一種壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及精細(xì)化工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡 劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓裂是油氣井增產(chǎn)，水井增注的有效措施之一，特別適于低滲透油氣藏的整體改 造。壓裂形成具有高導(dǎo)流能力的填砂裂縫，能改善儲集層流體向井內(nèi)流動的能力，從而提高 油氣井產(chǎn)能。國內(nèi)使用的常規(guī)壓裂液包括水基壓裂液、油基壓裂液、泡沫壓裂液、乳化壓裂 液、醇基壓裂液和酸基壓裂液等，目前應(yīng)用量最大的是水基壓裂液。在配制壓裂原膠液過程 中，因高排量循環(huán)可產(chǎn)生大量的泡沫并溢出罐外，造成有效原料的損失并影響對液體的準(zhǔn) 確計量，因而需要加入消泡劑以消除泡沫及抑制泡沫的產(chǎn)生。
[0003] 目前，在種類繁多的消泡劑中，有機(jī)硅消泡劑以其表面張力低、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn) 定性高、無生理毒性、消泡力強(qiáng)、適用面廣等優(yōu)點，而獲得了廣泛的應(yīng)用。按其產(chǎn)品形態(tài)，可 分為油型、溶液型、乳液型、固體型四大類。油型有機(jī)硅消泡劑直接采用硅油作為載體，成 本過高；溶液型有機(jī)硅消泡劑采用了有機(jī)溶劑，因?qū)Νh(huán)境造成污染，應(yīng)用范圍日益縮小，這 兩種消泡劑很難分散于水相，主要用于非水體系；固體有機(jī)硅消泡劑產(chǎn)品形式比較特殊，加 料比較困難，其使用受到一定限制；乳液型有機(jī)硅消泡劑由硅油或硅膏在強(qiáng)烈攪拌和乳化 劑作用下，制成水包油型的乳液，化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和抗氧化性均較高，無毒害，應(yīng)用范圍 廣，使用方便，在有機(jī)硅消泡劑中用量最大。
[0004] 雖然有機(jī)硅消泡劑消泡力強(qiáng)，但抑泡性能較弱，且價格較貴。與之相對應(yīng)的是聚醚 消泡劑，它多是由起始劑和環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合形成的聚合物，是一種性能優(yōu)良的 水溶性非離子表面活性劑。聚醚消泡劑最大的優(yōu)點是抑泡力強(qiáng)，價格較低，但缺點是破泡率 低、消泡緩慢不徹底。
[0005] 目前使用的壓裂液消泡劑存在消泡率低、消泡速度慢、抑泡效果差及工藝較復(fù)雜 等問題。
[0006] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑，主要適用于 水基壓裂液體系，所述的壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑兼具有機(jī)硅消泡劑和聚醚型消 泡劑的優(yōu)點，具有表面張力小、活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、消泡能力強(qiáng)、抑泡時間長、成本低、用 量少等優(yōu)點。
[0008] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑的制 備方法，該方法具有制備條件容易控制、原料來源方便、性價比高、成本低等優(yōu)點。
[0009] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
[0010] 一種壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑，所述消泡劑包含以下質(zhì)量百分比的組 分：
[0011] 聚硅氧烷4 % -8 %，聚醚4 % -10 %，乳化劑3 % -7 %，分散劑0. 1% -1 %，增稠劑 0. 1% -0. 5%，余量為溶劑。
[0012] 本發(fā)明壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑以聚硅氧烷連同聚醚作為主要活性成 分，二者相互協(xié)同，并在乳化劑和分散劑的作用下，能夠在起泡的介質(zhì)中立即分散，更快更 多地接觸表面，進(jìn)而提高極大地提高消泡劑的消泡效果和擬泡效果，該消泡劑具有無毒、無 異味、化學(xué)性能穩(wěn)定、易分散、消泡力強(qiáng)且快、抑泡力強(qiáng)且持久等特點。
[0013] 所述消泡劑優(yōu)選包含以下質(zhì)量百分比的組分：
[0014]聚硅氧烷4. 1 % -8 %，聚醚6 % -9. 7 %，乳化劑4. 3 % -5. 5 %，分散劑0?4 %，增稠 劑 〇? 1% ;
[0015] 進(jìn)一步地，所述消泡劑優(yōu)選包含以下質(zhì)量百分比的組分：
[0016] 聚硅氧烷8 %，聚醚6 %，乳化劑5. 1 %，分散劑0. 4 %，增稠劑0. 1 %。
[0017] 所述溶劑為水。
[0018] 所述聚硅氧烷為含甲基的聚硅氧烷，其分子式為：
[0019] RaR' b SiO(4_a_b)/2;
[0020] 其中，R為C1-C18的取代或非取代烷基；R'為C2-C10的取代烷基；a為0-3中的 整數(shù)，b為0-2中的整數(shù)，且1彡a+b彡3。
[0021] 優(yōu)選的，R為C1-C4的取代或非取代烷基；
[0022] 更優(yōu)選的，R或R'任選甲基、乙基、正丙基、甲苯基中的一種或多種；
[0023] 進(jìn)一步優(yōu)選運動粘度為300CPS-1000CPS(25°C)的二甲基硅油。
[0024] 本發(fā)明以特定結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷作為消泡劑的活性成分，該聚硅氧烷能賦予消泡劑 很強(qiáng)的破泡作用，極大地提高消泡劑的消泡效果。
[0025] 所述聚醚是主鏈含有醚鍵（-R-0-R-)，端基或側(cè)基含有大于2個羥基（-OH)的低聚 物。醚鍵中的氧原子能夠與溶劑中的氫原子以氫鍵結(jié)合，分子鏈成為曲折形，疏水基團(tuán)置于 分子內(nèi)側(cè)，鏈周圍變得容易與溶劑水結(jié)合，進(jìn)而極大地提升消泡劑的消泡力。
[0026] 所述聚醚以低分子量多元醇、多元胺或含活潑氫的化合物為起始劑，與氧化烯烴 在催化劑作用下開環(huán)聚合而成；
[0027] 所述氧化烯烴為氧化丙烯（環(huán)氧丙烷）和氧化乙烯（環(huán)氧乙烷）中的一種或兩種， 優(yōu)選為環(huán)氧丙烷。
[0028] 所述多元醇為丙二醇、乙二醇等二元醇，甘油三羥甲基丙烷等三元醇及季戊、四 醇、木糖醇、山梨醇、蔗糖等多元醇中的一種或多種；
[0029] 多元胺為二乙胺和二乙烯三胺中的一種或兩種。
[0030] 所述聚醚優(yōu)選為分子量為800-2000的丙二醇聚醚；
[0031] 所述聚醚進(jìn)一步優(yōu)選為分子量為2000、運動粘度為285CPS、pH為5. 0-7. 0(25°C， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的水溶液）的丙二醇嵌段聚醚（L61)。
[0032] 所述乳化劑為山梨糖醇酐油酸酯（Span-80)、失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚 (Tween-80)及專用硅油乳化劑中的一種或多種。
[0033] 所述專用硅油乳化劑為二甲基硅油乳化劑1#，pH為5. 0-7. 0(25°C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%的水溶液）；
[0034] 所述乳化劑的HLB值為5-9。
[0035] 所述分散劑為氣相Si02，以BET法測定其比表面積為100m2/g-300m2/g;
[0036] 所述氣相Si02的比表面積優(yōu)選為150m2/g。
[0037] 本發(fā)明以特定比較面積的氣相Si02作為分散劑，表面能高，含這種Si〇d9聚硅氧 烷乳液微粒在起泡液中構(gòu)成顆粒非常小、數(shù)量非常多的基本消泡單元。由于SiO#j粒的存 在，聚硅氧烷能迅速鋪展在起泡液中，提高了聚硅氧烷的分散效率，使消泡劑達(dá)到最佳消泡 效果，使體系儲存穩(wěn)定。而且由于氣相Si02粒徑小、比表面積大，表面能高，具有三維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)，可以形成一種巨大的吸附氣泡的作用力，它和聚硅氧烷一起構(gòu)成攻擊氣泡的力，即Si02 吸附并沖擊氣泡造成薄弱點，在聚硅氧烷低表面張力的作用下使氣泡破裂導(dǎo)致破泡，消泡 力強(qiáng)，消泡快速。
[0038] 所述增稠劑為羧甲基纖維素鈉、黃原膠、羥丙基胍爾膠中的一種或多種。
[0039] 所述增稠劑優(yōu)選為羥丙基胍爾膠。
[0040] 前述組分中，可用去離子水和自來水，因本發(fā)明采用的上述原料中，溶液電性對其 性能影響不大，且經(jīng)過比實驗證實，從成本控制考慮，優(yōu)選自來水。
[0041] 上述壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑的制備方法，包括如下步驟：
[0042] 將聚硅氧烷與分散劑在150°C_200°C下攪拌混合均勻，制成硅膏，冷卻，備用；將 乳化劑加入到所得硅膏中，使其熔化并混合均勻，備用；然后在50°C-60°C的水中加入稠化 劑、乳化劑及已加入了乳化劑的硅膏，攪拌使之充分乳化，冷卻至室溫得到一種壓裂液用有 機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑。
[0043] 本發(fā)明壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑的制備方法不需要膠體磨等額外設(shè)備， 只需在反應(yīng)釜中即可完成乳化，工藝簡單且易于實現(xiàn)，降低成本的同時保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。 [0044]所述聚硅氧烷與分散劑的攪拌混合時間為2小時以上。
[0045] 一種優(yōu)選的壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑的制備方法，包括如下步驟：
[0046] 將二甲基硅油與氣相SiO^ 150°C-200°C下攪拌混合均勾，制成硅膏，冷卻， 備用；將二甲基硅油乳化劑1#加入到所得硅膏中，使其熔化并混合均勻，備用；然后在 50°C-60°C的水中加入稠化劑、Span80、Tween80及已加入了乳化劑的硅膏，攪拌使之充分 乳化，冷卻至室溫得到一種壓裂液用有機(jī)硅聚醚乳液型消泡劑。
[0047] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0048] 本發(fā)明以輕丙基胍爾膠為增稠劑，Span80、Tween80及二甲基硅油乳化劑1#作為 乳化劑，用二甲基硅油與氣相SiO#lj得硅膏，以自來水作為分散介質(zhì)，不需要膠體磨等額外 設(shè)備，只需在反應(yīng)釜中即可完成乳化，工藝簡單且易于實現(xiàn)，降低成本的同時保證了產(chǎn)品的 質(zhì)量，具有無毒、無異味、化學(xué)性能穩(wěn)定、易分散、消泡快、抑泡持久等特點。將其與市售同類 產(chǎn)品用于壓裂液的消泡比較，其消泡能力及抑泡能力均優(yōu)于對比樣品。此外，該消泡劑也可 用于印染、電鍍、造紙等相關(guān)領(lǐng)域。
【具體實施方式】
[0049]下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的