非离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展(油田化学作业)

非离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展摘要综述了非离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展。简述非离子表面活性剂的概念，及其在粘土表面的吸附机理与作用方式，并从课本得到其对粘土性质的改变。通过查找文献得到非离子表面活性剂的发展并找到其在油田的具体应用。关键词非离子表面活性剂吸附机理作用方式对粘土的改性进展实例非离子表面活性剂是在水溶液中不产生离子的表面活性剂。非离子表面活性剂在水中的溶度是由于分子中具有强亲水性的官能团，非离子表面活性剂在数量上仅次于阴离子表面活性剂，是一类大量使用的重要品种。非离子表面活性剂按亲水基团分类，有聚氧乙烯型和多元醇型两类。1吸附的机理非离子表面活性剂主要通过分子间氢键的作用吸附粘土。1.1氢键电负性原子和与另一个电负性原子共价结合的氢原子间形成的键，与电负性强的原子连接的氢原子趋向带部分正电。在这种形式的键中，氢原子在两个电负性原子间不等分配。与氢原子共价结合的原子为氢供体，另一个电负性原子为氢受体,表示为X-H…Y。1.2氢键的形成粘土颗粒晶层表面的极性基团与非离子表面活性剂间形成氢键。1.3氢键的特征使非离子表面活性剂更好的吸附于粘土颗粒表面，从而实现对粘土表面性能的改变与影响。1.4氢键的作用使非离子表面活性剂更好的吸附于粘土颗粒表面，从而实现对粘土表面性能的改变与影响。2作用方式非离子表面活性剂遇到粘土颗粒后，与其晶层表面的极性基团形成氢键，然后吸附在粘土颗粒表面。3对粘土表明性能的改变和影响3.1增加钻井液中粘土颗粒的分散性非离子表面活性剂进入到土壤环境后，通过两个方面来改变土壤粒子的表面特性，从而影响土壤团聚体的稳定性。一是非离子表面活性剂在土壤颗粒表面的吸附降低土壤颗粒的界面张力，使得团聚在一起的土壤颗粒分散开来；二是非离子表面活性剂吸附在土壤颗粒表面后，形成一定厚度的水化膜，从而将边边、边面连接的黏土颗粒分散开来，以提高钻井液内粘土颗粒的分散程度，提高钻井液的稳定性。3.2抑制粘土的水化膨胀粘土成分中蒙脱石占据了很大比重，而蒙脱石极易水化膨胀，钻井过程中若钻遇蒙脱石含量较高的地层，井壁会因粘土的水化膨胀而坍塌。而在钻井液中加入非离子表面活性剂则会大大改善这一状况。因为非离子表面活性剂覆盖在粘土表面上，通过多点吸附而产生固结作用和包被作用，既防止了粘土与水的直接接触，又增加了粘土的密实程度，从而抑制了粘土的水化膨胀。3.3改变粘土颗粒表面的润湿性所谓润湿反转就是指活性剂使固体表面的润湿性向相反方向转化的作用。由于非离子表面活性剂由亲水基和憎水基两部分组成，对于水湿性粘土表面，非离子表面活性剂的亲水基指向粘土方向，亲油基向外，在粘土表面定向排列，形成定向吸附层，从而使粘土由水湿性转变为油湿性；对油湿性粘土表面相反。这样就改变了粘土表面的润湿性。4目前研究的进展油田用非离子表面活性剂按照亲水基结构的不同，常用的主要有聚氧乙烯类、多元醇类以及烷基醇酰胺类等。Garciaa等研究发现，单独使用聚氧乙烯型非离子表面活性剂很难使原油与水之间的界面张力达到超低值;Lawson等的研究表明，非离子表面活性剂在地层中具有较高的吸附性。不过，由于这种表面活性剂因独特的分子结构而具有较好的抗盐性能，因此，在油田这类表面活性剂一般不单独使用，通常与石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐等阴离子型表面活性剂复配使用，以改善驱油体系的耐盐性能。相对于聚氧乙烯类表面活性剂，目前油田研究和应用相对较多的是Span、Tween系列多元醇型表面活性剂以及烷醇酰胺类。4.1多元醇类李干佐等研究了多元醇类非离子表面活性剂Tween80在胜利孤东油田驱油方面的应用，得到最佳ASP复合驱驱油体系配方为1.0%复碱(Na2CO3与NaHCO3的摩尔比为1∶1)+0.3%Tween80+0.1%3530S(HPAM)，该体系与原油在盐质量分数0～0.8%和油水体积比8∶2～1∶1均能形成稳定乳状液，其油水界面张力可降为4.61×10－4mN/m。此外，实验中还发现Tween80水溶性较好，浊点高于100℃，油砂上静态吸附量为4.35mg/g，总耗碱量为7.08mg/g，这些特点都在一定程度上满足这种表面活性剂作为驱油剂的要求。4.2.烷醇酰胺类烷醇酰胺类表面活性剂是20世纪90年代发展起来的新型绿色表面活性剂，目前研究多集中于应用配方及性能的探索，这类表面活性剂在国内的中原油田、大庆油田、克拉玛依油田等已进行了室内实验或矿场试验，并取得较好结果。针对中原油田高温高盐的特殊性质，赵普春等制备了一种烷醇酰胺型的非离子表面活性剂NS(化学成分为脂肪酸烷醇酰胺双聚氧乙烯醚)，并且研究了其在中原油田文明寨区块的驱油性能。实验表明NS的弱碱体系(0.025%Na2CO3+0.5%NS)在NaCl质量分数达10%时与原油的界面张力仍可维持在1×10－2mN/m，80℃下放置60天后该体系与原油之间的界面张力仍在10－2mN/m数量级，表现出良好的抗温抗盐性能。崔宝臣等的研究结果表明，在甲醇浓度为10g/L、SP-1浓度在1～10g/L范围内时，烷醇酰胺类非离子表面活性剂SP-1/醇/地层水体系与大庆十厂原油间的界面张力均能够达到10－3mN/m数量级，采用5g/LSP-1+10g/L甲醇复合体系在大庆采油十厂朝82-152井进行了单井降压增注试验，试验结果显示注入该体系后吸水厚度增加2m，日注水量提高了7m3。4.3.新型表面活性剂利用新疆克拉玛依油田原油中富含石油环烷酸的特点，唐军等以当地石油环烷酸为原料制备出新型石油环烷酸二乙醇酰胺，在较低浓度下该表面活性剂的弱碱体系(0.3%石油环烷酸二乙醇酰胺+1.0%Na2CO3)即可与克拉玛依七东一区原油形成10－3mN/m的超低界面张力，体现出优良的界面性能。5非离子表面活性剂在孤岛油田应用初探5.1两种非离子Gemini表面活性剂两种非离子Gemini表面活性剂的结构双酚酮醚-12和双酚醚-12的结构如图1所示,其化学式结构式如图2、图3。这类表面活性剂由于其离子头基处的联接基团链存在,使得两个离子头基以化学键方式联接起来,这样可以有效降低表面活性剂在分子有序聚集过程中的头基分离力,大大促进烷烃链间的疏水相互作用,使得其能够在有序聚集体中紧密排列。此外,还可以通过设计不同长度的联接基团链来调节单元分子离子头基间的静电力、烷烃链间的疏水相互作用强度和分子的几何形状与体积,从而显著影响分子之间的有序聚集,极大地提高其表面活性和生成胶团的能力。5.2分析结论5.2.1现场水中只加入碱、加入碱和双酚酮醚-12、加入碱和双酚醚-12,三种情况下的油水界面张力比单纯的油水界面张力都低,并且随着碱浓度的增大,界面张力降低幅度随之增大。5.2.2加入双酚酮醚-12和双酚醚-12后的油水界面张力比只加碱的油水界面张力低一个数量级。这说明双酚酮醚-12和双酚醚-12这两种表面活性剂与碱和油生成的皂类具有正协同效应。5.2.3总体上看,油水界面张力随碱浓度的增加呈线性下降趋势,且下降幅度逐渐增大。但是实验结果有两个特例:当碱浓度为1%时油水界面张力随时间的延长先迅速下降然后达到平衡;当碱浓度为1.2%时界面张力随时间的延长先下降然后上升在达到平衡。5.2.4总体上看,浓度为200
g/g的双酚酮醚-12现场水溶液中加入碱后,随着碱浓度的增大,降低油水界面张力的能力也随之增强,油水界面张力曲线变化趋势基本一致,都是快速下降后达到平衡。但是,碱浓度为0.75%时界面张力变化趋势特殊,界面张力曲线表现为先下降,再上升,然后下降。5.2.5总体上看,浓度为200
g/g的双酚醚-12现场水溶液中加入碱后,随着碱浓度的增大,降低油水界面张力的能力也随之增强,油水界面张力曲线变化趋势基本一致,都是快速下降后达到平衡。但是,碱浓度为0.5%时界面张力变化趋势特殊,界面张力曲线表现为先下降后又缓慢上升。5.2.6所测定的界面张力表明,双酚酮醚-12和双酚醚-12降低界面张力的能力较强,适合作驱油剂。参考文献：[1]唐红娇,侯吉瑞,赵凤兰,等.油田用非离子型及阴—非离子型表面活性剂的应用进展f[J].油田化学,2011,28(1):115-118.[2]庞春红.两种非离子Gemini表面活性剂在孤岛油田应用初探[J].内蒙古石油化工,2011(11):158-160.