聚醚改性有機硅消泡劑性能評價及應(yīng)用

陳 挺，楊 彬，邵澤恩，董丙響，田 丹

（1.中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院壓裂技術(shù)中心，天津 300280；2.中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院酸化技術(shù)中心，天津 300280；3.中石油大港油田分公司第六采油廠，河北滄州 061100）

聚醚改性有機硅消泡劑性能評價及應(yīng)用

陳 挺1，楊 彬2，邵澤恩3，董丙響1，田 丹1

（1.中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院壓裂技術(shù)中心，天津 300280；2.中石油渤海鉆探工程技術(shù)研究院酸化技術(shù)中心，天津 300280；3.中石油大港油田分公司第六采油廠，河北滄州 061100）

為了滿足蘇里格水平井壓裂返排液的消泡需求，合成了聚醚改性有機硅消泡劑。通過實驗發(fā)現(xiàn)，當端烯丙基聚氧烯醚分子鏈中聚氧乙烯與聚氧丙烯質(zhì)量比為10時，聚醚改性有機硅消泡劑的溶解時間短、消泡率高。與聚醚復(fù)配，當聚醚與改性有機硅消泡劑質(zhì)量比為1.4時，消泡劑的消泡率高、抑泡時間長。在蘇76-11-10H水平井壓裂返排液消泡應(yīng)用中，添加濃度為0.05%的消泡劑即可達到良好的消泡效果。

聚醚改性有機硅；壓裂返排液；復(fù)配；消泡劑；現(xiàn)場應(yīng)用

為提高渤海鉆探蘇里格自營區(qū)塊水平井壓裂施工后的返排率，通常采用壓裂液中添加發(fā)泡劑助排和液氮助排技術(shù)來減少壓裂液對地層的傷害，提高壓裂效果。返排過程中，在油嘴高壓條件下氮氣與水及表面活性劑相互作用產(chǎn)生大量泡沫，進入儲液罐后受到水流的擾動作用使得泡沫體積不斷增大，為下一步的壓裂液返排液存儲、處理造成了很多的困難。在大風(fēng)條件下，儲液罐中的泡沫會溢出，造成環(huán)境污染。隨著環(huán)境保護政策的逐漸嚴苛，施工現(xiàn)場需要對壓裂返排液進行處理來避免環(huán)境污染。

目前油田生產(chǎn)用消泡劑的應(yīng)用比較成熟，以有機硅類和聚醚類為主。有機硅消泡能力強但是抑泡能力弱，而聚醚消泡劑的抑泡能力強但是消泡時間長，破泡率低。為了滿足消泡時間短、消泡徹底的現(xiàn)場應(yīng)用需求，研究人員通常將這兩種消泡劑進行復(fù)配[1，2]，或者通過添加催化劑的方式將聚醚與有機硅加成得到聚醚改性聚硅氧烷[3]。為了進一步提高消泡效率，也可將聚醚改性聚硅氧烷與有機硅復(fù)配[4，5]。同時為了便于應(yīng)用，通常將消泡劑制備成乳液形式。

1 實驗部分

1.1 原料和儀器

實驗試劑：由EO、PO不同質(zhì)量比制備得到的烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚，黏度100 mPa·s～500 mPa·s，自產(chǎn)；含氫硅油：活性氫質(zhì)量分數(shù)0.1%～0.2%，黏度50 mPa·s～200 mPa·s，山東大易化工有限公司；氯鉑酸，分析試劑。

實驗儀器：SZCL-2智能控溫磁力攪拌器（上海鷹迪儀器設(shè)備有限公司）；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）。

1.2 聚醚改性聚硅氧烷的合成

聚醚改性聚硅氧烷的制備參考文獻[3]，將有機硅油與端烯丙基聚氧烯醚混合，加入一定量的氯鉑酸-異丙醇溶液作催化劑，加熱至120℃左右，反應(yīng)4 h，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑得聚醚改性聚硅氧烷。

將聚醚改性聚硅氧烷與聚醚按不同質(zhì)量比復(fù)配，評價復(fù)合消泡劑的消泡時間、消泡率和抑泡性能。

1.3 消抑泡性能評價

采用振蕩法測試消泡劑的消泡性能和抑泡性能。在室溫下，用磁力攪拌器將1.0%的十二烷基硫酸鈉水溶液攪拌5 min，靜置后記錄泡沫的體積。加入一定質(zhì)量分數(shù)的消泡劑，在攪拌條件下記錄消泡后泡沫的體積和消泡時間。靜置后，再次攪拌5 min，記錄起泡體積。

渠道的選擇，應(yīng)該嚴格按照霍童古鎮(zhèn)規(guī)劃的要求為前提，在整體品牌形象下進行渠道拓展工作?；敉沛?zhèn)采用統(tǒng)一的品牌形象和VI識別系統(tǒng)：景區(qū)的標志、小品塑造、指示牌、宣傳手冊，在式樣、顏色的選擇上精心地加以區(qū)別，并且在購物、娛樂、交通、衛(wèi)生、安全等方面形成統(tǒng)一的高質(zhì)量服務(wù)保障體系。加強對古鎮(zhèn)的宣傳，建立多渠道銷售模式，結(jié)合寧德市其他旅游資源的優(yōu)勢和影響力，借助“清新福建”品牌讓霍童古鎮(zhèn)旅游產(chǎn)品和服務(wù)走向全國。

采用同樣的方法評價消泡劑對新配制的含有起泡劑壓裂液的消泡性能。

1.4 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場配制濃度為0.05%的消泡劑，根據(jù)點火罐和地罐中泡沫的體積添加。觀察返排液儲罐中泡沫體積大小決定是否進一步添加消泡劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 消泡劑配方研究

圖1 聚醚改性聚硅氧烷消泡劑結(jié)構(gòu)的確定

通過改變聚醚分子鏈中環(huán)氧乙烷（EO）與環(huán)氧丙烷（PO）的質(zhì)量比，得到了不同結(jié)構(gòu)的端烯丙基聚醚。再改性有機硅得到了不同結(jié)構(gòu)的聚醚改性聚硅氧烷消泡劑，評價了消泡率和消泡劑的溶解時間（見圖1）。由圖1可知，隨著消泡劑分子鏈中環(huán)氧乙烷質(zhì)量的增大，溶解時間逐漸減小，消泡率逐漸增大。當EO與PO質(zhì)量比為10時，消泡劑在45 s內(nèi)溶解，消泡率達到95%。繼續(xù)增大質(zhì)量比，溶解時間和消泡率的變化不明顯，故確定聚醚改性聚硅氧烷消泡劑中EO與PO質(zhì)量比為10。

評價了消泡劑中改性聚硅氧烷與聚醚質(zhì)量比對消泡率和抑泡率的影響（見圖2）。由圖2可知，隨著聚醚質(zhì)量的增大，消泡率的增大不明顯，抑泡率減小。當聚醚質(zhì)量為改性聚硅氧烷質(zhì)量的1.2倍時，抑泡率達到15%，繼續(xù)增大聚醚的質(zhì)量，抑泡率增大不明顯。因此，聚醚與改性聚硅氧烷的質(zhì)量比固定為1.4。

圖2 復(fù)合消泡劑對消泡抑泡性能的影響

2.2 模擬壓裂返排液消泡評價實驗

根據(jù)蘇里格壓裂液配方，首先配制羥丙基胍膠壓裂液，然后加入破膠劑在90℃水浴加熱條件下破膠完全，破膠后體系黏度＜5 mPa·s，以此來模擬壓裂返排液。取模擬返排液100 mL，高速攪拌5 min，發(fā)泡體積為300 mL，半衰期45 s。在持續(xù)攪拌的條件下，泡沫體積保持不變。因此，在實際返排過程中需要投加消泡劑來控制泡沫的體積。

取100 mL模擬返排液樣品，攪拌起泡，加入消泡劑后繼續(xù)攪拌觀察消泡情況。模擬壓裂返排液體系配方中加入發(fā)泡劑的質(zhì)量分數(shù)為0.5%，其中還有其他表面活性劑也起到部分發(fā)泡效果，在實驗中以發(fā)泡劑的加量作為標準。由表1可知，在常溫條件下，當發(fā)泡劑與消泡劑質(zhì)量比為10:1時，就能夠有效使體系消泡。80℃條件下，消泡效果沒有受到明顯影響。

取100 mL返排液，加入一定量消泡劑，攪拌后觀察起泡情況，來評價消泡劑的抑泡能力。由表2可知，預(yù)先加入消泡劑，使其與消泡劑混合，在發(fā)泡劑與消泡劑質(zhì)量為10:1的條件下，能夠有效抑制體系起泡。在80℃條件下，抑制效果沒有受到明顯影響。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

蘇76-11-10H水平井位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗烏審召鎮(zhèn)烏審召嘎查，井口距蘇76-12-10井井口東南側(cè)373 m，鄂爾多斯盆地伊陜斜坡蘇76區(qū)塊中南部構(gòu)造。2016年10月27日凌晨壓裂結(jié)束后開始返排，總?cè)氲匾毫? 928.75 m3。

凌晨2:30，安裝3 mm油嘴放噴，至3:00時，出水3 m3；更換10 mm油嘴放噴，至上午7:00，累計出水90 m3，占入地液量3.07%。此時，點火罐中水面上聚集了細小的白色泡沫。流經(jīng)地罐后，在其中泡沫體積開始增大。采用噴淋的方式，按質(zhì)量濃度0.05%向地罐中噴灑消泡劑，接觸瞬間即可消泡，能夠有效減小泡沫體積。后續(xù)泵入盛放返排液的儲罐，其中未出現(xiàn)泡沫，抑泡效果良好（見圖3）。

表1 模擬壓裂返排液樣品消泡實驗

表2 消泡劑抑泡性能評價

圖3 返排液處理流程

3 結(jié)論

（1）采用EO與PO質(zhì)量比為10的端烯丙基聚醚改性有機硅得到聚醚改性聚硅氧烷消泡劑，溶解速率快，消泡效果好。

（2）將聚醚與改性聚硅氧烷按質(zhì)量比1.4復(fù)配得到抑泡能力優(yōu)良的復(fù)合消泡劑，在蘇里格水平井壓裂返排液消泡應(yīng)用效果良好。

［1］ 李杰訓(xùn)，孫云峰，王志華，等.適用于氣田產(chǎn)出水的消泡劑復(fù)配體系研究［J］.油氣地面工程，2016，35（1）：23-26.

［2］ 付孝錦，雷詞浩，萬世堯.壓裂液用硅油聚醚乳液型消泡劑的制備及性能評估［J］.內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)報，2016，31（2）：17-20.

［3］ 倪秀，袁桂梅，陳勝利，等.聚醚改性聚硅氧烷原油消泡劑的制備［J］.油田化學(xué)，2009，26（2）：153-157.

［4］ 夏榮良.乳液型有機硅消泡劑的研究與制備［J］.浙江化工，2016，47（6）：21-24.

［5］ 胡廷，李新超，王超明，等.有機硅乳液消泡劑的制備及在渤海油田的推廣應(yīng)用［J］.有機硅科技，2015，29（1）：38-41.

Performance evaluation and field application of polyether modified silicone defoamer

CHEN Ting1，YANG Bin2，SHAO Zeen3，DONG Bingxiang1，TIAN Dan1
（1.Fracturing Technology Center，Engineering Technology Research Institute，BHDC of CNPC，Tianjin 300280，China；2.Aciding Technology Center，Engineering Technology Research Institute，BHDC of CNPC，Tianjin 300280，China；3.Oil Production Plant 6 of PetroChina Dagang Oilfield Company，Cangzhou Hebei 061100，China）

In order to defoam the backflow fracturing fluids of Sulige horizontal well, polyether modified silicone defoamer has been synthesized.It was found that the polyether modified silicone defoamer has a shorter dissolution time and a higher defoaming rate when the mass ratio of polyoxyethylene and polypropylene oxide in the allyl polyethylene oxide ether chain was 10.To compound with polyether,when the mass ratio of polyether and polyether modified silicone defoamer was 1.4,the defoamer has a higher defoaming rate and a longer inhibiting time.It has been implied to defoamation of Su 76-11-10H horizontal well backflow fracturing fluids.When the concentration of defoamer was 0.05%,an excellent defoaming effect can be achieved.

polyether modified silicone；backflow fracturing fluids；compound；defoamer；field application

TE357.12

A

1673-5285（2017）05-0090-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.022

2017－04-28

陳挺，男，工程師，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事壓裂酸化等儲層改造工作，郵箱：15315019827@163.com。