响应面法优化纳米材料稳定的泡沫钻井液

为提高泡沫钻井液的稳定性,向体系中引入纳米材料,并研究了纳米材料润湿性对于泡沫质量的影响。根据Box-Behnken Design设计原理,采用三因素三水平响应曲面法,优化了起泡剂BS-12、亲水性纳米SiO₂和增黏剂XC的加量,探究了它们之间交互作用对于泡沫综合指数的影响,并以此为基础研制了泡沫钻井液体系。结果表明,纳米材料润湿性会显著影响不同类型起泡剂的泡沫质量,疏水性纳米材料能够提高阴离子起泡剂SDS的泡沫稳定性,但对两性离子起泡剂BS-12的泡沫起泡量和半衰期呈现负相关关系,亲水性纳米材料才能提高两性离子起泡剂BS-12的泡沫稳定性;通过响应曲面优化设计得到的最优浓度配比为:0.6% BS-12+4%纳米SiO₂+0.3% XC。响应曲面分析表明,对于泡沫综合指数的显著性影响程度,纳米材料浓度 > 起泡剂浓度 > XC浓度;纳米稳定的泡沫钻井液体系性能评价表明,该体系表观黏度为42mPa·s,密度为0.81 g/cm3,半衰期达60 h,能长时间保持性能稳定,抑制性强,线性膨胀率较清水下降65%,储层保护效果好,煤岩岩心气测渗透率恢复率在90%以上,携岩效果好,岩屑和煤屑的沉降速度较清水降低92%以上,能够满足现场煤层气钻井的需要。      

新型低伤害高性能微泡沫钻井液性能评价与现场应用*

针对在煤层储层段钻井过程中出现的易伤害、易塌等技术难题,研发了新型低伤害高性能微泡沫钻井液体 系。将双子型阴离子起泡剂（LHPF-1）、两性离子起泡剂十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）和生物聚合物增黏剂 （XC）复配,利用响应曲面优化实验分析了3种处理剂间的交互作用对于泡沫综合指数的影响,在此基础上优选 了降滤失剂和抑制剂,确定微泡沫钻井液的最佳配方;研究了微泡沫钻井液的综合性能,并在滇东地区老厂勘探 区进行了现场应用。结果表明,微泡沫钻井液最佳配方为：0.25% LHPF-1+0.25% BS-12+0.25% XC+1%褐煤树 脂+1%聚丙烯腈胺+0.2%聚丙烯酸钾。钻井液密度为0.49 g/cm³,起泡量可达420 mL,泡沫半衰期可达33 h以 上。泡沫液膜厚度能达到泡沫尺寸的50%,对煤层岩心的封堵率和渗透率恢复值均在90%以上,同时可抗7%的 岩屑和煤粉污染。钻井液在现场应用中,钻进时间4 d,无任何井下复杂事故,全井段平均井径扩大率为5.9%,滤 失量小于5 mL。微泡沫钻井液具有良好的流变性、携岩性、抑制性、封堵性和储层保护效果。     

驱油三相泡沫体系稳定性研究

为提高泡沫体系在驱油过程中的稳定性,在100 mL起泡剂TM-A(阴离子表面活性剂TN-D(4.0 g/L)+两性离子表面活性剂TN-S(4.0 g/L)+两性离子表面活性剂TN-12(1.0 g/L))中加入0.4 g疏水缔合聚合物AP-P4,制得基础泡沫体系,考察了不同固体颗粒的尺寸、形貌、加量以及助剂NaOH加量对泡沫稳定性的影响,并运用扫描电镜SEM分别观察了不同泡沫的微观结构.通过实验最终优选出粒径为400目的SiO2微粉作为固体颗粒稳泡剂;当SiO2微粉加量为2.0 g/L、NaOH加量为10 g/L时三相泡沫体系稳定性最好,此时起泡体积为650 mL,泡沫半衰期为82.8 min;SEM照片显示,加入的固体颗粒SiO2微粉在泡沫膜上形成一层致密壳层结构;揭示了泡沫稳定性的机理.     

纳米材料对CO2泡沫体系的稳定作用及驱油效果评价

泡沫与CO_2交替驱可改善CO_2驱在非均质性油藏中的应用效果,但高温对泡沫稳定性影响较大,降低了泡沫改善CO_2驱的效果。为揭示纳米材料稳泡剂在高温条件下对泡沫性质的影响以及相应的驱油效果,采用高温高压泡沫评价装置(改进型的气流法),研究了不同稳泡剂对起泡剂起泡性能(20~120℃)和驱油效果(95℃)的影响。结果表明,改性纳米材料颗粒的润湿接触角为78°、粒径平均值为29.3 nm;泡沫体积受温度影响较小,泡沫半衰期随温度升高而迅速降低;纳米材料、部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和羧甲基纤维素钠(CMC)三种稳泡剂均能改善起泡剂的泡沫稳定性,其中改性纳米材料的效果最理想。驱油实验结果表明,在CO_2驱中加入起泡剂和改性纳米材料稳泡剂可大幅提高采收率,水驱后CO_2驱、泡沫与CO_2交替驱以及添加改性纳米材料泡沫驱的采收率增幅分别为15.51%、26.94%和30.93%,改性纳米材料稳泡剂可进一步提高泡沫的稳定性和CO_2泡沫体系的驱油效果。     

新型阴-非离子型表面活性剂的泡沫性能

简介了氧乙基数为3、烷基碳数x=8,10,12的3种对烷基苄基均质聚氧乙烯醚磺酸盐CxBE3PS的合成方法.在气流法起泡装置上测定了3种磺酸盐的泡沫体积、起泡性参数Rv(泡沫与进入空气体积比)、泡沫半衰期和泄液半衰期.由表面张力～浓度曲线和Rt～浓度曲线求得,起泡剂浓度达到CMC时Rv值增大至稳定值.取起泡剂溶液浓度为各该温度下的CMC,在30℃、45℃、60℃测定了各项泡沫参数,3种CxBE3PS的起泡和稳泡性能良好,烷基碳数增大时泡沫稳定性增大,C8BE3PS、C10BE3PS的泡沫性能稍优于C12 BE3PS,而C10BE3PS和C12 BE3PS又远优于SDPS,尤其是泡沫稳定性;30℃时C12BE3PS的泡沫半衰期为431 min,远高于SDPS的260 min,而加量仅为SDPS的1/40.C10BE3PS的Rt和泡沫半衰期曲线在NaCl含量为0～1%间出现高峰.加入0.2%椰子油脂肪酸二乙醇酰胺对C8BE3PS和C10BE3PS的Rv影响不大,使泡沫半衰期大幅增大,泄液半衰期稍有增大.CxBE3PS可用于泡沫钻井液和泡沫驱油.     

泡沫特性的研究

本文对石油磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠两种起泡剂的起泡性和泡沫半衰期作了研究。结果表明:随着起泡剂浓度的增加,起泡高度和泡沫半衰期也增大,当达到一最大值后,又随浓度的增加而降低;升高一定温度,起泡高度增大,泡沫半衰期减小。在泡沫配制液中加入固泡剂明胶和增粘剂 CMC 后,可使泡沫的稳定性显著提高。三相泡沫的稳定性远大于两相泡沫。     

HY-3型表面活性剂发泡性能室内评价

泡沫作为新型的驱油体系已经得到快速发展,选择适当的发泡剂,可以产生最佳质量的泡沫,达到最佳驱油效果.采用气流法对多种表活剂进行发泡性能实验,并利用泡沫综合指数方法进行性能评价.筛选出HY-3型表面活性剂作为发泡剂,最后应用该发泡剂对泡沫性能影响因素进行研究.研究结果表明,起泡剂浓度对泡沫高度影响不大,半衰期则随着起泡剂浓度的增大而增大.综合考虑起泡能力、半衰期、泡沫综合指数等因素,确定起泡剂浓度为0.3%.矿化度越高,泡沫综合指数越差,但影响程度不大.聚合物的加入具有很好的稳泡作用,聚合物浓度增加,泡沫综合指数增大,聚合物浓度为1 000 mg/L时,泡沫具有较高的发泡能力和稳定性,可以形成超强泡沫.     

微交联泡沫胶选择性堵气室内研究

针对渤海SZ361油田油井高气油比致使油井不能正常生产的问题,选用微交联泡沫胶体系来防止气窜。通过静态泡沫试验,筛选最佳泡沫体系:分子量为600〔104、浓度为8000mg/L的HPAM作为稳定剂;0.5%的C14C16AOS为起泡剂;浓度为150~200mg/L的Cr3+作为交联剂。泡沫体系影响因素研究表明:pH值为5~11、温度不高于90℃,对起泡液量和半衰期影响不大;压力越高,微交联泡沫胶稳定性越好;成胶前,微交联泡沫胶的稳定性差,成胶后形成泡沫的稳定性很好,比聚合物泡沫的半衰期大大增加;起泡前加入少量油,泡沫的稳定性下降,起泡后加入油,对稳泡影响不大。动…     

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。     

两性离子表面活性剂和纳米颗粒为起泡剂的高稳定性超临界二氧化碳泡沫封窜体系

胜利油田低渗透油藏具有埋藏深（＞3000m）、温度高（＞120℃）、非均质性强等特点,针对低渗透油藏CO₂ 驱波及效率低、常规泡沫高温调驱性能变差等问题,构建了由两性离子表面活性剂（HSD）和改性SiO₂ 纳米颗粒 为起泡剂的高稳定性超临界CO₂ 泡沫体系。研究了该体系在高温下的起泡性能和耐温性能;分别评价了纳米 SiO₂ 对超临界CO₂ 泡沫体系流变特性、封堵特性以及调驱性能的影响;最后探讨了纳米颗粒强化超临界CO₂ 泡沫 的稳定机理。结果表明,高稳定性超临界CO₂ 泡沫体系表现出良好的起泡性能和耐高温特性,随着体系中纳米颗粒浓度的增加,泡沫半衰期先增加后降低。在110℃下,0.5%的纳米颗粒可使泡沫析液半衰期由17min提高到40min,稳定性提高了近1.5倍。在相同的剪切速率下,体系的表观黏度随纳米颗粒浓度的增加而增加,稠度系数由0.073增至1.220。在岩心封堵实验中,泡沫在多孔介质中的稳态表观黏度随纳米颗粒浓度的增加而增 加,封堵强度逐渐增强;超临界CO₂ 泡沫呈“颗粒状”堆叠排放,泡沫直径为10～20μm。超临界CO₂ 泡沫具有较 好的调驱性能,能封堵高渗透通道,迫使后续注入的CO₂ 进入低渗透基质中,从而提高采收率。表面活性剂分子吸附在纳米SiO₂ 表面使其具有了界面活性,进而纳米SiO₂ 吸附到气液界面上,提高了泡沫稳定性。     

可循环微泡沫钻井液技术研究与应用

针对在低压裂缝性潜山油层和砂岩油层的勘探开发中，使用常规水基钻井液存在严重漏失问题，钻井工艺研究院研制出了抗高温可循环微泡沫钻井液体系。室内对发泡剂、稳泡剂用量以及该钻井液的稳定性、抗温性、抗污染性和油气层保护进行了评价。结果表明，该体系起泡性能好，微泡沫基液与气体接触后可产生大量颗粒较细的微泡沫，微泡沫稳定性强，在长时间循环和高温条件下性能稳定，抗污染能力强，与储层流体及钻井液处理剂配伍性好；配制微泡沫钻井液，发泡剂最佳用量为0．4％～1．0％，稳泡剂最佳用量为0．1％～0．3％。现场应用表明，微泡沫钻井液具有低密度的特点，在三开钻进过程中相对稳定，解决了在低压储层钻井时遇到的井漏问题，避免了因井漏引起的储层损害，达到了保护油层的目的；该钻井液具有较强的携砂能力，岩屑返出正常，完全满足了开发低压油气层工程和地质需要。     

深井抗高温泡沫钻井液技术研究与现场试验

常规泡沫钻井液在深部地层高温条件下存在稳定性差、抗压能力弱以及携岩能力差等问题,同时在钻遇油层时容易消泡,为解决该问题,研究了深井抗高温泡沫钻井液。通过研制关键处理剂FPTO-1（发泡剂）、WPTO-1（稳泡剂）和YZTO-1（页岩抑制剂）,并对其加量进行优选,形成了6组深井抗高温泡沫钻井液配方;通过室内性能试验,从抗高温、抗原油污染、抑制性和抗高压性能方面综合评价,优选了钻井液配方。室内试验表明,深井抗高温泡沫钻井液可抗温150℃、抗油30%、抗压28 MPa。该钻井液在哈深2井三开3 837.00~5 173.50 m井段进行了现场试验,结果显示,在温度达到137℃时该钻井液性能依然稳定,并具有良好的携岩能力。研究结果表明,深井抗高温泡沫钻井液突破了常规泡沫钻井液应用井深的极限,且综合性能优良,具有现场应用价值。      

高性能欠平衡泡沫钻井液体系的研究

针对欠平衡泡沫钻井时可能遇到的高温、高浓度地层盐水和油类物质污染问题,研究出了高性能泡沫钻井液体系,并评价了该体系的泡沫性能以及抗高温、耐盐和油类物质污染性能。该体系是以抗高温、耐盐和起泡能力强的烷基甘油基醚磺酸盐类表面活性剂AGS-8、AGS-10和茶皂素按质量比为4∶6∶5复配得到的AGSS起泡剂体系为基础,进一步加入2%的黏土和0.3?367-Ⅱ而得。实验结果表明,高性能泡沫钻井液体系具有起泡能力强、泡沫稳定的性能,并表现出良好的抗高温、耐盐和抗柴油污染能力强的特点,可有效阻止欠平衡泡沫钻井时因事故停泵而引起钻屑沉降卡钻等事故。     

可循环微泡钻井液研究及其在乍得潜山地层的应用

乍得潜山地层微裂缝发育丰富,地层压力系数在1以下,采用常规钻井液体系往往导致地层发生恶性漏失,针对该技术难题,提出采用可循环微泡钻井液钻潜山储层。合成出一种可用于可循环微泡钻井液的发泡能力强同时具有稳泡能力的发泡剂GWFOM-LS,在120、150℃时0.5% GWFOM-LS的发泡体积分别为720 mL和400 mL以上,其抗温能力达到130℃,抗盐能力达10%,抗钙能力达0.5%。基于该发泡剂优选出密度范围在0.70～0.96 g/cm3的可循环微泡钻井液体系。该体系在乍得Baobab C1-13井裂缝发育的潜山油层进行了应用。现场应用表明,该发泡剂配制的可循环微泡钻井液性能稳定,而且具有较好的携岩性能和储层保护性能,利于井下工具信号传导,解决了钻井过程中潜山地层恶性漏失问题,为今后潜山储层开发奠定了技术基础。      

三相可循环微泡沫钻井液的研究及其在彩南油田的应用

根据新疆准噶尔盆地彩南油田96口开发井资料统计,发生不同程度漏失的井为70口,漏失率达72.9%.主要漏失井段为400～700 m,次要漏失井段为1800～2000 m.漏失现象为随钻有进无出.随钻井漏严重影响了钻井速度,使钻井综合成本增加.针对上部井段低压裂缝地层严重漏失问题,研究出了三相可循环微泡沫钻井液体系.该体系主要采用起泡剂、稳泡剂、固泡剂配制而成,能反复循环使用,无需特殊脱气和充气设备,同时保留了普通泡沫钻井液的部分优点.室内对微泡沫钻井液体系组成、微观形态分析、稳定性评价、当量密度计算等方面进行了研究,形成了三相可循环微泡沫钻井液技术.现场应用效果表明,该钻井液体系具有稳定性高、现场配制简单、性能优良、抗污染能力强和防漏堵漏效果好等优点.     

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。     

提高可循环泡沫钻井液保护油气层效果研究

通过对可循环泡沫钻井液进行微观分析，并考察其对油藏岩石润湿性的影响，探讨了可循环泡沫钻井液保护油气层的机理。为进一步提高可循环泡沫钻井液的油层保护效果，优选出两种配伍性较好的油层保护添加剂：特定浊点的聚合醇和一定级配的暂堵剂。实验结果表明．泡沫钻井液中加入适量暂堵剂和聚合醇后，渗透率恢复值从66．54％增加到84．30％，油气层保护效果显著提高，而且它们对体系的稳定性和流变性没有不良影响。聚合醇与暂堵剂协同作用，既能保持泡沫钻井液体系独特的性能，又能充分发挥各自的保护油气层作用，实现了3者的有机统一，有效提高了该特殊钻井液体系的油气层保护效果。     

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。      

一种适用于欠平衡钻井的充气泡沫钻井液

欠平衡钻井技术的关键是控制钻井液密度．使井内液柱压力小于储层孔隙压力。介绍了一种适用于欠平衡钻井的充气泡沫低密度钻井液。该充气泡沫钻井液在固体矿产勘探和热气田开采等方面取得了较好的应用效果。这种钻井液为气、液、固三相体系．泡沫剂选用DF-l,稳泡剂为一般的有机高分子聚合物。根据欠平衡钻井要求。通过对粘土、聚合物和泡沫剂的加量进行正交试验,优选出了若干组充气泡沫钻井液配方。应用表明,该充气泡沫钻井液泡沫稳定、密度低、液柱压力小、流变性好、携带岩屑能力强,有一定的抑制地层粘土矿物膨胀分散的能力和抗高温抗污染能力,可以作为欠平衡钻井介质进行试验应用。