1、油田化学剂油田化学剂现状及其现状及其发展趋势发展趋势n油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状n化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势n含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景n提高采收率研究方向简介提高采收率研究方向简介提提 纲纲油田化学油田化学 油田化学油田化学与油田地质学密切联系；是钻井工程、采油工程、油藏工程和集输与油田地质学密切联系；是钻井工程、采油工程、油藏工程和集输工程等的边缘科学；各门基础化学（无机、有机、分析、物化、表面、胶体化学工程等的边缘科学；各门基础化学（无机、有机、分析、物化、表面、胶体化学等）是油田化学的基础；与流体力学和渗流力学及环境化学
2、也有密切的联系。等）是油田化学的基础；与流体力学和渗流力学及环境化学也有密切的联系。钻井化学钻井化学采油化学采油化学集输化学集输化学1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状 钻井化学钻井化学主要研究钻井主要研究钻井/完井和水泥浆体系的性能及其控制与调整。包括添完井和水泥浆体系的性能及其控制与调整。包括添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及钻井、完井、固井、射孔、试加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及钻井、完井、固井、射孔、试油等过程的化学问题。油等过程的化学问题。采油化学采油化学主要研究油层改造和油水井化学改造问题。包括改造方案、添加剂主要研究油层改造和油水井化
3、学改造问题。包括改造方案、添加剂的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及采油过程中的众多化学问题。的作用机理、合成、筛选、改进和应用。涉及采油过程中的众多化学问题。集输化学集输化学主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油主要研究设备和管道的腐蚀与防护、原油的破乳与乳化、原油的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及的降粘与降阻输送、天然气的处理和利用、油田污水和污泥的综合处理以及油气田环境保护问题。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。油气田环境保护问题。涉及原油集输和预处理中的众多化学问题。1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状 1.1
4、 油田化学品的分类：n按油气田勘探开发的过程和阶段分类n按油田化学剂的组成和结构进行分类n按油田化学剂的功能和用途进行分类n按用田化学剂的所起的作用进行分类n按油田化学剂相互间的关系进行分类1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状n按油气田勘探开发的阶段分类：分为钻井用剂、采油用剂和集输用剂等；n按油田化学品的组成结构分类：分为有机、无机；活性剂、聚合物等；n按油田化学品的用途进行分类；分为驱油剂、调剖剂、堵水剂、缓蚀剂等；n按油田化学品的作用进行分类：分为功能型、预防型和消除型等；n按油田化学剂相互的关系分类：分为主剂和助剂（添加剂）等。1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化
5、学剂的分类及其现状按油气田勘探开发的阶段分类:n钻井用剂n采油用剂n集输用剂1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状 钻井用剂钻井用剂钻井完井液用剂水泥浆添加剂钻井液体系及添加剂完井液体系及添加剂完井油气层保护用剂水泥浆体系及外加剂固井射孔油气层保护用剂 钻井完井液液处理剂钻井完井液液处理剂降滤失剂；PH调节剂；增粘剂；除钙剂；降粘剂；起泡剂；絮凝剂；乳化剂；润滑剂；絮凝剂；防塌剂；缓蚀剂；解卡剂；抗温处理剂；密度调整材料；堵漏材料等。水泥浆的外加剂与外掺料水泥浆的外加剂与外掺料 按用途将水泥浆外加剂于外掺料合在一起分成七类，即水泥浆促凝剂、水泥浆缓凝剂、水泥浆减阻剂、水泥浆膨
6、胀剂、水泥浆降滤失剂、水泥浆密度调整外掺料、水泥浆防漏外掺料。采油用剂采油用剂油层化学改造用剂(提高采收率用剂)油水井化学改造用剂(化学增产增注用剂)调剖剂 堵水剂 防砂剂降粘剂 缓蚀剂 破乳剂示踪剂 清蜡剂 防蜡剂防垢剂 除垢剂 防膨剂酸化用剂 压裂用剂水处理剂 油层保护剂化学驱用剂聚合物驱用剂活性剂驱用剂碱驱用剂复合驱用剂混相驱油剂 烃类混相驱用剂 非烃类混相驱用剂热采用剂 蒸汽驱用剂 火烧油层用剂微生物及其助剂缓 蚀 剂减 阻 剂破 乳 剂降 粘 剂 阻 垢 剂污水处理剂环境保护用剂集集输输用用剂剂天然气处理剂1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状 1.2 采油化学用剂
7、的整体现状 采油用剂主要有驱油剂、水井调剖剂、油井堵水剂、防砂胶结剂、防蜡剂、清蜡剂、防垢剂、除垢剂、粘土稳定剂、金属缓蚀剂、水处理剂、除氧剂、杀菌剂、示踪剂、酸液添加剂、压裂液添加剂等。主要介绍驱油用剂。1.2 油田化学用剂的整体现状 （1）种类多，用量大，适应性和针对性强；（2）品牌多，厂家多，各成体系，标准不规范，市场管理混乱，亟待进行规范；（3）要求高，功能强（高效、低廉、多功能、复合型），难度越来越大；（4）重实用，轻理论，基础研究不够，需要加强基础研究和理论上的突破。1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状 1.3 采油化学用剂的发展历程 （1）采油化学是随着采油工
8、艺发发展而发展,采油化学的发展加速了采油工艺的发展。（2）采油化学发展是从两方面展开：一方面是改造地层（提高采收率）；另一方面是改造油水井及近井地带（解决砂、蜡、水、稠、低问题）。1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状（3）采油地层越来越深，温度越高，矿化度越高，渗透率越低，多种敏感性（如水敏、盐敏、酸敏、碱敏、速敏等）越严重，因而对采油化学提出更苛刻的要求。（4）采油化学发展史是一部化学剂在采油领域不断扩大使用范围的历史。用于采油的化学剂，可分为功能型化学剂、预防型化学剂和消除型化学剂三大类。它们还可进一步分为主剂和助剂。如驱油，驱油剂是主剂，牺牲剂、流度控制剂、稳定剂是助
9、剂，如酸化，酸是主剂，缓蚀剂、缓速剂、铁稳定剂、防乳化剂等是助剂。1.1.油田化学剂的分类及其现状油田化学剂的分类及其现状1.4 采油化学用剂的发展历程钻井化学方面钻井化学方面n(1)(1)开发研制保护油气层和环境可接受的钻井液开发研制保护油气层和环境可接受的钻井液/完井完井液体系及其添加剂液体系及其添加剂,特别是保护储层和生物毒性低特别是保护储层和生物毒性低（可生物降解）的添加剂，如聚合醇（酯、醚等）、（可生物降解）的添加剂，如聚合醇（酯、醚等）、天然改性物等天然改性物等;n(2)(2)深井、超深井、水平井和高温高压井等特殊油气层深井、超深井、水平井和高温高压井等特殊油气层或苛刻条件下钻井用
10、剂的研发，如高温、高压、高密或苛刻条件下钻井用剂的研发，如高温、高压、高密度无固相钻井完井液及其添加剂的研究；度无固相钻井完井液及其添加剂的研究；钻井用剂发展趋势钻井用剂发展趋势1.5 油田化学用剂的发展趋势n(3)(3)钻井过程中特殊油气层的伤害机理及其保护技术及钻井过程中特殊油气层的伤害机理及其保护技术及其油层保护剂的研究，如裂缝、低渗水敏、水平井、其油层保护剂的研究，如裂缝、低渗水敏、水平井、超深井油气层保护用剂等；超深井油气层保护用剂等；n(4)(4)抗盐、抗温水泥浆外加剂的研制开发等；抗盐、抗温水泥浆外加剂的研制开发等；n(5)(5)废弃钻井液废弃钻井液/完井液的处置及综合利用；完井
11、液的处置及综合利用；n(6)(6)进一步降低成本，开发高效、廉价的添加剂系列；进一步降低成本，开发高效、廉价的添加剂系列；n(7)(7)泡沫钻井液体系及其添加剂的研究。泡沫钻井液体系及其添加剂的研究。钻井用剂发展趋势钻井用剂发展趋势 l(1)(1)提高化学驱效果、降低成本、提高适应性研究，开发抗温抗盐聚合提高化学驱效果、降低成本、提高适应性研究，开发抗温抗盐聚合物和活性剂、粘度稳定剂、设备及工艺参数的优化、后续增产措施的物和活性剂、粘度稳定剂、设备及工艺参数的优化、后续增产措施的研究，复合驱、泡沫驱、微生物驱、超声波、微波等新技术及其驱油研究，复合驱、泡沫驱、微生物驱、超声波、微波等新技术及其
12、驱油剂的研究与应用；剂的研究与应用；l(2)(2)稠油热采井调剖封窜剂、防砂固砂及提高热效率的研究，二氧化碳稠油热采井调剖封窜剂、防砂固砂及提高热效率的研究，二氧化碳驱、氮气驱、丙烷驱、地下裂解降粘等技术的可行性、适应性研究，驱、氮气驱、丙烷驱、地下裂解降粘等技术的可行性、适应性研究，抗高温助剂的开发研制；抗高温助剂的开发研制；l(3)(3)区块整体改造控水稳油技术研究，高含水后期调驱一体化、疏松砂区块整体改造控水稳油技术研究，高含水后期调驱一体化、疏松砂岩防砂堵水一体化、非均质油层调堵酸化一体化等复合工艺技术的应岩防砂堵水一体化、非均质油层调堵酸化一体化等复合工艺技术的应用，裂缝性油藏的堵水
13、技术，多轮次措施及其化学剂的研究等；用，裂缝性油藏的堵水技术，多轮次措施及其化学剂的研究等；采油用剂发展趋势采油用剂发展趋势n(4)高温、低温、粉细砂地层的化学防砂剂开发研制，分层防砂、分级防砂和复合防砂工艺技术的研究，无机固砂剂的研制；n(5)超低渗地层的深部酸化解堵技术研究，高温酸化添加剂系列的研究开发；n(6)特殊油气层、难动用储量（薄层、复杂小断块、低渗高压层、裂缝性油藏、超深层等）的综合开发与治理技术及其化学剂开发；n(7)抗高温高效稠油降粘剂的开发，化学与热化学降粘技术研究；n(8)解水锁剂与缩膨剂的研制开发等。采油用剂发展趋势采油用剂发展趋势l(1)(1)油井管柱和管线、注水系统
14、缓蚀阻垢新油井管柱和管线、注水系统缓蚀阻垢新技术的研究，新型、高效、长效复合型缓蚀技术的研究，新型、高效、长效复合型缓蚀阻垢剂、水处理剂的研制开发，特别是高温、阻垢剂、水处理剂的研制开发，特别是高温、高矿化度、高含硫条件下缓蚀剂等的开发；高矿化度、高含硫条件下缓蚀剂等的开发；l(2)(2)抗温、抗盐稠油破乳脱水剂、降粘（凝）抗温、抗盐稠油破乳脱水剂、降粘（凝）剂的研究开发，生物破乳剂、低温减阻输送剂的研究开发，生物破乳剂、低温减阻输送新技术研究；新技术研究；集输用剂发展趋势集输用剂发展趋势n(3)(3)油田采出污水，特别是稠油污水、三采污油田采出污水，特别是稠油污水、三采污水的达标处理技术，开
15、发研制高效多功能的水水的达标处理技术，开发研制高效多功能的水处理剂，精密过滤技术，水质改性技术；处理剂，精密过滤技术，水质改性技术；n(4)(4)油田联合站污泥处理及综合利用技术研究，油田联合站污泥处理及综合利用技术研究，开发高效、廉价、环保的、可行的新技术及其开发高效、廉价、环保的、可行的新技术及其处理剂处理剂;n(5)(5)天然气水合物开采与加工用剂的开发等天然气水合物开采与加工用剂的开发等.集输用剂发展趋势集输用剂发展趋势n油田化学剂的分类及其现状n化学驱用剂现状及发展趋势n含氟表面活性剂及应用前景n提高采收率研究方向简介提提 纲纲n化学驱油法（化学驱）化学驱油法（化学驱）聚合物驱油法（
16、聚合物驱）聚合物驱油法（聚合物驱）表面活性剂驱油法（表面活性剂驱）表面活性剂驱油法（表面活性剂驱）碱驱油法（碱驱）碱驱油法（碱驱）n混相驱油法（混相驱）混相驱油法（混相驱）烃类混相驱油法（烃类混相驱）烃类混相驱油法（烃类混相驱）非烃类混相驱油法（非控类混相驱）非烃类混相驱油法（非控类混相驱）n热力采油法（热采）热力采油法（热采）蒸汽驱油法（蒸汽吞吐与蒸汽驱）蒸汽驱油法（蒸汽吞吐与蒸汽驱）油层就地燃烧法（火烧油层）油层就地燃烧法（火烧油层）n微生物采油法微生物采油法 2.12.1提高采收率的方法提高采收率的方法2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势聚合物驱用剂-部分水解聚丙烯酰
17、胺（HPAM）：相对分子量：1500万以上；水解度：1-45%（2030）；浓度：25-2000mg/L（8002000）;注入量：0.25-0.60VP。热稳定性较好；剪切稳定性较差；化学稳定性较差；生物稳定性较好。2.3 2.3 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势聚合物驱用剂-生物聚合物XC（不常用）生物聚合物，分子量生物聚合物，分子量1300-1300-15001500万，使用浓度万，使用浓度100-100-2000mg/L2000mg/L，注入量，注入量0.01-0.01-0.25V0.25VP P。热稳定性差（热稳定性差（7171
18、）；生）；生物稳定性差（物稳定性差（2424小时，需小时，需加醛类杀菌剂）；剪切稳加醛类杀菌剂）；剪切稳定性好（支链）。定性好（支链）。2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.3 2.3 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状 （1）高分子量：一般驱油用HPAM的分子量为1千万到几千万；（2）多分散性：HPAM的分子量具有不均一性，是分子量不等的同系聚合物的混合物；（3）几何结构多样化：聚合物的几何结构有线型、支型和体型三种形态；（4）物化性能稳定：HPAM具有稳定的化学性质和特殊的物理性能，以满足驱油的要求。驱油聚合物的基本特征:2.3 化学驱用剂的现状2.2.化学驱用剂现状及
19、发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势聚合物驱用助剂:除氧剂：如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、甲醛和硫脲等，用于减少聚合物的氧化降解（提前加）；杀菌剂：如甲醛、戊二醛等，用于减少XC生物聚合物的生物降解。交联剂、牺牲剂等。(1)溶解速度慢(水化溶涨，配制需要较长时间）；(2)降解（热降解、剪切降解和氧化降,93）；(3)盐敏（不适合于高矿化度地层）。HPAM在使用中遇到的问题:2.3 2.3 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势活性剂驱用剂-石油磺酸盐和
20、合成磺酸盐(主要)。2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状磺酸盐型表面活性剂磺酸盐型表面活性剂2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状抗温抗盐性能较好，活性较高抗温抗盐性能较好，活性较高羧酸盐型表面活性剂羧酸盐型表面活性剂 气相氧化法和液相氧化法气相氧化法和液相氧化法2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状 2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用
21、剂的现状耐盐性能好，耐温性能较差（浊点）耐盐性能好，耐温性能较差（浊点）耐盐性能好，耐高价金属离子耐盐性能好，耐高价金属离子2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状 合成磺酸盐合成磺酸盐是另一类重要的磺酸盐型表面是另一类重要的磺酸盐型表面活性剂。可由相应的烃类（如烷烃、烷基苯、活性剂。可由相应的烃类（如烷烃、烷基苯、烷基甲苯、烷基二甲苯等）用相应的合成方法烷基甲苯、烷基二甲苯等）用相应的合成方法制得。烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、制得。烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、-烯烃烯烃磺酸盐磺酸盐等属这一类磺酸盐。等属这一类磺酸盐。2.2.化学
22、驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状 活性剂驱存在的问题活性剂驱存在的问题:表面活性剂驱的问题也是表面活性剂驱的问题也是药耗（滞留）、乳化、药耗（滞留）、乳化、流度控制流度控制，它的药耗主要由地层表面吸附引起。，它的药耗主要由地层表面吸附引起。可用牺牲剂减少表面活性剂的吸附。可用牺牲剂减少表面活性剂的吸附。牺牲剂牺牲剂是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的是指以自己的损耗减少其他药剂损耗的廉价化学剂。廉价化学剂。可用的牺牲剂有：1)碱性物质；2)多元羧酸及其盐；3)低聚物与高聚物；4)木质素磺酸盐。2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现
23、状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状吸附性能好，廉价吸附性能好，廉价的活性物质的活性物质活性剂驱用助剂活性剂驱用助剂:主要用两种助剂：主要用两种助剂：（1)1)助表面活性剂助表面活性剂，如异丙醇、异丁醇等（改变亲，如异丙醇、异丁醇等（改变亲水亲油性）。水亲油性）。（2)2)电解质电解质，主要用氯化钠（改变亲水亲油性）。，主要用氯化钠（改变亲水亲油性）。2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状 （1）目前的复合驱已经开始涉及到化学驱与混相驱、化学驱与热力采油或混相驱与热力采油的复合，在更广的范围内发挥各种提高
24、采收率的方法的协同效应。（2）开发新型、高效、廉价、抗盐、抗温的驱油剂。进一步降低成本，提高驱油的效果。（3）采出污水处理及其处理剂研究。先进的二次采油技术（三次采油？四次采油？）2.2 2.2 化学驱用剂的现状化学驱用剂的现状2.2.化学驱用剂现状及发展趋势化学驱用剂现状及发展趋势(1)开发新型或改性的聚合物两性聚合物的研制耐温耐盐单体的研制疏水缔合聚合物的研制多元组合聚合物的研制梳型聚合物的研制共混聚合物 2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 (2)复合驱及其用剂复合驱技术二元复合驱技术(P+S)聚合物驱+调剖技术三元复合驱技术(P+S+A)聚合物驱+水膨体 2.3 化学驱用剂的进展及发展趋
25、势 (2)复合驱及其用剂泡沫区也属于广义上的“复合驱”聚合物交联体系冻胶复合体系弱凝胶复合体系分散凝胶复合体系聚合物交联体系 2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 (3)交联体系及其交联剂 驱油聚合物交联剂体系：a.与酰胺基团作用的有机类交联剂：醛类交联剂、有机树脂交联剂等。常用的有机类交联剂有酚醛树脂、蜜胺树脂、糠醛树脂、脲醛树脂等。最常用的有机交联剂是苯酚/甲醛的酚醛树脂。b.与羧酸基团作用的过渡金属有机交联剂：主要是过渡金属有机交联剂，一是高价金属离子：如铝离子、铁离子、铬离子、锆离子、钛离子等；二是鳌合剂：乙酸根、丙酸根、丙二酸根、乳酸根、葡萄糖酸、甘醇酸、柠檬酸根、水杨酸根等有机酸根。
26、其中，有机铬和有机铝交联剂得到了应用。目前交联剂的趋势由单一的有机交联剂和含有多价金属离子的交联剂，转向复合型交联剂的使用。有人已经采用有机交联剂之间的复合，过渡金属交联剂之间的复合以及有机交联剂和过渡金属交联剂之间的复合。凝胶体系油藏深部流体转向技术(In depth Drive Fluid Diversion)；胶态分散凝胶驱油技术(Colloidal Dispersion Gel)减少聚合物溶减少聚合物溶液粘度的损失液粘度的损失添加各种添加剂对水质进行改性和处理改进注聚工艺对参数和设备进行优化改善聚合物体系的形态稳定或提高粘度 2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 (4)黏度稳定及其用剂
27、（5）聚合物的吸附、降解和抗剪切性能研究。研究聚合物的动静态吸附规律、抗剪切性能和降解性能及其添加剂，从结构和工艺条件上进一步减轻降解和剪切。（6）聚合物驱后续综合利用与提高采收率技术研究。地层残余聚合物的综合利用技术、高压注聚井解堵技术、注聚井调剖技术研究等得到重视，后续提高采收率技术与配套技术研究正在兴起。（7）污水改性代替清水配注聚合物技术 2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 (7)发展耐盐、耐高价金属离子的表面活性剂，如 2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 阴离子非离子型表面活性剂 (8)开发新型表面活性剂类型 如非离子型表面活性剂和阳离子型表面活性剂、双链活性剂、含氟活性剂等。（9）
28、开发或寻求廉价的牺牲剂。（碱性物质、多元羧酸及其盐、低聚物木质素磺酸盐等）如工业副产物、皂脚改性物、改性褐煤（腐植酸）等。（10）超低界面张力研究。2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 （11）表面粘弹性机理研究。（12）泡沫驱提高采收率技术及其用剂研究与完善。（13）“水包水”速溶聚丙烯酰胺研制开发。（14）注聚井采出污水的综合利用与处理技术研究。（15）采出污水改性配注聚合物技术。（16）稠油化学驱技术研究。2.3 化学驱用剂的进展及发展趋势 污水处理与熟化罐分散装置 “胜利油田采出污水配注聚合物节水技术研究”2006年初立项，于2006年9月18日开始现场试验，截至2007年10月31日已
29、经正常运行一年多。从现场跟踪检测实验结果看出，影响聚合物粘度的钙、镁离子等含量明显降低，水质被改性，井口粘度与清水配母液污水稀释的粘度相当，设备运行平稳，增油降水效果明显，达到了试验预期的目标。节约了淡水资源，实现了节水减排，有利于环境保护。具有较好的经济效益和社会效益。n油田化学剂的分类及其现状n化学驱用剂现状及发展趋势n含氟表面活性剂及应用前景n提高采收率研究方向简介提提 纲纲 3.1 氟碳表面活性剂的结构与特性 氟碳表面活性剂由于具有其独特的结构和特殊的化学性能越来越引起人们的关注，尽管其价格较高，但在能源紧张、石油工业面临严峻挑战的今天，它仍然受到越来越广泛的关注。氟碳表面活性剂是指碳
30、氢链的氢原子被氟原子所取代,形成的具有氟碳链憎水基的表面活性剂。氟碳链中的氢原子可被氟全部取代,也可以部分取代,它们统称为氟表面活性剂,但目前应用的氟表面活性剂大多数为碳氢链全氟化的。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景 3.1 3.1 氟碳表面活性剂的结构与特性氟碳表面活性剂的结构与特性 氟原子是所有元素中氟原子是所有元素中电负性最大电负性最大的的,而范德华原子半径而范德华原子半径是除氢以外最小的是除氢以外最小的,而且而且原子的极化率又是最低原子的极化率又是最低的。因此的。因此,在在氟碳链中氟碳链中C-FC-F键非常
31、稳定键非常稳定,当受到化学试剂或受到高温热作用当受到化学试剂或受到高温热作用时时,分子中发生断裂的首先是分子中发生断裂的首先是C-CC-C键而不是键而不是C-FC-F键键,而且由于而且由于C-C-F F键的作用键的作用,使使C-CC-C键的距离缩短键的距离缩短,键能增加键能增加,也较牢固。另外，也较牢固。另外，低极性又导致氟碳链相互间作用力弱。低极性又导致氟碳链相互间作用力弱。3.1 3.1 氟碳表面活性剂的结构与特性氟碳表面活性剂的结构与特性 所有氟碳链的这些结构特征所有氟碳链的这些结构特征,使得氟表面活性剂使得氟表面活性剂与在水溶液中有比其它表面活性剂分子更加强烈的倾与在水溶液中有比其它表
32、面活性剂分子更加强烈的倾向来脱离水溶液，在液向来脱离水溶液，在液/气界面上气界面上定向聚集排列成分定向聚集排列成分子膜子膜，从而使其具有与其它表面活性剂所不同的特性。，从而使其具有与其它表面活性剂所不同的特性。氟表面活性剂是迄今为止所有表面活性剂中氟表面活性剂是迄今为止所有表面活性剂中表面活性表面活性最高最高的一种。它的高表面活性一方面能使水的一种。它的高表面活性一方面能使水(或有机或有机溶剂溶剂)的的表面张力降低至很低表面张力降低至很低的数值的数值,另一方面表现在另一方面表现在用量很少用量很少,即可发挥显著的作用即可发挥显著的作用.。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3
33、.1 3.1 氟碳表面活性剂的结构与特性氟碳表面活性剂的结构与特性 “三高三高”：高表面活性、高热稳定性、高表面活性、高热稳定性、高化学惰性高化学惰性 “二憎二憎”：憎水憎油：憎水憎油 复配性能好复配性能好 用量低用量低3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.1 氟碳表面活性剂的结构与特性 （1）极高的表面活性，即可将水溶液表面张力降到极低水平。像全氟羧酸可以使水溶液表面张力降至15-16mN/m。（2）在极低应用浓度下便能显著降低水溶液的表面张力。一般碳氢表面活性剂在溶液中的质量分数为0.1%-1.0%,只能使水的表
34、面张力下降到30-35mN/m,而氟表面活性剂在溶液中的质量分数为0.005%-0.1%,就可以使水的表面张力下降至20mN/m以下。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景 3.1 氟碳表面活性剂的结构与特性 （3）热稳定性高。在高温条件下,氟表面活性剂不易分解,无水全氟烷基磺酸加热到400,3h后才有微量分解,而全氟烷基羧酸到550才会发生分解现象,而同样碳原子数目的碳氢表面活性剂,加热到300左右就已大量分解。（4）化学稳定性好。C-F键的稳定性,使得氟表面活性剂对强酸、强碱及强氧化介质等特殊应用体系都有很高的耐受性,能够稳定有效地发挥其表面活性剂作用，不会与体系发生反应
35、或分解。在常温下浓硝酸、发烟硫酸、有机过氧化物等都不能与它发生反应,而且在这些溶液中仍能保持良好的表面活性。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景 （5 5）复配性能好）复配性能好:高的化学稳定性就意味着高的化学惰性，氟碳表面高的化学稳定性就意味着高的化学惰性，氟碳表面活性剂能与其它各类活性剂很好地相容，并可应用于几乎所有配方体系。活性剂能与其它各类活性剂很好地相容，并可应用于几乎所有配方体系。（6 6）“二憎二憎”特性特性：氟表面活性剂分子结构中的氟碳烃基：氟表面活性剂分子结构中的氟碳烃基,既是憎水既是憎水基又是憎油基基又是憎油基,当它与亲油基团相连后当它与亲油基团相连后,
36、即可制成油溶性的氟表面活性剂即可制成油溶性的氟表面活性剂,具有降低有机溶剂表面张力的能力。这种特性表现在氟碳化合物构成的具有降低有机溶剂表面张力的能力。这种特性表现在氟碳化合物构成的固体表面上固体表面上,如聚四氟乙烯的表面上如聚四氟乙烯的表面上,不仅水不能铺展不仅水不能铺展,碳氢油也不能铺展碳氢油也不能铺展,不仅如此不仅如此,多种物质在这种表面上都不易附着多种物质在这种表面上都不易附着,大大减少了污染。大大减少了污染。（7 7）环境相容性）环境相容性:尽管单质氟和离子性氟化物具有很强的毒性尽管单质氟和离子性氟化物具有很强的毒性,但是氟但是氟表面活性剂的毒性却是较低或是极低的表面活性剂的毒性却是
37、较低或是极低的,对环境污染较小。而且在通常情对环境污染较小。而且在通常情况下氟表面活性剂的用量仅为碳氢表面活性剂用量的况下氟表面活性剂的用量仅为碳氢表面活性剂用量的1/100-1000,1/100-1000,且主要且主要用于工业领域用于工业领域,与人接触的机会极少与人接触的机会极少,只要使用得当只要使用得当,氟表面活性剂是不会氟表面活性剂是不会引起中毒的。引起中毒的。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状 自从出现第一种氟碳表面活性剂商品以来自从出现第一种氟碳表面活性剂商品以来,已经历了半个已经历了半个多世纪的历
38、史。美国多世纪的历史。美国3M3M公司在二次大战期间首先采用电解氟化公司在二次大战期间首先采用电解氟化技术制取氟碳化物并于技术制取氟碳化物并于19511951年研制成功氟碳表面活性剂。年研制成功氟碳表面活性剂。19561956年又研制出商品名为年又研制出商品名为ScotchguardScotchguard的防水、防油、防污的氟处理的防水、防油、防污的氟处理剂。剂。6060年代又得到大力发展。年代又得到大力发展。世界主要生产国家集中在美国、日本、英国、法国、德国、世界主要生产国家集中在美国、日本、英国、法国、德国、意大利、俄罗斯、中国。其中美国是最早发展含氟材料的国家意大利、俄罗斯、中国。其中美
39、国是最早发展含氟材料的国家,在在5050年代形成工业化生产并始终处于领先地位年代形成工业化生产并始终处于领先地位,到到7070年代达到旺年代达到旺盛时期盛时期,其生产能力占世界总能力的其生产能力占世界总能力的37%37%；日本为后起之秀，日本为后起之秀，全全球含氟材料消费比例美国球含氟材料消费比例美国44.5%、欧洲、欧洲32%、日本、日本13%、中国、中国6.5%、其他地区、其他地区4%。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状 近20多年来，欧美、日本等国的生产商，围绕氟碳表面活性剂方面的活动令人注日。1994
40、年，Du Pont和Ciba一Geigy宣布联合投资扩展在世界范围的氟碳表面活性剂，以前他们只限于织物和皮革处理剂，现在的投资将转向纸张和防火材料的氟表面活性剂。美国Segua化学公司开发出经美国FDA认可的seguapel1422氟产品并投向市场，用于纸张在印刷图案时防止油墨或油脂物的渗透。60年代至70年代曾一度统治世界市场的美国3M公司的产品逐渐由杜邦、ICI、Atochem、Hoechst等公司所取代，尤其是日本由于人民生活和一些产业部门的需要刺激了这方面的发展。以大日本油墨化学公司为首的后起厂商，大力开发并迅速企业化后打开了局面，它推出21种氟表面活性剂，以各种品牌供应市场，不仅夺回
41、了日本市场，而且向全世界推进。比较活跃的Neos、旭硝子、东北肥料公司都把自己的触角伸向市场，各国对氟碳表面活性剂的关心和期望也越来越大，并把这些特殊精细氟化学品作为企业战略目标，并在开发成商品和寻找新的市场方面都作出了巨大的努力。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状 我国氟碳表面活性剂的研究起步较晚，中国氟化工的发展可分为三个阶段：初期始自50年代末,集中科学院、学校、工业部门的力量,建立了氟技术、合成含氟单体及聚合物,并于60年代的中后期建成中试装置。第二阶段为70年代至80年代,在国家支持下,以工业部门研
42、究单位为主,开展工业化研究,着重开发千吨级聚四氟乙烯技术及工业化生产。90 年代进入第三阶段,一方面与国外合作开发新品种,引进技术建立大型装置,另一方面国内市场竞争机制形成。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状 迄今氟化工行业从辽宁阜新、山东济南,到上海、浙江、四川等地已形成了一个从原料、中间产品到制品的完整配套体系和门类,生产企业近百家。但其中大多为含氟高分子材料加工企业,且规模小,质量较低,生产氟化氢等基础化工原料的厂家有二十多家,而生产高附加值的含氟高分子材料企业只有近十家。目前国内含氟高分子材料生产装置
43、能力合计1万吨,远不能满足市场需求,国内产品市场占有率约60%。如今我国正处于氟化工产品结构大幅度调整阶段,多数氟化工产品处于迅速扩张的强劲态势,已引起国外氟化工跨国公司的高度重视,并实施针对全球性的策略。3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状 目前有杜邦和常熟三爱富中昊目前有杜邦和常熟三爱富中昊(含氟混合工质、含氟单体和聚含氟混合工质、含氟单体和聚合物合物)、3M3M与江苏梅兰与江苏梅兰(PTFE)(PTFE)、旭硝子与山东东岳、旭硝子与山东东岳(PTFE)(PTFE)、浙江传化、浙江传化与旭硝子与旭硝子(含氟织物整理剂含氟织物整理剂)的合作的合作,以及以及Daik
44、inDaikin在常熟建立生产基地在常熟建立生产基地(氟聚合物氟聚合物)、HoneywellHoneywell在上海设立研发中心和建立混合工质生产基在上海设立研发中心和建立混合工质生产基地等。地等。一些专利已经实现产业化、商品化、工业化一些专利已经实现产业化、商品化、工业化,比较显著的是含比较显著的是含氟替代品单一工质氟替代品单一工质(HFC-134a(HFC-134a、HFC-32HFC-32、HFC-125HFC-125、HFC-152aHFC-152a、HFC-HFC-142b142b、HCFC-123/124HCFC-123/124、HFC-227eaHFC-227ea等等)、可室温固
45、化型含氟涂料、氟、可室温固化型含氟涂料、氟橡胶、橡胶、HFPHFP。一些专有技术不仅在规模而且在质量、消耗等各个方面。一些专有技术不仅在规模而且在质量、消耗等各个方面都提升了技术水平都提升了技术水平,如如PTFEPTFE、TFETFE、HCFC-22HCFC-22、AHFAHF。氟化工科研开发。氟化工科研开发课题开始迈向高端产品和精细化学品课题开始迈向高端产品和精细化学品,如氟醚单体、离子交换树脂和如氟醚单体、离子交换树脂和膜、六氟丙酮、双酚膜、六氟丙酮、双酚AFAF、HFPHFP齐聚体、齐聚体、HFC-245faHFC-245fa、PFAPFA等。等。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面
46、活性剂及应用前景3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状 上海三爱富、四川晨光已成为含氟聚合物的开发、上海三爱富、四川晨光已成为含氟聚合物的开发、生产有相当实力的企业生产有相当实力的企业,常熟三爱富中昊常熟三爱富中昊(上海三爱富控股上海三爱富控股)、浙江蓝天也已成为含氟替代品开发、生产有相当实力的企浙江蓝天也已成为含氟替代品开发、生产有相当实力的企业业;而浙江鹰鹏而浙江鹰鹏AHFAHF生产规模已达到生产规模已达到1010万万t/a;t/a;上海三爱富、上海三爱富、山东东岳生产经营范围遍及含氟聚合物、含氟替代品等纵山东东岳生产经营范围遍及含氟聚合物、含氟替代品等纵深氟化工
47、深氟化工,无论产量、产能、销售收入均在向世界八大氟化无论产量、产能、销售收入均在向世界八大氟化工公司靠近。工公司靠近。3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.2 3.2 含氟活性剂国内外研究现状含氟活性剂国内外研究现状在油气田开发特别是三次采油中的应用还较少在油气田开发特别是三次采油中的应用还较少3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.3 3.3 氟碳表面活性剂在石油领域中的应用氟碳表面活性剂在石油领域中的应用 （1）驱油活性剂 氟表面活性剂的高表面活性和良好的复配性能，这样的驱油体系会有更高的驱油效果。氟表面活性剂能提高和改善地层岩石的润湿性、渗透性、
48、扩散性以及原油的流动性，也可以被用作热采工艺中的表面活性剂，以进一步提高驱油效率。氟表面活性剂稳定的泡沫用于地下油线流的形成，从而降低和控制气体驱动流体的流动性。驱动气体为惰性气体，如CO2，N2，CH4等，氟碳表面活性剂溶液与两性或阴离子碳氢表面活性剂溶液混合，这种泡沫液形成的泡沫与油接触时远比单独使用碳氢表面活性剂生成的泡沫稳定。氟表面活性剂和聚醚表面活性剂复配而成的起泡剂，可以使注入到油层的低碳醇起泡，从而使油气层破裂或原地层裂缝扩展延伸，达到释放出油气、增加采收率的目的。中国科学院上海有机化学研究所生产的FC系列和FN系列氟表面活性剂是优良的三次采油驱油添加剂。3.3.含氟表面活性剂及
49、应用前景含氟表面活性剂及应用前景3.3 3.3 氟碳表面活性剂在石油领域中的应用氟碳表面活性剂在石油领域中的应用 （2）原油破乳剂 目前国内外多数使用聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物作为原油破乳剂中的表面活性剂。研究表明,某些氟表面活性剂也适合作原油破乳剂。由于氟表面活性剂具有很高的表面活性，它与碳氢表面活性剂复配，可以显著降低油水界面张力，达到比普通表面活性剂更优秀的破乳效果。目前随着破乳剂的发展，复配型的破乳剂越来越受到重视，氟表面活性剂必将发挥更加重要的作用。3.3 3.3 氟碳表面活性剂在石油领域中的应用氟碳表面活性剂在石油领域中的应用 3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前
50、景（3）原油捕集剂 将氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配，作为原油捕集剂中的表面活性剂，具有更高的界面活性，能更大程度降低海水的表面张力,使原油不能在海面上铺展、扩散,而使油面收缩、集中,形成厚度为0.51.0cm的油层,便于清理收集,从而在更短的时间内实现更好的集油效果，将危害减小到最低限度。3.3 3.3 氟碳表面活性剂在石油领域中的应用氟碳表面活性剂在石油领域中的应用 3.3.含氟表面活性剂及应用前景含氟表面活性剂及应用前景（4 4）酸化压裂液助排剂）酸化压裂液助排剂 氟碳表面活性剂具有优异的表面活性、氟碳表面活性剂具有优异的表面活性、很高的热稳定性且耐强酸和强氧化很高的热稳定性且耐强酸和
