在油田化學(xué)品中，鉆井用化學(xué)品(包括鉆井液處理劑和油井水泥外加劑)是用量最大的品種?；瘜W(xué)驅(qū)油劑則是最具發(fā)展?jié)摿Φ挠吞锘瘜W(xué)品，可提高油田的采收率。在中國，大部分老油田綜合含水量高達80％～90％，開采難度日益增加。新發(fā)現(xiàn)儲量較難、老油田需在較長一段時期保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的形勢下，提高原油采收率迫在眉睫，特別是化學(xué)驅(qū)提高采收率更適合中國國情，并已經(jīng)取得了可觀成效。以大慶油田為例,每注入1噸聚合物驅(qū)油劑可增產(chǎn)原油140 ～180 噸。

油田化學(xué)品在石油勘探開發(fā)中占有重要的地位,關(guān)系到石油勘探開發(fā)能否順利進行。但我國油田化學(xué)品領(lǐng)域存在的主要問題：

1.品種少，系列化程度低，尤其是具有特殊性能的原創(chuàng)產(chǎn)品少。

2.大多數(shù)油田化學(xué)品生產(chǎn)廠設(shè)備和工藝落后，生產(chǎn)規(guī)模偏小。

3.研究開發(fā)力量分散，未形成研究、開發(fā)和應(yīng)用的良性循環(huán),許多產(chǎn)品局限在低水平的重復(fù)研究上。

4.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。多數(shù)產(chǎn)品都是企業(yè)自己制定標(biāo)準(zhǔn),水平較低。

目前，中國鉆井工程面臨的形勢是西部復(fù)雜、惡劣條件下的深井、超深井鉆探問題；東部老油田打加密井、多分支井、水平井提高石油采收率，低滲透油田開發(fā)及灘海地區(qū)鉆大位移井，實現(xiàn)海油陸采等問題。為適應(yīng)這一形勢，需重點研究、開發(fā)的劑種確定為4 類[1]：

5.適用于深井、超深井(＞4500 m ) 的抗溫(150～180 ℃) 、抗鹽( NaCl 至飽和) 、抗鈣( 鈣離子達10 g / L ) 的增粘劑、降濾失劑、降粘劑；

6.復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井的井壁穩(wěn)定劑，包括陽離子高分子聚合物、兩性離子聚合物、合成基和聚合醇基鉆井液的不同烯烴、烷烴及聚合醇類化學(xué)品；

7.水平井、定向井、多底井鉆井液處理劑；

8.環(huán)保型鉆井液及化學(xué)處理劑，包括低毒、無毒、可生物降解的天然原料及其改性產(chǎn)品、聚合醇類化學(xué)品、合成基鉆井液及其化學(xué)品。

研究開發(fā)新型高效價廉的油田化學(xué)品是當(dāng)務(wù)之急，氟表面活性劑是油田鉆井化學(xué)品的新秀，受到越來越多的關(guān)注。

一． 氟表面活性劑的特點

較碳氫表面活性劑而言，氟表面活性劑具有“三高”、“兩憎”等特點，即高的表面活性、高的熱穩(wěn)定性、高的化學(xué)穩(wěn)定性，同時具有憎水憎油性。

1.高表面活性   由于氟表面活性劑中氟碳鏈既憎水又憎油和氟碳鏈之間的很微弱的相互作用使其在水中具有很高的表面活性，即非常低的表面張力，其表面張力的大小受到憎水基、親水基、表面活性劑的濃度和溫度等因素的影響。許多氟表面活性劑在較低濃度時使水溶液的表面張力降低到15～16 mN / m，而一般的碳氫表面活性劑只能使水溶液的表面張力下降至30～35 mN / m，由此可見氟表面活性劑的高表面活性。

2.高熱穩(wěn)定性  氟碳表面活性劑具有較高的耐熱性。全氟烷基羧酸在硼砂玻璃上能夠加熱到400 ℃，并無明顯的分解；全氟烷基羧酸鹽較對應(yīng)的酸容易分解，分解溫度在200～400 ℃；全氟烷基磺酸在無水的狀態(tài)下穩(wěn)定性較好，在400 ℃，加熱3 h才有少量分解產(chǎn)物放出；全氟磺酸鹽比相應(yīng)的全氟磺酸穩(wěn)定性更高。 

3.高化學(xué)穩(wěn)定性  由于氟原子的高電負性（氟的電負性：3.98，碳的電負性：2.55，氫的電負性：2.20），而且氟原子的半徑比較小，氟原子的2s和2p軌道能與其它第二周期元素的軌道很好地匹配，所以碳氟鍵是很強的化學(xué)鍵，（碳氟鍵鍵能460 KJ / mol，碳碳鍵鍵能346 KJ / mol；碳氟鍵長138.2 pm，碳碳鍵長154.0 pm）[5]，這些因素造成碳氟表面活性劑有很高的熱穩(wěn)定性，很高的耐強酸、強堿和氧化物的化學(xué)穩(wěn)定性。

4.憎水憎油性   由于C一F 鍵鍵能大，極化率小，間距短，氟碳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表面不會黏附水性或油性物質(zhì)，可大大減少污染。

5.濕滲透性和起泡穩(wěn)定性良好    氟碳表面活性劑的液體潤濕能力和滲透能力都大為提高，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，選用氟碳表面活性劑可以形成穩(wěn)定的泡沫。

6.含氟表面活性劑可與許多非氟表面活性劑復(fù)合使用   由于協(xié)調(diào)效應(yīng)，不僅增強使用效果，還使總濃度降低。這對于降低氟碳表面活性劑實際使用成本非常有用的。

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)良勝能   具有較好的乳化分散性、抗靜電性和潤滑流平性等。 

氟表面活性劑和其他表面活性劑的性能比較，見表1-1。

表1-1 各種表面活性劑的性能比較

二． 氟表面活性劑在油田鉆井中的應(yīng)用[2,3]

1. 降濾失劑

油井鉆探時，表面活性劑作為降濾失劑常被加入鉆井液體系，使泥餅更致密，以降低泥餅中的自由水向地層滲透而避免鉆井事故。降濾失劑必須耐高溫，這要求表面活性劑分子盡可能多地與粘土表面的氧原子或羥基形成氫鍵，而按照原子電負性的強弱，形成氫鍵的強弱變化順序一般為:

F一H…F ＞O一H…O  ＞O一H…N ＞N一H…N

因此，如能在降濾失劑分子結(jié)構(gòu)中引人氟原子，降濾失劑則具有更好的耐溫性。

2.酸液緩蝕劑

隨著油井開采，壓力降低，地層深部的原油不易采出。通過向油井注入一定濃度的酸液，使其與地層巖石發(fā)生反應(yīng)，提高地層滲透率，改善油流通道，達到油井增產(chǎn)的目的。酸液易加速油井管柱的腐蝕。如向酸液中加人表面活性劑，其在酸液中遇到金屬表面后產(chǎn)生定向吸附，親水極性基團朝金屬表面吸附，疏水基團背向金屬朝著酸液伸展，結(jié)果在金屬表面形成一層疏水保護膜。一方面阻礙酸液中H+向金屬表面擴散，另一方面由于表面活性劑的吸附，使表面自由能降低，從而增加了腐蝕反應(yīng)的活化能，使腐蝕速率降低。氟表面活性劑具有優(yōu)良的抗酸抗堿性能，即使在強酸性條件下，也相當(dāng)穩(wěn)定，而普通碳氫表面活性劑則在酸性條件下不穩(wěn)定，易分解。所以氟表面活性劑是優(yōu)良的酸液緩蝕劑。

3.助排劑

表面活性劑還能降低酸/ 油界面張力，減小地層匯總液體的毛細管滯留作用，加速殘酸的返排，改變地層潤濕性，懸浮不溶性微粒，預(yù)防淤渣的形成。為最大限度地降低表面張力，通常使用復(fù)配表面活性劑，最近幾年，開始普遍采用氟碳表面活性劑作為助排劑。

4.殺菌劑

表面活性劑在油田污水處理中主要用作阻垢劑、防腐劑和殺菌劑。目前所用殺菌劑多為十二烷基二甲基芐基氯胺(1227)，但長期使用陽離子表面活性劑殺菌劑后，易產(chǎn)生抗藥性，因此亟需開發(fā)新型的殺菌劑，特別是含氟類殺菌劑。

5.驅(qū)油添加劑

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。氟表面活性劑有很高的表面活性，但成本十分昂貴，僅僅把它作為添加劑驅(qū)油并不現(xiàn)實。可以用石油磺酸鹽、石油羧酸鹽、天然羧酸鹽等廉價的表面活性劑作為主要添加劑，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)油體系會有更高的驅(qū)油效果。

氟表面活性劑能提高和改善地層巖石的潤濕性、滲透性、擴散性以及原油的流動性，也被用作熱采工藝中的表面活性劑，以進一步提高驅(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)動流體的流動性。驅(qū)動氣體為惰性氣體，氟表面活性劑溶液與兩性或陰離子碳氫表面活性劑溶液混合，這種泡沫液形成的泡沫與油接觸時遠比單獨使用碳氫表面活性劑生成的泡沫穩(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[4]，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展延伸，達到釋放出油氣、增加采收率的目的。

中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所和連云港泰卓新材料有限公司生產(chǎn)的三次采油驅(qū)油添加劑，多年來一直在油田石油開采中使用，其分子結(jié)構(gòu)分別為：

C3F7O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CONH(CH2)3N+(CH3)(C2H5)2I－

C3F7O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CONH(CH2)3N(→O)(C2H5)2

6.原油破乳劑

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度。界面活性越高、降低油水界面張力和膜強度能力越強的破乳劑，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，它與碳氫表面活性劑復(fù)配，可以顯著降低油水界面張力，達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。

7.壓裂液助排劑[5]    

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。sJ一7 助排劑是由氟碳類表面活性劑和季按鹽型表面活性劑及溶劑組成。可用于油水井壓裂、酸化等作業(yè)中，耐酸、耐堿、耐鹽，即使在濃酸和高含鹽條件下仍具有優(yōu)異的降低界面張力的能力，增大接觸角，降低毛細管阻力，減小Jamin 效應(yīng)，使乏酸等易從地層排出，有效減小二次沉淀對地層的傷害。與常用的壓裂、酸化添加劑有良好的配伍性。

8.稠油降粘劑[6]

以全氟聚醚羧酸為原料可合成全氟聚醚酰胺磺酸鈉稠油降粘劑。將全氟聚醚羧酸分離為3 個不同餾分作原料，得到3 個目的產(chǎn)物，并測定它們的結(jié)構(gòu)和表面活性。前兩個化合物具有很高的表面活性，在14 ％ 的乙醇溶液中，含量為0.1％ 時，表面張力分別為24.08和25.77 mN / m，與含量高10 倍的碳氮表面活性劑的表面張力相當(dāng)。

全氟聚醚羧酸 → 全氟聚醚酰氯 → 全氟聚醚酰胺 → 全氟聚醚酰胺磺酸鈉

9.原油降凝劑[7]

我國原油大部分屬于高含蠟原油，蠟含量高達15 % ～37 %，個別原油蠟含量高達40 ％ 以上，且大部分集中在潤滑油餾分內(nèi)。原油還含有膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等多種組分，給石油的開采和運輸帶來很多困難。原油降凝劑是原油流動改性劑的一個重要組成部分，又稱為低溫流動改進劑PPD (Pour Point Depressant) ，它們是一類能夠降低石油及油品凝固點( SP )，改善其低溫流動性的物質(zhì)。目前公認的原油降凝劑( PPD) 有表面活性劑型、聚合物型和復(fù)配型聚合物。從降凝劑分散蠟晶角度看，充分利用高分子表面活性劑和全氟表面活性劑的高分散作用，可以增加銨鹽、酰胺基等高分散型基團，加強PPD 分散性。美國Conoco 公司和美國Cibageigy 公司的配方都混入了全氟表面活性劑，代表性的結(jié)構(gòu)是：[ (Rf)n R’]mZ。

10.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)動機工作狀況，延長機械壽命。

11.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，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。

12.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)。

上述幾類表面活性劑如果能進一步降低成本和能得到規(guī)模較大的工業(yè)化原料，便可望在油氣開采過程中找到用途。