菌人手。硫酸鹽還原菌是厭氧菌，可氧化含碳有機化合物或氫，還原硫酸鹽產生H2S。它生存的pH值范圍很寬，可在5．5～9．0之間，油田存在的硫酸鹽還原菌成群或成菌落附著在管壁上，它的主要危害是對金屬表面的去極化作用，由于其氫化酶的作用，把硫酸鹽還原成硫化物和初生態氧[0]，而[0]與[H]去極化生成H20，靠它的去極化作用加速對管道和設備的腐蝕，腐蝕產物FeS又可以堵塞管道和注水井。由于硫酸鹽還原菌的危害最大，幾乎從各個方面妨礙采油，所以，近些年人們很重視對它的研究：如發現硫酸鹽還原菌的新菌株、其氧化含碳有機物的范圍等。

    腐生菌又稱粘液形成菌，是好氣異養菌，它分泌大量的粘液附著在管線和設備上，造成生物垢堵塞注水井和過濾器，同時，也會產生氧濃差電池而引起設備和管道的腐蝕和給硫酸鹽還原菌提供生存、繁殖的環境等。其中最重要的腐生菌．鐵細菌是分布很廣的多目多科細菌，它主要是將亞鐵氧化成高價鐵，利用鐵氧化釋放的能量滿足其生存的需要，它的危害比一般腐生菌的危害大，往往是檢測殺菌劑效果時選用的菌種。

細菌和其他生物一樣，也要受到環境因素的制約。一般是根據影響細菌生長的因素來選擇殺菌滅藻藥劑：①阻礙菌體的呼吸作用；②抑制蛋白質的合成，或破壞蛋白質的水膜，或中和蛋白質的電子，使蛋白質沉淀而失去活性；③破壞菌體內外環境平衡，使其失水干枯而死，或充水膨脹而亡；④妨礙核酸的合成，喪失和改變其核酸的活性。除此以外，還要考慮環保等因素，有的藥劑殺菌能力很強，但不能生物降解；有的藥劑能殺死這種細菌但卻是其他細菌的營養液，這些都不能用于油田殺菌。另外，油田的地質情況和水中的雜質都會影響殺菌劑的藥效，這是選擇油田殺菌劑及其投放量所要注意的。從目前油田所使用的殺菌劑及其效果來看，表面活性劑類(SAA)，特別是陽離子和兩性離子的季銨鹽化合物，能降低水的表面張力、剝離污泥，與其他化學藥劑配伍增效，具有一劑多能的特性，是目前油田廣泛使用的殺菌劑之一。其代表性產品為十二烷基二甲基氯化芐(1227)。其殺菌機理是選擇性地吸附到帶負電荷的菌體上，在細菌表面形成高濃度的離子團而直接影響細菌細胞的正常功能，它直接損壞控制細胞滲透性的原生質膜，使之干枯或充脹死亡。由于投放表面活性劑殺菌劑時會產生大量泡沫，同時表面活性劑會和水中的有機物及其他雜質絡合而失去殺菌效率。因此，在使用表面活性劑殺菌劑時往往要添加消泡劑，同時必須對油井進行清洗、反排、酸化等嚴格的操作管理。

2．殺菌劑類型

細菌的生命力極強，任何一種殺菌劑使用時間長都會使細菌產生抗藥性，引起殺菌劑的殺菌效率下降、藥量增加等問題，因此，需要不斷地開發研制新的油田殺菌劑。近十多年，我國在油田殺菌劑的開發研究方面做了大量工作，目前仍以表面活性劑類殺菌劑為主。(1)烷基改性的季銨鹽類殺菌劑  在十二烷基二甲基芐基氯化銨的基礎上進行烷基改性，如2-羥基-3-十二烷氧基丙基三甲基氯化銨類殺菌劑，縮醛基改性的季銨鹽殺菌劑，雙雜環結構季銨鹽殺菌劑，帶有苯氧基季銨鹽類殺菌劑等，都是烷基改性季銨鹽類殺菌劑，可作1227殺菌劑的替代產品，這類殺菌劑由于其疏水基含有水溶性基團，可以提高季銨鹽在油水中的分散度，增加表面活性劑的表面活性，加強藥劑在細菌菌體的吸附作用，因而增強它的殺菌效果。

    (2)季鏻類殺菌劑  季鏻鹽類殺菌劑的開發和研制被稱為近十年殺菌劑研究的最新進展之一。從季鏻鹽和季銨鹽的結構來看，磷原子較氮原子的離子半徑大，極化作用強，使得季鏻鹽更容易吸附帶負離子的菌體，同時由于季轔鹽分子結構比較穩定，與一般氧化還原劑和酸堿都不發生反應。因此，季鏻鹽的使用范圍很廣，可在pH=2～12的水中使用，而季銨鹽只有在pH≥9時效果才最佳。所以季鏻鹽更是一種高效、廣譜、低藥量、低發泡、低毒和強污泥剝離作用的殺菌劑。

    (3)雙子陽離子表面活性劑型殺菌劑  該表面活性劑結構是長鏈烷基表面活性劑的兩個離子頭由一個連接基團連接，Gemini表面活性劑，也就是二聚表面活性劑，由于該表面活性劑的特殊結構，它具有獨特的表面活性，它的CTn．C值要比普通單分子的表面活性劑低兩個數量級，降低表面張力的能力Q0值要低三個數量級。它用作殺菌劑時，抗菌波長范圍比一般單鏈銨鹽寬。它使用范圍很廣，可以在溫度為l～175℃，pH=4～11的淡水、海水和廢水等多種水系統中進行殺菌滅藻，特別是中間連接基團含有S—S鍵時，容易改變含硫蛋白質的物化性能而使其具有優越的殺菌活性。由于該藥劑配伍性能好，與普通表面活性劑有著良好的協同作用，因此，可以大大地削弱該藥劑價格相對昂貴的缺陷。

    (4)雙重作用的殺菌劑  根據殺菌劑的殺菌機理可將殺菌劑分為氧化型和非氧化型殺菌劑。表面活性劑殺菌劑屬非氧化型殺菌劑，靠其在細菌表面吸附和滲透作用進行殺菌；氧化型殺菌劑是靠其氧化作用進行殺菌的。如二溴次氮基丙酰胺是通過在細菌表面的吸附和滲透，與細菌內部的有機溴及蛋白質反應進行殺菌，是雙重作用的殺菌劑。該藥劑最早用于造紙行業和工業循環水的處理，目前已將其用于油田水的殺菌，也取得較好的效果，是一個很有發展潛力的油田殺菌劑品種。

    (5)復配型油田殺菌劑的研究各種類型的殺菌劑，特別是有機化合物，如表面活性劑，除了具有殺菌效果外還兼有緩蝕、除垢等作用，如果將幾種藥劑復配使用，將會大大地提高殺菌效果。目前國內市場上銷售的SQ₈實際是二硫氰基甲烷與l227復配而成，其殺菌效果較l227殺菌劑更明顯，特別適用于那些對1227殺菌劑已產生抗藥性的細菌。目前，國外有關復配型殺菌劑的研究報道很少，但隨著人們對復配規律不斷地探索和研究，特別是隨著近年來人們對陰陽離子對表面活性劑結合體的研究和開發，復配型殺菌劑將會扮演重要角色。

    另外，最近國外有關資料報道，一些專家學者將某些殺菌劑活性組分負載在一些高分子材料上，得到不溶性的殺菌劑，這種負載型殺菌劑具有高活性、快速、廣譜和可再生的特性。由于該殺菌劑不污染處理過的水，符合綠色化學的發展方向，有著巨大的市場潛力。與傳統的殺菌劑相比，該殺菌劑從費用上也是很經濟的。目前，尚未見到該類型殺菌劑在油田建設上采用的示例，但將來有可能在油田水處理過程中使用。

    油田水處理中應用的殺菌劑主要應用于控制或殺滅水中的菌、藻等微生物，即水的消毒滅菌。以季銨鹽為代表的非氯化型殺菌劑，則與陰離子型阻垢劑相容性差而受到限制，為此要開發新型水處理藥劑。

新型的水處理藥劑將根據綠色化學原理和觀點來設計以防止污染。許多對環境低毒性的化合物，將逐漸代替原有的毒性高的化合物。這將促使許多化學品公司和工廠制造低毒和更易生物降解的水處理莼劑，因此顯示出圍繞性能、環境和經濟三個目標的綠色化學及其技術確實是水處理藥劑未來的發展方向。

二、油井堵水劑

采收原油，遇到油水同層時，應使用選擇性封堵劑堵水，遇到油水不同層時，使用非選擇性封堵劑堵水，陽離子表面活性劑水溶液是一種常用的選擇性封堵劑，當它進入水層時，陽離子表面活性劑吸附在被水沖刷出來的砂巖表面，使出水層位由親水轉變為親油，增加了水的流動阻力。起到堵水作用。其原理如圖1。

圖1陽離子表面活性劑堵水作用原理

    油井堵水問題實質上是一毛細現象，如圖1所示，水在巖石孔隙中的運移可作為毛細現象處理。在上述體系中存在著下述平衡關系。

    γ_sv—γ_sw=γ_LvCOSφw

    式中γ_sv為巖石孔隙壁的表面張力(表面能)；γ_sw水與巖石孔隙壁間的固-水界面張力，γ_Lv為地層水的表面張力。

    在未加封堵劑陽離子表面活性劑之前，水在巖石孔隙中的狀態，由于巖石孔隙壁為高能表面γ_sv有較高值，而水與高能表面的巖石孔隙壁有很好的相容性，所以γ_sw的值較小，因此γ_sv-γ_sw >0，因此COSφw>0，則φw<90^。。水對巖石孔隙壁有較好的潤濕性，由圖1(a)可知地層水在孔隙中成凹液面，液面產生的毛管力△p與液面移動的方向一致，因此毛管力有助于拉動液面前進。地層水就會不斷地從孔隙中滲出。

    在加入陽離子表面活性劑后，當陽離子表面活性劑溶于地層水中后會隨著地層水的運移吸附于巖石孔隙壁的表面上。在巖石孔隙壁與水接觸時往往由于吸附水中的負離子或因自身的解離而使其巖石孔隙壁帶負電荷，因此帶正電荷的陽離子表面活性劑就很容易以帶正電荷的離子頭通過靜電引力吸附于巖石孔隙壁帶負電荷的部位，而以疏水的碳氫鏈伸入水中形成了在高能表面的巖石孔隙壁上覆蓋了一層疏水的低能表面，代替了原來的高能表面使γ_sv大幅度下降，另一方面因疏水的碳氫鏈與水的相容性差使得γ_sw升高，其結果導致γ_sv-γ_sw<0。則COSφw<0，使φw>90^。此時地層水的流動狀態如圖1(b)中液面呈凸液面，毛管力的方向指向液體內部，與地層水前進的方向相反，毛管力起到阻止液面前進的作用。于是起到了堵水作用。

    常用的陽離子表面活性劑有十六烷基胺乙酸鹽、十六烷基二甲基胺乙酸鹽、十六烷基氯化吡啶、十六烷基二甲基苯基氯化銨、十八烷基胺乙酸鹽、雙(十八烷基)二甲基氯化銨、十八烷基氯化吡啶、十八烷基二乙烯基三胺二乙酸鹽等。用陽離子表面活性劑乳化石蠟做堵水也能達到選擇性堵水目的。

    在采油工業中，氧化胺與雙氧水一同作為油田注水添加劑，可以增加采收率。

    另外，為防止或減緩鉆井液對鉆具的腐蝕，常加入一些防腐劑。如吡啶類雜環季銨鹽。