三次采油用新型两性离子表面活性剂性能评价及应用

庄雪南

（大庆油田创业集团开普化工有限公司萨南化工分公司，黑龙江大庆 163000）

以表面活性剂结合碱、聚合物而构成的三元复合驱是三次采油中的有效方式，能够在很大程度上提高原油综合采收效率。但是当前我国原油开采中所使用的表面活性剂性能较差，耐温性、抗盐性等性能水平较低，且强碱的使用会破坏聚合物的溶液黏度，从而容易导致油井出现结垢、腐蚀等问题，会导致石油开采成本增加，降低石油开采效率。为此，使用无碱或弱碱的复合驱体系研究不断深入，两性离子表面活性剂随之而产生，两性离子表面活性剂具有许多优势，水溶性、润湿性等性能较好，且表面活性较高，临界胶束浓度较低，在三次采油中逐渐取得了广泛的应用。

1 两性离子表面活性剂基本介绍

两性离子表面活性剂是指同时含有两种离子性质的表面活性剂，即在亲水基一端有阳离子和阴离子，由阳离子和阴离子共同组成的表面活性剂。当前在我国三次采油中所使用的两性离子表面活性剂大部分是羟基盐类型的，其中阴离子部分是羟酸基，阳离子部分由胺盐构成的氨基酸两性离子表面活性剂。氨基酸型两性离子表面活性剂的水溶液呈碱性，在搅拌过程中加入盐酸，直到变为中性时仍然不会出现变化，在至微酸性时会生成一定的沉淀；如果继续加入盐酸或强酸，会发生沉淀溶解现象，由此可以说明在呈现碱性表现为阴离子表面活性剂，在呈现酸性时表现为阳离子表面活性剂，在阴离子和阳离子处于相对平衡状态时亲水性会有所变小从而生成沉淀。

分子中的阴离子为羧基，阳离子为铵盐。这类表面活性剂随介质pH的变化而显示不同的表面活性，例如十二烷基氨基丙酸（C12H25N+H2CH2CH2COO-）在氢氧化钠介质中可变为十二烷基氨基丙酸钠（C12H25NHCH2CH2COONa+），表现形式是能够溶于水的阴离子表面活性剂。除此之外，其在盐酸介质中可以变为十二烷基氨基丙酸的盐酸盐 〔（C12H25N+H2CH2CH2COOH）Cl-〕，表现为能溶于水的阳离子表面活性剂。如果调节介质的pH，使阳电性和阴电性达到平衡的状态，就能够转变成内盐（C12H25N+H2CH2CH2COO-），难溶于水而析出沉淀，此时的pH也被叫作等电点。想要充分发挥氨基酸型两性表面活性剂的最大作用，需要在偏离等电点pH的水溶液中进行使用，制备氨基酸型两性表面活性剂常用的原料为高级脂肪伯胺、丙烯酸甲酯、丙烯腈和氯乙酸等。

2 两性离子表面活性剂在三次采油中的应用评价

两性离子表面活性剂作为一种新型表面活性剂，根据其在三次采油中的实际应用经验来看，因两性离子表面活性剂的独特分子结构，具有许多的优势，在三次采油中所发挥的效果更为出色，相比于传统表面活性剂能够全面提高三次采油综合效率。

2.1 两性离子表面活性剂表面活性较高

两性离子表面活性剂中两端离子头基通过连接基团以化学键连接，相互之间的排斥倾向受制于化学键而被削弱，因此碳基链之间较为容易产生高强度的相互作用，碳基链之间的疏水结合能力更强，所以两性离子表面活性剂在表面上的排列更加紧密，也就是其表面活性较高的主要原因。两性离子表面活性剂12-12-12·Br〔双亚甲基-1，2-双（十二烷基二甲基溴化铵）〕的CMC（0.055%）相比于传统表面活性剂的十二烷基三甲基溴化铵CMC（0.50%）低一个数量级。两性离子表面活性剂较高的表面活性能够使其在浓度较低的情况下达到超低界面的张力，从而能够全面提高驱油效率。

2.2 两性离子表面活性剂水溶性较高

两性离子表面活性剂的溶解度显著增加时的温度一般在0℃以下，这就说明两性离子表面活性剂的水溶性较好，氨基酸型的两性离子表面活性剂在硬水中的水溶性表现也十分出色。两性离子表面活性剂水溶性较高是因为其分子中具有两个亲水基团，分子结构相比于一般的表面活性剂更加特殊，该特殊结构使其能够在晶格中不产生堆积。除此之外，连接基团的原子亲水性也较好，从而能够使其在水中高效率溶解。水溶性高是其在三次采油中发挥独特作用的重要因素，在很大程度上提高采油工作效率，并使原油开采效果得到很大的提升。

2.3 两性离子表面活性剂增容能力较强

增容作用是发生在CMC之上的，两性离子表面活性剂的CMC相比于其他表面活性剂更低，所以两性离子表面活性剂在水溶液中更为容易形成胶束，从而使其增容能力得到了很大的增强。两性离子表面活性剂在产生阳离子时其对烷烃的增容量可以达到一般普通表面活性剂的三倍以上，例如12-s-12，Br（2RenQ）在增容甲苯时，甲苯的摩尔比为3.7，其他一般表面活性剂在增容甲苯时，甲苯的摩尔比仅为0.76。增容能力较强使得两性离子表面活性剂在增容相同原油时，所需要的浓度更低，低浓度的表面活性剂能够很好地解决三次采油中存在的多种问题，且对于近些年来我国微乳液驱油技术的研究产生了重要的推动作用，为微乳液驱油技术的研究提供了新的思路。

2.4 两性离子表面活性剂协同作用较为出色

表面活性剂之间的分子作用是因为其离子头基所产生的静电而发生的，所以同时拥有两个离子基团的两性离子表面活性剂在协同作用方面表现更为出色，与一般其他表面活性剂相比协同作用更加出色，协同作用更强意味着在使用相同数量的表面活性剂情况下，两性离子表面活性剂使用总体数量更少，因此能够在很大程度上降低三次采油成本，对于降低石油采收综合成本具有重要的意义。

2.5 两性离子表面活性剂特殊的流变性

两性离子表面活性剂相比于其他一般表面活性剂而言，其流变性更加特殊，在低浓度时能够具有更高的黏度。以传统表面活性剂DATB相比，DATB是单性表面活性剂，其在10%低浓度的水溶液中的黏度与水基本相同，但是两性离子表面活性剂在浓度为10%的低浓度水溶液中，此时就已经形成了较大的胶束，在浓度为5%的低浓度水溶液中，黏度已经超过100Pa·s，并且具有弹性，当水溶液浓度为7%时，溶液已经类似于胶质。两性离子表面活性剂特殊的流变性能够使其具有较好的剪切稀释性，在高剪切时黏度较低，易于完成泵注工作，且在深层采油的油井中黏弹性会得以恢复，从而有利于扩大驱油波和体积，对于提高三次采油综合效率有着重要的推动作用。

2.6 两性离子表面活性剂润湿性较好

两性离子表面活性剂在低浓度水溶液中就能够将油湿的固体表面转化为强水湿表面，同时不会改变水湿表面的润湿性。因为两性离子表面活性剂具有两个离子头基，与非水溶性表面活性剂能够产生更为剧烈的反应，从而使得混合润湿的时间大幅度缩短。经过不断的应用实践表明，两性离子表面活性剂的润湿时间能够控制在120s之内，相比于传统表面活性剂其润湿时间大幅降低。

3 两性离子表面活性剂在三次采油中的优化应用策略

两性离子表面活性剂在我国三次采油工作中已经取得了较为广泛的应用，使得石油采收整体效率有了很大程度提高，但是因两性离子表面活性剂的特殊性，当前在三次采油中应用还存在着一些问题，需要采取一些优化应用措施，提高两性离子表面活性剂的应用效果。

3.1 需要优化两性离子表面活性剂合成工艺

虽然两性离子表面活性剂在三次采油中的应用效果较为出色，但是与一般的表面活性剂相比，其合成难度更高，合成工艺更加复杂，大部分两性离子表面活性剂都需要多个合成步骤，其中还需要进行分离和纯化等复杂的工艺流程，当前两性离子表面活性剂的生产效率已经成为制约其应用的主要问题。为此，需要优化两性离子表面活性剂合成工艺，提高两性离子表面活性剂合成效率，从而降低两性离子表面活性剂生产成本，使其能够更大规模地在三次采油中使用。

3.2 开发新型两性离子表面活性剂

当前我国已经研发出多种不同类型的两性离子表面活性剂，例如氨基酸型、甜菜碱型、羟酸基甜菜碱型、磺基甜菜碱型、磷酸酯甜菜碱型等多种。为了进一步提高两性离子表面活性剂在三次采油中的应用效果，需要结合石油采收工作特点以及我国科学技术的发展情况，加强两性离子表面活性剂新产品、新类型的研发，从而使两性离子表面活性剂的应用效果能够得到更大程度的提高。

3.3 提高两性离子表面活性剂的利用率

两性离子表面活性剂中含有阴离子基和阳离子基，综合性能相比于其他表面活性剂更为出色，能够降低石油采收成本，提高石油采收效率，因此需要加强两性离子表面活性剂的应用，提高其利用效率，将两性离子表面活性剂的优势最大化发挥，使其能够为我国石油采收行业的发展作出更大的贡献。为此，提高两性离子表面活性剂产品产率、开发新型产品、加强复配研究等工作需要继续开展，确保两性离子表面活性剂能够为三次采油工作提供更大的助力。

4 结束语

对新型两性离子表面活性剂进行了简单的介绍，并详细阐述了其具体优势，对其进行全面、综合的评价，且对两性离子表面活性剂的应用和优化应用策略进行详细的阐明，希望可以对我国化工行业以及石油采收行业起到一定的借鉴作用，不断提高我国石油综合产出效率，全面提高石油产品质量，缓解我国石油资源紧张的局面。