酸化用消泡剂的研制与应用

王云云，杨彬，张镇，李文杰，徐杏娟，刘荣庆，谷庆江，杨金玲

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津300280；2.渤海钻探国际钻采物资供应分公司，天津300457）

目前各油田碳酸盐岩储层酸化酸压过程大多用胶凝酸、交联酸、转向酸等工作液，施工过程中会出现以下问题：①酸液体系现场配液过程中会产生大量的泡沫，自然消泡很慢，影响配液；②酸岩反应会产生大量气体，在地层条件下，气体和流体相互作用会产生大量气泡，酸化结束后返排液里存大量泡沫，导致酸液的收集和处理困难，且酸性泡沫会对现场施工人员和环境造成危害。因此需添加消泡剂来解决以上问题。良好的酸化用消泡剂应具有的条件是：热稳定性好，加量低，不影响酸液体系性能，与酸液体系配伍性好，且具有良好的消泡抑泡性能。目前同时满足这些条件的消泡剂很少见，尤其是适用于酸液体系的消泡剂未见报道。目前常用的消泡剂使用浓度高，且在强酸条件下不能保持稳定性，导致与酸液体系配伍性差，影响酸液体系的性能和自身的消泡抑泡性。本文研制一种酸化用消泡剂BH-SPK，在强酸条件下能够保持优异的稳定性，与酸液体系配伍性好，能够有效控制配液和返排过程产生的泡沫，保证酸化施工的顺利进行。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

聚醚胺M-1000，端环氧基硅油，乙醇，白炭黑，二甲基硅油，Tween-60，Span-60，羧甲基纤维素钠，酸化用转向剂BH-ZX。

VEC TOR22傅里叶红外光谱仪，恒温水浴锅，搅拌器，恒温鼓风干燥箱

1.2 氨基聚醚有机硅的制备

在配有回流冷凝管和玻璃塞的三口烧瓶中加入氨基和环氧基物质的量比为1∶1的聚醚胺M-1000和端环氧基硅油，乙醇作溶剂。将三口瓶置于水浴锅中，开启搅拌，转速300 r/min，水浴锅升温至60 ℃，转速为300 r/min反应3 h，得到氨基聚醚有机硅。

1.3 酸化用消泡剂的制备

1.3.1 硅膏的制备

在单口烧瓶中按质量比白炭黑∶二甲基硅油为1∶9加入白炭黑和二甲基硅油，KOH水溶液作为催化剂，将单口烧瓶放入油浴锅中，升温至110 ℃，在搅拌的情况下恒温反应4 h，冷却至室温，得到硅膏。

1.3.2 消泡剂的制备

称取10 g氨基聚醚有机硅、8 g硅膏、2 g Tween-60、1 g Span-60加入到三口烧瓶中，300 r/min搅拌，水浴加热至75 ℃；称取1 g羧甲基纤维素钠溶于83 g去离子水中，然后将此溶液缓慢加入到三口瓶中，75 ℃水浴中继续搅拌2 h后，冷却至室温，得到白色乳状液，即为酸化用消泡剂，取代号为BH-SPK。

1.4 酸化用消泡剂性能评价

1.4.1 稳定性

①离心稳定性。取10 mLBH-SPK于离心管中，以2500 r/min的转速在离心机酸化用消泡剂中离心30 min，观察酸化用消泡剂是否分层。②热稳定性。取10 mL酸化用消泡剂于试管中，将试管密封好置于恒温鼓风干燥箱中，80 ℃放置48 h，观察是否飘油、分层。③贮藏稳定性。取取10 mL酸化用消泡剂于试管中，将试管密封好常温放置1周之后，观察是否飘油、分层。

1.4.2 水/酸溶解性

在2个50 mL烧杯中分别加入20 mL蒸馏水和20 mL 20%盐酸溶液，分别取2 mLBH-SPK加入到2个烧杯中，观察消泡剂在水和酸中的溶解性。

1.4.3 消泡性能

称取60.00 g酸化用转向剂于1 L的容量瓶中，用蒸馏水定容，得到质量分数为6%的转向剂溶液。取100 mL 6%转向剂溶液置于500 mL量筒中，插入与氮气瓶相连的玻璃管，以500 mL/min的流量通入氮气，待泡沫达到500 mL刻度时停止通氮气，加入0.2 mL BH-SPK，启动秒表，泡沫完全消除时停止计时，所得时间即为消泡时间。

1.4.4 抑泡性能

取100 mL 6%转向剂溶液和0.2 mL BH-SPK置于500 mL量筒中，插入与氮气瓶相连的玻璃管，启动秒表，以500 mL/min的流量通入氮气，待泡沫达到500 mL刻度时停止计时，所得时间即为抑泡时间。

2 结果与讨论

2.1 消泡机理

对于聚醚改性硅油消泡剂，实验发现消泡剂分子可以直接进入泡沫液膜，在其表面形成一个双凹的油膜（如图1所示）。由于消泡剂的表面张力远小于泡沫液膜的表面张力，所以可以在液膜间不断地扩散和渗透，其渗入深度不断增大，当其等于泡膜厚度时就取代了原有液膜，形成一个“水-油-水”桥梁。该油桥受到两侧高表面张力液体的径向牵引，不断变细变薄，最终导致应力失衡并引起泡沫破灭，消泡过程中形成的油桥及其被拉伸的行为符合Denkov等人提出的“架桥-拉伸”机理[1-11]。

图1 “架桥-拉伸”消泡机理

测定的转向酸溶液的表面张力为28 mN/m，BH-SPK的表面张力为20 mN/m，具有较低的表面张力和较高的表面活性，有助于它能够比较容易地进入转向酸液泡泡膜，消泡剂的进入导致局部的泡膜的表面张力降低，被牵引向四周扩散，导致泡膜破裂，达到消泡的目的。

2.2 氨基聚醚有机硅的合成

2.2.1 反应物的选择

对端环氧基硅油（E系列）及侧链环氧基硅油（S系列）与M系列聚胺醚反应得到的产物进行了酸溶性和消泡时间的比较，如表1所示。

表1 反应物的选择

由表1可知，侧链环氧基硅油和聚胺醚的反应产物黏度很大，且水溶性和酸溶性都很差，而端环氧基硅油和聚胺醚的产物都不同程度溶于水和酸，且聚胺醚M-1000与端环氧基硅油反应产物的消泡效果最好，所以选择端环氧基硅油和聚胺醚M-1000作为氨基聚醚有机硅合成的原料。

2.2.2 最佳合成条件的确定

选择反应物端环氧基硅油和聚胺醚M-1000的物料配比（A）、反应温度（B）、反应时间（C）作为正交合成的因素，设计三因素三水平的正交实验L9（33）见表2，以反应产物的转化率和消泡性能为判定标准来进行反应条件的优化，确定最佳合成条件，正交实验结果与分析见表2。

表2 正交实验结果与分析

由表2可知，合成条件为物料配比1∶1、反应温度70 ℃、反应时间为3 h时，产物转化率和消泡性能最佳，因此确定此条件为最佳和成条件。

2.3 氨基聚醚有机硅的用量对消泡剂的影响

实验考察了氨基聚醚有机硅的用量对BH-SPK性能的影响，结果见表3。

表3 氨基聚醚有机硅用量对消泡剂的影响

由表3可知，BH-SPK的消泡和抑泡性能随氨基聚醚有机硅的用量的增加呈先增强后减弱的趋势，当氨基聚醚有机硅的用量为10%时，BH-SPK具有最好的消泡和抑泡性能，且稳定性良好，因此消泡剂中氨基聚醚有机硅的最佳含量为10%。

2.4 硅膏的用量对消泡抑泡性能的影响

实验考察了硅膏的用量对BH-SPK性能的影响，结果见表4。由表4可知，BH-SPK的消泡和抑泡性能随硅膏的用量的增加呈先增强后减弱的趋势，当硅膏的用量为8%时，BH-SPK具有最好的消泡和抑泡性能，且稳定性良好，因此消泡剂中硅膏的最佳含量为8%。

表4 硅膏用量对消泡剂的影响

2.5 酸化用消泡剂BH-SPK性能评价

BH-SPK与商业消泡剂进行了性能评价对比，结果见表5～表7。

表5 稳定性和溶解性评价

表6 消泡和抑泡性能评价

由表5、表6评价结果可知，BH-SPK的抑泡性能远远优于商业消泡剂，有很好的稳定性，由表7可以看出，BH-SPK不影响转向酸转向后黏度，与酸液体系有很好的配伍性，适用于酸化施工中泡沫控制。

表7 与转向酸配伍性评价

3 现场应用

BH-SPK在伊拉克艾哈代布油田ADM9-4H井进行了现场试验。ADM9-4H为艾哈代布油田AD1区块的一口开发水平井（新井），为解除储层在钻完井中造成的污染，并将污染物清洗出井筒，提高近井地带储层渗透率，投产前进行酸化。由于水平井段较长，为达到均匀布酸的目的，采用转向酸进行酸化。在使用配液车配液过程中出现大量泡沫，如图2（a）所示，影响配液的进行，加入BH-SPK后，泡沫在100 s以内迅速消失，且消泡剂与转向酸配伍性良好，如图2（b）、图2（c）所示。在转向酸配液过程中加入酸化用消泡剂，有效消除产生的泡沫，保证了配液过程顺利进行。

图2 BH-SPK在伊拉克ADM9-4H井进行现场实验

4 结论

1.以端环氧基硅油和聚胺醚M-1000合成的氨基聚醚有机硅、二甲基硅油和白炭黑制备的硅膏为主要成分，以Span-60和Tween-60为乳化剂，以羧甲基纤维素钠为增稠剂，采用高速剪切搅拌的方式进行乳化，制备出酸化用消泡剂BH-SPK。

2.BH-SPK与酸液体系配伍性好、稳定性好、消泡抑泡性能优异，在加量仅为0.2%情况下，消泡时间仅为36 s，抑泡时间可达3521 s，性能优于同类商业产品。

3.BH-SPK在艾哈代布油田酸化现场配制转向酸的过程中应用，有效地解决了配酸过程中产生大量泡沫的问题，保证了酸化施工顺利进行。