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起泡剂

发布时间:2018-07-11 09:15 发布人:admin 点击:


起泡剂
       起泡剂是指能降低水的表面张力形成泡沫,使充气浮选矿浆中的空气泡能附着于选择性上浮的矿物颗粒上的一类表面活性剂。 起泡剂的分子结构与捕收剂有其相似之处,大多数是由极性基和非极性基组成的异极性分子表面活性物质。 分子一端是极性基,另一端是非极性基。捕收剂的极性基亲固体(矿物),非极性基亲空气。 起泡剂的极性基亲水,非极性基亲空气。在水气界面定向排列,降低水的表面张力,故有起泡作用。 其中又有非离子型和离子型化合物之分,其中非离子型表明活性起泡剂的品种、作用、效果都占优势。非离子型起泡剂一般不具有捕收性,而离子型起泡剂往往兼具捕收性。
简介
       起泡剂系指能降低水的表面张力形成泡沫,使充气浮选矿浆中的空气泡能附着于选择性上浮的矿物颗粒上的一类表面活性剂。
       起泡剂的分子结构与捕收剂有其相似之处,大多数是由极性基和非极性基组成的异极性分子表面活性物质。
    分子一端是极性基,另一端是非极性基。捕收剂的极性基亲固体(矿物),非极性基亲空气。
       起泡剂的极性基亲水,非极性基亲空气。在水气界面定向排列,降低水的表面张力,故有起泡作用。其中又有非离子型和离子型化合物之分,其中非离子型表明活性起泡剂的品种、作用、效果都占优势。非离子型起泡剂一般不具有捕收性,而离子型起泡剂往往兼具捕收性。
        起泡剂在气-水界面吸附能力强,优良的起泡剂在矿物表面一般不发生吸附,多数起泡剂能使水的表面张力大为降低,增加空气在矿浆中的弥散,改变气泡在矿浆中的大小,当被浮矿粒愈大和矿物密度愈大,要求气泡也应随之增大。气泡相对稳定,能够防止气泡的兼并,并在矿浆表面形成浮选需要的矿化泡沫。
        浮选矿浆中气泡的形成,主要依赖于浮选设备中各种类型的充气搅拌装置,以及向矿浆中添加适量的起泡剂(frothers)。
        起泡剂一般均为表面活性剂,其分子结构由非极性的亲油(疏水)基团和极性的亲水(疏油)基团构成,形成既有亲水性又有亲油型的所谓的“双亲结构”分子。亲油基可以是脂肪族烃基、脂环族烃基和芳香族烃基或带O、N等原子的脂肪族烃基、脂环族烃基和芳香族烃基;亲水基一般为羧酸基、烃基、磺酸基、硫酸基、膦酸基、氨基、腈基、硫醇基、卤基、醚基等。
       起泡剂加到水中,亲水基插入水相而亲油基插入油相或竖立在空气中,形成在界面层或表面上的定向排列,从而使界面张力或表面张力降低。一般而言,含极少量起泡剂的水溶液即具有起泡性。
       常见的起泡剂有羟基化合物类,醚及醚醇类,吡啶类和酮类。
      起泡剂(W-101)
起泡剂的作用
1、防止气泡兼并,使分散在矿浆中的气泡具有较小的直径和一定的寿命 [1]  。
2、增大气泡的机械强度。
3、降低气泡的运动速度,增加气泡在矿浆中的停留时间。
4、稳定气泡,其类型和用量影响气泡的大小、黏性和脆性,影响浮选速度。
5、和捕收剂共吸附于矿粒表面上,并起协同作用。
6、与捕收剂共存于胶束中,影响捕收剂的临界胶束浓度。
7、可以用起泡剂使捕收剂乳化或加速捕收剂的溶解。
8、可以增加浮选过程的选择性。
起泡剂的分类
       依据起泡剂的结构与官能团的特点,通常将起泡剂分为非离子型和离子型。非离子型起泡剂包括醇类、醚醇、醚类、酯类;离子型起泡剂分为羧酸及其盐类、烷基磺酸及盐、酚类、吡啶类。
       目前市场上的起泡剂种类繁多,有FlorreaF579、FlorreaF581、FlorreaF571、FlorreaF520、FlorreaF550、FlorreaF515、MIBC、Aerofroth70、2号油、桉树油、樟脑油、Dow200、Dow250、TEB、BK201、BK204等。
       在浮选过程中,加入起泡剂,能够防止气泡的兼并;也能够适当地延长气泡在矿浆表面的存在时间。
起泡剂的共同性质
    (1)起泡剂的分子构造常是异极性有机物质,一端是极性基,另一端为非极性基;极性基亲水,非极性基亲气,这样就可以使起泡剂分子在空气与水的界面上产生定向排列。
    (2)起泡剂是表面活性物质,能够降低水的表面张力。此处所谓表面活性系指在溶液中由于增加单位起泡剂浓度而引起的表面张力的降低数值。就一般说,同一系列的有机表面活性剂,其表面活性按“三分之一律”(也叫做“特鲁贝规律”)递增,其溶解度按同样规律递减。以醇类为例,由乙醇起,任何一个醇的表面活性强度都是它的最邻近的低级醇的三倍,也是它的最邻近的高级醇的三分之一。而溶解度则按同样规律渐减。
     (3)一般的起泡剂要求有中等的溶解度,0.2~5克/升。如上所述,在同系物中表面活性随分子量增大而增强,但同时溶解度则随分子量增大而减小。浮选实践证明:由于这两种因素作用的结果,常见的起泡剂,其分子中的碳原子数一般为5至11个较为适合。
        从历史的发展来看,在浮选工艺中,对于起泡剂的注意力远不如对捕收剂。在早期,各国常因地制宜,就地取材。例如我国多用松油,澳洲多用桉叶油,日本多用樟脑油;其共同特点则都是属于萜类天然植物产品,其缺点是成份因制造方法不同及季节不同而有变化。近年来在基本有机合成工业获得飞跃发展之后,人工合成的起泡剂已有取代天然起泡剂的趋势,其特点是质量稳定,有效成份含量高,例如甲基异丁基甲醇(MIBC)。
产品性能及特点
*产品性能:
       W-101发泡剂是以多种表面活性剂和辅助剂按独特工艺制成的一种复合型发泡剂。主要用于高温地层的泡沫压裂,油气同产、气水同产井的采油、采气、排水工艺,对于降低井内液柱压力,改善井筒内的工作状态,提高采收率有十分显著的效果。该产品也可用于修井冲砂作业中,防止或减少冲砂漏失量,提高措施有效率 [3]  。
       本品在高温地层中(>90℃)起泡能力不降低,起泡力强。泡沫稳定性好,携液量大,携砂能力强,抗油、抗盐。
*质量指标:
项 目 指 标
外 观 无色或淡黄色均匀液体
PH 值 6~8
与酸液配伍性 无沉淀无分层
与盐水配伍性 无沉淀无分层
起泡能力(ml) ≥450
泡沫半衰期(min) ≥250
有效物含量 ≥40%
阻力因子 ≥20
驱油效率(%) ≥80
排液半衰期(min) ≥3
耐高温性(℃) ≥150
使用方法
       用于采油(采气)井的排水工艺。该工艺又称为油井(气井)诱喷(排水)工艺技术。将发泡剂用泵车或柱塞比例泵从采油树防喷管直接投入油气井中。
      推荐用药量=井底积水的0.1%+日产液的0.1%或按估算日产水量计,0.5~10kg/m3。要及时根据使用效果和井况调整加药量。
      选井条件:a.因井底积水造成减产、停产的油气井;b.气液比在350以上的井。
      用于泡沫冲砂工艺。将W-101发泡剂配制成1~6%的水溶液,利用压风机和泵车按一定比例将气和发泡剂水溶液打入发泡器,发泡器产生的泡沫液进入井筒冲砂。该冲砂工艺要根据地层的压力和井筒的深度确定气液比。一般把井筒压力控制在等于或略大于地层压力,小于静水柱压力,这样既可减少漏失,又保证油层不吐砂。若为了油层解堵时,可把井筒压力控制到小于地层压力。推荐用药量:根据油井漏失情况而定,一般为80~600kg。
应用
在泡沫钻井中的应用
       该产品可配制泡沫钻井液。大多数钻井使用泥浆,它有携带和悬浮钻屑、稳定井壁、冷却和冲洗钻头、清除井底岩屑等作用。但是对于缺水地区和中低压油气藏,如采用常规水基泥浆钻井,会带来严重的油层损害。许多井在钻井过程中有汕气显示,测井解释也是油层,而完井试油却产量很低,甚至滴油不出。而采用盐酸作为低密度低压力的钻井液,泡沫的细小紧密结构所形成的粘滞性,使其具有良好的携带能力,有利于发现油层和保护油层,并能有效地防止漏失,也能显著地提高钻井速度,有时达水基泥浆的4-5倍。
在酸化压裂工艺中的应用
       该产品可配制泡沫酸,压裂酸化是在足以压开地层形成裂缝或张开地层原有裂缝的压力下,对地层挤酸的一种工艺,该工艺主要是在碳酸盐岩中进行,是较大面积地改造低渗透油气层的重要手段。泡沫用于油气井增产具有滤失率低,粘度适当,悬浮力强。用量少对地层伤害小,反排性好等优点。泡沫酸是用发泡剂产生的一种液包气乳化掖,是气体分散在酸溶液中形成的分散系统。泡沫酸要求选择适当的发泡剂及稳泡剂,能提高表面枯度,增加泡沫稳定性。与常规盐酸酸化比较,泡沫酸滤失量更低,携砂能力更高,可用于水敏性地层,高粘度的泡沫还是携带支撑剂的良好介质。泡沫酸具有气举排液,返排迅速,泡沫酸施工后,井口压力低,能促使气体迅速膨胀并携带残液及砂粒返排。泡沫酸化压裂产生裂缝的能力较大,裂缝导流能力好,酸化半径大,适合于厚度大的碳酸盐岩油层,也适合于重复酸化的老井和水敏性地层。
在泡沫排水工艺中的应用
       有水气田开发中,随着天然气的采出,地层水和凝析油不断津随天然气进入井筒,如果气体有足够的能量,它能把进入并筒的液体带到地面,在井底不产生积液。在天然气开采中后期,由于气量不足或产层的液体较多,气体不能把水和凝析油完全带到地面,在井底和井筒内产生积液,如不及时排出,则产生回压,同时使井壁附近产层的渗透性变坏,造成天然气产量急剧下降,有的甚至被水掩停产。为了延长气田开采寿命,提高天然气采收率,用泡沫排水是一种已实现的好方法。盐酸排水,就是定期向气井内注入一定数量的起泡剂,内积液和起泡剂在天然气的搅拌下,生成大量泡沫,由于密度降低,很容易被天然气流带到地面,消泡排水。
在泡沫洗井工艺中的应用
       泡沫冲砂洗井 泡沫冲砂洗井泡沫冲砂洗井是近年来发展起来的一项新技术,主要解决低压和严重漏失井的“清水倒灌”、污染油层及作业无法正常进行等问题。油井经长期开采,地层压力下降,油层难免出砂,作业中也准免将地面的机械杂质带入井中,均会造成产层的不同程度堵塞,使油井产量下降。以往采用清水冲砂、洗井和替喷等作业,因油层压力低于静水柱压力,易造成大量液体漏入地层,有时甚至泵入油井的液体失返,使施工无法进行,且造成油层污染。用泡沫流体作为低压漏失油井的冲砂、洗井和替喷等作业液,其优点是:①可通过调整泵入油井的气一液比或井口回压,控制井下泡沫密度,实现负压作业,防止漏失;②可疏通被堵塞的喉道和射孔孔眼,促使产层流通,具有解堵效果;③因泡沫有粘滞性,有良好的携带固体颗粒的能力,可大大改善净化井眼的效果。
泡沫水泥固井盐酸
        所谓盐酸水泥,就是在水泥浆中棍入或使其产生一定量的,并均匀地分布在水泥浆中,从而达到降低水泥浆密度的目的。泡沫水泥浆的配制方法一般有二种:一是机械法,即在水泥中加入一定量的发泡剂和泡沫稳定剂,通过机械方法使混入气体形成稳定的泡沫水泥;二是化学法,在干水泥中掺入一定量的发泡剂,当水泥和水混合搅拌后,发泡剂与水泥中的某些化学成分起反应产生气体,形成泡沫水泥。泡沫水泥固井,是用降低水泥浆密度的方法,减少固井时的液柱压差,从而解决易漏井固井问题的一种固井新工艺。它具有常规固井所没有的一些特点,水泥浆密度低,水泥石强度,渗透率低,防气窜,与套管和井壁胶结紧密等。
在浮选工艺中的应用
       起泡剂应是异极性的有机物质,极性基亲水,非极性基亲气,使起泡剂分子在空气与水的界面上产生定向排列,大部分起泡剂是表面活性物质,能够强烈地降低水的表面张力。同一系列的有机表面活性剂表顶活性按“三分之一”的规律递增,此即所谓“特芳贝定则”。起泡剂应有适当的溶解度。起泡剂的溶解度,对起泡性能及形成气泡的特性有很大的影响,如溶解度很高,则耗药量大,或迅速发生大量泡沫,但不能耐久,当溶解度过低冰来不及溶解,随泡沫流失,或起泡速度缓慢,延续时间校长,难于控制 。
此外,还有盐酸混排解堵技术等等一系列的技术。