一種油井水泥高效復(fù)合消泡劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水泥消泡劑復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種油井水泥高效復(fù)合消泡劑及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣井固井施工作業(yè)過程中，由于水泥漿中應(yīng)用了多種外加劑，導(dǎo)致配漿過程 中產(chǎn)生泡沫，因而降低了水泥漿密度及其它性能，造成現(xiàn)場施工難以監(jiān)測(cè)及控制水泥漿密 度及性能。
[0003] 在連續(xù)施工條件下，如不能快速消泡，將會(huì)使水泥漿實(shí)測(cè)密度明顯小于真實(shí)值，導(dǎo) 致水泥石強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度降低，聲幅測(cè)井曲線偏高，從而影響固井質(zhì)量；同時(shí)，由于這種錯(cuò) 誤信息被實(shí)時(shí)反饋到配漿系統(tǒng)，將會(huì)導(dǎo)致油井水泥與配漿水的比例改變，同時(shí)也影響了水 泥漿中各種外加劑的有效含量，導(dǎo)致其流變性能、失水量、稠化時(shí)間等參數(shù)與設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏 差。
[0004] 此外，含氣泡的水泥漿在井中將會(huì)改變液柱壓力，高壓地層中的流體將進(jìn)入環(huán)空， 使水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量及水泥環(huán)與套管和井壁間的膠結(jié)變差，甚至發(fā)生氣（水）竄，施工質(zhì)量無 法保證，甚至導(dǎo)致施工無法正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致固井施工失敗。所以此類水泥漿必須 使用消泡劑除去泡沫，方可保證施工進(jìn)行及施工質(zhì)量。因此，一種性能優(yōu)良的消泡劑在固井 施工中占有舉足輕重的地位。
[0005]目前，國內(nèi)消泡劑品種有幾百種，主要用在造紙、印染、涂料、生物發(fā)酵、清洗、水處 理和石油化工等行業(yè)，僅有少量專門針對(duì)油井水泥漿體系的消泡劑。國內(nèi)消泡劑品種繁多， 性能各異，其組成大致可分為有機(jī)硅型、聚醚型和非硅型三大類。有機(jī)硅消泡劑具有用量 小、消泡能力強(qiáng)、揮發(fā)性低、抗氧化、無毒、無味、無副作用等優(yōu)點(diǎn)；聚醚消泡劑能通過調(diào)節(jié)氧 乙烯（EO)、氧丙烯（PO)的比值和摩爾質(zhì)量調(diào)節(jié)其水溶性和油溶性，大大降低發(fā)泡液的表面 張力，具有很好的消泡、抑泡能力；非硅型消泡劑是指以脂肪酰胺、磷酸酯、醇、醚等有機(jī)化 合物為主的一類消泡劑，消泡、抑泡能力較差。
[0006] 由于固井水泥漿體系存在摻有外加劑、在配制過程中有劇烈攪拌和震動(dòng)等特點(diǎn)， 因此，所用消泡劑除要求具有較高的消泡能力外，還要求在水泥漿體系中有相當(dāng)?shù)乃芑?分散能力，對(duì)水泥漿體系是惰性的，不與其它外加劑起化學(xué)反應(yīng)，對(duì)水泥漿體系無副作用、 不影響水泥漿的其它性能；能滿足固井過程中的特殊條件，如PH值、壓力和溫度的要求；在 使用時(shí)操作方便，易處理，自身有較好的貯存穩(wěn)定性，在寒冷條件下野外作業(yè)時(shí)的良好流動(dòng) 分散性；無臭、無毒，對(duì)操作人員無害，對(duì)環(huán)境無二次污染。
[0007] 目前，消泡劑用于固井水泥漿體系中，有機(jī)硅消泡劑在高速配漿攪拌和高堿性時(shí) 易導(dǎo)致破乳，其中的消泡有效成分疏水二氧化硅也會(huì)被水泥顆粒吸附而降低功效。有機(jī)硅 消泡劑能有效消除漿液表面泡沫，對(duì)再次攪拌產(chǎn)生泡沫抑制性差，一般對(duì)膠乳水泥有較好 的效果。因此，有機(jī)硅消泡劑多應(yīng)用在含有高分子膠乳的水泥漿體系中。聚醚消泡劑在固井 水泥漿體系中有較好的分散能力，但對(duì)水泥漿的漏失、稠化和強(qiáng)度發(fā)展等其它性能有影響， 現(xiàn)在已很少單獨(dú)使用。磷酸三丁酯和異辛醇是固井水泥漿體系中常用的非硅型消泡劑，但 磷酸三丁酯氣味大，含磷高；異辛醇閃點(diǎn)低，氣味大，刺激性強(qiáng)，使用安全性差。國外公司使 用異壬醇和TIBP，氣味有所改善，但是成本較高。以礦物油為載體，復(fù)配硬脂酸鋁、脂肪酰 胺、磷酸酯、脂肪醇、聚醚等為主消泡活性物質(zhì)的非硅型消泡劑常用于高分子膠乳、涂料、油 墨等粘稠體系，用于水泥漿體系有較好的消泡、抑泡效果。但這類消泡劑制備過程復(fù)雜，貯 存易分層、沉積，穩(wěn)定性差，活性成分硬脂酸鋁、乙撐雙硬脂酸酰胺（EBS)和聚醚GPE、PPE等 對(duì)有些固井水泥漿體系的強(qiáng)度發(fā)展不利。
[0008] CN101445760A公開一種提高礦物油類消泡劑穩(wěn)定性的方法，它通過在礦物油類 消泡劑體系中添加親水無機(jī)粒子組分，在親水無機(jī)粒子均勻分散到礦物油類消泡劑體系， 通過強(qiáng)剪切作用后增加了體系的粘度，從而提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。這類消泡劑組分包括： (1) 70~90%載體，為礦物油；（2) 1~15%主要消泡物質(zhì)，為疏水白炭黑、乙撐雙硬脂酸酰 胺（EBS) ; (3)1~20%消泡助劑，是結(jié)構(gòu)通式為RO(EO)X(PO) YH聚醚物質(zhì)；（4) 3~15%非離 子表面活性劑；（5)0. 1~5%親水無機(jī)粒子，為親水的白炭黑、氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂。操 作步驟為：A.首先將礦物油加入到燒瓶中，然后向其中加入主要消泡物質(zhì)和消泡助劑，加 完后攪拌升溫到80~150°C，保溫0. 5~3hr ;B.保溫結(jié)束后，降溫到50~80°C加入乳化 劑，攪拌均勻后在上述混合物體系的溫度降至40°C以下加入親水無機(jī)粒子；C.然后通過膠 體磨；D.最后真空脫氣，得到穩(wěn)定性好的混合物即為所制備的礦物油類消泡劑。但是該發(fā) 明生產(chǎn)過程復(fù)雜，流程長；產(chǎn)品粘度大，流動(dòng)差，冬季使用不方便；長期貯存仍會(huì)分層沉積。
[0009] CN101664655A公開一種復(fù)合型無硅消泡劑，由下述質(zhì)量份的原料配制而成：月 桂醇20-50,聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚10-50,苯酚衍生物乙氧基丙氧基化物5-20,異辛醇 10-30。本發(fā)明不含硅，無毒無害，加熱到500°C不分解，耐熱性能好，適用于高溫下消泡，其 消泡效果與低硅消泡劑相當(dāng)，優(yōu)于高硅消泡劑，當(dāng)加入量超過50mg/g時(shí)，消泡率可達(dá)90% 以上。上述發(fā)明產(chǎn)品雖然消泡效果良好，基本滿足裝置安全運(yùn)行的要求。但是該專利產(chǎn)品， 由于含有異辛醇不僅氣味大，而且易燃，不安全。
[0010] CN102895805A公開了一種非硅消泡劑的制備方法，具體步驟為；首先制備油膏， 按如下組分的配比配料，以質(zhì)量百分比比計(jì)，白礦油：白炭黑：聚醚：聚醚多元醇：蓖麻 油=(10~25)份：（2~5)份：（15~25)份：（10~20)份：（10~25)份；然后向 配有攪拌漿、電機(jī)和加熱系統(tǒng)的反應(yīng)釜中加入上述配料，將配料常溫下混合均勻，攪拌1小 時(shí)放料即可；取做出來的油膏80份，加入自乳硅油、磷酸三丁酯各20份，混合乳化劑10份， 攪拌均勻，然后加入280份的水使其轉(zhuǎn)相，轉(zhuǎn)相完后加入16份的增稠劑用來增稠調(diào)粘度至 1500cs~2000cs，然后出料打包裝。該發(fā)明制備方法比較簡單，生產(chǎn)成本低、制成的產(chǎn)品環(huán) 保無污染，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，適用于水性丙烯酸涂料的消泡和抑泡。上述方法生產(chǎn)的產(chǎn)品 為乳液消泡劑，包裝和運(yùn)輸費(fèi)用高，用量較本底型產(chǎn)品大，性價(jià)比不高。
[0011] 綜上所述，目前固井水泥使用的消泡劑有許多不足，如：有的氣味大，易燃，屬危險(xiǎn) 品，不安全；有的制備過程復(fù)雜，成本較高；貯存穩(wěn)定性差，易分層、沉積；有的對(duì)固井水泥 漿體系性能有不利影響，配伍性能差；等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決目前固井水泥漿消泡劑的不足，本發(fā)明提供一種油井水泥高效復(fù)合消泡 劑及其制備方法，用于含有多種外加劑的固井水泥漿高速剪切混拌過程中的消泡、抑泡。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0014] 本發(fā)明公開了一種油井水泥高效復(fù)合消泡劑，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，由15-59. 5%礦物 油、40-84. 5%多元醇脂肪酸酯、0-15%多元酸脂肪醇酯、0. 5-15%消泡輔助組份（聚醚和 磷酸三異丁酯一種或兩種）配制而成。使用一定量的消泡輔助組份，能很好的調(diào)節(jié)消泡劑 的水泥漿中分散性能。
[0015] 所述礦物油為加氫精制白油，要求低硫和低芳經(jīng)，閃點(diǎn)大于IKTC。加氫精制白油 可選3#、5#、15#白油，32#機(jī)械油、錠子油、基礎(chǔ)油。礦物油占消泡劑總量的15-59. 5%，太 低不足于溶解和分散可選的消泡活性組份（如硬脂酸鋁、EBS、疏水白炭黑等），用量太高油 性強(qiáng)，水泥漿中分散性變差，消泡能力降低。
[0016] 所述多元醇脂肪酸酯為乙二醇、二縮乙二醇、丙二醇、2, 2,4_三甲基-1，3-戊二 醇、甘油或聚醚的單異丁酸酯、單月桂酸酯、單硬脂酸酯、單油酸酯，或其混合物。優(yōu)選二縮 乙二醇單油酸酯或聚醚單硬脂酸酯。多元醇脂肪酸酯占消泡劑總量的40-84. 5%。
[0017] 所述的油井水泥高效復(fù)合消泡劑，所述多元酸脂肪醇酯為尼龍酸二異丁酯、鄰苯 二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、六氫苯二甲酸單異壬酯。優(yōu)選鄰苯二甲酸二異丁 酯。起增溶劑，提高產(chǎn)品的均一穩(wěn)定性。多元酸脂肪醇酯占消泡劑總量的0-15%。
[0018] 所述消泡輔助組份由聚醚、TIBP按質(zhì)量比為0~0. 5 : 0. 5~1混合制得。聚醚選 用以丙二醇或二乙烯三胺為起始劑，環(huán)氧丙烷（PO)和環(huán)氧乙烷（EO)的嵌段聚醚，PO : EO 摩爾比100 : 0-60 : 40,數(shù)均分子量2000-5000。優(yōu)選聚醚PPE。磷酸三異丁酯可選用磷 酸三丁酯和TIBP，由于磷酸三丁酯氣味重，本專利優(yōu)選TIBP。所述消泡輔助組份由聚醚、 TIBP按質(zhì)量比為0~0. 5 : 0. 5~1可預(yù)先混合制得。聚醚、TIBP適宜的配比和用量，能 很好的調(diào)節(jié)消泡劑的水泥漿中分散性能。消泡輔助組份占消泡劑總量的〇. 5-15%。
[0019] 本發(fā)明的油井水泥高效復(fù)合消泡劑還可選擇加入礦物油類消泡劑通常使用的消 泡活性組份，如：硬脂酸鋁、EBS或疏水白炭黑，及其混合物。所述消泡活性組份硬脂酸鋁可 選用硬脂酸單鋁、硬脂酸雙鋁，優(yōu)選硬脂酸單鋁，并嚴(yán)格控制水分及揮發(fā)物小于9%。消泡 活性組份（硬脂酸鋁、EBS和疏水白炭黑）占消泡劑總量的0-15%，用量太高溶解和分散困 難，儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差。適宜的用量消泡活性組份，可預(yù)先通過加熱載體礦物油預(yù)溶解和分散 于礦物油中，再與其他組份混合均勻。
[0020] 本發(fā)明的油井水泥高效復(fù)合消泡劑還可選擇加入脂肪醇，可以選用異辛醇、異壬 醇、C81。天然醇，或其混合物。
[0021] 本發(fā)明的油井水泥高效復(fù)合消泡劑，優(yōu)選組分按如下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比： 34-55%礦物油、40-55%多元醇脂肪酸酯、5-10%多元酸脂肪醇酯、0.5-5%消泡輔助組份 (聚醚、TIBP按質(zhì)量比為0~0. 25 : 0. 75~I. 0混合制得）。
[0022] 本發(fā)明的另一目的是提供一種油井水泥高效復(fù)合消泡劑的制備方法：在室溫?cái)嚢?下，向配料釜中依次投加礦物油，多元醇脂肪酸酯、多元酸脂肪醇酯和消泡輔助組份，攪拌 混合0. 5-2. 0小時(shí)，過濾出料，計(jì)量包裝。
[0023] 有益效果
[0024] 本發(fā)明公開的一種油井水泥高效復(fù)合消泡劑為非硅類消泡劑，比普通油井水泥消 泡劑具有：氣味小或無異味，閃點(diǎn)大于ll〇°C、不易燃，傾點(diǎn)低，