表面活性劑在其他方面的應用

緩蝕劑

    由于原油生產及集輸設備幾乎全是用鋼鐵材料制成的，而原油生產時，要產出大量含有腐蝕物的地層礦化水。為了延長這些設備的壽命，必須采取積極有效的防腐措施。除在設備本身生產時提供必要的涂層外，防腐劑也是其中一條有效的措施。

    根據使用環境，防腐劑是應溶于水，不和金屬起化學作用的表面活性劑。典型代表有取代吡啶；烷基氧化甲胺的鹵代衍生物RN(CH₂OR)₂，以及它的含硫醚季銨衍生物；C₄H₉CH₂NHCH₂CH₂-S=CH；酰基化的羥基烷基胺基酰胺。

    它們的共同特點都是有機分子中含有一定的極性基團，這就易被金屬吸附，形成一定的保護層。這些化合物同時又因為各自結構不同，因此，性質也有差異，可以根據具體使用的環境作進一步的選擇。

    油田使用防腐劑時，把它們配成一定濃度的溶液，用泵車從環形空間注入，然后從油管循環出來。這樣，不但對輸油管線起到了防腐作用，而且對油管也起到了保護作用。對于注入水或其他水管的防腐則是在將水處理完之后加入防腐劑，使其在管路中發揮作用。

    油田在進行增產措施如酸化壓裂時，要用到有腐蝕的藥劑，如酸化液，也應進行防腐處理，一般是將防腐劑加入到處理劑中去。這時，不但應考慮腐蝕劑的防腐效果，而且還應該考慮其和處理劑的兼容性。

    對它們性能的測定主要是考察其在表面上的吸附和表面能的變化。表面能可以通過接觸角測量或潤濕儀來實現。性能指數則是通過腐蝕性表測定的。

    酸化壓裂液的應用

    為了使酸液能夠進入地層深部，延長酸液的作用時間，有時需要采用乳化酸或稠化酸。所謂乳化酸是以酸液為內相，油為外相的乳狀液。所用表面活性劑主要是乳化劑。常用于乳化酸的表面活性劑為陽離子型的。為了使乳化酸的酸性在消耗完后可以破乳，常給其中加一些非離子活性劑作為助排劑。常用的陽離子活性劑有十二胺、十四胺和它們的混合物。活性劑的濃度為0．5％效果較好。另外，脂肪酸及其衍生物也可作為乳化劑。

配制乳化酸用的油為液態烴類，通常用柴油或煤油，也有用原油、汽油及其他餾分油的。由于處理地層溫度不同，因此，研究時應側重于在指定溫度下的穩定性，必要耐進行適當調整。 

和乳化酸類似的是稠化酸，即將酸液與添加劑混合，配制成粘稠的酸化體系。通常為非離子型表面活性劑，相對分子質量為4000～30000。使用較為普遍的是聚氧乙烯與聚氧丙烯的共聚物，其中聚氧乙烯分子量應占總分子量的25％。

這種體系粘度高，在進入地層時，能防止指進現象，更好地與低滲區作用。反排時，這種助排劑易降解，又具有表面活性，因而述可攜帶出地層中的污染物，達到酸化與解堵的雙重效果。下面是兩個典型的配方：     

配方一：鹽酸l2％；氫氟酸3％，Tetronicl508活性劑20％，水65％。Tetronicl508是乙二胺與氧乙烯、氧丙烯的共聚物。

    配方二：鹽酸l5％，甲酸5％，Tetroniel30430％，水50％。Tetronicl304也是乙=胺與氧丙烯及氧乙烯的共聚物，Tetron-icll508的聚氧乙烯親水部分占分子量的80％，而Tetronicl304聚氧乙烯部分占40％。它們在加熱到55℃時便可形成凝膠.

    使用泡沫酸也是近年發展起來的一種綜合處理措施，它是集酸化與清洗解堵的綜合措施。主體仍然是酸性組分，而表面活性劑組分的發泡作用卻大大提高了酸液的效果。和酸配伍較好的表面活性劑主要是ABS和OP-10，另外加入適量的R蝴(聚丙烯酰胺)作為泡沫的穩定劑。在油田現場用的段塞組成如下：

    前置泡沫液：ABS l％～l．5％，PAM 0．2％

    前置泡沫酸：HCl l2％～l5％，ZX緩蝕劑1．5％，0P一101．0％

    主體泡沫酸：HCl l0％～l2％，HF l％～3％，HAC 2％，ZX1．2％～l．5％   

    后置頂替：1％表面活性劑溶液

    泡沫酸的典型應用示例是在我國中原油田。該油田沉積相為粉細砂巖，膠結物比較復雜，普通酸化產生的碎屑很容易造成二次污染。酸化的目的就是將膠結物溶解掉，使地層孔道流暢。因此，將地層雜質清理掉也是有效措施之一。泡沫酸則起到了雙重作用。

    實驗階段選了22口井，進行了26井次的作業。配方和工藝基本上是一樣的，共用酸液816m³，成功率為100％。采用泡沫酸的平均處理半徑為l．3m，而普通酸化處理半徑在0．5m左右。處理后單井增液24．7m³／d，增油3．7t／d。平均有效期為121d，投入產出比達到1：3．7。

    壓裂中也常用到表面活性劑。最早使用是為了提高壓裂液的助排效果，降低摩阻。這類表面活性劑常用的有：丙烯酰胺或二甲胺基乙基異丁烯酸季銨鹽；二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺季銨鹽。對水敏性地層，為了不傷害地層，常用到油基壓裂液。油基壓裂液常為w／O乳狀液。由于要形成穩定的乳狀液，所用表面活性劑含量一般都很高。根據使用條件和選用表面活性劑的不同，其含量占0．5％～40％，常用濃度為3．0％～25％。乳狀液的分散粒

徑為0．01～100μm。用高濃度表面活性劑有助于降低油外相的量。在實際應用中，油外相量通常低于25％。為了提高粘度，可采用多重乳狀液方式，即再用粘稠液體作為外相。常使用的表面活性劑為油溶性表面活性劑，有陰離子、陽離子和非離子型的。陰離子的是由天然脂肪和油衍生的長鏈脂肪酸鹽和烷基苯磺酸鹽，如二十四烷基苯磺酸嗎啉鹽。陽離子活性劑代表物為高分子量的烷基胺和多元胺的酰胺。非離子活性劑是羥乙基化的直鏈醇和羥乙基化的烷基苯酚。

配制實例之一時先將柴油與表面活性劑按3：1的比例混合，然后在強烈的攪拌下緩慢加入2％NaCl水溶液，至水油比為9：1。在3000r/min速度下混合30min便可得到粒徑2．25μm的乳狀液。泡沫壓裂工藝是近年發展起來的一種適合于低壓、低滲、水敏性地層的增注增產措施。泡沫壓裂一般用№或032作氣相，約占70％，液相約占30％。液相中含有表面活性劑、增粘劑、泡沫穩定劑等。     

泡沫壓裂液中使用的表面活性劑主要是發泡劑，使用較多的化合物為：    ．

    十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯硫酸鈉、烷基酰胺聚氧乙烯醚、OP—l0等。    ．

    進口的主要為Mesul0-Foam-03。此外還有穩定劑、固泡劑、增粘劑等。

和其他室內評價一樣，泡沫壓裂液的評價指標有：泡沫質量：氣體體積占泡沫的總體積的百分數；

泡沫半衰期：泡沫基液析出一半的時間；

    泡沫粘度：泡沫在一定的溫度和剪切速率下流動的內摩擦力；

     濾失及濾失系數：表示濾失性大小；

    沉砂速度：砂粒在泡沫液中的沉降速度; 

密度、流動性等。  

    在現場，美國每年施工4000～5000次，我國在有低滲透的四川、新疆、華北、長慶、遼河等都取得了良好的應用效果。為了增加效果，有時將泡沫酸和泡沫壓裂結合在一起使用。結合在一起時，一般用酸液10～40m³，加砂10t，配制攜砂液50～100m³。由于有雙重效果，施工后油井附近的滲流油能力有很大提高。

在固井水泥中的應用   

由于水泥是一種多相分散體系，固含量高達70％以上，在石．油開采時經常用于固井。其中常用表面活性劑主要是提高其分散性能。分散劑的作用主要是改變固體顆粒表面的性質，常用的有：磺酸鹽t烷基酰胺磺酸鹽，最佳用量0．4％；聚苯磺酸鹽，常用量為0．5％～1．5％；木質素磺酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽等。

    高溫分散劑：丙酮和甲醛縮聚物，使用溫度可高達l50℃。

    分散劑的性能主要為吸附分散性，以保證其有良好的流變性和增強其穩定性。分散性能取決于表面活性劑在固體顆粒表面的吸附和疏水性能，親和性愈好，吸附性愈強。羥基多糖、羥基羧酸也是較好的分散劑，如水解淀粉、纖維素等。

    分散劑韻主要作用是：

    改變流變性：添加分散劑后，水泥漿的屈服應力可能為零，體系表現為牛頓流體.

    防止游離水和沉積作用：水泥是懸浮分散體系，有沉降趨勢。分散劑本身是膠體穩定劑，選擇適當便可防止沉降作用。一般使用量為0．2％～0．3％。’

    在固井作業中，還希望水泥有一定的固結時間。為了減緩凝結速度，有時用表面活性劑作緩凝劑。到目前為止，人們對水泥的緩凝機理還不是十分清楚，通常認為有以下幾種機理：

    吸附機理：表面活性劑吸附于水泥水化產物表面，屏蔽水泥顆粒與水的接觸而降低水化速度。

    分散機理：緩凝劑和液相中的Ca²⁺或OH^-反應形成一個不溶解、不滲透的膜包裹在水泥顆粒表面，從而抑制水泥顆粒的進一步水化，起到降低水化速度的作用。

  成核機理：緩凝劑吸附在水化產物微粒上阻礙它的進一步生長。     

絡合機理：Ca²⁺被緩凝劑分子螯合，阻止核的形成。

    以上幾種機理，歸根結底都是表面活性劑對膠團的穩定機理。表面活性劑的加入是為了防止固體顆粒的接觸和水化，常用的有：木質素磺酸鹽：紙漿濾液中提取的天然高分子，平均相對分子質量為20000～30000。同時，未精制的木質素磺酸鹽中含有多糖類化合物。它的使用濃度為0．1％～l．5％，使用溫度為120℃。但當給其加入硼酸鈉時，可使其使用溫度擴展到315℃。

    羥基羧酸：分子中含有羥基和羧基，應用廣泛的為葡萄糖和葡萄糖酸鹽。使用溫度為150℃。另外還有檸檬酸也是強緩凝劑，它們的用量為0．3%～0．8％。

  糖類與纖維素衍生物：它們是富含羥基的化合物，有較強的吸附能力。一般使用溫度為l20℃，用量為0．2％～0.5％。