CN111821722B - 一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂及其制备方法 - 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纳米固体消泡剂及其制备方法。本发明提供了一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂，按重量份数计，其包括如下原料组分：二甲基硅油12～22份；改性二氧化硅纳米颗粒1～4份；固化剂72～76份；乳化剂1～4份。本发明还提供了一种制备该用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的方法，包括如下步骤：1)将二甲基硅油和改性二氧化硅纳米颗粒混合，加热并搅拌，冷却至预定温度，得到消泡剂主体；2)将固化剂加热至熔化，与乳化剂和步骤1)制得的消泡剂主体混合，恒温搅拌，得到用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。该用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂消泡和抑泡能力强。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域。更具体地，涉及一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂及其制备方法。
背景技术
随着气田开采的持续进行，地层出水也逐渐增加，在开采中后期采取泡沫排水采气工艺已经成为保障持续稳定生产必不可少的工艺。泡沫排水工艺末端的一个重要环节是消除泡沫，保证气水分离，如果泡沫消除不彻底，会造成许多不利影响，例如影响仪表计量，增加管输压力，增压机内进入泡沫熄火、脱水撬内进入泡沫结盐等。目前现场应用的消泡剂多以乳液型有机硅消泡剂为主，加注工艺大同小异，大体上是将消泡剂乳化液根据泡排剂的用量按比例稀释后，通过消泡撬、消泡罐泵注或者利用平衡罐进行连续加注，加注位置一般设定在进集气站之前的管汇处，也可以在单井井口处边注边消。
各大气田根据自身的特殊状况，消泡剂的加注工艺有局部改进创新。尽管采取了各种措施，乳液型消泡剂在使用过程中仍然存在诸多问题，具体表现以下几个方面：(1)消泡效果起伏不定；(2)乳液消泡剂稀释后的稳定性不强；(3)乳液消泡剂注入成本高；(4)包装、运输成本较高。针对以上问题，近年来逐渐形成了固体消泡技术，但现有固体消泡剂存在消泡效果差，成本高等问题，效果不理想。
因此，本发明提供了一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂及其制备方法，以解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。该纳米固体消泡剂用于出水气井采用泡沫排水采气工艺后，返出地面的泡沫在进入分离器之前的消泡工作，以确保井筒返出的泡沫在分离器之前消除干净，不对后续流程和设备造成损害。
本发明的第二个目的在于提供一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供了一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂，按重量份数计，包括如下原料组分：
本发明中，二甲基硅油作为纳米固体消泡剂的主体成分，为消泡和抑泡主体；改性二氧化硅纳米颗粒为消泡和抑泡高效助剂，用于增强消泡剂的总体性能；固化剂用于将二甲基硅油与改性二氧化硅纳米颗粒形成的液体消泡剂固化，形成固体消泡剂；由于本发明中消泡剂的主体成分为二甲基硅油，其不溶于水，因此添加了乳化剂，其中乳化剂的作用主要是将二甲基硅油乳化，以便在消泡过程中分散到液相和泡沫中去，达到最优的消泡效果。
优选地，所述改性二氧化硅纳米颗粒为聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒。本发明通过选择聚二甲基硅氧烷对纳米二氧化硅颗粒进行修饰，改变纳米二氧化硅颗粒的表面性质，获得具备强疏水性的纳米颗粒；借助该疏水型纳米颗粒的针尖和渗透作用，与二甲基硅油进行复合，降低二甲基硅油在泡膜的进入能垒和进入深度，充分发挥二者的协同作用，减小消泡过程中建立油桥的阻力，大幅提高二甲基硅油的消泡效率；同时，在消泡过程中这种疏水型的纳米颗粒也会被气泡液膜上的表面活性剂快速吸收，在液膜上形成表面活性剂消耗点，迅速降低局部表面张力，产生收缩力破裂气泡；另外，当疏水颗粒被二甲基硅油完全润湿时，液膜与油滴的临界接触角将变小，使得液膜更容易被破坏，从而加速泡沫破灭。
优选地，所述聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒由如下原料组分制得，按重量份数计：
其中，所述氨水的浓度为20-25wt％；所述二氧化硅颗粒的粒径为10～20nm；该二氧化硅颗粒的粒径越小对应得到聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒的助消效果越好，然而粒径越小成本越高，为兼顾性能与经济性，进一步优选二氧化硅颗粒的粒径为12nm。
优选地，所述固化剂为蔗糖、聚乙二醇、石蜡或乙酸钠。本发明优选的固化剂用于纳米固体消泡剂，在消泡剂固化成型后对消泡剂有效成分完全没有影响，且形成的固体消泡剂结构致密，不易破碎，溶剂速度适中；进一步地，所述固化剂为蔗糖；该蔗糖不与本发明中纳米固体消泡剂的主体配方发生化学反应，不影响有效成分性能；此外其水中可溶，溶解速度适中，且溶解后无固体残渣产生；具备一定强度，有利于运输及现场加装。
优选地，所述乳化剂为乳化剂MOA-3、乳化剂MOA-5或乳化剂S-185。上述乳化剂均具有良好的乳化效果，有利于二甲基硅油的乳化，进一步提升纳米固体消泡剂的消泡效果。
优选地，所述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的形状为棒状。本领域技术人员可以理解是，所述纳米固体消泡剂的形状可以为任意形状；其中优选棒状从而能够匹配现场常用的固体消泡剂设备。
本发明还提供了一种制备上述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的方法，包括如下步骤：
1)将二甲基硅油和改性二氧化硅纳米颗粒混合，加热并搅拌，冷却至预定温度，得到消泡剂主体；
2)将固化剂加热至熔化，与乳化剂和步骤1)制得的消泡剂主体混合，恒温搅拌，得到用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。
优选地，步骤1)中所述加热的温度为230～250℃。
优选地，步骤1)中所述搅拌的时间为3～5h，所述搅拌的速度为4000～5000r/min。
优选地，步骤1)中所述冷却的预定温度为15～20℃。
优选地，步骤2)中所述固化剂的加热温度为185～195℃。此外，本领域技术人员可以理解的是，步骤2)中恒温搅拌的温度为保持固化剂的加热熔化温度。
优选地，步骤2)中所述搅拌的时间为1.5～2h，所述搅拌的速度为500～800r/min。
优选地，步骤2)中所述恒温搅拌的步骤后，还包括冷却成型的步骤；进一步地，所述冷却成型的步骤包括将恒温搅拌后物料置于包装模具中，冷却至15～20℃并直接成型为需要的形状；更优选地，所述包装模具为泡排棒模具。
优选地，步骤1)中所述改性二氧化硅纳米颗粒由如下步骤制得：
a、将二氧化硅颗粒、甲醇、聚二甲基硅氧烷和去离子水按比例混合，加热并搅拌，得到混合液；
b、向步骤a制得的混合液中加入氨水，搅拌得到改性二氧化硅纳米颗粒。本发明中通过加入氨水促进改性二氧化硅纳米颗粒的化学反应与提高制备获得率。
优选地，步骤a中所述加热的温度为60～85℃。
优选地，步骤a中所述搅拌的时间为3～5h，步骤a中所述搅拌的速度为500～800r/min。
优选地，步骤b中所述搅拌的时间为0.5～1h；步骤b中所述搅拌的速度为500～800r/min；其中，步骤a与步骤b中搅拌的速度相同。
优选地，步骤b中所述加入氨水反应步骤后，还包括干燥的步骤；进一步地，所述干燥的温度为60～75℃，所述干燥的时间为5～6h。
如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂消泡和抑泡能力强，且固体状易于包装、运输和存储，在气井泡沫排水采气中的消泡处理中确保出水气井采用泡沫排水采气工艺后，在进入分离器之前将井筒返出的泡沫在分离器之前消除干净，不对后续流程和设备造成损害。
(2)本发明提供的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的制备方法简单，原料来源广泛，成本低。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法；所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得。
实施例1
本实施例提供一种聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒。
该聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒的原料组成包括：
3g的粒径为12nm的二氧化硅颗粒、120mL的浓度为24wt％的氨水、2mL的聚二甲基硅氧烷、100mL的甲醇和30mL的去离子水；其中，二氧化硅颗粒、氨水、聚二甲基硅氧烷和甲醇均为分析纯，去离子水的电阻率为18MΩ·cm；
其制备方法包括：按上述比例称取原料，将二氧化硅颗粒、甲醇、聚二甲基硅氧烷和去离子水依次加到三口瓶中，混合均匀，以600r/min的转速搅拌并加热至60℃，反应4h得到混合液；向混合液中加入氨水，继续以600r/min的转速搅拌1小时，将产物在烘箱中70℃干燥6h，得到聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒。
实施例2
本实施例提供一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。
该用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的原料组成包括：
1.2g的实施例1制备的聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒，21g的二甲基硅油，2g的乳化剂S-185和74g的固化剂蔗糖。
所述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的制备包括如下步骤：
按上述比例称取原料，将二甲基硅油和聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒混合均匀，加热到240℃，以4000r/min的转速将此混合物搅拌4个小时，冷却至20℃得到消泡剂主体；
将固化剂蔗糖加热190℃至熔化，加入消泡剂主体和乳化剂S-185，以600r/min的转速恒温搅拌1.5h，充分混合，倒入泡排棒模具冷却成型，得到用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。
对比例1
本对比例提供一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。
该用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的原料组成包括：
0g的实施例1制备的聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒，21g的二甲基硅油，2g的乳化剂S-185和74g的固化剂蔗糖。
所述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的制备包括如下步骤：
按上述比例称取原料，将固化剂蔗糖加热190℃至熔化，加入二甲基硅油和乳化剂S-185，以600r/min的转速恒温搅拌1.5h，充分混合，倒入泡排棒模具冷却成型，得到用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。
对上述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂进行了性能测试并与国内市售固体消泡棒进行对比，测试方法采用GB/T 21885-2008规定的评价方法，测试结果如表1所示：
表1测试结果
| 消泡剂种类 | 消泡时间/s | 抑泡时间/min |
| 实施例2 | 7.5 | 22 |
| 对比例1 | 18 | 4 |
| 国内市售固体消泡棒1 | 68 | 1.5 |
表1中国内市售固体消泡棒1由成都孚吉科技有限责任公司提供。
结论：从表1可看出，本发明实施例2提供的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂具有较高的消泡性和抑泡性，与常规固体消泡棒对比，本发明的纳米固体消泡棒消泡力提升了8倍、抑泡能力提升了13.6倍。
与对比例1相比，实施例2中加入了改性二氧化硅纳米颗粒，制得的纳米固体消泡棒的消泡时间从18s降低到7.5s，抑泡时间从4分钟增加到18分钟。
本发明还将制得的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂在长庆油田进行了现场测试，累计试验了178口井，其返出泡沫消泡率100％，说明该纳米固体消泡剂能够有效用于气井泡沫排水采气中。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂，其特征在于，按重量份数计，所述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂包括如下原料组分：
其中，所述固化剂为蔗糖；
所述改性二氧化硅纳米颗粒为聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅，所述聚二甲基硅氧烷修饰的纳米二氧化硅颗粒由如下原料组分制得，按重量份数计包括：
其中，所述二氧化硅颗粒的粒径为12nm。
2.根据权利要求1所述的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂，其特征在于，所述乳化剂为乳化剂MOA-3、乳化剂MOA-5或乳化剂S-185。
3.根据权利要求1或2所述的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂，其特征在于，所述用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的形状为棒状。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将二甲基硅油和改性二氧化硅纳米颗粒混合，加热并搅拌，所述加热的温度为230～250℃，所述搅拌的时间为3～5h，所述搅拌的速度为4000～5000r/min，冷却至预定温度，得到消泡剂主体；
2)将固化剂加热至熔化，与乳化剂和步骤1)制得的消泡剂主体混合，恒温搅拌，得到用于气井泡沫排水采气的纳米固体消泡剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述改性二氧化硅纳米颗粒由如下步骤制得：
a、将二氧化硅颗粒、甲醇、聚二甲基硅氧烷和去离子水按比例混合，加热并搅拌，得到混合液；
b、向步骤a制得的混合液中加入氨水，搅拌得到改性二氧化硅纳米颗粒。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述冷却的预定温度为15～20℃。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述固化剂的加热温度为185～195℃。
8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述搅拌的时间为1.5～2h。
9.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述搅拌的速度为500～800r/min。
10.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述恒温搅拌的步骤后，还包括冷却成型的步骤。
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