国产钻井用发泡剂

泡沫钻井技术是保护低压油气层的最有效的方法之一。随着新老油田的开发,以泡沫液作为循环介质的钻井和洗井作业将会不断增加。在泡沫钻井中通常使用5种类型的添加剂,其中以发泡剂最为重要。     

流沙层硬胶泡沫钻井技术

也门1区块上部地层250~750 m井段存在大段的流沙层,钻进过程中存在井壁失稳、漏失严重、机械钻速低等问题,单纯依靠常规钻井加堵漏、清水盲钻、空气钻井或稳定泡沫钻井等方式得不到有效解决。因此,提出采用硬胶泡沫钻井方法解决该问题。通过硬胶泡沫钻井流体发泡剂室内优选试验,考虑泡沫质量、发泡剂抗污染性能、硬胶泡沫半衰期及经济效益,选择FMA-100为硬胶泡沫钻井流体的发泡剂,确定其最佳加量为0.3%~0.6%,并初步优选出钻井流体配方。根据硬胶泡沫钻井施工参数设计要求,以低返速降低井壁冲刷防塌、合适当量循环密度防塌防漏为目标,通过理论计算及分析,优选了施工参数、钻井配套设备,形成了适用于也门1区块流沙层的硬胶泡沫钻井方案。该方案在该区块Abyed-2井进行了应用,不但成功解决了大尺寸疏松流沙层井漏与井塌并存的钻井难题,还提高了流沙层的机械钻速,相比同条件邻井平均机械钻速提高3.2倍。该井的应用成功,也为流沙层安全快速钻进积累了经验。      

油基泡沫钻井流体技术研究

针对水基泡沫钻井流体在水敏性地层易造成泥页岩水化膨胀,气体钻井遇到地层出水时即转换成水基泡沫钻井流体,在此过程中易造成井壁坍塌等问题,开展了油基泡沫钻井流体技术研究。研制出以油基发泡剂DRI-YF-1和油基稳泡剂DRI-YW-1为主要组分的油基泡沫钻井流体,进行了发泡体积、半衰期、流变性、抗高温和抗污染等性能评价实验。实验结果表明,油基泡沫钻井流体密度范围为0.17～0.38 g/cm³,其发泡体积和半衰期比国外同类产品高,流变性好,抗高温、抗污染能力较强。并观察了油基泡沫和油包水泡沫微观结构,提出了水进入油基泡沫前后的油基泡沫微观结构的假设模型。     

超高温地热井钻井泡沫抗高温性能研究

OLKARI地区地热井地层温度高达350℃,主要采用泡沫钻井,然而其低压和超高温的特点可能造成泡沫流体相态变化,目前没有针对相变条件下泡沫流体抗高温性能的研究。基于超高温地热井泡沫钻井的特殊性,进行了泡沫重复发泡实验、高温失效时间测定实验,实验表明,发泡剂在单个钻井循环周期内具有良好重复发泡性能。若泡沫在循环过程中存在相态变化,也能保持良好重复发泡性能,为超高温地热井泡沫钻井流体的相态分析提供了实验依据。     

N-烷基-β-氨基丙酸的制备及泡沫性能研究

研究以丙烯腈与脂肪伯胺为原料,配比为1∶1.1,通过两步反应合成N-烷基-β-氨基丙酸（HA）,并采用Paragon-1000型红外光谱仪进行了结构表征分析。选用两性发泡剂HA、阴离子发泡剂ABS、非离子发泡剂AEO、阳离子发泡剂CTAB,与两性发泡剂HA进行了泡沫性能对比。对HA进行了耐温、抗盐、抗钙性能及稳定性能评价。实验表明,HA的发泡能力随温度变化不明显,在25℃附近,半衰期最长为14 min,泡沫稳定性最好;在pH<3和pH>7时,发泡体积大于540 mL,半衰期大于5.5 min,泡沫性能远高于pH为3～7时;随着盐度的升高,泡沫体积在720 mL附近变化,半衰期持续延长至10 min,抗盐性较好;随着Ca2+浓度的升高,泡沫体积由700 mL下降至380 mL,但半衰期由7.5 min上升至17 min,泡沫稳定性上升,可以满足泡沫流体井下作业使用。      

抗高温发泡体系的研制及性能评价

目前随着油气钻探井深的增加,泡沫钻井液的抗温性成为泡沫钻井的限制条件之一。不同类型表面活性剂之间存在协同增效作用,因此可通过表面活性剂之间的复配实现泡沫性能的稳定提升。笔者选用了6种表面活性剂,确定最佳发泡浓度是0.6%,以泡沫综合值为泡沫性能指标,对泡沫性能较好的4种表面活性剂进行了耐盐性能、抗温性能评价。实验表明,十二烷基二甲基氧化铵（OA）随盐度的增加,泡沫综合值曲线变化平稳,耐盐性较好;α-烯烃磺酸钠（AOS）在100℃以上时泡沫综合值较高,耐温能力较好。再对AOS和OA以不同浓度比例复配,得到2者最佳配比是4:1,复配体系最佳发泡浓度为0.4%。通过BZY-1表面张力仪对复配体系评价,表明复配发泡剂表面张力值随温度升高而降低,复配发泡剂体系更加稳定;抗温性评价表明复配体系在150℃以下时协同作用明显,耐温性效果较好,在100℃时泡沫综合值可以达到21.96×104 mL ·s。      

抗高温发泡体系的研制及性能评价

目前随着油气钻探井深的增加,泡沫钻井液的抗温性成为泡沫钻井的限制条件之一。不同类型表面活性剂之间存在协同增效作用,因此可通过表面活性剂之间的复配实现泡沫性能的稳定提升。笔者选用了6种表面活性剂,确定最佳发泡浓度是0.6%,以泡沫综合值为泡沫性能指标,对泡沫性能较好的4种表面活性剂进行了耐盐性能、抗温性能评价。实验表明,十二烷基二甲基氧化铵（OA）随盐度的增加,泡沫综合值曲线变化平稳,耐盐性较好;α-烯烃磺酸钠（AOS）在100℃以上时泡沫综合值较高,耐温能力较好。再对AOS和OA以不同浓度比例复配,得到2者最佳配比是4：1,复配体系最佳发泡浓度为0.4%。通过BZY-1表面张力仪对复配体系评价,表明复配发泡剂表面张力值随温度升高而降低,复配发泡剂体系更加稳定;抗温性评价表明复配体系在150℃以下时协同作用明显,耐温性效果较好,在100℃时泡沫综合值可以达到21.96×104 mL ·s。     

TAS发泡剂在稳定泡沫中的应用

TAS发泡剂是一种阴离子表面活性剂。本文介绍TAS发泡剂的结构、性能和发泡机理及加入TAS的"C-85"稳定泡沫配方。通过室内优选实验和现场(塞29-3井)应用,证明其质量指标完全符合负压钻井的要求,TAS是一种较为理想的高效发泡剂。     

环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液的研究与应用

欠平衡钻井工艺及水平井钻井工艺在提高采收率、节约钻井成本和保护油气藏等方面具有显著的优势.开展了环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液研究,室内筛选了发泡剂、稳泡剂、抑制剂,研制了适合欠平衡泡沫水平井钻进的环保型可循环雾化泡沫钻井液配方,并对其抑制性、抗污染能力(抗岩屑、抗地层水、抗油)进行了实验研究.在现场应用过程中,通过优选配方及合理的优化钻井参数及钻井工艺,实现泡沫可回收利用,提高泡沫钻井液的环保性;同时实现泡沫水平段钻进,打开了储层,确保了地质录井及时发现储层,在环保的同时有效降低了钻井成本.     

泡沫欠平衡钻井液研究与应用

欠平衡钻井技术中 ,泡沫钻井液是应用效果较好的一项技术。通过对泡沫钻井液室内研究与评价 ,筛选了新型高效发泡剂、稳泡剂、泥页岩抑制剂、低密度水泥浆早强剂等 ,给出了适合于高温条件下的泡沫钻井液配方。伊 5 1井现场应用实践表明 ,在井深 30 0 0多米、井底温度达到 110℃的状态下 ,泡沫钻井液性能依然保持良好 ,为泡沫欠平衡钻井技术在深井条件下的应用打下了基础。     

可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用

针对川东北地区上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,常规钻井液钻井机械钻速低,而气体钻井由于地层出水无法顺利进行的技术难点,研发了适合该地区上部地层钻进的空气泡沫流体配方,研制了HX-350型环隙式机械消泡器,形成了可循环空气泡沫钻井技术。元坝10井Φ660.4 mm导眼段应用了可循环空气泡沫钻井技术,该井段的平均机械钻速为4.88 m/h,与邻井常规钻井液钻井井段相比,平均机械钻速提高了3倍;消泡器消泡效果显著,累计回收泡沫基液2230 m3,节约清水2230 m3,污水处理量减少2230 m3,并大大减少了发泡剂的消耗。应用结果表明,可循环空气泡沫钻井技术能有效解决大尺寸井眼的携岩问题,实现泡沫基液的循环利用,大幅度降低泡沫钻井成本,具有广阔的推广应用前景。      

可循环自动发泡钻井液技术

在优选表面活性剂、协同稳泡聚合物的基础上,进行了可循环自动发泡钻井液体系配方的优化,研制出了一种由聚合物基液和发泡剂组成的新型可循环自动发泡钻井液体系.性能测试结果表明,优选配方的聚合物基液完全能满足油气田的常规钻井需求,当添加发泡剂后,形成的泡沫钻井液同样具有很好的综合性能,适合油气田的欠平衡钻井.     

抗高温泡沫钻井液体系的实验研究

针对欠平衡泡沫钻井时可能遇到高温、高浓度盐水和油类物质污染，研究出抗高温泡沫钻井液体系，并评价了该体系的泡沫性能以及耐盐油水类物质污染性能和泥页岩膨胀抑制性。该体系是以自制TSB发泡剂体系为基础，加入膨润土、包被剂、增粘剂和稳泡剂等配成。实验结果表明具有良好的抗温性能，150℃高温热滚老化后，起泡体积为650mL，半衰期为302min，并表现出良好的耐盐、耐水污染能力，可满足高温深井欠平衡泡沫钻井的需要。     

我国泡沫钻井液钻井工艺技术研究新进展

欠平衡钻井工艺技术对于发现、保护油气层 ,对于高效勘探开发 ,都具有明显效果 ,不断扩大推广应用范围 ,并且工艺技术体系不断得到完善。低密度钻井液、泡沫钻井液、气体 (例如天然气、柴油机尾气、氮气…… ) ,都在欠平衡钻井中发挥明显作用 ,形成各具特色的工艺技术。泡沫钻井液钻井在辽河油田和胜利油田得到广泛采用。大港油田摆脱了泡沫钻井液钻井多针对灰岩地层的约束 ,瞄准砂岩油气层进行钻井工艺技术研究 ,进行了上百套试验 ,积累了 30 0 0多个试验数据 ,并筛选出效果最佳的发泡剂、稳泡剂、辅助添加剂及其配方 ,在室内成功地完成了…     

微泡沫钻井液技术

微泡沫钻井液在储层保护、钻井提速和提高固井质量方面比常规水基钻井液有更大的优势,适合大庆外围"三低"油田和海塔盆地.室内对发泡剂、稳泡剂进行了筛选,优选了高效复合发泡剂、稳定剂和增黏剂,将现用钻井液体系转化为微泡沫钻井液体系,并对其抑制性、抗温、抗污染(抗黏土、抗钙、抗煤油)能力、油层保护效果(模拟岩心动态污染试验)以及微泡沫钻井液防漏、油气层保护、提速机理和微泡沫钻井液流变特性进行了研究,建立了微泡沫钻井液的具体流变模型.现场应用表明该体系配制简单、维护方便、易于转化,钻井液性能能够满足钻井工艺的要求,保证安全快速优质钻井,减轻油气层污染,提高单井产能.     

用于钻井循环流体的泡沫衰变动力学特征

针对钻井作业所使用的泡沫流体需要经受比较宽的温度范围而带来的泡沫稳定性问题,本文采用三种油田常用发泡剂,在多种条件下进行发泡性能和稳定性测试;结果显示:温度对衰变曲线影响显著,发泡剂浓度对其影响相对很弱,相同体积液体析出的时间随温度的升高而提前,泡沫稳定性随温度的升高而减弱。通过非线性拟合方法对试验数据处理,得到了拟合度较高的泡沫衰变动力学方程,参数物理意义明确。衰变方程反映出的泡沫性能与试验测试结果一致,且验证了泡沫衰变机理的正确性,为评价泡沫性能提供了一种新的分析方法。     

泡沫配方的室内研究和现场设计

在QYTZ型泡沫流体试验装置上,在淡水、盐水、淡水 煤油、盐水 煤油介质中研究了近30种发泡剂和若干种稳泡剂。讨论了这两种药剂的加量优化。讨论了配方研究和设计中的3个测定参数:发泡体积、半衰期和出液时间。提出了两个并列方程,以描述在现场钻井和洗井配方设计中泡沫体系必须满足的条件。     

新型HAES-1泡沫循环利用室内研究

针对目前泡沫钻井过程中存在的泡沫一次性使用量大,钻井成本高和环境污染严重等难题,研制了一种对酸碱敏感的新型发泡剂HAES-1,并在室内利用Waring-Blender搅拌法研究了不稳定泡沫,稳定泡沫和硬胶泡沫的循环特点。结果表明:在碱性条件下,不稳定泡沫随着循环次数的增加,泡沫体积在720m L上下波动,半衰期则由4.48min降为3.60min,稳定泡沫随着循环次数的增加,泡沫体积在560m L上下波动,半衰期则由25.73min降为19.70min,硬胶泡沫在碱性条件下随着循环次数的增加,泡沫体积530m L降低到410m L,半衰期由114.2min逐渐降为98.6min;在酸性条件下,这三种泡沫都几乎不发泡;循环15次后泡沫体积和半衰期虽略有变化,但仍能满足泡沫钻井现场施工的要求。     

一种微泡沫基液体系在砂质黄土层雾化钻井中的应用

针对低压裂缝性易水敏砂质黄土层,钻井液钻井存在恶性井漏难题,转换为常规雾化基液体系实施雾化钻井,又难以满足井壁稳定性需要。通过室内实验,在对发泡剂、稳泡剂及降滤失剂种类、用量优化的基础上,研制出了强抑制性、良好流变性能的微泡沫基液体系,对该体系的流变性、抑制性及抗盐性进行了评价,经现场应用表明,采用该微泡沫基液体系实施雾化钻井,解决了钻井液钻井恶性井漏难题,该基液体系具有较好的维护井壁稳定能力及较强的携砂能力,为水敏地层雾化钻井提供了一条新方法。     

气体钻井抗油防塌稳定泡沫的研制

针对目前所使用的充气泡沫体系抑制性和抗油性不强等缺点,从泡沫基液出发,开展了气体钻井抗油防塌稳定泡沫的研究。通过对起泡剂、稳定剂、抑制剂的评价和筛选,优选出了抗油性能强、抑制效果好、稳定周期可调范围宽的各种处理剂,并采用正交实验方法完成了配方优化实验,形成了以非离子表面活性剂QP 1为发泡剂、KCl为抑制剂、CMC为稳定剂的抗油防塌泡沫体系。综合性能评价表明：该体系抑制性强,滚动回收率高达97%、抗油能力达到15%、钻屑容量极限为10%以上,并且无毒。该体系的成功研制为进一步拓宽气体钻井应用范围、提高机械钻速创造了条件,同时对环境不会造成污染。