消泡剂和消泡机理

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1、油田化学,,,一消泡剂和消泡机理吴达华中国石油天然气总公司工程技术研究所、、提要本文详细综述了泡沫的形成条件及构成泡沫稳定存在的因紊液膜弹性表面粘度溶液、、粘度电双层斤力和墒双层斤力气泡间气体的扩散,从消泡剂的进入系数和铺展系数以及僧水顺拉的去,。润湿作用论述了消泡机理讨论了构成消泡剂的功能性组份主题词泡沫消泡机理消泡剂泡沫抑制剂钻井流体完井液六台会’未‘习在聚合物制备、石油精炼、涂料油漆生产和应用、制浆造纸、纺织印染、食品加工、医药医疗、制糖、发酵、电镀、选矿、家庭及工业洗涤、水及废水处理等领域常常遇到不希

2、望出,现的泡沫间题在钻井液和完井液中也不例外为了保证钻井和固井施工的顺利进行和得到,理想的施工质量往往在钻井液和固井水泥浆中添加旨在改善浆液性能的外加剂如木质素铁、、、,铬盐木质素磺酸盐聚丙烯酸盐聚丙烯酞胺及其它具有表面活性的物质它们除了完成各自使命外,还具有起泡、稳泡性能。在配浆过程中浆液在高速搅动下携裹了大量空气,从而产生了泡沫。大量泡沫的存在导致钻井泥浆密度降低,润滑性能变差,冷却钻头效率下,,降而且给泥浆循环带来困难油井水泥浆起泡不仅影响水泥浆的密度和流变性能而且使硬化后水泥石的强度和抗渗能力下降。可

3、见控制有害泡沫是钻井和固井领域必须解决的重要课题。利用化学消泡剂的消泡法与物理消泡法、机械消泡法相比,具有投资省、用量少、成本低、、。,。使用方便效果明显的特点消泡机理已引起了学者的广泛兴趣但尚无统一的认识本文从泡沫的稳定性、消泡剂的进入系数和铺展系数,憎水颗粒的去润湿机理出发综述了有关消,,。泡机理的理论并剖析了消泡剂的功能性化学组份以期提高消泡剂的配方设计水平泡沫的形成及稳定泡沫的形成,,,泡沫是气体被液体隔开的分散体系气相是分散相液相是分散介质气泡间吸附着表,面活性剂的气液界面和界面间的液体构成了泡沫的

4、液膜气泡汇合处一般有三个气泡相交。。。形成所谓的交界或称三角图中的泡沫本身是热力学不稳定体系单,一组份的液体不能形成稳定的泡沫如果液体中含有一种或儿种具有起泡和稳泡作用的表面。作者通讯地址工天津市塘沽区津塘公路号工程技术研究所固井室,活性剂则能产生能持续存在数十分钟乃至数小时的泡沫从热力学方程可知‘,〔二件乏其中,,为恒温恒压下体系的自由能丫为体系的表面张力为体系中液体的丧面。林,积为组份的化学位为组份的摩尔数表面活性剂的存在降低了体系的表面张,,力使泡沫形成过程中由表面积增加引起的自由能增值变小有利于抱沫的

5、形成另一方面表而张一,延力的降低减小了液膜中交界处与其它部位图中处之间的压力差’,。缓由此引起的液膜内流体的排液速度对泡沫的稳定有利,,因此虽然泡沫本身是热力学不稳定体系但表面活性剂的存在造成了泡沫相对稳定存,一。,,,在的一些囚素即表而浅液膜的弹性。雌示效应表面粘度溶液粘度电,,双层斥力和炳双层斥力气泡间的气体扩散其中表面弹性和表面粘度为泡沫稳定存在的主要因素。高了低液八,护亏斤一二二膜‘交薄处表面匡已户溉赓均活性剂浓度减少竺硫水基,亲水基翁头指示表面劳性剂和接液奸裂迁移方向表面迁移’剂扩散面件七。交界示意

6、卜习了上。稳定脐较弱的腆图浓膜的弹性液胰的弹性,,,当吸附有表面活性剂的液膜受到外力的冲击时膜的局部会变薄变薄处表面积增大,,表面吸附活性分子的密度较前下降表面张力增加引起邻近处的表面活性剂分子同溶液一,,起向变薄处迁移使变薄的液膜得到恢复液膜具有变薄后恢复原厚度的能力就好象液膜,,【‘’,。具有一定的弹性液膜的这种性质称为液膜弹性也叫自身修复作用示意如图液膜变薄处还可以从本体溶液中吸附表面活性剂以得到平衡。如果表面活性剂分子从溶液中吸附,,的速度较从邻近处迁移的速度快则变薄的液膜的表面张力和吸附分子密度可恢

7、复但不能再变厚无溶剂随同迁移,因此得不到稳定。。。。〔“’,根据的观点用数学式描述液膜的弹性’二’卜,即液膜的弹性模量与吸附于液膜丧面的溶质过剩浓度的平方成正比与液膜的厚度和本体溶液的浓度成反比这一公式成功地解释了液膜表面的溶质吸附密度对液膜弹性的突,出贡献但违背了液膜越薄越易破碎的事实窦面粘度及溶液粘度立丧而粘度取决吸附于气液界面的溶质分子问的相互作用力作用力大则膜的丧面粘度,,,。高膜强度也高泡沫壁上的液体迁移困难泡沐的稳定性高有些极性有机物如高级脂肪,,醇加入泡沫体系中能与表面活性剂产生强烈的相互作用形

8、成的液膜具有很高的表面粘。,〔”’度有些阳离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂构成的混合液膜如一,、,”口汀混合液膜由于正负电荷间的强烈库仑引力也表现出极大的表面铸。‘,〔〕〔’强度蛋白质分子或聚醚类表面活性剂由于邻近分子间的氢键作用形成准聚合物网状,。,结构所形成的液膜表面粘度也很高如果在液膜上吸附的表面活性剂能形成液晶结构则,不仅液膜表面粘度高而且由于内部蓄积的表面活性剂能不断地调节泡液膜内的表