1. 1 消泡劑消泡機(jī)理

關(guān)于泡沫的消泡機(jī)理，目前國(guó)內(nèi)外尚未研究清楚，但消泡方式主要有兩種: 第一種是消泡劑在泡沫液體系中利用消泡劑溶液自身的表面張力等性質(zhì)對(duì)體系中泡沫進(jìn)行破泡，同時(shí)對(duì)整個(gè)泡沫液體系進(jìn)行抑泡; 第二種是消泡劑通過(guò)與起泡劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變起泡劑的化學(xué)物性，使其失去起泡能力實(shí)現(xiàn)消泡。第二種方式在反應(yīng)過(guò)程中極易生成不溶性脂肪酸鹽，容易對(duì)設(shè)備管道造成堵塞以及發(fā)生腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)一般運(yùn)用較少。

對(duì)于第一種消泡方式的而言，消泡劑一般要求具有兩方面的性能: 1) 破泡性，即將已形成的泡沫迅速破泡的性能，鋪展性( 分散性) 好的物質(zhì)，其破泡性能好;

2) 抑泡性，即抑制溶液起泡的能力，溶解度越小的物質(zhì)其抑泡性越好。鋪展性良好且溶解度小的化學(xué)品可以被認(rèn)為是較好的消泡劑。這兩種性質(zhì)也被大家稱作是消泡劑的鋪展作用和插入作用。

1. 1. 1 鋪展作用

根據(jù)Sydney Ｒ 的研究理論，消泡劑因其表面張力較低，能夠自動(dòng)在泡沫表面鋪展。在整個(gè)鋪展的過(guò)程中，消泡劑分子不僅會(huì)帶走鄰近表面的一層液體，使液膜變薄; 同時(shí)還會(huì)在液膜表面產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，使得體系中的泡沫受到周圍大表面張力膜層的強(qiáng)力牽引，使液膜達(dá)到臨界液膜厚度以下，導(dǎo)致液膜破裂，最終實(shí)現(xiàn)破泡的目的。其中，表征鋪展能力的鋪展系數(shù)S 可表示為:

S = γF － γFD － γD……………………( 1)

式中: γF為體系內(nèi)泡沫液體的表面張力;

γFD為消泡劑與泡沫液之間的界面張力;

γD為消泡劑表面張力。

1. 1. 2 插入作用

當(dāng)分散在泡沫液中的消泡劑分子進(jìn)入到泡沫液體中，整個(gè)泡沫液體體系的自由能將會(huì)發(fā)生改變，破壞膜層的原有平衡，其體系自由能改變的大小可以用插入系數(shù)E 來(lái)表示:

E = γF + γD － γFD……………………( 2)

其中，當(dāng)E ＞ 0 時(shí)，消泡劑能插入到泡沫溶液的部分表面中，插入的局部由于消泡劑的擴(kuò)展將逐漸變?yōu)轶w系的薄弱環(huán)節(jié)，最終使得泡沫破裂。若E ＜ 0，則消泡劑分子不能進(jìn)入到泡沫溶液體系表面。

因此，較為理想的工業(yè)用消泡劑一般均具有以下3個(gè)特點(diǎn): 消泡劑不溶于將要進(jìn)行消泡的體系介質(zhì); 消泡劑溶液有正的鋪展系數(shù); 消泡劑溶液有正的插入系數(shù)。

消泡劑按照其成分主要可以分為硬脂酸皂、硬脂酰胺等酯類，脂肪醇、脂肪醚類及其他硅類產(chǎn)品。其中硅類消泡劑是化工生產(chǎn)、石化等行業(yè)中使用最為廣泛的一類消泡劑。純硅油由于價(jià)格昂貴，溶解度較小且難以乳化，消泡效果并不理想?，F(xiàn)場(chǎng)使用的硅類消泡劑一般是用二甲基硅油、乙基硅油等與二氧化硅氣溶膠以及其他乳化劑、穩(wěn)定劑等助劑混合后制備而成，其統(tǒng)稱為有機(jī)硅消泡劑。按照物理狀態(tài)，消泡劑又可大致分為兩種，分別是油狀、乳液狀的液體消泡劑和膏狀的固體消泡劑。其中，油狀、乳液狀的液體消泡劑作為最早使用的消泡劑，很早之前就在泡沫排水采氣工藝中得以運(yùn)用，其工藝技術(shù)相對(duì)比較成熟，加注多采用平衡罐或者往復(fù)泵進(jìn)行泵入，國(guó)內(nèi)外已有過(guò)很多相關(guān)報(bào)道。但固體消泡劑在最近幾年才得以推廣，目前已逐漸在靖邊氣田、吉林、青海以及川渝地區(qū)氣田加以運(yùn)用。

1. 2 固體消泡工藝發(fā)展現(xiàn)狀

1. 2. 1 固體消泡劑研究現(xiàn)狀

固體消泡劑因其制備工藝簡(jiǎn)單、貯存穩(wěn)定性好、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)在石化行業(yè)逐漸被人們采用。早在80年代初期，已有學(xué)者對(duì)固體消泡劑進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)該類型消泡劑在對(duì)聚乙二醇烷基醚磺酸鈉水溶液進(jìn)行消泡時(shí)比傳統(tǒng)乳液型有機(jī)硅消泡劑效果更好。

固體消泡劑一般由活性組分、助劑、載體3 部分組成。其制備方法主要有以下3 種: 將活性組分直接噴灑在固體消泡劑載體表面，此方法制備的消泡劑適用溫度范圍寬; 將活性組分與軟化點(diǎn)較低的脂肪醇、脂肪酸、石蠟等物質(zhì)一起熔融，再將熔融后的物質(zhì)在載體上進(jìn)行附著，合成蠟封型固體消泡劑; 將部分成膜的物質(zhì)包裹在活性組分物質(zhì)外部，并加以混合，合成包封型固體消泡劑，此類消泡劑穩(wěn)定性較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)活性組分緩慢釋放的目的，是一種延時(shí)釋放的有機(jī)硅消泡劑。固體消泡劑的制備過(guò)程主要是通過(guò)將常規(guī)消泡劑配料如二甲基硅油、二氧化硅和聚乙二醇等物質(zhì)混合均勻后進(jìn)行加熱，并在恒溫( 70 ～ 90 ℃) 一段時(shí)間后，將其全部融化并冷卻成型，最后壓制成圓棒狀。

1.  2. 2 固體消泡裝置發(fā)展情況

目前常用的固體消泡加注裝置主要分為臥式與立式兩種，其結(jié)構(gòu)分別見(jiàn)圖1~2。臥式固體消泡裝置在其進(jìn)口端和出口端分別裝有入口導(dǎo)流錐和出口導(dǎo)正葉輪，當(dāng)高壓高流速的天然氣、地層水等混合流體進(jìn)入裝置入口后，迅速按螺旋運(yùn)動(dòng)軌跡前行，對(duì)加裝在裝置中部的固體消泡棒產(chǎn)生圓周性的切削力，使消泡棒緩慢溶解并與混合流體充分混合，在流體流經(jīng)裝置出口位置時(shí)，導(dǎo)正葉輪產(chǎn)生反作用力，使得消泡液與混合流體再次充分混合，達(dá)到消泡的目的。而立式固體消泡裝置則主要通過(guò)其加注筒下端形成的積液段將加注的消泡棒浸泡在筒體中加以溶解，當(dāng)氣流通過(guò)混合形成的消泡溶液后實(shí)現(xiàn)消泡目的。固體消泡裝置的安裝位置一般位于單井井口針形節(jié)流閥后的集輸管線上，也可安裝在集氣脫水站進(jìn)站管線上，對(duì)進(jìn)站氣體進(jìn)行二次消泡，進(jìn)一步保證氣質(zhì)的潔凈度。

通過(guò)兩種裝置在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用實(shí)例發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某些產(chǎn)水量較小、產(chǎn)氣量較高的氣井，含泡沫地層水的天然氣混合流體會(huì)迅速通過(guò)消泡裝置; 此時(shí)，由于在臥式裝置中藥劑與流體的接觸時(shí)間較短，藥劑溶解相對(duì)緩慢，常常達(dá)不到最低的消泡液濃度要求，影響流體的消泡效果。較臥式固體消泡裝置而言，立式固體消泡裝置的藥劑與混合流體的接觸時(shí)間更長(zhǎng)，氣液對(duì)藥劑沖刷作用力更大，在同等條件下，消泡劑的溶解速率可大大提高( 一般為臥式裝置的3～8倍) 。因此，對(duì)于在調(diào)整藥劑后仍無(wú)法滿足消泡效果的氣井，應(yīng)使用立式消泡裝置來(lái)提高藥劑的溶解速率，以保證消泡需求。