CN106833559A - 一种钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂的制备方法，属于消泡剂的技术领域。本发明首先将硅灰石粉末与聚天冬氨酸搅拌混合，利用盐酸与硅灰石反应，以聚天冬氨酸为内核，使生成的硅溶胶被聚天冬氨酸表面的羧基吸附，形成壳核结构，再经氢氧化钠溶液调节到合适的pH使硅溶胶凝胶化，形成二氧化硅水合物外壳，然后利用高温的煅烧，使聚天冬氨酸内核挥发，并形成空心多孔二氧化硅结构，再利用马来酸酐改性空心多孔二氧化硅，提高在有机相中浸润性和分散性，以及在水中的悬浮分散性能，最后与二甲基硅油等复配混合，添加硼砂为抗菌杀虫成分，制得钻进泥浆专用水基有机硅消泡剂。

Description

一种钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂的制备方法

技术领域

本发明公开了一种钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂的制备方法，属于消泡剂的技术领域。

背景技术

钻井液是由多种组分配制的泥浆流体，在钻井过程中以多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。由于钻井液具有表面活性，而地层中的烃类、二氧化碳、硫化氢等气体又会扩散或侵入钻井液中，气液混合过程中，会导致钻井液产生泡沫。起泡后的钻井液黏度、密度等性能均会产生变化。而钻井液中的泡沫又不易排出，长期下去造成气泡累积，使钻井施工质量受到影响，如钻井液流变性变差、滤失量增加、泥饼发虚等，严重时可导致井涌、井壁不稳定、井内卡钻等事故。尤其在气田钻井施工中更明显，因此必须用消泡剂消除钻井液中的泡沫。目前，市场上销售的消泡剂主要有聚醚类、有机硅类、聚醚改性硅油消泡剂。不同种类的消泡剂有不同的特性，有机硅类消泡剂是目前钻井、食品、发酵、造纸、化工生产、粘合剂、胶乳、润滑油等行业中使用较广泛的一类消泡剂。

现如今对钻井液用消泡剂的一般要求是：（1）在起泡液中迅速扩散，消泡速度快；（2）和起泡液的相溶性差，抑泡效果持久；（3）必须比起泡液的表面张力低；（4）消泡剂具有化学惰性，不与钻井液起反应，不会影响钻井液的性能；（5）消泡剂的主要活性成分不易挥发，对环境和对人体都不产生危害。可是，现有的有机硅消泡剂稀释稳定性和消泡持久性较差，易发生漂油或破乳，需要重复使用才能有好的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对传统钻井泥浆用消泡剂在使用过程中，稀释稳定性及消泡持久性差，易发生漂油或破乳，需要重复添加消泡剂的问题，提供了一种以硅灰石制得的改性空心多孔二氧化硅，与二甲基硅油等复配混合，制得钻井泥浆专用有机硅消泡剂的方法。本发明首先将硅灰石粉末与聚天冬氨酸搅拌混合，利用盐酸与硅灰石反应，以聚天冬氨酸为内核，使生成的硅溶胶被聚天冬氨酸表面的羧基吸附，形成壳核结构，再经氢氧化钠溶液调节到合适的pH使硅溶胶凝胶化，形成二氧化硅水合物外壳，然后利用高温的煅烧，使聚天冬氨酸内核挥发，并形成空心多孔二氧化硅结构，再利用马来酸酐改性空心多孔二氧化硅，提高在有机相中浸润性和分散性，以及在水中的悬浮分散性能，最后与二甲基硅油等复配混合，添加硼砂为抗菌杀虫成分，制得钻进泥浆专用水基有机硅消泡剂。本发明利用自制改性空心多孔二氧化硅为疏水粒子，所得二氧化硅比表面积可达550～650m²/g，在使用过程中，可有助于硅油在体系中的分散能力，增加乳液的稳定性，且可以快速到达泡沫表面，达到消泡效果，有效解决了传统钻井泥浆用消泡剂稳定性及消泡持久性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）称取300～500g硅灰石，置于粉碎机中，粉碎后过325～500目筛，得硅灰石粉末，依次称取150～200g所得硅灰石粉末，80～100g聚天冬氨酸，倒入盛有1800～2000mL去离子水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为55～60℃，转速为800～1000r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min；

（2）待搅拌混合结束，调节温度至65～70℃，搅拌转速至500～600r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向上述三口烧瓶中滴加质量分数为20～25%盐酸，调节三口烧瓶中物料pH至0.3～0.5，继续恒温搅拌反应3～5h，待反应结束，滴加质量分数为15～20%氢氧化钠溶液，调节pH至3.6～3.8，过滤，收集得滤饼；

（3）用去离子水洗涤上述所得滤饼，直至洗涤液呈中性，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，以8～10℃/min速率程序升温至750～780℃，保温煅烧30～60min，随炉冷却至室温，出料，得空心多孔二氧化硅；

（4）称取30～50g上述所得空心多孔二氧化硅，倒入盛有200～300mL N,N-二甲基甲酰胺的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45～50℃，转速为300～400r/min条件下，恒温搅拌分散45～60min，再加入10～15g马来酸酐，继续恒温搅拌反应3～5h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得改性空心多孔二氧化硅；

（5）按质量比为10：1～15：1将二甲基硅油与上述所得改性空心多孔二氧化硅倒入高压反应釜中，于温度为130～150℃，转速为400～600r/min，压力为2.6～3.2MPa条件下，恒温密闭搅拌反应3～5h，得硅膏混合物；

（6）按重量份数计，依次取40～45份上述所得硅膏混合物，2～4份吐温-80，4～6份斯潘-80，1～3份茶皂素，0.3～0.5份硼砂，80～100份去离子水，10～15份质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，首先将所述的硅膏混合物，吐温-80，斯潘-80，茶皂素及硼砂加入混料机中，于温度为45～50℃，转速为600～800r/min条件下恒温搅拌混合45～60min，再加入所述的去离子水及质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，继续恒温搅拌45～60min，待自然冷却至室温，出料，灌装，即得钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂。

本发明的应用方法是：将本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂按泥浆质量的0.1～1.0%，添加至泥浆釜中即可。经检测，采用本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂消泡时间为8～10s，抑泡时间为35～45min，使用后淡水浆密度恢复率为93.2～95.8%，盐水浆密度恢复率为98.8～99.5%，且使用后泥浆粘度性能未发生改变。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂在使用过程中，具有良好的稀释稳定性及消泡持久性，不易发生漂油或破乳，且不需要重复添加消泡剂；

（2）本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂具有良好的配伍性与抗盐性，制备工艺简单，且极少的加入量即显示出极佳的消泡效果，并且产品附带有润滑作用。

具体实施方式

称取300～500g硅灰石，置于粉碎机中，粉碎后过325～500目筛，得硅灰石粉末，依次称取150～200g所得硅灰石粉末，80～100g聚天冬氨酸，倒入盛有1800～2000mL去离子水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为55～60℃，转速为800～1000r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min；待搅拌混合结束，调节温度至65～70℃，搅拌转速至500～600r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向上述三口烧瓶中滴加质量分数为20～25%盐酸，调节三口烧瓶中物料pH至0.3～0.5，继续恒温搅拌反应3～5h，待反应结束，滴加质量分数为15～20%氢氧化钠溶液，调节pH至3.6～3.8，过滤，收集得滤饼；用去离子水洗涤上述所得滤饼，直至洗涤液呈中性，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，以8～10℃/min速率程序升温至750～780℃，保温煅烧30～60min，随炉冷却至室温，出料，得空心多孔二氧化硅；称取30～50g上述所得空心多孔二氧化硅，倒入盛有200～300mL N,N-二甲基甲酰胺的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45～50℃，转速为300～400r/min条件下，恒温搅拌分散45～60min，再加入10～15g马来酸酐，继续恒温搅拌反应3～5h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得改性空心多孔二氧化硅；按质量比为10：1～15：1将二甲基硅油与上述所得改性空心多孔二氧化硅倒入高压反应釜中，于温度为130～150℃，转速为400～600r/min，压力为2.6～3.2MPa条件下，恒温密闭搅拌反应3～5h，得硅膏混合物；按重量份数计，依次取40～45份上述所得硅膏混合物，2～4份吐温-80，4～6份斯潘-80，1～3份茶皂素，0.3～0.5份硼砂，80～100份去离子水，10～15份质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，首先将所述的硅膏混合物，吐温-80，斯潘-80，茶皂素及硼砂加入混料机中，于温度为45～50℃，转速为600～800r/min条件下恒温搅拌混合45～60min，再加入所述的去离子水及质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，继续恒温搅拌45～60min，待自然冷却至室温，出料，灌装，即得钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂。

实例1

称取300g硅灰石，置于粉碎机中，粉碎后过325目筛，得硅灰石粉末，依次称取150g所得硅灰石粉末，80g聚天冬氨酸，倒入盛有1800mL去离子水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合45min；待搅拌混合结束，调节温度至65℃，搅拌转速至500r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向上述三口烧瓶中滴加质量分数为20%盐酸，调节三口烧瓶中物料pH至0.3，继续恒温搅拌反应3h，待反应结束，滴加质量分数为15%氢氧化钠溶液，调节pH至3.6，过滤，收集得滤饼；用去离子水洗涤上述所得滤饼，直至洗涤液呈中性，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，以8℃/min速率程序升温至750℃，保温煅烧30min，随炉冷却至室温，出料，得空心多孔二氧化硅；称取30g上述所得空心多孔二氧化硅，倒入盛有200mL N,N-二甲基甲酰胺的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌分散45min，再加入10g马来酸酐，继续恒温搅拌反应3h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得改性空心多孔二氧化硅；按质量比为10：1将二甲基硅油与上述所得改性空心多孔二氧化硅倒入高压反应釜中，于温度为130℃，转速为400r/min，压力为2.6MPa条件下，恒温密闭搅拌反应3h，得硅膏混合物；按重量份数计，依次取40份上述所得硅膏混合物，2份吐温-80，4份斯潘-80，1份茶皂素，0.3份硼砂，80份去离子水，10份质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，首先将所述的硅膏混合物，吐温-80，斯潘-80，茶皂素及硼砂加入混料机中，于温度为45℃，转速为600r/min条件下恒温搅拌混合45min，再加入所述的去离子水及质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，继续恒温搅拌45min，待自然冷却至室温，出料，灌装，即得钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂。

将本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂按泥浆质量的0.1%，添加至泥浆釜中即可。经检测，采用本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂消泡时间为8，抑泡时间为35min，使用后淡水浆密度恢复率为93.2%，盐水浆密度恢复率为98.8%，且使用后泥浆粘度性能未发生改变。

实例2

称取500g硅灰石，置于粉碎机中，粉碎后过500目筛，得硅灰石粉末，依次称取200g所得硅灰石粉末，100g聚天冬氨酸，倒入盛有2000mL去离子水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为1000r/min条件下，恒温搅拌混合60min；待搅拌混合结束，调节温度至70℃，搅拌转速至600r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向上述三口烧瓶中滴加质量分数为25%盐酸，调节三口烧瓶中物料pH至0.5，继续恒温搅拌反应5h，待反应结束，滴加质量分数为20%氢氧化钠溶液，调节pH至3.8，过滤，收集得滤饼；用去离子水洗涤上述所得滤饼，直至洗涤液呈中性，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，以10℃/min速率程序升温至780℃，保温煅烧60min，随炉冷却至室温，出料，得空心多孔二氧化硅；称取50g上述所得空心多孔二氧化硅，倒入盛有300mL N,N-二甲基甲酰胺的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为50℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌分散60min，再加入15g马来酸酐，继续恒温搅拌反应5h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣5次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得改性空心多孔二氧化硅；按质量比为15：1将二甲基硅油与上述所得改性空心多孔二氧化硅倒入高压反应釜中，于温度为150℃，转速为600r/min，压力为3.2MPa条件下，恒温密闭搅拌反应5h，得硅膏混合物；按重量份数计，依次取45份上述所得硅膏混合物，4份吐温-80，6份斯潘-80，3份茶皂素，0.5份硼砂，100份去离子水，15份质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，首先将所述的硅膏混合物，吐温-80，斯潘-80，茶皂素及硼砂加入混料机中，于温度为50℃，转速为800r/min条件下恒温搅拌混合60min，再加入所述的去离子水及质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，继续恒温搅拌60min，待自然冷却至室温，出料，灌装，即得钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂。

将本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂按泥浆质量的1.0%，添加至泥浆釜中即可。经检测，采用本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂消泡时间为10s，抑泡时间为45min，使用后淡水浆密度恢复率为95.8%，盐水浆密度恢复率为99.5%，且使用后泥浆粘度性能未发生改变。

实例3

称取400g硅灰石，置于粉碎机中，粉碎后过412目筛，得硅灰石粉末，依次称取175g所得硅灰石粉末，90g聚天冬氨酸，倒入盛有1900mL去离子水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为58℃，转速为900r/min条件下，恒温搅拌混合52min；待搅拌混合结束，调节温度至67℃，搅拌转速至550r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向上述三口烧瓶中滴加质量分数为23%盐酸，调节三口烧瓶中物料pH至0.4，继续恒温搅拌反应4h，待反应结束，滴加质量分数为17%氢氧化钠溶液，调节pH至3.7，过滤，收集得滤饼；用去离子水洗涤上述所得滤饼，直至洗涤液呈中性，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，以9℃/min速率程序升温至765℃，保温煅烧45min，随炉冷却至室温，出料，得空心多孔二氧化硅；称取40g上述所得空心多孔二氧化硅，倒入盛有250mL N,N-二甲基甲酰胺的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为48℃，转速为350r/min条件下，恒温搅拌分散52min，再加入12g马来酸酐，继续恒温搅拌反应4h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣4次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，得改性空心多孔二氧化硅；按质量比为13：1将二甲基硅油与上述所得改性空心多孔二氧化硅倒入高压反应釜中，于温度为140℃，转速为500r/min，压力为2.9MPa条件下，恒温密闭搅拌反应4h，得硅膏混合物；按重量份数计，依次取43份上述所得硅膏混合物，3份吐温-80，5份斯潘-80，2份茶皂素，0.4份硼砂，90份去离子水，13份质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，首先将所述的硅膏混合物，吐温-80，斯潘-80，茶皂素及硼砂加入混料机中，于温度为47℃，转速为700r/min条件下恒温搅拌混合52min，再加入所述的去离子水及质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，继续恒温搅拌52min，待自然冷却至室温，出料，灌装，即得钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂。

将本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂按泥浆质量的0.5%，添加至泥浆釜中即可。经检测，采用本发明所得的钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂消泡时间为9s，抑泡时间为40min，使用后淡水浆密度恢复率为94.5%，盐水浆密度恢复率为99.2%，且使用后泥浆粘度性能未发生改变。

Claims (1)

1.一种钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取300～500g硅灰石，置于粉碎机中，粉碎后过325～500目筛，得硅灰石粉末，依次称取150～200g所得硅灰石粉末，80～100g聚天冬氨酸，倒入盛有1800～2000mL去离子水的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为55～60℃，转速为800～1000r/min条件下，恒温搅拌混合45～60min；

（2）待搅拌混合结束，调节温度至65～70℃，搅拌转速至500～600r/min，在恒温搅拌状态下，通过滴液漏斗向上述三口烧瓶中滴加质量分数为20～25%盐酸，调节三口烧瓶中物料pH至0.3～0.5，继续恒温搅拌反应3～5h，待反应结束，滴加质量分数为15～20%氢氧化钠溶液，调节pH至3.6～3.8，过滤，收集得滤饼；

（3）用去离子水洗涤上述所得滤饼，直至洗涤液呈中性，随后将滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入马弗炉，以8～10℃/min速率程序升温至750～780℃，保温煅烧30～60min，随炉冷却至室温，出料，得空心多孔二氧化硅；

（4）称取30～50g上述所得空心多孔二氧化硅，倒入盛有200～300mL N,N-二甲基甲酰胺的三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为45～50℃，转速为300～400r/min条件下，恒温搅拌分散45～60min，再加入10～15g马来酸酐，继续恒温搅拌反应3～5h，过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得改性空心多孔二氧化硅；

（5）按质量比为10：1～15：1将二甲基硅油与上述所得改性空心多孔二氧化硅倒入高压反应釜中，于温度为130～150℃，转速为400～600r/min，压力为2.6～3.2MPa条件下，恒温密闭搅拌反应3～5h，得硅膏混合物；

（6）按重量份数计，依次取40～45份上述所得硅膏混合物，2～4份吐温-80，4～6份斯潘-80，1～3份茶皂素，0.3～0.5份硼砂，80～100份去离子水，10～15份质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，首先将所述的硅膏混合物，吐温-80，斯潘-80，茶皂素及硼砂加入混料机中，于温度为45～50℃，转速为600～800r/min条件下恒温搅拌混合45～60min，再加入所述的去离子水及质量分数为10%羧甲基纤维素钠溶液，继续恒温搅拌45～60min，待自然冷却至室温，出料，灌装，即得钻井泥浆专用水基有机硅消泡剂。