CN115463459B - 一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物，按重量分数计，包括以下组分：5‑15份二甲基硅油、5‑10份磷酸三丁酯、3‑8份油酰二乙烯三胺、2‑7份吐温‑80、0.5‑5份纳米二氧化硅颗粒、50‑80份去离子水、5‑10份脂肪醇聚氧乙烯醚、1‑5份羧甲基纤维素钠。制备方法包括如下步骤：按重量份数称取原料；将二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺投入反应釜，搅拌10~15min，加热温度50‑55℃，得到混合液A；将吐温‑80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水投入分散机中，分散处理3‑5min，得到混合液B；将混合液A、混合液B、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠投入反应釜中，常温搅拌5‑10min，得到消泡剂组合物产品。本发明消泡剂消泡速率快、抑泡性能好、制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，具体涉及一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物及其制备方法。
背景技术
气田见水气井的数量随着天然气开采规模的扩充与日俱增，井底积液现象日益严重，对气井的生产能力和气田开发效果造成了严重的负面影响。当前国内外为消除这种影响，普遍采用泡沫排水技术。泡沫排水工艺末端的一个重要环节是在进入分离器前消除干净井筒返出的泡沫，以保证气水正常分离和泡沫不进人后续流程。如果泡沫消除不彻底，会造成一系列的危害，如影响仪表计量、增加管输压力等，严重的甚至造成增压机熄火、脱水塔损坏，导致巨大的经济损失。
目前现场主要采用加注消泡剂的方法进行消泡。采用的消泡剂可以分为三大类。第一种消泡剂是以矿物油，脂肪酸及脂肪酸脂等有机物为主体的一类物质，这类消泡剂具有原料易得、环保性能高、生产成本低等优点，但缺点在于专用型强、使用条件苛刻，只能在液体剪切力较小，所含表面活性剂的发泡能力较温和的条件下使用，对致密型泡沫的消除能力较差；第二种消泡剂是聚醚类消泡剂，这类消泡剂的优点在于抑泡能力强，缺点是使用条件受到温度限制，使用领域窄，只有当发泡体系的温度超过浊点温度时，聚醚消泡剂才能发挥消泡作用；第三种消泡剂是有机硅类消泡剂，这类消泡剂有较强的消泡、破泡性能，但抑泡性能较差，分散性不好，易凝聚成没有消泡活性的、粒度过大的油珠。
单一种类的消泡剂由于受自身性质和结构的影响，在泡沫排水采气中往往消泡速率慢、抑泡性能差。
专利CN106422427A提供了一种1-环己稀乙胺/纳米二氧化硅复合消泡剂及其制备方法，其是将1-环己稀乙胺与纳米二氧化硅混合后升温至220~250℃，在2000~3000rpm的高速分散剪切下混合作用2~3h。然后降温至50~60℃，添加剩余1-环己稀乙胺和适量水，在100~120℃下保温搅拌30~35min，得到的混合浆液分散均匀后通过胶体磨匀质化，高温烘干得到复合消泡剂。该消泡剂具有良好的消泡剂物化性能，不溶解于泡沫介质中，具有强力的扩散和铺展能力，但是该消泡剂抑泡能力较差，限制了其在气井泡沫排水采气中的推广使用。此外，该专利提供的制备方法所需温度较高，对设备和工艺要求苛刻。因此，提供一种制备条件简单、起泡抑泡性能优异，适用于气井泡沫排水采气用的消泡剂组合物是业界急需解决的问题。
发明内容
本发明一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物及其制备方法，解决的是现有技术消泡剂抑泡性能较差、制备工艺复杂的问题，目的在于提供一种消泡速率快、抑泡性能好、制备方法简单，能够用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物。
本发明一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物，按重量分数计，包括以下组分：5-15份二甲基硅油、5-10份磷酸三丁酯、3-8份油酰二乙烯三胺、2-7份吐温-80、0.5-5份纳米二氧化硅颗粒、50-80份去离子水、5-10份脂肪醇聚氧乙烯醚、1-5份羧甲基纤维素钠。
进一步，按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠。
进一步，所述纳米二氧化硅颗粒的直径为10-200nm。
进一步，所述纳米二氧化硅颗粒的直径为50-80nm。
进一步，所述纳米二氧化硅颗粒的直径为65nm。
进一步，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=6-15。
进一步，所述n=8-11。
进一步，所述n=9。
一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的制备方法，采用用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的组分配比，包括如下步骤：
S1：按重量份数称取二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺、吐温-80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠；
S2：将二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺投入反应釜，搅拌10~15min，加热温度50-55℃，得到混合液A；
S3：将吐温-80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水投入分散机中，分散处理3-5min，得到混合液B；
S4：将混合液A、混合液B、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠投入反应釜中，常温搅拌5-10min，得到消泡剂组合物产品。
进一步，所述S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；所述S3步骤中，分散处理5min。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物及其制备方法，以二甲基硅油、磷酸三丁酯和油酰二乙烯三胺作为基础组分，将传统的烷基酚聚氧乙烯醚替换成脂肪醇聚氧乙烯醚，辅以纳米二氧化硅和羧甲基纤维素钠，通过溶解分散制得消泡剂组合物，所得到的消泡剂产品消泡速率快、抑泡能力强。
2、本发明一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物及其制备方法，通过采用Q/SY17001-2016《泡沫排水采气用消泡剂技术规范》的方法进行评价，消泡时间低于10S，抑泡时间大于20min，远远高于标准的指标要求，能够应用于气井的泡沫排水采气时消泡，同时，本发明消泡剂的制备方法简便，所需设备及反应条件简单，便于工业化的推广使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
实施例
在一个实施例中，一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物，按重量分数计，包括以下组分：5-15份二甲基硅油、5-10份磷酸三丁酯、3-8份油酰二乙烯三胺、2-7份吐温-80、0.5-5份纳米二氧化硅颗粒、50-80份去离子水、5-10份脂肪醇聚氧乙烯醚、1-5份羧甲基纤维素钠。
在一个实施例中，按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠。
在一个实施例中，所述纳米二氧化硅颗粒的直径为10-200nm。
在一个实施例中，所述纳米二氧化硅颗粒的直径为50-80nm。
在一个实施例中，所述纳米二氧化硅颗粒的直径为65nm。
在一个实施例中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=6-15。
在一个实施例中，所述n=8-11。
在一个实施例中，所述n=9。
在一个实施例中，一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的制备方法，采用用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的组分配比，包括如下步骤：
S1：按重量份数称取二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺、吐温-80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠；
S2：将二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺投入反应釜，搅拌10-15min，加热温度50-55℃，得到混合液A；
S3：将吐温-80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水投入分散机中，分散处理3-5min，得到混合液B；
S4：将混合液A、混合液B、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠投入反应釜中，常温搅拌5-10min，得到消泡剂组合物产品。
在一个实施例中，所述S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；所述S3步骤中，分散处理5min。
实验例1
经过前期资料查询和试验准备，得出一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物，各组分的范围，按重量分数计，包括以下组分：5-15份二甲基硅油、5-10份磷酸三丁酯、3-8份油酰二乙烯三胺、2-7份吐温-80、0.5-5份纳米二氧化硅颗粒、50-80份去离子水、5-10份脂肪醇聚氧乙烯醚、1-5份羧甲基纤维素钠。制备方法参照实施例。
实验例1设计的消泡剂组合物各组分的总份数为100份，由于去离子水为溶剂，当其他组分质量百分占比确定时，其用量也随之确定，因此，在设计正交试验时去离子水不作为变量因数进行考虑，实验时1份等同于1g。此外，纳米二氧化硅颗粒的直径为65nm，脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=9。S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；S3步骤中，分散处理5min。
通过上述设定，在同一条件下，通过组份之间的配比调整，配置出18组实验组，具体的配置比例见表1所示。并将市售用于气井泡沫排水采气的消泡剂作为参照，市售用于气井泡沫排水采气的消泡剂其他实验条件和实验组一致。市售用于气井泡沫排水采气的消泡剂由成都孚吉科技有限公司提供。
测试方法按照Q/SY 17001-2016《泡沫排水采气用消泡剂技术规范》的规定进行，测试消泡剂的消泡时间和抑泡时间。
表1 组份配比对消泡剂性能的影响
由表1数据发现，随着消泡剂组合物有效含量的增加（即去离子水的含量减少），样品的消泡能力和抑泡能力总体表现都有所提升，也存在个别组份由于协同效果，表现有所差异。但含量增加的同时，成本也在增加，需要综合考虑成本和性能。本发明通过多次实验筛选比较，优选组份为按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠。
实验例2
本发明所用纳米二氧化硅为亲水性颗粒，其直径10-200nm。采用单因素控制变量法，控制组分加量不变，改变纳米二氧化硅颗粒的直径，配制含纳米颗粒的消泡剂组合物溶液，并测试样品消泡时间和抑泡时间。
选取7组实验组，组份为按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠，实验时1份等同于1g。
制备方法如实验例1所示。脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=9。S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；S3步骤中，分散处理5min。
纳米二氧化硅颗粒的直径分别为20nm、40nm、65nm、95nm、125nm、150nm、190nm。采用实验例1的测试方法进行测试，测试样品消泡时间和抑泡时间，测试指标如表2所示：
表2 纳米二氧化硅颗粒直径对性能的影响
| 实验序号 | 纳米二氧化硅直径（nm） | 消泡时间（s） | 抑泡时间（min） |
| 1 | 20 | 7.1 | 24.4 |
| 2 | 40 | 6.9 | 25.7 |
| 3 | 65 | 6.5 | 26.4 |
| 4 | 95 | 6.7 | 25.8 |
| 5 | 125 | 6.5 | 25.3 |
| 6 | 150 | 6.8 | 24.5 |
| 7 | 190 | 7.0 | 23.1 |
从表2中数据可以看出，改变纳米二氧化硅颗粒的直径，对消泡时间的影响不大，对抑泡时间有所影响。综合来看，优选纳米二氧化硅颗粒直径65nm。
实验例3
本发明所用脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=6-15。
采用单因素控制变量法，控制组分加量不变，改变脂肪醇聚氧乙烯醚的聚合度（即n的值），配制消泡剂组合物溶液，并测试样品消泡时间和抑泡时间。
用量筛选：选取5组实验组，组份为按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠，实验时1份等同于1g。
制备方法如实验例1所示。纳米二氧化硅颗粒直径65nm。S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；S3步骤中，分散处理5min。
脂肪醇聚氧乙烯醚的聚合度分别为7、9、10、12、15。采用实验例1的测试方法进行测试，测试样品消泡时间和抑泡时间，测试指标如表3所示：
表3 脂肪醇聚氧乙烯醚聚合度对性能的影响
| 实验序号 | 聚合度（n） | 消泡时间（s） | 抑泡时间（min） |
| 1 | 7 | 7.1 | 25.1 |
| 2 | 9 | 6.5 | 26.4 |
| 3 | 10 | 6.8 | 26.2 |
| 4 | 12 | 6.5 | 25.4 |
| 5 | 15 | 7.1 | 24.7 |
从表3数据可以看出，改变脂肪醇聚氧乙烯醚的聚合度n，对消泡时间和抑泡时间均有所影响。综合考虑，优选脂肪醇聚氧乙烯醚的聚合度n=9。
实验例4
实验例4测试二氧化硅颗粒对消泡剂组合物的影响，其他因素不便，采用单因素控制法，控制是否加入二氧化硅颗粒，设置两个实验组，用去离子水调节总重量不变。
用量筛选：消泡剂组合物组份为按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠，实验时1份等同于1g。其中一组加入3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水；另外一组仅仅加入68份去离子水。
制备方法如实验例1所示。脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=9。纳米二氧化硅颗粒直径65nm。S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；S3步骤中，分散处理5min。
采用实验例1的测试方法进行测试，测试样品消泡时间和抑泡时间，测试指标如表4所示：
表4 二氧化硅颗粒对性能的影响
| 实验序号 | 消泡时间（s） | 抑泡时间（min） |
| 含纳米二氧化硅的消泡剂组合物 | 6.5 | 26.4 |
| 不含纳米二氧化硅的消泡剂组合物 | 7.1 | 19.8 |
从表4可以看出，引入纳米二氧化硅，大大提高了消泡剂组合物的抑泡能力。
综上所述，与该市售用于气井泡沫排水采气的消泡剂相比，本发明提供的消泡剂组合物在消泡性能和抑泡性能均有大幅提升。通过采用 Q/SY 17001-2016 《泡沫排水采气用消泡剂技术规范》的方法进行评价，消泡时间低于10S，抑泡时间大于20min，远远高于标准的指标要求，能够应用于气井的泡沫排水采气时消泡。同时，本发明消泡剂的制备方法简便，所需设备及反应条件简单，便于工业化的推广使用。
此外，优选组份和工艺条件为：按重量分数计，包括以下组分：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠；脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=9；纳米二氧化硅颗粒直径65nm；S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；S3步骤中，分散处理5min。采用优选组份消泡性能更加突出。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物，其特征在于，按重量分数计，由以下组份组成：5份二甲基硅油、5份磷酸三丁酯、8份油酰二乙烯三胺、6份吐温-80、3份纳米二氧化硅颗粒、65份去离子水、7份脂肪醇聚氧乙烯醚、1份羧甲基纤维素钠；
所述纳米二氧化硅颗粒的直径为65nm；
所述脂肪醇聚氧乙烯醚的结构通式为：R-O-(CH2CH2O)n-H，R为饱和的C12直链烃基，n=9。
2.一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的制备方法，其特征在于，采用权利要求1所述一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的组分配比，包括如下步骤：
S1：按重量份数称取二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺、吐温-80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠；
S2：将二甲基硅油、磷酸三丁酯、油酰二乙烯三胺投入反应釜，搅拌10-15min，加热温度50-55℃，得到混合液A；
S3：将吐温-80、纳米二氧化硅颗粒、去离子水投入分散机中，分散处理3-5min，得到混合液B；
S4：将混合液A、混合液B、脂肪醇聚氧乙烯醚、羧甲基纤维素钠投入反应釜中，常温搅拌5-10min，得到消泡剂组合物产品。
3.根据权利要求2所述的一种用于气井泡沫排水采气的消泡剂组合物的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，搅拌10min，加热温度50℃；所述S3步骤中，分散处理5min。
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