耐温耐盐抗剪切黄原胶强化泡沫体系性能

针对轮南2TI油组高温高盐油藏条件,利用轮南2TI油组地层水、甜菜碱表面活性剂、黄原胶配制黄原胶强化泡沫体系,通过高温高压可视化泡沫发生仪分析起泡剂浓度、稳泡剂浓度、温度、矿化度、原油体积分数及剪切次数对泡沫性能的影响,利用显微镜对黄原胶强化泡沫微观形态进行表征。结果表明,在起泡剂质量浓度2 000mg/L、黄原胶质量浓度2 000mg/L、温度120℃、矿化度200 572mg/L、压力10MPa条件下,黄原胶强化泡沫的起泡体积和析液半衰期分别为365mL和58min。随着黄原胶浓度增大,泡沫的起泡体积减小、半衰期增大,形成的泡沫更加均匀、气泡直径变小、液膜增厚,气泡直径及气泡个数变化速率减慢,黄原胶最佳使用质量浓度为2 000mg/L。高温、高盐及原油均会对黄原胶强化泡沫的泡沫性能产生不利影响,但其可应用于温度110~130℃、矿化度180 000~240 000mg/L、原油体积分数低于10%的苛刻油藏。随着剪切次数增加,泡沫体系的起泡体积增加,半衰期缩短,4次高速剪切后,黄原胶浓度为2 000mg/L的强化泡沫体系的起泡体积增加率为13.6%,半衰期的保留率为77.6%,具有较强的再起泡能力和抗剪切性能。     

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。      

长庆高矿化度致密油藏空气泡沫驱适应性研究

开展了空气泡沫驱提高裂缝发育高矿化度致密油藏采收率的实验。利用自主研发的高温高压泡沫装置评价泡沫剂的发泡能力、半衰期及抗盐性,考察了气液比对泡沫稳定性的影响;通过物理模拟装置研究空气泡沫驱在基质岩心的注入能力、驱油效率及改善裂缝渗流的能力。结果表明,SFR-173阴离子-非离子复配发泡剂在去离子水和模拟地层水中的泡沫体积分别为290和340 m L,半衰期分别为368和330 min,泡沫综合指数分别为6370和6697,泡沫性能最好。当矿化度由7增至56 g/L时,0.5%SFR-173发泡剂的泡沫体积由370降至340 m L,出液时间由174缩短至122 s,半衰期由778减至330 min。地层条件下,泡沫体积随气液比增大而增大并逐渐稳定,最佳气液比在1∶1~2∶1之间。致密油藏空气泡沫注入性研究结果表明,随注入体积的增加,岩心两端压差和阻力系数增大并逐渐稳定,最大值分别为31.4 MPa和1.74;水驱后转空气泡沫驱,驱油效率提高17.86%。在裂缝非均质油藏条件下,水驱含水率达98%时的采收率仅为39.14%,水驱后转空气泡沫驱能有效改善基质岩心的动用状况,封堵裂缝渗流通道,基质岩心采收率分别从12.59%和21.21%提高至49.87%和72.0%。     

硬胶泡沫钻井液当量密度的确定

地硬胶泡沫钻井液当量密度的实验研究和理论计算结果表明,在基浆密度１．０８ｋｇ／ｌ,泡沫密度０．６５１０．９５ｋｇ／ｌ条件下,当考虑压力、温度、岩屑、循环压耗等因素影响时,流体实际当归密度大于基浆。若不改进配方或增另地面辅助设备、很难用硬胶泡沫来实现压力系数低于１．０的油气藏欠平衡压力或近平衡压力钻井。     

江汉油田高盐油藏低界面张力泡沫驱提高采收率研究

为提高江汉油田高盐中低渗油藏注水开发后期的原油采收率,用起泡剂和稳泡剂配制了泡沫体系,通过考察起泡剂类型、浓度及稳泡剂浓度对泡沫体系发泡体积和半衰期的影响优选了泡沫体系配方,研究了泡沫体系的耐油性、耐盐性及耐老化性,对泡沫驱注入参数进行了优化,通过对并联岩心的驱油实验考察了泡沫体系的封堵能力。研究结果表明,起泡剂和稳泡剂质量分数均为0.4%时,泡沫体系的发泡能力良好,发泡体积为110 mL,半衰期为427 min,泡沫体系与原油的界面张力较低(10~(-2)mN/m数量级);泡沫体系耐油性较好,在含油量为30%时的半衰期为40 min;耐盐性良好,在矿化度为300 g/L或钙镁离子为5 g/L时的半衰期大于350 min;耐老化性良好,在70℃下老化100 d的发泡体积和半衰期变化较小;低界面起泡剂氮气驱最佳注入参数为:气液比1.5∶1、注入段塞0.4 PV、注入速度1.2 mL/min,在此条件下泡沫体系可提高单管岩心采收率7.51%、并联岩心采收率10.04%,对王场油田高盐非均质油层具有良好的调驱效果。     

泡沫钻井技术在出水地层中的应用

气体钻井技术的大规模推广应用取得了显著的钻井提速和储层保护效果,但地层出水造成岩屑黏结成团、返出不畅成为干气体钻井技术的主要障碍之一。为此,开展了稳定泡沫钻井技术的深化研究,并从泡沫的极限携水能力、钻井参数优化、泡沫基液配方以及现场工艺等方面开展了相关试验,获得以下成果和认识:①通过计算确定了不同条件下泡沫钻井的极限携水能力,优化了泡沫钻井参数,研制了满足不同钻井条件下的泡沫基液配方,形成了泡沫钻井现场工艺;②泡沫钻井在四川盆地龙岗、元坝区块的试验应用表明,该技术能有效地治理地层出水,井漏复杂,提速效果显著,平均钻速是相同条件下钻井液钻进的1.82倍,钻井周期同比缩短6d,为气体钻井处理含水层提供了一条有效途径;③当前泡沫钻井循环利用效果不理想,占用沉沙池体积大,可循环利用效果差,可循环泡沫钻井技术进行是其发展的一个重要方向。     

阴-非离子型表面活性剂CO2 泡沫影响因素研究

选用4 种表面活性剂作为起泡剂,其中N-NP-15c 和N-NP-21c 为非离子型表面活性剂,N-NP-15c-H 和N-NP-21c-H 为新合成的阴- 非离子型表面活性剂,非离子基团为聚氧乙烯基,阴离子基团为磺酸基。利用高温高压搅拌式可视化泡沫仪,对表面活性剂进行高温高压和高盐条件下的CO₂ 泡沫性能测试;研究了不同因素对CO₂泡沫性能的影响规律,包括起泡剂浓度、矿化度、Ca²⁺浓度、温度和压力等。实验结果表明,N-NP-15c-H 的起泡性能最好,抗温达125℃ 。在起泡剂质量分数0.7% 、压力10MPa、矿化度（NaCl）50g/L、125℃ 时,泡沫的起泡体积和半衰期分别为81.6 mL和10.8 min。随着起泡剂质量分数的增大,CO2 泡沫的起泡体积和半衰期均先增大后减小,最佳加量为0.7% ;高温和高矿化度（高Ca²⁺浓度）都不利于CO₂ 泡沫的稳定;压力升高则能显著提高CO₂ 泡沫的性能,压力由5 MPa 增至12MPa 时,泡沫起泡体积由87.9 mL增至165.8 mL,半衰期由34.5 min增至295.2min。     

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。      

三相泡沫调驱体系提高蒸汽驱采收率

为解决蒸汽驱过程中发生的蒸汽超覆和汽窜问题,以磺酸盐表面活性剂 ZAS、聚醚磺酸盐表面活性剂ZCP-1 和改性纳米硅颗粒 NS 复配研制了配方为 0.5% ZAS/ZCP-1(复配比 3∶1)+1.0% NS 的三相泡沫调驱体系,并通过实验评价该体系的泡沫性能、耐温性能、封堵性能和驱油性能。研究结果表明,该三相泡沫体系的泡沫性能优异,常温下泡沫体积为680 m L、析液半衰期为26.67 min、泡沫半衰期为12 h,300 ℃热老化处理后性能稳定;该三相泡沫体系在300 ℃高温条件下可以稳定存在且具有较好的封堵性能,能选择性封堵高渗透层,对不同渗透率(1000×10^-3～4000×10^-3μm~2)填砂管的阻力因子均大于30,阻力因子随着岩心渗透率的增加而增大。在渗透率级差为1∶2的非均质条件下可有效改善吸汽剖面,大幅提高低渗模型采收率,综合采收率可提高17.93%,具有良好的提高蒸汽驱采收率潜力。     

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

耐高温聚合物稳泡剂的合成及稳泡效果研究

针对钻遇深井、超深井及高温地热井时常规泡沫钻井流体抗高温性能不足的特点,通过对聚合物分子设计的链结构、官能团和分子量的协同考虑,采用水溶液聚合法合成出耐高温水溶性聚合物稳泡剂HP。结合红外光谱分析和XRD分析,验证所合成聚合物稳泡剂分子结构式正确性及聚合物高温稳定性能。室内对比评价了HP稳泡效果、抗高温能力和抗污染能力,与常用发泡剂AOS复配后,在230℃热滚温度下泡体积达500m L,半衰期达603s,基本满足高温地层泡沫钻井施工需求。     

微泡沫在高温高盐油藏中的驱油作用

针对普通泡沫在高温高盐油藏中稳定性弱、驱油效果差的问题,采用将气体和起泡剂溶液(5000 mg/L甜菜碱表面活性剂SL1+5000 mg/L黄原胶XG)同时注入填砂管泡沫发生器的方法制备了一种稳定性强、尺寸细微的微泡沫体系,即黄原胶稳定的微泡沫。通过微观可视化模型对比了普通微泡沫(5000 mg/L SL1)与黄原胶稳定的微泡沫在原油存在条件的下稳定性差异,分析了驱油机理,借助填砂管模型对比了两种微泡沫的驱油性能。微观实验结果表明:气泡液膜中吸附的黄原胶增加了微泡沫液膜厚度,有效抑制了气泡聚并和液膜排液,使黄原胶稳定的微泡沫具有更强的稳定性和耐油能力。微泡沫越稳定,微观波及体积越高、采油效率越高。微泡沫主要的驱油机理为直接驱替机理、乳化机理、同向液膜流动机理、逆向液膜流动机理。物模实验结果表明,在160 g/L矿化度、90℃条件下,黄原胶稳定的微泡沫驱的采收率可在水驱基础上提高22.9%,比普通微泡沫驱高15.2%。     

耐油起泡剂的耐油耐盐性能评价

以吴茵搅拌器法评价了由非离子表面活性剂、阴非离子表面活性剂和稳泡剂辛醇按一定比例配制的4种耐油起泡剂的耐油耐盐性能。研究结果表明:随着起泡剂质量分数的增大,起泡剂溶液的最大泡沫体积逐渐增大,在起泡剂质量分数为0.01%数0.5%范围内,起泡剂溶液的发泡体积是自身溶液体积的2数6倍,泡沫半衰期随着表面活性剂浓度增加而逐渐增大;随着原油比例增加,最大泡沫体积先增大后降低,油含量在10%数20%范围时起泡剂表现出了很好的起泡、稳泡性能,最大发泡体积是自身的5数9倍,泡沫半衰期随着油含量增加而明显增大;其中CFE149X(非离子表面活性剂、阴非离子表面活性剂和稳泡剂辛醇质量比为30∶67∶3)的起泡和稳泡性能最佳。在CFE149X质量分数为0.5%、含油量50%的条件下,最大泡沫体积和半衰期均随盐含量增加而先增大后减小;与无油存在时相比,有油存在时泡沫发泡体积略有降低,但泡沫稳定性却显著增强。耐油起泡剂CFE149X,在含油条件下表现出了较好的起泡性能和稳泡性能,能够作为耐油抗盐泡沫剂,为泡沫复合驱提供优良的起泡剂产品提供技术参考。表5参27     

CO_2/N_2开关型泡沫钻井液用起泡剂的合成及应用

以十二胺和N,N-二甲基乙酰胺为主要原料,采用缩醛法合成了一种CO_2/N_2开关型表面活性剂N′-十二烷基-N,N-二甲基乙脒(DMAAB-12)作为泡沫钻井起泡剂。采用FTIR和~1H NMR等方法对DMAAB-12进行了结构表征,并测试了DMAAB-12的泡沫性能及可循环能力。表征结果显示,合成产物的结构与设计相一致。实验结果表明,当x(DMAAB-12)=0.4%时,溶液的发泡体积为514 mL,泡沫半衰期为523 s,表现出良好的泡沫性能;以DMAAB-12为起泡剂在室内可实现泡沫的循环利用,交替通入CO_2/N_2循环10次后,泡沫的发泡体积由753 mL降至561 mL,泡沫半衰期由225 s降至164 s,仍具有较好的泡沫性能,可实现泡沫的循环利用。     

抗高温强封堵硬胶微泡沫钻井液构建技术

在分析微泡沫高温失稳因素基础上,构建了一种抗高温强封堵微泡沫钻井液。该钻井液采用低分子量高温稳泡剂以形成高温微泡沫的刚性结构膜,采用润湿剂来提高微泡沫表面膜润湿渗透性,减缓微泡沫高温下的蒸发作用;同时优选配套抗温降滤失剂和低密度封堵剂强化微泡沫抗温承压封堵能力。形成的抗高温强封堵硬胶微泡沫钻井液的密度在0.6～1.0 g/cm3之间可调,流变性良好;稳泡效果优异,常温半衰期至少45 h,150 ℃、16 h高温半衰期至少35 h,优化配方高温后半衰期不低于120 h;形成的封堵带性能稳定,高温高压砂床实验中滤液侵入深度相对降低82.1%,钻井液侵入深度相对降低73.8%;微泡沫钻井液抗原油污染浓度不小于15%。该微泡沫钻井液不需要现场辅助特殊设备,适宜应用于高温深井低压易漏地层防漏穿漏,可在地面和井筒之间长效循环,节约材料消耗成本和设备成本,维护井壁稳定。      

气体/泡沫钻井技术在也门砂岩地层的应用

针对也门Abyed-2井大尺寸井眼灰岩裂缝性地层漏失、疏松砂泥岩井眼失稳等一系列钻井难题,确定了采用泡沫气基流体钻过灰岩地层、抑制性硬胶泡沫钻过不稳定砂泥岩地层、零滤失高效泡沫压井液保证起下钻安全的多套气体钻井施工方案.现场施工表明,空气/泡沫钻井工艺提高了灰岩地层的机械钻速,避免了裂缝性灰岩、疏松砂泥岩地层出现恶性漏失,能维持疏松砂泥岩地层的井眼稳定,有效缓解了严重缺水地区钻井施工对生产用水的依赖,降低了钻井成本.空气/泡沫钻井工艺在该井的成功应用,为也门1区块的优快钻井提供了借鉴.     

分1井大井眼空气可循环泡沫钻井液技术

针对川东北地区上部地层砂泥岩互层频繁、硬度大、研磨性强、可钻性差,用常规钻井液机械钻速较幔,而园地层出水也无法顺利实施空气钻井的问题,研究了适合该地区上部地层钻进的空气可循环泡沫钻井液配方,并在分1井进行了应用.空气可循环泡沫钻井液钻进井段为103～938.5 m,平均机械钻速为4.48 m/h,其中429～840 m泥岩(夹砂岩)段平均钻速达5.83 m/h,比同条件下使用常规钻井痕的机械钻速提高4倍多;钻进中控制空气排量为80～120 m3/min,液体流量为3～7 L/s,满足了测斜、起下钻等作业的顺利进行,同时也保证了泡沫钻井顺利地转化为常规钻井.应用结果表明,该技术较好地解决了上部大井眼地层钻速慢及地层出水问题.     

聚合物在泡沫复合调驱中的作用

为了研究聚合物在聚合物-泡沫复合调驱技术中对泡沫的稳定性和泡沫再生能力影响规律,针对海上油田聚合物-泡沫复合体系ES-70/O12,采用Waring-Blender方法对体相泡沫中聚合物的稳泡作用进行了实验研究,并通过长填砂模型分别对泡沫体系进行加聚合物和不加聚合物条件下的封堵性对比实验。结果表明:在57 ℃下,加入1000 mg/L聚合物SNF3640,泡沫半衰期从12.5 min 提高至58.0 min;相同条件下,聚合物-泡沫体系的封堵能力高于相应的泡沫体系,其封堵能力分别达到3.2 MPa/m、1.8 MPa/m,但是聚合物提高了泡沫生成的临界注入速度,降低了低速下泡沫的再生能力,不利于油藏深部的泡沫调驱。因此,采用聚合物-泡沫进行油藏深部调驱时,需要降低聚合物浓度,增加泡沫再生能力。     

耐温耐盐深穿透泡沫酸体系的研制及应用

泡沫酸具有黏度高、滤失小和易返排的优点,但耐高温能力差和和不耐高盐等问题严重制约着泡沫酸体系在塔河油田的应用。为了提高塔河油田水平井的酸化效果,研制了一种配方为20%HCl+1%铁离子稳定剂XC-16+2%缓蚀剂XC-13+1%破乳剂XC-08+0.9%起泡剂FRC-1+0.3%稳泡剂CNC+1.5%无机纳米SiO_2颗粒的耐高温、耐盐深穿透泡沫酸体系,考察了该体系的泡沫稳定性、耐温耐盐性能及酸岩反应性能。研究表明,该泡沫酸体系在150℃、170 s-1下剪切30 min的条件下,泡沫酸的黏度仍大于40 mPa·s,耐温性能明显优于胶凝酸(相同实验条件下的黏度仅为20 mPa·s);该泡沫酸体系的耐盐性能优良,在10×104mg/L的高矿化度条件下仍能保持较好的起泡和稳泡性能,起泡体积为400 m L,泡沫半衰期为2435 s;在150℃下不同酸液体系的酸岩反应速率按从小到大排序为:泡沫酸冻胶酸转向酸胶凝酸,泡沫酸低反应速率有利于形成深穿透酸蚀缝。该泡沫酸体系已在TPP井成功应用,压后日产油32 t,取得较好效果。     

抗温耐盐泡沫剂QP-2的评价

以十二醇、环氧氯丙烷、甲醛、氢氧化钠和亚硫酸氢钠等为原料,通过磺化反应和磺甲基化反应合成了抗温耐盐泡沫剂QP-1和QP-2。随泡沫剂质量分数增加,产生的泡沫体积先迅速增加后逐渐稳定,其最佳用量为0.5%。将合成泡沫剂QP-1、QP-2与中原油田在用泡沫剂ZY-1进行抗温耐盐性和封堵性比较。结果表明,随着温度的升高和NaCl质量分数的增加,3种泡沫剂产生的泡沫体积和半衰期均降低,泡沫剂的起泡和泡沫稳定性均变差。QP-2的抗温耐盐性和封堵性较好,在NaCl质量分数15%、温度200℃下老化16 h后的泡沫体积为356mL,析液半衰期为238 s。随泡沫注入量的增加,阻力因子先快速增加后趋于平缓;注入量相同时,QP-2的阻力因子高于ZY-1,在矿化度14.3×104mg/L、120℃下的阻力因子为102。