表面活性剂科学及其在油气田开发中的应用

作者简介

《油田化学丛书:表面活性剂科学及其在油气田开发中的应用》为油田化学丛书之一。表面活性剂是石油工作液的主要化学品，而在石油开采过程中又涉及大量表面和界面作用问题。书中介绍了在石油工作液中涉及的特殊表面化学问题，阐述了表面活性剂，尤其是一些新型表面活性剂的合成方法及其应用性质，特别在耐温耐盐表面活性剂方面作专门介绍。

《油田化学丛书:表面活性剂科学及其在油气田开发中的应用》适合油田工程技术领域和从事表面活性剂应用开发的科技人员、相关专业大专院校师生参考使用。

书籍目录

第1章表面和界面 1.1液体表面1 1.1.1表面热力学1 1.1.2表面张力与表面能2 1.1.3弯曲表面3 1.1.4液体蒸气压与界面曲率5 1.1.5表面张力的测定6 1.2溶液表面8 1.2.1溶液表面张力—浓度依赖性8 1.2.2表面活性剂与表面活性9 1.2.3Gibbs吸附定理10 1.2.4溶液的界面状态方程13 1.3液液界面14 1.3.1液—液界面张力14 1.3.2液—液界面张力理论15 1.3.3低界面张力18 1.4固气界面（固体表面）20 1.4.1固体表面结构与表面成分20 1.4.2固体表面热力学22 1.4.3固体的表面能23 参考文献27 第2章界面上的相互作用与吸附 2.1界面上的微观相互作用29 2.1.1分子间的物理力29 2.1.2弱化学力35 2.1.3分子间相互作用对物质性质的影响36 2.1.4分子间相互作用参数和表面活性增效36 2.2固气界面的吸附37 2.2.1气体在固体表面的物理吸附37 2.2.2孔隙物质表面的气体吸附41 2.3固液界面的吸附作用42 2.3.1固体从溶液中吸附的特征42 2.3.2固体从稀溶液中的吸附等温线43 2.3.3电解质在固液界面的吸附43 2.3.4表面活性剂在固液界面的吸附44 2.3.5大分子表面活性剂在固液界面的吸附45 参考文献47 第3章表面活性剂 3.1阴离子表面活性剂49 3.1.1磺酸盐49 3.1.2羧酸盐型表面活性剂57 3.1.3硫酸酯盐59 3.1.4磷酸酯盐60 3.2阳离子表面活性剂60 3.2.1氮阳离子表面活性剂60 3.2.2硫正原子表面活性剂65 3.2.3季盐表面活性剂65 3.2.4碘钅翁化合物65 3.3两性离子表面活性剂66 3.3.1甜菜碱型表面活性剂66 3.3.2咪唑啉型表面活性剂69 3.3.3氨基酸型表面活性剂71 3.4非离子表面活性剂72 3.4.1聚醚亲水基表面活性剂73 3.4.2多元醇亲水基表面活性剂78 3.4.3半极性键型表面活性剂82 3.5非离子离子型表面活性剂83 3.5.1非离子—阴离子型表面活性剂83 3.5.2非离子—阳离子型表面活性剂85 3.6双子表面活性剂86 3.6.1Gemini表面活性剂的性能86 3.6.2影响Gemini表面活性剂性能的主要结构因素87 3.6.3双阳离子表面活性剂87 3.6.4双阴离子表面活性剂93 3.6.5阳离子—阴离子双子表面活性剂97 3.6.6双离子对表面活性剂98 3.6.7非离子型Gemini表面活性剂99 3.6.8非离子—阴离子双子表面活性剂101 3.7高分子表面活性剂102 3.7.1聚电解质表面活性剂102 3.7.2非离子高分子表面活性剂110 3.7.3改性天然高分子表面活性剂114 参考文献114 第4章表面活性剂的性质和功能 4.1表面活性剂的性质119 4.1.1表面活性119 4.1.2溶解性120 4.1.3化学稳定性121 4.1.4生物安全性122 4.1.5生物降解性122 4.2表面活性剂的基本评价参数——HLB值122 4.2.1HLB值的意义123 4.2.2HLB值的经验计算法123 4.2.3HLB值的实验测定125 4.2.4混合表面活性剂的HLB值126 4.2.5相转变温度（PIT）126 4.3溶液中的表面活性剂126 4.3.1临界胶束浓度127 4.3.2胶束129 4.3.3囊泡134 4.3.4液晶134 4.4表面活性剂的功能135 4.4.1润湿功能135 4.4.2分散与乳化功能136 4.4.3增溶功能137 4.4.4起泡和消泡功能139 4.4.5洗涤功能140 参考文献140 第5章乳状液和泡沫 5.1乳状液的性质和类型141 5.1.1乳状液的性质141 5.1.2乳状液的类型及鉴别方法144 5.1.3影响乳状液类型的因素145 5.2乳状液的稳定与失稳147 5.2.1乳状液的稳定性及其影响因素147 5.2.2乳状液的失稳151 5.3破乳160 5.3.1物理机械法破乳161 5.3.2化学法破乳162 5.3.3破乳剂的破乳原理162 5.4泡沫163 5.4.1泡沫性质与测定164 5.4.2泡沫的稳定性166 5.4.3表面活性剂分子结构对泡沫稳定性的影响173 5.4.4泡沫稳定性评价175 5.4.5泡沫稳定剂176 5.5消泡176 5.5.1有关消泡的理论研究176 5.5.2消泡剂178 参考文献179 第6章表面活性剂在钻井完井工程中的应用 6.1钻井液中的表面活性剂181 6.1.1降滤失剂181 6.1.2黏土水化抑制剂183 6.2新型钻井液体系184 6.2.1聚合醇钻井液185 6.2.2烷基糖苷钻井液186 6.2.3胺基钻井液187 6.3多相钻井液体系188 6.3.1乳化钻井液188 6.3.2微泡沫钻井液190 6.4表面活性剂在油井水泥中的应用192 6.4.1降滤失剂193 6.4.2缓凝剂194 6.4.3分散剂196 6.4.4防气窜剂197 参考文献197 第7章表面活性剂在采油工程中的应用 7.1表面活性剂治理油层伤害201 7.1.1油湿伤害与治理201 7.1.2水堵与治理202 7.1.3黏稠乳堵与治理202 7.1.4界面薄膜堵塞与治理202 7.1.5固形物堵塞与治理203 7.1.6表面能增高导致的渗透率降低与治理方法203 7.2表面活性剂在酸化工程中的应用204 7.2.1稠化酸204 7.2.2泡沫酸205 7.2.3乳化酸207 7.3表面活性剂在压裂工艺中的应用209 7.3.1乳化压裂液209 7.3.2泡沫压裂液211 7.3.3黏弹胶束压裂液212 7.4表面活性剂在EOR中的应用215 7.4.1表面活性剂驱油与复合驱油215 7.4.2微乳液驱油221 7.4.3泡沫驱油223 7.5表面活性剂在堵水中的应用228 7.5.1选择性堵水剂229 7.5.2非选择性堵水剂231 参考文献231 第8章表面活性剂在蜡晶抑制和原油降黏中的应用 8.1表面活性剂在稠油采输中的应用236 8.1.1降黏工艺方法237 8.1.2降黏降凝剂238 8.2表面活性剂清防蜡242 8.2.1清蜡剂243 8.2.2防蜡剂244 8.2.3防蜡机理248 参考文献248 第9章表面活性剂在水处理和材料保护中的应用 9.1表面活性剂在油田水处理中的应用（一）阻垢剂和杀菌剂250 9.1.1阻垢剂250 9.1.2杀菌剂255 9.2表面活性剂在油田水处理中的应用（二）絮凝剂、螯合剂和除油剂256 9.2.1絮凝剂257 9.2.2金属离子螯合剂260 9.2.3除油剂263 9.3表面活性剂在油气工程材料缓蚀中的应用264 9.3.1缓蚀剂的分类264 9.3.2阴离子表面活性缓蚀剂265 9.3.3阳离子表面活性缓蚀剂267 9.3.4两性离子表面活性缓蚀剂268 9.3.5非离子表面活性缓蚀剂269 9.3.6绿色环保型高分子表面活性缓蚀剂270 参考文献270 第10章表面活性剂在油气工程中的其他应用 10.1表面活性剂在排水采气中的应用274 10.1.1泡膜排水采气技术和泡排剂的性能274 10.1.2泡排剂和消泡剂275 10.2表面活性剂在原油破乳中的应用277 10.2.1原油破乳的主要方法277 10.2.2低分子表面活性破乳剂277 10.2.3大分子表面活性破乳剂279 10.2.4破乳机理284 参考文献285

编辑推荐

《表面活性剂科学及其在油气田开发中的应用》适合油田工程技术领域和从事表面活性剂应用开发的科技人员、相关专业大专院校师生参考使用。

前言

丛书前言油田化学是近几十年发展起来的一个交差学科，针对油气田开发、生产过程中的化学问题，涉及石油钻井、固井、完井、油气增产的酸化、压裂、提高采收率等各方面，是化学和石油工程结合的特殊学科。石油开发中的泥浆工程师、固井工程师、采油工程师、井下作业工程师都要具备油田化学知识。油田化学已经是油气田开发、生产中必需的知识，也是保证油气正常生产的技术。随着石油化工的发展，一些高性能，专用性的高分子材料、表面活性剂和无机材料相继问世，高分子工业、表面活性剂工业和无机材料有了突飞猛进的发展。由于这些材料具有多种应用功能，在原油勘探开发（钻井、固井）、油井增产、提高采收率、稠油开采输送、石油工程材料保护、油田环境治理中都是必不可少的化学品。目前油田化学方面的丛书很少，为此我们编写了《油田化学丛书》。本套丛书在高分子、表面活性剂、石油地质及开发知识的基础上，介绍了高分子材料、表面活性剂和无机材料在石油工程各环节中应用研究的最新进展，由西南石油大学油田化学教研室组织编写。作者根据多年来在高分子材料、表面活性剂和无机材料及其在油气田开发中的应用领域不断的探讨，将相关的研究工作和心得融合在书中。本丛书包括《油田用聚电解质的合成及应用》、《油田化学品的制备及现场应用》、《表面活性剂科学及其在油气田开发中的应用》和《特殊油气井化学工作液》四册。分别介绍了钻井、固井、完井、酸化、压裂、提高采收率等方面用离子型聚合物的合成、应用、特性、作用机理；油田化学品的主要制备方法，油气田钻井、固井、酸化、压裂、堵水调剖、化学驱油、防垢除垢、腐蚀与保护、集输和水处理方面化学品的制备及现场应用方法；表面活性剂在石油工程各环节中应用研究的最新进展；改善工作液材料、处理剂及工作液配方在固井、酸化、压裂、三次采油等方面的应用。本套丛书可作为油气田应用化学、石油工程、油气田材料工程学等学科的本科高年级学生、研究生课外阅读书籍，也可作为相关油田化学工程技术人员和油田化学助剂生产单位技术人员参考用书。西南石油大学油田化学教研室2012年2月前言素有工业味精美称的表面活性剂是一类重要的精细化学品。由它的亲水亲油结构决定，表面活性剂具有许多特殊的性质：表面活性(即降低水的表面张力的性质)、润湿与分散性能、乳化与起泡功能、增容性质、洗涤性能等。在分散体系中表面活性剂分子可以形成多种形态的聚集体，可以和许多物质发生相互作用，表面活性剂的这些行为使之几乎可以应用于人类生产活动和生活的各个方面：如洗涤剂、农药、食品、化妆品、纺织品加工，塑料、橡胶和皮革工业，医药，石油工程，金属加工，建筑业，涂料，新材料制备等。近几十年中，一方面，表面活性剂作为石油化工重要产品，在分子设计、门类开发、功能发掘、应用领域等方面的研究都取得长足进展；另一方面，在石油开发的几乎所有工程环节，表面活性剂都获得了应用，发挥着不可替代的作用。因此有必要就表面活性剂和表面活性剂科学的基本知识以及它们在油田开发各工程环节的应用作一个较系统的介绍。本书作者的研究团队在大分子表面活性剂研究领域耕耘三十多年，进入21世纪开始又对Gemini表面活性剂进行了系列探索，这些工作在本书中都有反映。本书共10章，前5章是表面活性剂科学基础知识，包括表面和界面、界面上的相互作用与吸附、界面活性剂、表面活性剂的性质和功能、乳状液和泡沫；后5章是表面活性剂科学在石油工程各环节，包括钻井、采油、稠油开采输送与清防蜡、水处理与材料保护和其他方面的应用。本书第1章、第2章、第5章、第8章、第9章、第10章由胡星琪执笔；第3章、第6章、第7章由赵田红执笔；第4章由张瑞执笔。全书由胡星琪统稿。感谢耿向飞为本书制作原图，感谢西南石油大学化学化工学院对本书写作的支持。如果本书到达读者手中能够对之提供些许帮助，作者无比欣慰；如果读者对本书的不足提出意见，作者深表谢意。胡星琪，赵田红，张瑞2012年10月于西南石油大学，成都

章节摘录

版权页：   插图：   若这种相互作用不存在，即使通过做功或增加表面活性剂浓度，也不会形成微乳状液；若条件适当，则无需做功，微乳状液即可自发形成。故配置微乳状液的关键在于乳化剂的选择，微乳状液的结构和性质很大程度上取决于表面活性剂和助表面活性剂的结构和链长。 制备微乳液可以采用以下两种方法。 ①Schulman法 在油、水和表面活性剂的均匀混合体系中滴加助表面活性剂（如醇类），待体系瞬时变得清亮透明，即形成了微乳液。微乳液类型依油水比例和表面活性剂种类不同而不同。 ②Shah法 在油、表面活性剂和助表面活性剂的均匀混合体系中滴加水或水溶液，当水含量达到一定值时瞬时形成透明的W／O微乳液。继续滴加水，它作为分散相就会历经球体→柱状体→层状或双连续结构→水连续相的系列变化，最终形成O／W微乳液。 阳离子型（如CTAB）、阴离子型（如磺酸盐，羧酸盐）、两性离子型（如甜菜碱）和非离子型表面活性剂（如脂肪醇聚氧乙烯醚）都可以在一定条件下制备出微乳液。 7.4.2.2微乳液的类型和结构 微乳液除了W／O和O／W型外，还有双连续相。Winsor发现微乳液有三种相平衡状态，见图7—8（a），它们在条件变化时，可以相互转化[图7—8（b）]。O／W微乳液（处于下位）与过剩油组成两相平衡体系，称下相微乳（WinsorⅠ型）；W／O微乳液（处于上位）与过剩水组成两相平衡体系，称上相微乳（WinsorⅡ型）；双连续相则是微乳液和过剩油、过剩水三相共存，油、水和微乳分别处于上、下和中层，称中相微乳（WinsorⅢ型）。均匀的单相微乳，W／O抑或O／W型，统称WinsorⅣ型微乳。能够用于提高采收率的是中相微乳。 7.4.2.3微乳液的性质 微乳液具有下列特别的性质：①微乳液属热力学稳定体系，它的形成是自发的，而微乳液一旦形成，即使在超速力场作用下也不会分层；②较大的增溶量，O／W型微乳液对油的增溶量可达60％，而胶束的增溶量仅在5％左右；③超低界面张力，中相微乳可以同时增溶大量的油和水，中相分别与上相和下相间的界面张力都很低，双—2—乙基己基琥珀酸钠（AOT）和CTAB复合表面活性剂（1：7，总浓度4.0％），正丁醇（4.0％），NaCl（0.56％）和正辛烷的等体积油水体系的微乳中相与上相和下相的界面张力相等时γE＝1.5×10—3mN·m—1；④微乳体系的黏度低，流动性好。

---

 表面活性剂科学及其在油气田开发中的应用下载

---