Пена представляет собой коллоидную систему, в которой газ диспергирован в разделенных тонкой пленкой пустотах жидкой фазы. Именно прочность пленки определяет стабильность пены. В качестве газа обычно выступают нерастворимые в жидкости воздух, азот, диоксид углерода и другие легкие молекулы. Из встречающихся в нефтедобыче жидких фаз пенообразование представляет проблему для буровых и цементных растворов на водной основе и водонефтяных эмульсий с сырой нефтью. Поскольку при бурении, добыче и подготовке нефти применяются многочисленные ПАВ, низкое поверхностное натяжение на границе раздела жидкости с газом облегчает появление пузырьков. Дополнительным стабилизатором пены являются вымываемые из пласта взвешенные частицы горной породы.
Слева: аэрация чистых жидкостей не приводит к устойчивой пене – пузырьки поднимаются вверх и лопаются на поверхности. Справа: стабилизация пены при адсорбции ПАВ на границе раздела воздух/жидкость https://doi.org/10.2118/170313-MS
Слишком большой объем пены во время цементирования может вызвать потерю напора из-за кавитации в насосном агрегате. Кроме того, вовлечение воздуха приводит к нежелательному росту плотности тампонажного раствора на глубине. Пропорция цемента и воды в нем регулируется с помощью плотномера или массомера. С пеной удельный вес раствора на поверхности получается заниженным, но спускаясь по стволу воздух сжимается и плотность смеси превышает значение на устье. Остающиеся в толще затвердевшего цемента полости и каналы способствуют заколонным перетокам газа и жидкости. Стабилизируют пенообразование при креплении скважины многочисленные ПАВ, добавляемые в тампонажную смесь: замедлители, диспергаторы, понизители водоотдачи, пластификаторы и др.
Пустоты в образце цемента без добавления пеногасителя (слева) и с пеногасителем (справа) https://doi.org/10.2118/170313-MS
Для подавления пены и улучшения механических свойств цементной корки используют гидрофобные вещества: полисилоксаны, длинноцепочечные спирты, сульфированные масла, полипропиленгликоли. Микрокапли или мономолекулярные слои пеногасителя вытесняют другие ПАВ с поверхности раздела «жидкость/газ», растягивая и нарушая целостность пленки. Пеногасители в твердом или жидком виде добавляются при замешивании цемента с водой в расчете 0,1-0,3% на вес сухой смеси. Цель их применения заключается не в удалении всего вовлеченного воздуха, а в минимизации объема пены и ее отрицательного влияния на прочностные свойства бетона.
Капельный (слева) и молекулярный (справа) механизмы действия пеногасителя https://doi.org/10.2118/170313-MS
С целью оценки эффективности пеногасителей финской компанией Kemira был предложен динамический стенд с плотномером для определения свойств рециркулируемого тампонажного раствора в режиме реального времени. Испытания наглядно демонстрируют влияние пеногасителя на удельный вес раствора, который без добавки химреагента постепенно снижается со временем, но с подходящим пеногасителем проходит через минимум и остается неограниченно стабильным.
Плотность 0,1% раствора лигносульфоната натрия без пеногасителя (No defoamer) и с добавками трибутилфосфата (Tributyl Phosphate), других пеногасителей (Non Silicone 1-3) https://doi.org/10.2118/143825-MS
Состоящий на 100% из отечественного сырья пеногаситель «ТюмНТ-ПГ» применяется в газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности для предотвращения образования и разрушения пенных дисперсных систем в процессах сбора, подготовки и переработки нефти и газа. Действующим веществом «ТюмНТ-ПГ» служат кремний-органические соединения. Марка А предназначена для применения в конденсатах, марки В и С – темных углеводородах. Качество продукции гарантируется собственной аккредитованной лабораторией ООО «ТюменьНефтеТехнологии».
