钻井液用高效有机硅消泡剂的研制

王雅新，卢景峰，谢富强，陈静

（1.大港油田集团油田化学有限公司，天津 300280；2.中国石油大港石化公司，天津 300280）

钻井液用高效有机硅消泡剂的研制

王雅新1，卢景峰2，谢富强1，陈静1

（1.大港油田集团油田化学有限公司，天津 300280；2.中国石油大港石化公司，天津 300280）

本文介绍了以二甲基硅油为主要原料合成硅膏，采用复合乳化体系对其进行乳化，研制成钻井液用乳液型消泡剂，该消泡剂具有生产工艺简单、消泡能力强的特性。

高效；有机硅；消泡剂

本文以二甲基硅油为主要原料，通过添加分散剂、稳定剂合成主体消泡剂，然后采用复合乳化体系对其进行乳化，合成出性能优良的钻井液用乳液型消泡剂。

1 消泡剂的作用机理

形成泡沫是因为较多的气体，分散在较少液体中形成的两相体系。纯液体在通气时很少起泡，只有当液体中存在表面活性剂时，就会产生一个稳定的气液分散系统。而消泡剂是一种与此相反的表面活性剂，它有助于大量液体的浓缩。

利用消泡剂可降低泡沫的表面张力，使泡沫破裂而消失。消泡剂的“抑泡”、“破泡”过程是：当体系加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜，即终止泡沫的产生；当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透，层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫的高表面张力的液体，低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，这样，致使泡沫周围应力失衡，从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子，再重新进入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫，全部覆灭。

2 高效有机硅消泡剂的研制

2.1 实验所需仪器与药品

仪器：烧杯、电子天平、量筒、六速旋转粘度计、胶体磨、低速搅拌器、三口烧瓶、加热套、离心机等。

药品：二甲基硅油（工业级）、白炭黑（工业级）、多元醇（分析纯）、山梨糖醇酐油酸酯（span-80）（工业级）、聚氧乙烯脱水山梨醇油酸酯（Tween-80）（工业级）、增稠剂（工业级）、高粘羧甲基纤维素钠（CMC）、蒸馏水等。

2.2 消泡剂的合成工艺

2.2.1 主消泡剂的合成

将定量硅油、多元醇倒入装有冷凝器、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，在搅拌状态下缓慢加入白炭黑，然后升温至180℃，反应2.5 h；2.5 h后停止加热、搅拌，冷却至室温后将其倒入胶体磨中，使体系得到高速剪切的作用，主消泡剂合成完毕。

2.2.2 复配乳化

称取定量主乳化剂于烧杯中，然后搅拌、加热（温度控制在80～90℃）；待温度到后依次加入乳化剂span-80、Tween-80继续搅拌（温度控制在80～90℃）；搅拌 15～20 min后，加入总水量的 0.3/7～0.5/7，15 min后再加入总水量的0.3/7～0.5/7，继续搅拌15 min后，加入总水量的0.5/7～0.8/7，继续搅拌15 min后，缓慢加入剩余量的水；继续搅拌10 min后，依次缓慢加入增稠剂、高粘CMC，继续搅拌3 h后，停止搅拌即为成品。

2.3 消泡剂的主要性能指标

主要性能指标：稳定性≥30 min，淡水浆密度恢复率≥90%，盐水浆密度恢复率≥98%。

2.4 消泡剂的性能评价方法

2.4.1 稳定性的测定

取定量的消泡剂于离心管中，在转速为3000r/min的高速离心机中离心，每隔5 min停机观察一次，记录分层的时间，若连续离心30 min不分层，表明消泡剂的性能稳定。作为商品的有机硅消泡剂其寿命应大于6个月，在3 000 r/min的高速离心机中离心30 min乳液不分层即可。

2.4.2 密度恢复率的测定

消泡剂在淡水浆、盐水浆的性能按SY/T 5560-92进行评价，加量均为0.2%。

3 实验结果与讨论

3.1 白炭黑的选择及混合

消泡剂中添加白炭黑，一方面可以乳化硅油，另一方面增加消泡剂的消泡性能，其机理为白炭黑能迅速扩散于液膜内，从而使液膜发生破裂。但普通型白炭黑与硅油的相容性很差，必须经过一种或几种聚合物或单体处理、改性，使之具有较强的疏水作用。我们选用比表面积大于200 m2/g的白炭黑，用六甲二硅醚及硅氮烷、脂肪醇处理而得。为了使处理后的白炭黑能均匀分散于硅油中，我们借助于具有高剪切力的胶体磨进行混合，同时为了提高其稳定性我们还加入了亲水性化合物作稳定剂。

3.2 主消泡剂的制备

主消泡剂硅膏的质量直接影响消泡剂的消泡性能及稳定性，为此我们进行了有关制备实验。我们选定白炭黑加量、硅膏的制备温度及反应时间作为三个重要影响因素进行了正交实验。通过实验得知：在1%～9%条件下实验，白炭黑的加量愈大，乳液的稳定性愈差，但加量越大产品成本越低；在120～180℃条件下实验，随着反应温度的升高产品稳定性能增加，150℃以上时反应温度对消泡剂的消泡性能没有影响；在1～3 h条件下实验，2.5 h之前消泡剂的消泡性能随反应时间的延长而增加，2.5 h之后，消泡性能不随时间的延长而变化。综合以上三个因素的影响，我们认为白炭黑的最佳加量为6%，制备温度宜选180℃，制备时间应以2.5 h为宜。

3.3 复合乳化剂的选择

硅油虽经白炭黑初步乳化，但其分散性仍很差，必须经乳化成为O/W型乳状液。实验证明，有机硅消泡剂的稳定性、消泡性能主要与复合乳化剂的HLB值、加量及乳化温度有关。通过正交实验得知：HLB值在5～10进行实验时，当HLB值在5～8时，消泡剂的稳定性及消泡性能随HLB值的增加而增大，当复合乳化剂的HLB值大于8时，消泡剂的稳定性不变，HLB在8～9时消泡性能最好；复合乳化剂的加量在2%～5%进行实验时，当乳化剂加量在2%～4%时，产品稳定性及消泡性随加量增加而增大，当乳化剂加量大于4%时，产品稳定性不随加量而变化，产品消泡性随加量增大而降低；乳化温度在60～100℃条件下实验时，乳化温度在60～90℃时，产品稳定性能、消泡性能随温度升高而增大，大于90℃时对产品性能不随温度升高而变化，但如果体系出现局部受热，可能会发生液体溅暴现象，所以最高温度不宜超过90℃。综合以上三个因素的影响，我们认为HLB在8～9时最好，复合乳化剂加量宜选4%，乳化温度宜选80～90℃。

3.4 增稠剂的选择

增稠剂在消泡剂体系中，可提高分散介质的粘度，也能增加产品的稳定性。因为水溶液粘度较高，可防止硅油微滴凝聚，提高其稳定性能。常用的增稠剂有聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠盐等。

3.5 高效有机硅消泡剂的应用

我们将制得的高效有机硅消泡剂同市售的一些消泡剂作对比实验，自制消泡剂的稳定性及消泡性能均优于其它几种。下面将所得结果列于表中。

表1 几种消泡剂性能比较

［1］幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京：化学工业出版社 ，1999：481～509.

［2］嵇北武.精细石油化工，1986，（3）：3.

［3］刘程.表面活性剂应用大全[M]，北京：北京工业大学出版社，1997.

［4］焦学瞬，张琼，安家驹.消泡剂制备与应用[M]，北京：中国轻工业出版社，1995.

［5］化工百科全书（6），北京：化学工业出版社，1994.

［6］赵国玺.表面活性剂物理化学 [M]，北京：北京大学出版社，1984：167-189.

［7］孙会易.有机硅表面活性剂品种及应用[J]，大连：大连出版社，1999：66-76.

［8］杨俊玲.泡沫剂消泡技术[J]，印染助剂，1995，12（4）：29-32.

Preparation of high efficiency organic silicon defoamer for drilling fluid

WANG Ya-xin1,LU Jing-feng2,XIE Fu-qiang1,CHEN Jing1
（1.Dagang Oilfield Chemical Co.,Ltd,Tianjin 30080,China;2.Petrochina Dagang Petrochemical Company,Tianjin 300280,China)

The thesis describes the successful study of Emulsifier Deformer for Drilling Fluid-first synthesizing silicon ointment by dimethyl silicon oil as main raw material,then treating it with multi-emulsification system.Simple techniques and high defoaming efficiency are advantages of this Defoamer.

high efficiency;organic silicon;defoamer

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.05.011

TE254+.4

B

1008-1267（2011）05-0032-03

2011-03-09