随着注水开发的进行，亲水岩石由于胶质沥青等组分的吸附，由亲水转变为亲油，越来越多的残余油吸附在其表面上而难以被水驱替，此时需要通过表面活性剂改变岩石表面的润湿性，使其由亲油重新转变为亲水，减少油滴在岩石表面的吸附，对提高洗油效率具有重要意义。其主要作用机制分为“清洗”与“覆盖”两大类。阳离子表面活性剂主要通过“清洗”岩石表面沉积的沥青等吸附物质，使得岩石恢复原来的亲水性；阴离子表面活性剂主要通过在沥青质沉积上进行吸附，“覆盖”原油亲油的沥青质沉积而使得岩石表面润湿性发生改变。Ayirala 等发现，两性表面活性剂在碳酸盐岩石表面的润湿性改变效果优于非离子表面活性剂，而且当两性表面活性剂和高分子聚合物共同作用时，对润湿的影响远高于单独的表面活性剂。因为两性表面活性剂可以附着在油滴和岩石表面，使得油滴表面和岩石表面产生同性电荷而相互排斥，从而帮助油滴更快地从岩石表面剥离，剥离过程如图8所示。

         

         由于聚合物中含有带负电荷的磺酸基团，更容易优先吸附于碳酸盐岩表面，因此相较于单独的两性表面活性剂，加入聚合物的两性表面活性剂具有更高的 ζ 负电位，也更容易在原油与岩石表面间形成一层水膜，使得岩石表面润湿性的转变更为稳定。

2. 3   破乳剂

         乳液由分散相、连续相以及乳化剂组成，通常分为油包水（W/O）型（图9（a））和水包油（O/W）型（图9（b））两类（与含水率有关，含水率较高时，为O/W 型乳液），但当油相或水相占总体积的 26%~74%时，可能引起多重乳化现象，导致两种类型同时存在。乳液可用作调剖堵水剂，也可用作驱油剂，但注入过量的表面活性剂将会带来注水开发后期采出油水混溶乳液难以破乳的问题，因此使用表面活性剂作为破乳剂在采出水处理中有着重要地位。

         

        破乳机制可分为凝聚、合并和沉降，其中凝聚的小液滴能否相互合并为大液滴是破乳的关键，这一过程需克服静电排斥力、破乳剂扩散阻力和界面膜强度。高极性的破乳剂有利于其快速到达油水界面，提高破乳效率，合适的水油度（HLB）值有利于破坏油水界面膜，促进“凝聚”过程。因此，适当增大破乳剂的极性，同时使表面活性剂具有一定的 HLB值，有利于破乳剂的高效破乳。汪庐山等提出一种将聚醚主剂末端的羟基氢由氨基磺酸取代而生成硫酸脂，通过磺酸基团进一步增加主剂亲水性，在此基础上加入适当的表面活性剂，调整至最佳HLB值，即可获得高效破乳剂。

2. 4  存在问题与发展趋势

        由于地层的非均质性，注水开发采收率低下的原因较为复杂，单一添加剂难以有效提高采收率，因此通过不同添加剂间的复配使用、表面活性剂和高分子聚合物间的复配使用来获得效果优良的复合表面活性剂体系，是未来研究的主要趋势之一。同时，随着纳米材料的出现，通过对纳米材料进行表面修饰而得到的新型高活性纳米流体在物化性质上既有表面活性剂的优点，又有如量子尺寸效应、小尺寸效应等纳米材料的诸多优势，极大拓展了表面活性剂的适用范围。目前对不同表面活性剂与纳米材料在微观层面上结合的具体作用方式和机制尚不明确，因此开展传统表面活性剂与新型纳米材料间的作用机制研究对合理应用纳米材料具有指导意义。

3      表面活性剂驱油

        化学驱作为三次采油的重要组成之一，近年来被广泛用于无法直接进行注水开发的非常规油气田中。表面活性剂驱油作为一种有效降低界面张力和反转地层润湿的驱替手段，能够有效减小毛细管力，这一性质对于低渗和特低渗储层的开发有着重要意义。

3. 1   表面活性剂驱油机制

         针对表面活性剂驱油机制，仅仅有润湿性的改变对驱油的效果提升不大，必须结合 IFT 的降低才能有效地在碳酸盐岩油藏中进行驱油。目前油田应用表面活性剂最为广泛的方法是段塞式注入，即先注入一段表面活性剂，再注入一段聚合物，用聚合物保护段塞并控制流度。通过调整表面活性剂与段塞体积占孔隙体积的比例，可将表面活性剂驱油细分为稀体积法（表面活性剂 2%，段塞 15%~60%）和浓体积法（表面活性剂 5%~8%，段塞3%~20%），前者在油水界面形成超低IFT 使得残余油流动，后者可达到 CMC 使得油水两相以微乳液的形式混溶增溶，并与油水界面都形成超低 IFT，使残余油流动。Borhan 等研究发现，在一定体积浓度的盐水中，油水两相在表面活性剂作用下形成的微乳液会发生剪切稀释现象，表现为塑性流体，即黏度随着剪切速率的增大而不断降低，且低剪切速率下的黏度降低比高剪切速率下的黏度降低更为显著，这一性质有利于混溶后的微乳液在储层中运移。该研究还表明乳化液的存在将会使得分子和固体颗粒发生团聚，从而打破分子间的键能，使得体系黏度进一步降低，有利于扩大浓体积法的波及体积和洗油效率。

         因此，能够产生混溶状微乳液形态的浓体积法相较于稀体积法更能够提高表面活性剂的驱油能力。随着对表面活性剂的不断了解和应用，人们不仅深入研究了表面活性剂的注入机制和方式，还开发出一系列具有特殊优势和潜力的表面活性剂体系，如绿色环保的生物表面活性剂、耐温耐盐表面活性剂以及表面活性剂的复配体系。

3. 1. 1 生物表面活性剂

           生物表面活性剂主要由微生物通过代谢产生，与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有易降解、对环境危害低等优点，按照生物表面活性剂分子链的长度将其粗略分为低分子量表面活性剂和高分子量表面活性剂，低分子量表面活性剂有利于 IFT 的降低，高分子量表面活性剂则可以用于乳液的合成和稳定。此外，根据生物表面活性剂的构成，通常可分为 4 类，如表 1所示。

         

        其中，针对脂肽和脂蛋白类阴离子表面活性剂在硬水（含有Mg2+、Ca2+等的水）中容易形成沉淀的问题，有学者通过对不同的醇类、酸以及沸石的纳米颗粒物作为复配体系，评价其对二价阳离子的耐受程度，综合比较后提出一种借助柠檬酸作为阳离子抑制剂的体系，该体系具有抑制效果好、不易生成新的沉淀且原材料价格便宜的优势。其主要作用机制为通过柠檬酸的络合作用将金属离子和柠檬酸、有机活性物质螯合在一起，成为新型螯合态有机酸盐，从而避免二价阳离子与表面活性剂直接反应形成沉淀物。此外，实验还证明柠檬酸可以有效提高表面活性剂的回收率，降低其对储层环境的污染。

3. 1. 2 耐温耐盐表面活性剂

           当遇到高矿化度地层时，离子型表面活性剂易受到地层水中盐离子的影响而失活，甚至产生沉淀物堵塞孔喉，伤害储层渗透率。在高温地层中，表面活性剂则可能由于内部化学键的断裂而失活。因此，针对高温高矿化度的储层，研究与之相匹配的表面活性剂体系具有重要意义。一般而言，高矿化度地层水对离子型表面活性剂影响更大，因此耐温耐盐表面活性剂多为非离子型表面活性剂和两性表面活性剂。

       非离子型表面活性剂（APG）在水溶液中不离解，不会产生沉淀物，受溶液矿化度影响较小，因此天然具有良好的耐盐性。Chen 等对不同链长的烷基链APG进行一系列研究，发现APG疏水链中含有的烷基数越多，APG 的疏水性能越强，其降低 IFT 的能力就越强。同时，APG 不受电荷的斥力影响，可以更加紧密地排列在界面上，因而相较于其他表面活性剂，有着更低的 IFT。受此原理启发，在 APG 中加入一定量的十二胺（DA），使得体系获得超低IFT，其原理如图10所示。

         

        由于 DA 分子不溶于水，可以将其插入 APG所形成的胶束或界面膜上，形成更加紧密的胶束或界面膜，从而获得超低的 IFT。另外，在 DA 和APG的亲水基团之间还可以形成氢键（图10中绿色部分），使得这种结构的排列更加紧密。

         甜菜碱类表面活性剂作为一种典型的两性表面活性剂，在水中可以离解出阴离子和阳离子基团，阴离子基团可以与高矿化度地层水中的阳离子螯合，从而避免沉淀物的生成。Zhang 等提出了一种通过廉价的脂肪酸为原料合成甜菜碱表面活性剂的方法，通过羟基丙基磺基亲水性基官能团可有效提高表面活性剂在水中的溶解度，从而具有耐温耐盐的能力。另一方面，Yuan 等指出对于高矿化度油藏，稀体积法的注入方式也能够起到良好的驱油效果。其具体作用机制由两方面组成，一方面，借助表面活性剂吸附在界面而获得超低 IFT，减少原油对岩石表面的吸附力，从而使得油膜通过自动收缩而以油滴的形式通过浮力的作用被剥离；另一方面，低渗透区的残余油不仅可以通过乳化和微乳液的方法驱出，还能通过降低 IFT 和改变润湿性的方法驱出，这是因为减小低渗透小孔喉中的运移毛管阻力和额外毛管阻力，使得地层中的高渗透和低渗透孔道间的运移阻力差达到平衡，最终表面活性剂进入低渗孔喉将油驱出。

3. 1. 3 表面活性剂复配体系

           表面活性剂的复配体系主要包括表面活性剂间的复配、表面活性剂和高分子聚合物以及其他有机物或无机盐的复配。前者通过不同表面活性剂间的复配来调整体系的 HLB值，可以通过产生协同效应来降低 IFT，甚至还可以降低主表面活性剂的用量和驱油表面活性剂的浓度，同时也可以在一定程度上强化表面活性剂的耐温性、耐盐性和稳定性等其他性质。后者通过表面活性剂、高分子聚合物和有机物、无机盐在地层中各自发挥其驱油作用，使得体系兼具上述几种驱油方式的优点，一种比较有代表性的体系为碱-表面活性剂-聚合物驱油体系，该体系的主要作用机制可以分别从碱、表面活性剂和聚合物几个方面讨论。碱能够与地层中的原油反应产生肥皂作为一种表面活性剂，其耐盐性较低，可与耐盐性较高的合成表面活性剂复配增大体系的耐盐范围；碱的注入还能降低表面活性剂在岩石上的吸附，增大其作用效果和范围。表面活性剂的驱油机理，同前文所示，主要为降低 IFT，不再赘述。聚合物可以增加体系的黏度，有利于更好地控制流度，增大波及体积；聚合物与表面活性剂在岩石表面具有吸附竞争作用，也能降低表面活性剂在岩石表面的吸附；聚合物还能够起到稳定剂的作用，延缓体系内的乳液或微乳液的“聚结”作用，提高体系携油运移能力。

3. 2   表面活性剂驱油存在问题及发展前景

         随着非常规油气田的开发和老油田的深部开发，表面活性剂驱油面临的主要问题包括对于高温和高矿化度地层的配伍、新型多功能表面活性剂的开发以及绿色环保表面活性剂的推广应用。

         目前，表面活性剂驱油研究的热点主要在对现有表面活性剂的改性和新型表面活性剂的研制上，前者主要对表面活性剂体系的复配研究和对现有表面活性剂的基团修饰；后者通过将表面活性剂与高分子聚合物、纳米颗粒等不同材料进行结合，以获得具有综合驱油机制的新型表面活性剂。此外，表面活性剂的环保性和经济性等问题能否解决也是制约表面活性剂驱油能否大规模应用的关键因素。
 

4      结论与展望

        1）当溶液中表面活性剂浓度低于CMC时，可在溶液界面形成一层表面活性剂薄膜，通过在溶液中加入疏水基团等方法对膜进行致密化后，能够产生一系列性能更好的润滑减阻、黏土防膨、发泡和润湿添加剂。当表面活性剂浓度高于 CMC时，可在溶液中形成胶束，可以通过添加适量的有机酸等调节剂来改变胶束的形状，一定程度上对溶液的黏度进行调整。

        2）表面活性剂驱油效果与其亲水基团和亲油基团的组成密切相关，通过改变表面活性剂的亲水和亲油基团，能够获得与不同地层适配的体系。如对于水敏和速敏较强的储层，可以适当增加阳离子亲水基团，使表面活性剂具有驱油和黏土稳定的双重作用，降低驱油过程中额外注入添加剂产生的成本。

        3）通过在表面活性剂分子结构中引入多种亲油基团和亲水基团，能够获得具有复杂综合效益的新型多功能表面活性剂。此外，将表面活性剂与高分子聚合物结合，获得能够有效控制流度的聚合物表面活性剂分子；将表面活性剂与纳米材料结合则能够获得具有纳米效应的纳米表面活性剂。在未来油田的精细化开发中，不同油田对表面活性剂分子的功能结构有不同要求，需要进一步发展更加丰富的表面活性剂体系。