重質油は粘度が高く流動性が低いため、採掘には多くの困難が伴います。このような重質油を抽出するために、高粘度の重質油を低粘度の水中油型エマルジョンに変換するために、界面活性剤の水溶液を坑井に注入し、それを地表に汲み上げることがあります。この重質油の乳化および粘度低下方法で使用される界面活性剤には、アルキルスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリエンポリアミン、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル硫酸ナトリウムなどがあります。生成された水中油型エマルジョンから水を分離する必要があり、脱水のための脱乳化剤としても工業用界面活性剤が使用されます。これらの脱乳化剤は水中油型エマルジョンです。一般的に使用されるのは、カチオン界面活性剤、ナフテン酸、アスファルト酸、およびそれらの多価金属塩です。特殊な重質油は従来のポンプ装置では採掘できず、熱回収のために蒸気注入が必要となる。熱回収効果を高めるためには、界面活性剤を使用する必要がある。蒸気注入井に泡を注入する、すなわち耐高温性発泡剤と非凝縮性ガスを注入することは、一般的に用いられる調製方法の一つである。一般的に用いられる発泡剤はアルキルベンゼンスルホン酸塩、αオレフィンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、スルホアルキル化ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル、スルホアルキル化ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなど。フッ素系界面活性剤は表面活性が高く、酸、アルカリ、酸素、熱、油に対して安定であるため、高温発泡剤として理想的です。分散油が地層の細孔構造を容易に通過できるようにしたり、地層表面の油を容易に置換できるようにするために、膜拡散剤と呼ばれる界面活性剤が必要であり、一般的に使用されるのはオキシアルキル化フェノール樹脂ポリマー界面活性剤です。
2、ワックス状原油抽出用界面活性剤
ワックス質の原油を抽出する際には、ワックスの発生防止と除去を頻繁に行う必要がある。ワックス抑制剤およびワックス除去剤として界面活性剤が用いられる。ワックス発生防止に用いられる界面活性剤には、油溶性界面活性剤と水溶性界面活性剤がある。油溶性界面活性剤は、ワックス結晶表面の性質を変化させることでワックス発生防止効果を発揮する。一般的に用いられる油溶性界面活性剤としては、石油スルホン酸塩系界面活性剤やアミン系界面活性剤などが挙げられる。水溶性界面活性剤は、ワックスが付着する表面（油管、サックロッド、機器の表面など）の性質を変化させることでワックス発生防止に寄与する。使用可能な界面活性剤としては、アルキルスルホン酸ナトリウム、第四級アンモニウム塩、アルカンポリオキシエチレンエーテル、芳香族炭化水素ポリオキシエチレンエーテル、およびそれらのスルホン酸ナトリウム塩などが挙げられる。ワックス除去に使用される界面活性剤も2つのカテゴリーに分類される。油溶性のものは油性ワックス除去剤に使用され、水溶性のものはスルホン酸系、第四級アンモニウム塩系、ポリエーテル系、Tween系、OP系界面活性剤、および硫酸エステル化またはスルホアルキル化されたPeregal系およびOP系界面活性剤などが水性ワックス除去剤に使用される。近年、国内外でワックス除去とワックス防止が有機的に組み合わされ、油性ワックス除去剤と水性ワックス除去剤も有機的に組み合わされて混合型ワックス除去剤が製造されている。このタイプのワックス除去剤は、油相として芳香族炭化水素および混合芳香族炭化水素を、水相としてワックス除去効果のある乳化剤を使用する。選択された乳化剤が適切な曇点を有する非イオン性界面活性剤である場合、油井のワックス析出部の温度以下で曇点に達するか、またはそれを超えることができ、それによって混合型ワックス除去剤がワックス析出部に入る前に脱乳化され、2種類のワックス除去剤に分離し、同時にワックス除去効果を発揮する。
3、安定粘土に使用される界面活性剤
粘土の安定化には、粘土鉱物の膨潤防止と粘土鉱物粒子の移動防止という2つの側面があります。粘土の膨潤防止には、アミン塩型、第四級アンモニウム塩型、ピリジン塩型、イミダゾリン塩型などのカチオン系界面活性剤が使用できます。粘土鉱物粒子の移動防止には、フッ素含有非イオン性カチオン系界面活性剤を使用できます。
4、酸性化措置に使用される界面活性剤
酸性化効果を高めるためには、一般的に酸溶液に様々な添加剤を加える必要がある。酸溶液と適合性があり、かつ膜に容易に吸着される界面活性剤であれば、酸性化遅延剤として使用できる。カチオン界面活性剤の例としては、脂肪族アミン塩酸塩、第四級アンモニウム塩、ピリジニウム塩などが挙げられる。両性界面活性剤の例としては、スルホン化、カルボキシメチル化、リン酸エステル化、または硫酸エステル化されたポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなどが挙げられる。ドデシルスルホン酸とそのアルキルアミン塩などの一部の界面活性剤は、酸溶液を油中に乳化させて油中酸エマルジョンを形成することができ、これを酸性化作動液として使用すると、遅延剤としても機能する。
一部の界面活性剤は、酸性化流体の脱乳化剤として作用する。ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレンプロピレングリコールエーテルやポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレンペンタエチレンヘキサミンなどの分岐構造を持つ界面活性剤は、酸性化脱乳化剤として使用できる。
特定の界面活性剤は、廃酸処理添加剤として使用できる。これには、アミン塩型、第四級アンモニウム塩型、ピリジニウム塩型、非イオン性、両性、およびフッ素化界面活性剤が含まれる。
アルキルフェノール、脂肪酸、アルキルベンゼンスルホン酸、第四級アンモニウム塩などの油溶性界面活性剤は、酸性化スラッジ抑制剤として機能します。これらの界面活性剤は酸への溶解性が低いため、非イオン性界面活性剤を用いて酸性溶液中に分散させることができます。
酸性化効果を高めるためには、酸性溶液に濡れ性調整剤を添加し、坑井近傍領域の濡れ性を油濡れ性から水濡れ性へと反転させる必要がある。ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレンアルキルアルコールエーテルやリン酸エステル化ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレンアルキルアルコールエーテルなどの混合物は、地層に一次吸着層として吸着され、濡れ性の反転を実現する。
さらに、脂肪族アミン塩酸塩、第四級アンモニウム塩、非イオン性アニオン界面活性剤などの界面活性剤は、発泡剤として使用され、反応遅延、腐食抑制、深層地層の酸処理といった目的を達成するための発泡性酸性作動流体を調製する。あるいは、このような発泡体は酸処理の前処理層として使用することもできる。すなわち、発泡体を地層に注入した後、酸溶液を注入する。発泡体中の気泡によって生じるジャミン効果は、酸溶液を分散させ、主に低浸透性層を溶解させることで、酸処理効果を高めることができる。
5、破砕対策に使用される界面活性剤
フラクチャリング対策は、浸透率の低い油田でよく用いられます。フラクチャリング対策では、圧力をかけて地層を破砕し、亀裂を生成し、プロパントで亀裂を支えて流体の流れ抵抗を低減することで、生産量と注入量の増加を目指します。フラクチャリング液の中には、界面活性剤を成分の一つとして配合したものがあります。水中油型フラクチャリング液は、水、油、乳化剤から作られます。使用される乳化剤には、イオン性、非イオン性、両性界面活性剤などがあります。増粘水を外部相、油を内部相として用いると、増粘水中油型フラクチャリング液（ポリマーエマルジョン）を配合できます。このタイプのフラクチャリング液は、160℃以下の温度で使用でき、自動的に脱乳化して流体を排出することができます。フォームフラクチャリング液は、分散媒として水、分散相としてガスを用い、主成分は水、ガス、発泡剤です。アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル、第四級アンモニウム塩、およびOP型界面活性剤はすべて発泡剤として使用できます。発泡剤の水中濃度は一般的に0.5～2%で、気相体積と泡体積の比は0.5～0.9です。油性破砕液は、油を溶媒または分散媒体として使用して配合されます。現場での用途で最も一般的に使用される油は、原油またはその重質留分です。粘度-温度特性を改善するために、油溶性石油スルホン酸塩（分子量300～750）を添加する必要があります。油性破砕液には、水中油型破砕液と油泡型破砕液も含まれます。前者は油溶性陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、および非イオン界面活性剤を乳化剤として使用し、後者はフッ素含有ポリマー界面活性剤を泡安定剤として使用します。水に敏感な地層用の破砕液は、アルコール（エチレングリコールなど）と油（灯油など）の混合物を分散媒として、液体二酸化炭素を分散相として、硫酸化ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテルを乳化剤または発泡剤として用いて調製されたエマルジョンまたはフォームであり、水に敏感な地層の破砕に使用されます。破砕酸処理用の破砕液は、破砕液と酸処理液の両方の役割を果たし、炭酸塩地層で両方の処理が同時に行われる場合に使用されます。界面活性剤に関連するものとしては、酸性フォームと酸性エマルジョンがあり、前者はアルキルスルホン酸塩またはアルキルベンゼンスルホン酸塩を発泡剤として使用し、後者はスルホン酸塩系界面活性剤を乳化剤として使用します。酸処理液と同様に、破砕液も脱乳化剤、洗浄添加剤、および濡れ性反転剤として界面活性剤を使用しますが、ここでは詳しく説明しません。
6、プロファイル制御および水詰まり対策に使用される界面活性剤
水攻法開発の有効性を向上させ、原油の含水率の上昇率を抑制するためには、刺激法として、注入井における吸水プロファイルを調整し、生産井における吸水遮断措置を実施する必要がある。これらのプロファイル制御および吸水遮断方法の中には、特定の界面活性剤を使用するものもある。HPC/SDSゲルプロファイル制御剤は、ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）とドデシル硫酸ナトリウム（SDS）を淡水に混合して調製する。アルキルスルホン酸ナトリウムとアルキルトリメチルアンモニウムクロリドをそれぞれ水に溶解して2つの作動流体を調製し、これらを地層に順次注入する。2つの作動流体は地層内で出会い、アルキルトリメチルアミンのアルキル亜硫酸塩沈殿物を生成し、これが高浸透層を遮断する。ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、アルキルアリールスルホン酸塩などは発泡剤として使用できる。これらを水に溶解して作動流体を調製し、これを液体二酸化炭素作動流体と交互に地層に注入する。これにより、地層（主に高浸透層）に泡が形成され、閉塞を引き起こし、プロファイル制御効果が得られます。第四級アンモニウム塩型界面活性剤を発泡剤として用い、硫酸アンモニウムと水ガラスから調製したシリカゾルに溶解させ、地層に注入します。次に、非凝縮性ガス（天然ガスまたは塩素ガス）を注入すると、まず地層内で液体を分散媒とする泡が発生し、次にシリカゾルがゲル化して固体を分散媒とする泡が発生し、高浸透層を閉塞してプロファイル制御を実現します。スルホン酸塩型界面活性剤を発泡剤として、高分子化合物を増粘剤および泡安定剤として用い、続いてガスまたはガス発生物質を注入すると、地表または地層内に水性泡が発生します。油層では、界面活性剤の大部分が油水界面に移動し、泡を破壊するため、油層を閉塞せず、選択的な油井水閉塞剤となります。油性セメント系止水剤は、油にセメントを懸濁させたものです。セメントの表面は親水性です。水生成層に入ると、水がセメント表面の油を置換し、セメントと反応してセメントを固化させ、水生成層を遮断します。この止水剤の流動性を向上させるために、通常、カルボン酸塩系およびスルホン酸塩系の界面活性剤が添加されます。水系ミセル流体止水剤は、主に石油スルホン酸アンモニウム、炭化水素、アルコールなどからなるミセル溶液です。地層内の高塩分水に遭遇すると、粘性を持ち、止水効果を発揮します。水系または油系のカチオン界面活性剤溶液止水剤は、主にアルキルカルボン酸塩およびアルキルアンモニウムクロリド界面活性剤から構成され、砂岩層にのみ適用可能です。活性重油止水剤は、油中水型乳化剤で溶解した重油です。地層中の水に接触すると、高粘度の水中油型エマルジョンを生成し、水遮断効果を発揮する。水中油型遮断剤は、カチオン系界面活性剤を水中油型乳化剤として用い、重油を水中で乳化することによって調製される。
7、砂制御対策用界面活性剤
砂制御作業を行う前に、界面活性剤を添加した活性水を一定量、プレフラッシング液として注入し、地層を前洗浄することで、砂制御効果を高める必要がある。現在一般的に使用されている界面活性剤のほとんどは、陰イオン界面活性剤である。
8、原油脱水用界面活性剤
一次および二次石油回収段階では、生産された原油に対して主に水中油型脱乳化剤が使用されます。これまでに3世代の製品が開発されています。第1世代には、カルボン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩が含まれます。第2世代は、OP、ペゴスペルス、スルホン化ヒマシ油などの低分子量非イオン界面活性剤で構成されています。第3世代は、高分子量非イオン界面活性剤です。二次石油回収後期段階および三次石油回収段階では、生産された原油は主に水中油型エマルジョンの形で存在します。テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリドやジデシルジメチルアンモニウムクロリドなど、4種類の脱乳化剤が使用されます。これらは、陰イオン乳化剤と反応して親水性-親油性バランス値を変化させたり、水濡れ性粘土粒子の表面に吸着して濡れ性を変化させ、水中油型エマルジョンを破壊したりします。さらに、水中油型乳化剤として作用する一部の陰イオン界面活性剤や、油溶性の非イオン界面活性剤は、水中油型エマルションの脱乳化剤としても使用できる。
9、水処理用界面活性剤
油井から原油を分離した後、生産水は再注入の要件を満たすように処理する必要があります。水処理の目的は、腐食抑制、スケール防止、殺菌、脱酸素、油分除去、および懸濁固形物の除去の6つです。そのため、腐食抑制剤、スケール抑制剤、殺菌剤、脱酸素剤、油分除去剤、凝集剤などが使用されます。工業用界面活性剤としては、以下のものが挙げられます。
腐食抑制剤として使用される工業用界面活性剤には、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、直鎖アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、イミダゾリンおよびその誘導体の塩、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテル、ポリオキシエチレンジアルキルプロピノール、ポリオキシエチレンロジンアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテルアルキルスルホン酸塩、各種第四級アミノ内部塩、およびビス（ポリオキシエチレン）アルキルおよびその誘導体の内部塩が含まれる。スケール抑制剤として使用される界面活性剤には、リン酸エステル、硫酸エステル、酢酸エステル、カルボン酸エステル、およびそれらのポリオキシエチレン化合物が含まれる。スルホン酸エステルおよびカルボン酸エステルの熱安定性は、リン酸エステルおよび硫酸エステルの熱安定性よりも著しく優れている。殺菌剤として使用される工業用界面活性剤には、直鎖アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、イミダゾリンおよびその誘導体の塩、各種第四級アンモニウム内部塩、ビス（ポリオキシエチレン）アルキルおよびその誘導体の内部塩などがある。油分除去剤として使用される工業用界面活性剤は、主に分岐構造を持ち、ジチオカルボン酸ナトリウム基を含むものである。
10、石油回収における化学フラッディング用界面活性剤
一次および二次石油回収では、地下の原油の 25% ～ 50% を回収できますが、大量の原油が地下に残っており、回収できません。三次石油回収は、石油回収効率を向上させることができます。三次石油回収では、主に化学フラッディング法が採用されています。これは、注入水にいくつかの化学物質を添加して、水フラッディング効率を向上させる方法です。使用される化学物質の中には、工業用界面活性剤があり、その条件を以下のように簡単に紹介します。界面活性剤を主剤とする化学フラッディング法は、界面活性剤フラッディングと呼ばれます。界面活性剤は、主に油水界面張力を低下させ、毛細管数を増加させることで、石油回収率を向上させる役割を果たします。砂岩層の表面は負に帯電しているため、使用される界面活性剤は主に陰イオン界面活性剤であり、そのほとんどはスルホン酸界面活性剤です。これは、スルホン化剤（三酸化硫黄など）を使用して芳香族炭化水素含有量の高い石油留分をスルホン化し、アルカリで中和することによって作られます。その仕様：有効成分50％～80％、鉱油5％～30％、水2％～20％、硫酸ナトリウム1％～6％。石油スルホン酸塩は高温には耐性があるが、塩や高価数金属イオンには耐性がない。合成スルホン酸塩は、対応する炭化水素から対応する合成方法を用いて製造される。中でも、α-オレフィンスルホン酸塩は特に塩や高価数金属イオンに耐性がある。さらに、一部のアニオン性・非イオン性界面活性剤やカルボン酸系界面活性剤も油水圧入に使用できる。界面活性剤圧入には2種類の添加剤が必要で、1つはイソブタノール、ジエチレングリコールブチルエーテル、尿素、スルホラン、アルケニルベンゼンスルホン酸塩などの共界面活性剤、もう1つは酸、アルカリ、塩などの電解質で、主に塩である。これらは界面活性剤の親水性を低下させ、相対的に親油性を高め、界面活性剤の親水性-親油性バランス値を変化させることによっても機能します。界面活性剤の損失を減らし、経済効率を向上させるために、界面活性剤フラッディングでは犠牲剤と呼ばれる化学物質も使用されます。犠牲剤として使用できる物質には、アルカリ性物質、ポリカルボン酸とその塩、オリゴマーやポリマー、リグノスルホン酸塩とその変性製品などがあります。2つ以上の主剤を使用して化学的油フラッディングを行う油フラッディング法は、複合フラッディングと呼ばれます。界面活性剤に関連するこのような油フラッディング法には、界面活性剤＋ポリマーによる増粘界面活性剤フラッディング、アルカリ＋界面活性剤によるアルカリ強化界面活性剤フラッディングまたは界面活性剤強化アルカリフラッディング、アルカリ＋界面活性剤＋ポリマーによる三成分複合フラッディングなどがあります。複合フラッディングは通常、単独フラッディングよりも高い油回収率が得られます。国内外の現在の開発動向の分析によると、三成分複合フラッディングは二成分複合フラッディングよりも優位性が高い。三成分複合フラッディングで使用される界面活性剤は主に石油スルホン酸塩であり、耐塩性を向上させるために、通常は硫酸、リン酸、ポリオキシエチレンアルキルアルコールエーテルのカルボン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアルコールアルキルスルホン酸ナトリウムなどと複合化される。近年、国内外ともに、ラムノリピド、ソホロリピド発酵液、天然混合カルボン酸塩、製紙副産物アルカリリグニンなどのバイオ界面活性剤の研究と利用を重視しており、これらは現場および実験室試験で良好な油フラッディング効果を達成している。
投稿日時：2026年3月26日