一， 高性能氟碳表面活性劑簡介：

氟表面活性劑是特種表面活性劑的一類。普通表面活性劑的碳?xì)滏溨械臍湓硬糠只蛉勘环尤〈?/SPAN>,具有碳氟鏈憎水基的表面活性劑被稱為氟表面活性劑。氟表面活性劑的親水基部分和普通表面活性劑的親水基是基本一樣的,它的分類也和碳?xì)浔砻婊钚詣┫嗤?/SPAN>,按離子性分類。與碳?xì)浔砻婊钚詣┫啾?/SPAN>,氟表面活性劑主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 高表面活性。氟表面活性劑是迄今為止所有表面活性劑中表面活性最高的一種,這也是氟表面活性劑最重要的性質(zhì)。它在濃度很低時(shí)就能使溶液的表面張力顯著降低。一般氟表面活性劑的濃度為0. 01 %左右時(shí),其水溶液的表面張力可以降低至15～20 mN/ m。

(2) 高化學(xué)穩(wěn)定性。氟表面活性劑中的C2F 鍵十分穩(wěn)定,使它具有很高的抗強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑的能力,可以在更多苛刻的環(huán)境中使用。

(3) 高熱穩(wěn)定性。一般氟表面活性劑加熱到400 ℃以上不會(huì)分解,這也與C2F 鍵十分穩(wěn)定有關(guān)。

(4) 既憎水又憎油。氟表面活性劑分子中的含氟烴基,既是憎水基又是憎油基,這使一些含氟表面活性劑在固體材料的表面不能粘附水性或油性的物質(zhì),大大減少了污染。

(5) 良好的潤濕滲透性和起泡穩(wěn)泡性。添加氟表面活性劑的液體潤濕力和滲透力大為提高,在各種不同的物質(zhì)表面上都能很容易潤濕鋪展。在普通表面活性劑不能起泡的物質(zhì)中,使用氟表面活性劑可以形成穩(wěn)定的泡沫。

(6) 優(yōu)良的復(fù)配性能。氟表面活性劑與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配后,具有更高的降低表面張力的能力。這可以大大降低氟表面活性劑的使用成本。

而且氟表面活性劑在水中可以形成含水的穩(wěn)定液晶,成為不溶于水的活性物質(zhì),分散于水中,從而使任何兩種不同類型的氟表面活性劑可以相互復(fù)配。

(7) 環(huán)境友好。氟表面活性劑的毒性很低,而且使用濃度很小,對環(huán)境的污染比較輕微。

(8) 其它優(yōu)良性能。包括乳化分散性、抗靜電性、潤滑流平性、脫膜性等。

由于氟表面活性劑具有許多比碳?xì)浔砻婊钚詣┖推渌胤N表面活性劑更加優(yōu)良的特性,使其在化學(xué)、機(jī)械、紡織、電氣、造紙、顏料涂料、油墨、玻璃陶瓷、冶金、燃料、皮革、感光材料、建筑、石油、消防等眾多工業(yè)領(lǐng)域有十分廣泛的用途。

二，氟表面活性劑的不同用途：

1) 陰離子型氟表面活性劑。主要包括羧酸鹽型(如CnF2n + 1COONa、CnF2n + 1 (CH2 ) mCOONa) 、磺酸鹽型(如CnF2n + 1 SO3Na 、CnF2n + 1C6H4SO3Na) 、硫酸酯鹽型(如CnF2n + 1 (CH2) mOSO3Na) 和磷酸酯鹽型。適用領(lǐng)域有:洗滌劑、涂料顏料添加劑、乳化劑、分散劑、潤濕劑、氟蛋白滅火劑、起泡劑、抗靜電劑、鉻霧抑制劑、流平劑、脫膜劑、紙張防油處理劑等。

2) 陽離子型氟表面活性劑。主要包括季銨鹽型和氧化胺型。適用領(lǐng)域有:洗凈劑、涂料顏料和油墨添加劑、乳化劑、潤濕劑、防水防油劑、皮革纖維加工添加劑、流平劑、電鍍浴添加劑、浮選劑、金屬緩釋添加劑、鋪展劑、脫膜劑等。

3) 兩性型氟表面活性劑。主要為甜菜堿型。適用領(lǐng)域有:滅火劑、乳化劑、分散劑、纖維樹脂加工添加劑、增泡劑、穩(wěn)泡劑、金屬緩釋添加劑、潤濕劑、石油捕集劑等。

4) 非離子型氟表面活性劑。主要為聚乙二醇型。適用領(lǐng)域有:洗凈劑、涂料顏料添加劑、乳化劑、潤濕劑、流平劑、鋪展劑、抗靜電劑、石油捕集劑、脫膜劑等。

三，氟表面活性劑在石油工業(yè)的應(yīng)用

在石油工業(yè)中,表面活性劑廣泛應(yīng)用于采油、鉆井、原油降粘降凝、原油破乳脫水集油、煉油等各種生產(chǎn)環(huán)節(jié),對于提高原油采收率、保證鉆井安全、提高原油質(zhì)量、保護(hù)原油運(yùn)輸設(shè)備、減少環(huán)境污染等有重要作用。表面活性劑已經(jīng)成為石油工業(yè)中必不可少的化學(xué)助劑。氟表面活性劑由于具有特殊的化學(xué)性能,盡管其價(jià)格較高,但在能源緊張、石油工業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的今天,它仍然受到越來越廣泛的關(guān)注。

(1) 驅(qū)油添加劑

石油開采可分為三個(gè)階段。一次采油是依靠地層能量進(jìn)行自噴開采, 產(chǎn)量約占蘊(yùn)藏量的5 %～20 %。在地層能量釋放以后用人工注水或注氣的方法,增補(bǔ)油藏能量,維持地層壓力,使原油得到連續(xù)開采,稱之為二次采油,其采收率約為15 %～20 %。當(dāng)二次采油開展幾十年后,剩余60 %～70 %的原油以不連續(xù)的油塊被圈捕在油藏砂巖孔隙中,必須依靠其它物理和化學(xué)方法進(jìn)行開采,這樣的開采稱之為三次采油。表面活性劑作為驅(qū)油添加劑開采原油是三次采油的重要方法。表面活性劑可以降低原油與驅(qū)油體系的油水界面張力至10～3 mN/ m(稱為超低界面張力) ,增加洗油效率,使原油從巖石和油砂上脫離出來,與驅(qū)油體系一起被水驅(qū)替到地面,從而提高采收率。同時(shí),由于原油與堿作用可以生成石油皂,而加入的表面活性劑與石油皂能夠產(chǎn)生復(fù)配增效作用,進(jìn)一步提高了表面活性。根據(jù)前面的介紹,氟表面活性劑有很高的表面活性,但是僅僅把它作為添加劑驅(qū)油是不現(xiàn)實(shí)的,因?yàn)榉砻婊钚詣┑某杀臼职嘿F。我們可以用廉價(jià)的表面活性劑作為主要添加劑,如石油磺酸鹽、石油羧酸鹽、天然羧酸鹽等,然后復(fù)配極少量的氟表面活性劑。由于氟表面活性劑的高表面活性和良好的復(fù)配性能,這樣的驅(qū)油體系會(huì)有更高的驅(qū)油效果。

另外,氟表面活性劑能提高和改善地層巖石的潤濕性、滲透性、擴(kuò)散性以及原油的流動(dòng)性,也可以被用作熱采工藝中的表面活性劑,以進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。由氟表面活性劑穩(wěn)定的泡沫用于地下油線流的形成,從而降低和控制氣體驅(qū)動(dòng)流體的流動(dòng)性。

驅(qū)動(dòng)氣體為惰性氣體,如CO2、N2、CH4等,氟表面活性劑溶液與兩性或陰離子碳?xì)浔砻婊钚詣┤芤夯旌?/SPAN>,這種泡沫液形成的泡沫與油接觸時(shí)遠(yuǎn)比單獨(dú)使用碳?xì)浔砻婊钚詣┥傻呐菽€(wěn)定。比較合適的氟表面活性劑有全氟甜菜堿、全氟磺酸甜菜堿和全氟羧酸甜菜堿。氟表面活性劑和異聚醚表面活性劑復(fù)配而成的起泡劑,可以使注入到油層的低碳醇起泡,從而使油氣層破裂或原地層裂縫擴(kuò)展延伸,達(dá)到釋放出油氣、增加采收率的目的。

(2) 原油破乳劑

近年來,隨著原油開采進(jìn)入中后期,原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量增加,使得原油乳狀液更加穩(wěn)定;加上采油技術(shù)的不斷開發(fā)和應(yīng)用,大量的表面活性劑用來驅(qū)油,使原油的組成變得更加復(fù)雜,油田采出的原油含水含鹽率逐年增加 。原油破乳對開采、集輸和加工過程十分重要。原油中含有以上雜質(zhì),會(huì)增加泵、管線和儲(chǔ)罐負(fù)荷,引起金屬表面腐蝕和結(jié)垢;而排放的水中含油也會(huì)造成環(huán)境污染和原油浪費(fèi)。因此不論從經(jīng)濟(jì)角度,還是從環(huán)境保護(hù)角度,均需對原油進(jìn)行破乳脫水和污水除油。原油破乳的關(guān)鍵是改變油水界面的性質(zhì),降低界面張力和膜的強(qiáng)度。界面活性越高、降低油水界面張力和膜強(qiáng)度能力越強(qiáng)的破乳劑,其破乳效果越好。目前國內(nèi)外多數(shù)使用聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物作為原油破乳劑中的表面活性劑。由于氟表面活性劑具有很高的表面活性,它與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配,可以顯著降低油水界面張力,達(dá)到比普通表面活性劑更優(yōu)秀的破乳效果。目前隨著破乳劑的發(fā)展,復(fù)配型的破乳劑越來越受到重視,氟表面活性劑必將發(fā)揮更加重要的作用。

(3) 原油捕集劑

在河流和海洋上運(yùn)輸石油時(shí),原油泄漏事故時(shí)有發(fā)生,而水面上的石油會(huì)迅速擴(kuò)散到相當(dāng)大的區(qū)域,對水環(huán)境和生物資源造成嚴(yán)重污染和破壞。表面活性劑的加入可以降低海水(或河水) 的表面張力,使原油不能在水面上擴(kuò)散鋪展,而使油面收縮集中,形成一定厚度的油層,便于清理收集原油,減少環(huán)境污染和危害。這樣的體系被稱為原油捕集劑或集油劑。

將氟表面活性劑與碳?xì)浔砻婊钚詣?fù)配,作為原油捕集劑中的表面活性劑,具有更高的界面活性,能更大程度降低水的表面活性,從而使原油迅速收縮集中,在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更好的集油效果,將危害減小到最低限度。

(4) 石油滅火劑

石油中含有85 %～87 %的碳和11 %～14 %的氫,閃點(diǎn)低,極易燃燒,而且燃燒速度快,發(fā)熱量高。因此,選擇一種高效滅火劑無疑對及時(shí)有效地?fù)錅缁馂?zāi)至關(guān)重要。氟表面活性劑在石油滅火劑中有不可替代的重要作用。其中氟蛋白泡沫滅火劑和輕水滅火劑已經(jīng)成為撲滅石油、柴油、汽油等油類火災(zāi)的首選滅火劑。在第三部分中將對此作詳細(xì)介紹。

(5) 其它應(yīng)用

(1) 壓裂液助排劑。在壓裂液中添加一種陰離子氟表面活性劑作為助排劑,增加壓裂效果,利用水基壓裂可以提高原油產(chǎn)量。

(2) 燃油增效劑。在燃料油中加入氟表面活性劑,可以使燃油充分霧化,燃燒完全,提高燃燒效率,節(jié)省燃料,降低尾氣排放,減小環(huán)境污染,而且能改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況,延長機(jī)械壽命。

(3) 油罐防腐劑。石油中的水分和鹽類能夠腐蝕油罐,根據(jù)氟表面活性劑憎水憎油的特點(diǎn),采用含氟表面活性劑的涂料涂覆于油罐內(nèi)壁,可以明顯延長油罐的使用壽命,并且能穩(wěn)定原油質(zhì)量。

(4) 原油蒸發(fā)抑制劑。氟表面活性劑的高表面活性和良好的鋪展性能,可以在原油表面形成一層水膜,從而有效地抑制原油蒸發(fā)。

三，高性能氟碳表面活性劑生產(chǎn)及產(chǎn)品AF系列介紹：

AF系列氟碳表面活性劑具有高表面活性、高熱穩(wěn)定性及高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定，性能超過進(jìn)口產(chǎn)品，能提高和改善開采液對地層巖石的潤濕性、滲透性、擴(kuò)散性及原油的流動(dòng)性，有效降低油水界面張力，提高泡沫的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。對地層傷害小，在高溫、酸性、礦化度高的惡劣環(huán)境下性能穩(wěn)定。該產(chǎn)品經(jīng)克拉瑪依、遼河油田、長慶油田等單位使用后，得到良好評價(jià)，是目前市場上性價(jià)比最好的產(chǎn)品。其中：

l AF4018-Y、AF4018-SJ用于助排破乳、壓裂酸化；

l AF4018-G用于活性劑驅(qū)油；

l AF4018-R用于熱采，降粘。

(3) 理化指標(biāo)：

(4) 不同濃度的水溶液表面張力：單位: dyn/cm

誤差±0.6dyn/cm。

(5) 在超高含鹽礦層水中不同濃度的表面張力（中原油田礦層水）

單位: dyn/cm