王云云，楊彬，張鎮(zhèn)，李文杰，徐杏娟，劉榮慶，谷慶江，楊金玲

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300280；2.渤海鉆探國際鉆采物資供應(yīng)分公司，天津300457）

目前各油田碳酸鹽巖儲層酸化酸壓過程大多用膠凝酸、交聯(lián)酸、轉(zhuǎn)向酸等工作液，施工過程中會出現(xiàn)以下問題：①酸液體系現(xiàn)場配液過程中會產(chǎn)生大量的泡沫，自然消泡很慢，影響配液；②酸巖反應(yīng)會產(chǎn)生大量氣體，在地層條件下，氣體和流體相互作用會產(chǎn)生大量氣泡，酸化結(jié)束后返排液里存大量泡沫，導(dǎo)致酸液的收集和處理困難，且酸性泡沫會對現(xiàn)場施工人員和環(huán)境造成危害。因此需添加消泡劑來解決以上問題。良好的酸化用消泡劑應(yīng)具有的條件是：熱穩(wěn)定性好，加量低，不影響酸液體系性能，與酸液體系配伍性好，且具有良好的消泡抑泡性能。目前同時滿足這些條件的消泡劑很少見，尤其是適用于酸液體系的消泡劑未見報道。目前常用的消泡劑使用濃度高，且在強酸條件下不能保持穩(wěn)定性，導(dǎo)致與酸液體系配伍性差，影響酸液體系的性能和自身的消泡抑泡性。本文研制一種酸化用消泡劑BH-SPK，在強酸條件下能夠保持優(yōu)異的穩(wěn)定性，與酸液體系配伍性好，能夠有效控制配液和返排過程產(chǎn)生的泡沫，保證酸化施工的順利進行。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

聚醚胺M-1000，端環(huán)氧基硅油，乙醇，白炭黑，二甲基硅油，Tween-60，Span-60，羧甲基纖維素鈉，酸化用轉(zhuǎn)向劑BH-ZX。

VEC TOR22傅里葉紅外光譜儀，恒溫水浴鍋，攪拌器，恒溫鼓風(fēng)干燥箱

1.2 氨基聚醚有機硅的制備

在配有回流冷凝管和玻璃塞的三口燒瓶中加入氨基和環(huán)氧基物質(zhì)的量比為1∶1的聚醚胺M-1000和端環(huán)氧基硅油，乙醇作溶劑。將三口瓶置于水浴鍋中，開啟攪拌，轉(zhuǎn)速300 r/min，水浴鍋升溫至60 ℃，轉(zhuǎn)速為300 r/min反應(yīng)3 h，得到氨基聚醚有機硅。

1.3 酸化用消泡劑的制備

1.3.1 硅膏的制備

在單口燒瓶中按質(zhì)量比白炭黑∶二甲基硅油為1∶9加入白炭黑和二甲基硅油，KOH水溶液作為催化劑，將單口燒瓶放入油浴鍋中，升溫至110 ℃，在攪拌的情況下恒溫反應(yīng)4 h，冷卻至室溫，得到硅膏。

1.3.2 消泡劑的制備

稱取10 g氨基聚醚有機硅、8 g硅膏、2 g Tween-60、1 g Span-60加入到三口燒瓶中，300 r/min攪拌，水浴加熱至75 ℃；稱取1 g羧甲基纖維素鈉溶于83 g去離子水中，然后將此溶液緩慢加入到三口瓶中，75 ℃水浴中繼續(xù)攪拌2 h后，冷卻至室溫，得到白色乳狀液，即為酸化用消泡劑，取代號為BH-SPK。

1.4 酸化用消泡劑性能評價

1.4.1 穩(wěn)定性

①離心穩(wěn)定性。取10 mLBH-SPK于離心管中，以2500 r/min的轉(zhuǎn)速在離心機酸化用消泡劑中離心30 min，觀察酸化用消泡劑是否分層。②熱穩(wěn)定性。取10 mL酸化用消泡劑于試管中，將試管密封好置于恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，80 ℃放置48 h，觀察是否飄油、分層。③貯藏穩(wěn)定性。取取10 mL酸化用消泡劑于試管中，將試管密封好常溫放置1周之后，觀察是否飄油、分層。

1.4.2 水/酸溶解性

在2個50 mL燒杯中分別加入20 mL蒸餾水和20 mL 20%鹽酸溶液，分別取2 mLBH-SPK加入到2個燒杯中，觀察消泡劑在水和酸中的溶解性。

1.4.3 消泡性能

稱取60.00 g酸化用轉(zhuǎn)向劑于1 L的容量瓶中，用蒸餾水定容，得到質(zhì)量分數(shù)為6%的轉(zhuǎn)向劑溶液。取100 mL 6%轉(zhuǎn)向劑溶液置于500 mL量筒中，插入與氮氣瓶相連的玻璃管，以500 mL/min的流量通入氮氣，待泡沫達到500 mL刻度時停止通氮氣，加入0.2 mL BH-SPK，啟動秒表，泡沫完全消除時停止計時，所得時間即為消泡時間。

1.4.4 抑泡性能

取100 mL 6%轉(zhuǎn)向劑溶液和0.2 mL BH-SPK置于500 mL量筒中，插入與氮氣瓶相連的玻璃管，啟動秒表，以500 mL/min的流量通入氮氣，待泡沫達到500 mL刻度時停止計時，所得時間即為抑泡時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 消泡機理

對于聚醚改性硅油消泡劑，實驗發(fā)現(xiàn)消泡劑分子可以直接進入泡沫液膜，在其表面形成一個雙凹的油膜（如圖1所示）。由于消泡劑的表面張力遠小于泡沫液膜的表面張力，所以可以在液膜間不斷地擴散和滲透，其滲入深度不斷增大，當(dāng)其等于泡膜厚度時就取代了原有液膜，形成一個“水-油-水”橋梁。該油橋受到兩側(cè)高表面張力液體的徑向牽引，不斷變細變薄，最終導(dǎo)致應(yīng)力失衡并引起泡沫破滅，消泡過程中形成的油橋及其被拉伸的行為符合Denkov等人提出的“架橋-拉伸”機理[1-11]。

圖1 “架橋-拉伸”消泡機理

測定的轉(zhuǎn)向酸溶液的表面張力為28 mN/m，BH-SPK的表面張力為20 mN/m，具有較低的表面張力和較高的表面活性，有助于它能夠比較容易地進入轉(zhuǎn)向酸液泡泡膜，消泡劑的進入導(dǎo)致局部的泡膜的表面張力降低，被牽引向四周擴散，導(dǎo)致泡膜破裂，達到消泡的目的。

2.2 氨基聚醚有機硅的合成

2.2.1 反應(yīng)物的選擇

對端環(huán)氧基硅油（E系列）及側(cè)鏈環(huán)氧基硅油（S系列）與M系列聚胺醚反應(yīng)得到的產(chǎn)物進行了酸溶性和消泡時間的比較，如表1所示。

表1 反應(yīng)物的選擇

由表1可知，側(cè)鏈環(huán)氧基硅油和聚胺醚的反應(yīng)產(chǎn)物黏度很大，且水溶性和酸溶性都很差，而端環(huán)氧基硅油和聚胺醚的產(chǎn)物都不同程度溶于水和酸，且聚胺醚M-1000與端環(huán)氧基硅油反應(yīng)產(chǎn)物的消泡效果最好，所以選擇端環(huán)氧基硅油和聚胺醚M-1000作為氨基聚醚有機硅合成的原料。

2.2.2 最佳合成條件的確定

選擇反應(yīng)物端環(huán)氧基硅油和聚胺醚M-1000的物料配比（A）、反應(yīng)溫度（B）、反應(yīng)時間（C）作為正交合成的因素，設(shè)計三因素三水平的正交實驗L9（33）見表2，以反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和消泡性能為判定標(biāo)準(zhǔn)來進行反應(yīng)條件的優(yōu)化，確定最佳合成條件，正交實驗結(jié)果與分析見表2。

表2 正交實驗結(jié)果與分析

由表2可知，合成條件為物料配比1∶1、反應(yīng)溫度70 ℃、反應(yīng)時間為3 h時，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率和消泡性能最佳，因此確定此條件為最佳和成條件。

2.3 氨基聚醚有機硅的用量對消泡劑的影響

實驗考察了氨基聚醚有機硅的用量對BH-SPK性能的影響，結(jié)果見表3。

表3 氨基聚醚有機硅用量對消泡劑的影響

由表3可知，BH-SPK的消泡和抑泡性能隨氨基聚醚有機硅的用量的增加呈先增強后減弱的趨勢，當(dāng)氨基聚醚有機硅的用量為10%時，BH-SPK具有最好的消泡和抑泡性能，且穩(wěn)定性良好，因此消泡劑中氨基聚醚有機硅的最佳含量為10%。

2.4 硅膏的用量對消泡抑泡性能的影響

實驗考察了硅膏的用量對BH-SPK性能的影響，結(jié)果見表4。由表4可知，BH-SPK的消泡和抑泡性能隨硅膏的用量的增加呈先增強后減弱的趨勢，當(dāng)硅膏的用量為8%時，BH-SPK具有最好的消泡和抑泡性能，且穩(wěn)定性良好，因此消泡劑中硅膏的最佳含量為8%。

表4 硅膏用量對消泡劑的影響

2.5 酸化用消泡劑BH-SPK性能評價

BH-SPK與商業(yè)消泡劑進行了性能評價對比，結(jié)果見表5～表7。

表5 穩(wěn)定性和溶解性評價

表6 消泡和抑泡性能評價

由表5、表6評價結(jié)果可知，BH-SPK的抑泡性能遠遠優(yōu)于商業(yè)消泡劑，有很好的穩(wěn)定性，由表7可以看出，BH-SPK不影響轉(zhuǎn)向酸轉(zhuǎn)向后黏度，與酸液體系有很好的配伍性，適用于酸化施工中泡沫控制。

表7 與轉(zhuǎn)向酸配伍性評價

3 現(xiàn)場應(yīng)用

BH-SPK在伊拉克艾哈代布油田ADM9-4H井進行了現(xiàn)場試驗。ADM9-4H為艾哈代布油田AD1區(qū)塊的一口開發(fā)水平井（新井），為解除儲層在鉆完井中造成的污染，并將污染物清洗出井筒，提高近井地帶儲層滲透率，投產(chǎn)前進行酸化。由于水平井段較長，為達到均勻布酸的目的，采用轉(zhuǎn)向酸進行酸化。在使用配液車配液過程中出現(xiàn)大量泡沫，如圖2（a）所示，影響配液的進行，加入BH-SPK后，泡沫在100 s以內(nèi)迅速消失，且消泡劑與轉(zhuǎn)向酸配伍性良好，如圖2（b）、圖2（c）所示。在轉(zhuǎn)向酸配液過程中加入酸化用消泡劑，有效消除產(chǎn)生的泡沫，保證了配液過程順利進行。

圖2 BH-SPK在伊拉克ADM9-4H井進行現(xiàn)場實驗

4 結(jié)論

1.以端環(huán)氧基硅油和聚胺醚M-1000合成的氨基聚醚有機硅、二甲基硅油和白炭黑制備的硅膏為主要成分，以Span-60和Tween-60為乳化劑，以羧甲基纖維素鈉為增稠劑，采用高速剪切攪拌的方式進行乳化，制備出酸化用消泡劑BH-SPK。

2.BH-SPK與酸液體系配伍性好、穩(wěn)定性好、消泡抑泡性能優(yōu)異，在加量僅為0.2%情況下，消泡時間僅為36 s，抑泡時間可達3521 s，性能優(yōu)于同類商業(yè)產(chǎn)品。

3.BH-SPK在艾哈代布油田酸化現(xiàn)場配制轉(zhuǎn)向酸的過程中應(yīng)用，有效地解決了配酸過程中產(chǎn)生大量泡沫的問題，保證了酸化施工順利進行。