油田化学2010-2

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1、第一章表面活性剂第一节表面活性剂的定义、分类定义某些物质当它们以低浓度存在于一体系中时，可吸附在该体系的表面（界面）上，使这些表面（界面）的表面（界面）自由能发生明显降低的现象，这些物质被称为表面活性剂（Surface-activeagent,orsurfactant)。它是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团所组成的有机化合物。定义表面活性剂的分子结构分类按化学结构分：当表面活性剂溶于水时，凡能电离生成离子的---离子型表面活性剂（分为阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂）。凡在水中不电离的---非离子型表面活性剂。分类分类

2、分类分类两性表面活性剂如甜菜碱型两性表面活性剂分类类型重要作用阴离子型起泡、乳化、破乳、防蜡、油井增产、水井增注、提高原油采收率阳离子型防蜡、缓蚀、杀菌、乳化、破乳、减小油井水油比、抑制粘土膨胀非离子型起泡、乳化、破乳、防蜡、油井增产、水井增注、提高原油采收率两性型缓蚀、杀菌、乳化、破乳、抑制粘土膨胀、提高原油采收率第二节表面活性剂的性质和作用溶液界面吸附溶液的表面张力水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变。有些溶质加入后能使溶液的表面张力降低，另一些溶质加入后却使溶液的表面张力升高。溶液界面吸附胶束与临界胶束浓度（CMC）胶束就是表面

3、活性剂分子的聚集体或缔合体或结合体；临界胶束浓度就是表面活性剂在溶液中开始明显形成胶束的浓度，以CMC（criticalmicelleconcentration）表示。胶束与临界胶束浓度（CMC）表面活性剂浓度越大，则形成的胶束越多；溶液中存在单个表面活性剂离子(或分子)与胶束之间的动平衡。形成胶束的原因是活性剂分子的两亲性，即存在着亲水基团和亲油基团。胶束与临界胶束浓度（CMC）临界胶束浓度CMC不是一个固定的数值，而是一个范围。活性剂浓度达到CMC时，溶液的各项性质有个突变，去污力、电导率增加很快，表面张力、界面张力降低很明显，增

4、溶性大大加强。表面活性剂的CMC一般都很低，在0.02％-0.4％左右。使用表面活性剂时，浓度一般要比临界胶束浓度稍大，否则其性能不能充分发挥。加（增）溶作用（Solubilization）非极性的碳氢化合物如苯等不能溶解于水，却能溶解于浓的肥皂溶液，或者说溶解于浓度大于CMC，且已经大量生成胶束(或称胶团)时的离子型表面活性剂溶液，这种现象叫加溶作用。加（增）溶作用（Solubilization）加（增）溶作用的特点：加（增）溶作用可以使被溶物的化学势大大降低，使整个体系更加稳定；加（增）溶作用是一个可逆的平衡过程；加（增）溶作用与

5、真正的溶解作用也不相同。加（增）溶作用过程中溶质并未拆开成分子或离子，而是“整团”溶解在肥皂溶液中。润湿反转作用润湿反转作用就是活性剂使固体表面的润湿性向相反方面转化的作用。能使固体表面的润湿性发生反转的活性剂叫润湿剂。润湿反转作用是由于润湿剂在固体表面上的吸附产生的。一般来说砂岩表面是亲水表面(即水对砂岩表面的润湿角θ<90℃)当它与原油接触时，原油中的天然活性剂就会吸附到砂岩表面上来，并按极性相近规则排到砂岩表面。砂岩表面即由亲水表面反转成为亲油表面，如下图。润湿反转作用乳化（破乳）作用乳化作用就是使两种互不相溶的液体形成乳状液，

6、并具有一定稳定性的作用。乳状液的直径一般为0.1μ~100μ。乳状液可分两类：油包水型(W／O)为水分散在油中形成的分散体系，如含水原油；水包油型(O／W)为油分散在水中所形成的分散体系，如含油污水。具有能使乳状液生成的活性剂叫乳化剂，反之，具有破坏乳状液作用的活性剂叫破乳剂。乳化剂的乳化作用也是由于活性剂在液一液界面上的吸附引起的，如下图。乳化（破乳）作用起泡作用泡沫是气体分散在液体中的分散体系(也有气体分散在固体中的分散体系，如泡沫塑料、泡沫混凝土等)。起泡作用是使泡沫易于严生，并具有一定稳定性的作用，具有起泡作用的活性剂叫起泡剂

7、。起泡作用也是由于活性剂在气一液界面上的吸附形成活性剂的薄膜，并使表面张力大大下降，从而增加了气、液的接触面，使泡沫易于产生，加之活性剂吸附产生了一定强度的保护膜，可以防止气体合并变大，因此具有一定稳泡性，为使泡沫更加稳定，常加稳泡剂。第三节表面活性剂化学结构和性质的关系表面活性剂化学结构和性质的关系表面活性剂都是由亲水基和亲油基组成。由于亲水基有阴离子、阳离子、非离子、两性等不同种类，故其性质也不同。从亲水基的种类、HLB值、分子结构、分子量等全面综合来考察结构和性质的关系是很重要的，如下图。表面活性剂化学结构和性质的关系表面活性剂

8、的亲水性HLB值(HydrophileLipophileBalance)即亲水亲油平衡值由美国Atlas研究所在实验基础上创立的亲水亲油平衡值用来表示活性剂的亲水性大小。HLB值越大，表示亲水性越强，HLB值越小，亲油性