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

　　本书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。本书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。本书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。

第1章 表面和界面
1.1 液体表面
1.1.1 表面热力学
1.1.2 表面张力与表面能
1.1.3 弯曲表面
1.1.4 液体蒸气压与界面曲率
1.1.5 表面张力的测定
1.2 溶液表面
1.2.1 溶液表面张力?浓度依赖性
1.2.2 表面活性剂与表面活性
1.2.3 Gibbs吸附定理
1.2.4 溶液的界面状态方程
1.3 液液界面
1.3.1 液-液界面张力
1.3.2 液-液界面张力理论
1.3.3 低界面张力
1.4 固气界面（固体表面）
1.4.1 固体表面结构与表面成分
1.4.2 固体表面热力学
1.4.3 固体的表面能
参考文献

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
2.1.1 分子间的物理力
2.1.2 弱化学力
2.1.3 分子间相互作用对物质性质的影响
2.1.4 分子间相互作用参数和表面活性增效
2.2 固气界面的吸附
2.2.1 气体在固体表面的物理吸附
2.2.2 孔隙物质表面的气体吸附
2.3 固液界面的吸附作用
2.3.1 固体从溶液中吸附的特征
2.3.2 固体从稀溶液中的吸附等温线
2.3.3 电解质在固?液界面的吸附
2.3.4 表面活性剂在固?液界面的吸附
2.3.5 大分子表面活性剂在固?液界面的吸附
参考文献

第3章 表面活性剂
3.1 阴离子表面活性剂
3.1.1 磺酸盐
3.1.2 羧酸盐型表面活性剂
3.1.3 硫酸酯盐
3.1.4 磷酸酯盐
3.2 阳离子表面活性剂
3.2.1 氮阳离子表面活性剂
3.2.2 硫正原子表面活性剂
3.2.3 季盐表面活性剂
3.2.4 碘钅翁化合物
3.3 两性离子表面活性剂
3.3.1 甜菜碱型表面活性剂
3.3.2 咪唑啉型表面活性剂
3.3.3 氨基酸型表面活性剂
3.4 非离子表面活性剂
3.4.1 聚醚亲水基表面活性剂
3.4.2 多元醇亲水基表面活性剂
3.4.3 半极性键型表面活性剂
3.5 非离子离子型表面活性剂
3.5.1 非离子?阴离子型表面活性剂
3.5.2 非离子?阳离子型表面活性剂
3.6 双子表面活性剂
3.6.1 Gemini表面活性剂的性能
3.6.2 影响Gemini表面活性剂性能的主要结构因素
3.6.3 双阳离子表面活性剂
3.6.4 双阴离子表面活性剂
3.6.5 阳离子?阴离子双子表面活性剂
3.6.6 双离子对表面活性剂
3.6.7 非离子型Gemini表面活性剂
3.6.8 非离子?阴离子双子表面活性剂
3.7 高分子表面活性剂
3.7.1 聚电解质表面活性剂
3.7.2 非离子高分子表面活性剂
3.7.3 改性天然高分子表面活性剂
参考文献

第4章 表面活性剂的性质和功能
4.1 表面活性剂的性质
4.1.1 表面活性
4.1.2 溶解性
4.1.3 化学稳定性
4.1.4 生物安全性
4.1.5 生物降解性
4.2 表面活性剂的基本评价参数——HLB值
4.2.1 HLB值的意义
4.2.2 HLB值的经验计算法
4.2.3 HLB值的实验测定
4.2.4 混合表面活性剂的HLB值
4.2.5 相转变温度（PIT）
4.3 溶液中的表面活性剂
4.3.1 临界胶束浓度
4.3.2 胶束
4.3.3 囊泡
4.3.4 液晶
4.4 表面活性剂的功能
4.4.1 润湿功能
4.4.2 分散与乳化功能
4.4.3 增溶功能
4.4.4 起泡和消泡功能
4.4.5 洗涤功能
参考文献

第5章 乳状液和泡沫
5.1 乳状液的性质和类型
5.1.1 乳状液的性质
5.1.2 乳状液的类型及鉴别方法
5.1.3 影响乳状液类型的因素
5.2 乳状液的稳定与失稳
5.2.1 乳状液的稳定性及其影响因素
5.2.2 乳状液的失稳
5.3 破乳
5.3.1 物理机械法破乳
5.3.2 化学法破乳
5.3.3 破乳剂的破乳原理
5.4 泡沫
5.4.1 泡沫性质与测定
5.4.2 泡沫的稳定性
5.4.3 表面活性剂分子结构对泡沫稳定性的影响
5.4.4 泡沫稳定性评价
5.4.5 泡沫稳定剂
5.5 消泡
5.5.1 有关消泡的理论研究
5.5.2 消泡剂
参考文献

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
6.1.1 降滤失剂
6.1.2 黏土水化抑制剂
6.2 新型钻井液体系
6.2.1 聚合醇钻井液
6.2.2 烷基糖苷钻井液
6.2.3 胺基钻井液
6.3 多相钻井液体系
6.3.1 乳化钻井液
6.3.2 微泡沫钻井液
6.4 表面活性剂在油井水泥中的应用
6.4.1 降滤失剂
6.4.2 缓凝剂
6.4.3 分散剂
6.4.4 防气窜剂
参考文献

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
7.1.1 油湿伤害与治理
7.1.2 水堵与治理
7.1.3 黏稠乳堵与治理
7.1.4 界面薄膜堵塞与治理
7.1.5 固形物堵塞与治理
7.1.6 表面能增高导致的渗透率降低与治理方法
7.2 表面活性剂在酸化工程中的应用
7.2.1 稠化酸
7.2.2 泡沫酸
7.2.3 乳化酸
7.3 表面活性剂在压裂工艺中的应用
7.3.1 乳化压裂液
7.3.2 泡沫压裂液
7.3.3 黏弹胶束压裂液
7.4 表面活性剂在EOR中的应用
7.4.1 表面活性剂驱油与复合驱油
7.4.2 微乳液驱油
7.4.3 泡沫驱油
7.5 表面活性剂在堵水中的应用
7.5.1 选择性堵水剂
7.5.2 非选择性堵水剂
参考文献

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
8.1.1 降黏工艺方法
8.1.2 降黏降凝剂
8.2 表面活性剂清防蜡
8.2.1 清蜡剂
8.2.2 防蜡剂
8.2.3 防蜡机理
参考文献

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
9.1.1 阻垢剂
9.1.2 杀菌剂
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
9.2.1 絮凝剂
9.2.2 金属离子螯合剂
9.2.3 除油剂
9.3 表面活性剂在油气工程材料缓蚀中的应用
9.3.1 缓蚀剂的分类
9.3.2 阴离子表面活性缓蚀剂
9.3.3 阳离子表面活性缓蚀剂
9.3.4 两性离子表面活性缓蚀剂
9.3.5 非离子表面活性缓蚀剂
9.3.6 绿色环保型高分子表面活性缓蚀剂
参考文献

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
10.1.1 泡膜排水采气技术和泡排剂的性能
10.1.2 泡排剂和消泡剂
10.2 表面活性剂在原油破乳中的应用
10.2.1 原油破乳的主要方法
10.2.2 低分子表面活性破乳剂
10.2.3 大分子表面活性破乳剂
10.2.4 破乳机理
参考文献

　　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