泡沫钻井液研究及其应用

通过对泡沫钻井液的保护油层机理和其性能与温度、压力、时间及各种试剂的关系分析得知，泡沫钻井液对渗漏地层有良好的防漏、堵漏效果，具有较强的净化能力，尤其在大斜度井段和水平井段的钻井过程中，解决了沉积井眼下侧的岩屑床等问题。现场应用表明，泡沫钻井液适用于地层裂缝发育、漏失严重、低压以及超低压地层钻井，能满足地质录井要求，利于及时发现、保护油气层。泡沫钻井液性能稳定，具有静液柱压力低、润滑性和携岩性能好、滤失量小、摩阻小、抗污染和助排能力强以及对油层伤害小等优点，适用于压力系数较低地层的钻井。该体系能有效地降低事故的发生率，防止了井壁坍塌；满足了低压、低渗地层以及大斜度井段和水平井段的钻井要求。     

合理选择钻井液是欠平衡钻井取得成功的关键

简要介绍欠平衡钻井的优势，欠平衡钻井液的类型、泡沫的优点、欠平衡钻井技术在水平井和成熟油田中的应用。     

高温高压下泡沫钻井液流变性实验分析

本文针对高温高压下井筒内泡沫钻井液的实际作业情况,设计了一套新型的泡沫流体流变性测试装置,使用这套装置进行了大量的实验研究,在建立合理的数学模型的基础上,对实验数据进行了处理及分析。     

高温高压泡沫钻井液流变性实验处理方法

针对高温高压下井筒内泡沫钻井液实际作业情况,设计了一套新型的泡沫流体流变性测试装置,使用这套装置进行了大量的实验研究,在建立合理的数学模型的基础上,对实验数据进行了处理及分析.     

可循环氮气泡沫钻井液技术

针对现有钻井液技术在钻压力系数低于0．8的地层时存在的诸多不足，提出了可循环氮气泡沫钻井液技术。对发泡剂及配套处理剂进行了优选，确定了低压条件下的可循环氮气泡沫钻井液配方。性能评价结果表明，该体系具有较好的抗盐、抗温及耐油性能，可循环次数在10次以上。根据欠平衡钻井的技术要求，制定了可循环氮气泡沫钻井液的现场施工工艺。该技术在史3-3-斜91井和樊142—8井的欠平衡钻进中进行了应用。应用结果表明，该钻井液密度低，有利于提高钻速，可以作为解决超低压地层的井漏及油层保护难题的抟术．     

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。     

泡沫钻井液的静液柱压力分析与计算

讨论了泡沫质量和气体压缩性对泡沫密度的影响,推导出了泡沫钻井液静液柱压力计算式,可以方便地估算泡沫钻井时的静液柱压力。同时分析了在常压地层进行泡沫或充气欠平衡压力钻井时所需的气液比。     

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。     

三相微泡沫钻井液体系研究及现场应用

介绍三相微泡沫钻井液体系的室内研究和现场试验情况。优选出的基液配方、起泡剂和稳泡剂能保证建立性能优良的微泡沫体系，新疆油田C2854井的应用表明该体系配制简单、可循环使用、维护方便、易于转化、成本较低，钻井液性能能够满足钻井工艺的要求，保证安全快速钻井。该体系可用于欠平衡钻井和近平衡钻井，也为解决低压易漏地层的井漏问题提供了切实可行的办法。     

高性能硬胶泡沫钻井液体系的研究及应用

硬胶泡沫钻井液不仅具备普通泡沫钻井液能提高机械钻速、及时发现油气层的特点，还具有较强的携岩能力和抗污染能力。针对欠平衡钻井可能遇到的高温、高浓度盐水地层和原油污染问题，优选出了性能较好的2种增黏剂和稳泡剂，运用自主研发的高效发泡剂TSB研制出了高性能硬胶泡沫钻井液。室内实验评价了其抗温、抗盐和抗油污染性能。该钻井液在BJ7168和白22井进行了应用。现场应用结果表明，硬胶泡沫钻井液的发泡量大、稳定时间长、抗污染能力强，很好地满足了携岩及井壁稳定的要求。     

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。     

空气泡沫钻井液回收再利用技术

空气泡沫钻井液是低压裂缝性地层较好的防漏钻井液，但它一次性使用，配制工作量大，需水量大，材料消耗多，成本高。若实现空气泡沫的回收再利用，可以大幅度降低单井钻井液成本。泡沫回收使用的关键技术是控制合理的半衰期，根据泡沫出口状态及时调整配方，使泡沫既要满足清洁井眼的需要，又要能及时回收。中油长城钻井公司在伊朗TBK气田的空气钻井过程中，制定了泡沫回收工艺和回收泡沫的性能调整方法。通过泡沫的回收使用和配方改进，泡沫钻井液材料成本降低了三分之二，节约合同钻井液费用346万美元，节约预算钻井液费用1208万美元，并大大缓解了供水紧张的矛盾，减少了钻机停等时问，效益显著。     

川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术

在分析川东北地区上部陆相地层井壁失稳原因的基础上,提出了提高空气可循环泡沫钻井液井壁稳定能力的3种技术,即选用自行研制的两性离子表面活性剂AC-2作为发泡剂,当其浓度为0.5%以上即可满足气体泡沫钻井携液要求;增加析液能力,经过析液的泡沫可将60%～70%的多余液相分离;选用自主研发的井壁稳定剂YJB-1,提高泡沫基液的抑制性.通过7口井的现场应用,在提高井壁稳定方面取得了比较理想的效果,为空气泡沫钻井技术在川东北地区应用提供了广阔前景.解决了川东北陆相地层钻遇水层后的钻进问题和井壁稳定问题,缩短了钻井周期,降低了综合成本.     

泡沫钻井液在钻井泵缸套内的运动分析

从理论上分析了泡沫钻井液在钻井泵缸套内的压缩、膨胀过程,绘制了理论循环指示图;推导出了钻井泵输送泡沫液时的理论循环指示功计算式,并讨论了钻井泵的充满系数。结果表明:充满系数不仅与泡沫特征值Γ1有关,还受泵余隙容积Vc以及泡沫压缩比p2/p1的影响。     

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。     

空气泡沫钻井流体的室内研究

通过对空气泡沫钻井流体用处理剂的优选,室内确定了阴离子型空气泡沫钻井流体的基础配方,对该泡沫流体性能进行了评价。结果表明,所研制的空气钻井泡沫流体具有良好的耐温性,耐温达90℃;良好的抗污染能力,耐NaCl量为6％,耐Ca^2＋浓度为500mg／L;较强的抑制性,能使泡沫在井壁形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌。并且,通过合理使用化学消泡剂,可达到泡沫基液循环利用的目的。     

苏丹地区硅酸盐钻井液发泡原因及消泡对策分析

硅酸盐钻井液具有良好的防塌性能,在苏丹地区的长期现场使用情况表明,硅酸盐钻井液具有抑制性强、性能稳定、易于维护等特点,但经常遇到钻井液起泡且难于去除的现象,一定程度上影响了钻井液性能的稳定.通过实验对苏丹项目常用的钻井液处理剂在硅酸盐钻井液体系中的发泡效果进行了评价,井对硅酸盐钻井液体系泡沫产生的机理进行了分析,提出了控制硅酸盐钻井液体系发泡的对策.实验证明,硅酸钠和CO2反应是引起硅酸盐钻井液体系容易发泡的主要原因,消泡剂和润滑剂配合使用可以起到较好的消泡效果;温度、pH值和大分子聚合物处理剂对泡沫的稳定性有一定影响.     

欠平衡泡沫钻井液技术在窿14井的应用

窿14井是青西油田窟窿山构造的一口重点工程探索井.该井为配合在1358～2670 m的欠平衡空气钻井实验,使用了泡沫欠平衡钻井液技术.通过室内研究,优选出了适合在该地区使用的各种处理剂,并通过调整处理剂加量优化设计泡沫钻井液配方.评价试验表明,该配方泡沫钻井液发泡率高、稳定时间长、抗温性好、抗污染能力强、抑制能力强、腐蚀性小.现场应用表明,所使用的泡沫钻井液性能优良,满足了空气钻井方式下携岩的要求,对钻具腐蚀性小,井壁稳定能力好,在地层持续出水的情况下仍保证了井壁的稳定性,应用井段无坍塌事故.     

泡沫钻井液动密度随井深变化关系模拟研究

提出了测定泡沫钻井液动密度与压力、温度关系的方法，根据现场实测温度、压力与井深的关系，测定和分析了泡沫钻井液密度随压力、温度的变化关系。结果表明，相同压力下泡沫钻井液动密度随温度的升高而降低；同一温度下随压力的升高，泡沫钻井液密度快速升高，大于一定压力后密度增加缓慢。泡沫钻井液动密度随井深的变化趋势可以分为三段：低压快速上升段、中间弯曲段和高压高温下降段。由于气泡内及气泡表面的各种力的综合影响，井深大于一定值后．温度升高引起的体积膨胀稍大于压力升高引起的体积缩小，泡沫钻井液的动密度会稍有下降，并且动密度始终是小于1．0kg／L的，能够满足现场欠平衡钻井的要求。     

大庆油田雾化／泡沫钻井液的研究与应用

徐深43井是松辽盆地北部勘探项目的一口预探井,井深为3 990 m,目的层为营城组砾岩层、火山岩储层.为提高该井登娄库组及其以下层段的钻井速度,在该井段试验应用了气体钻井技术.在空气钻井过程中遇到地层出水时,即使将空气注入量提高至160 m<'3>/min,井内仍会存在返屑不畅、钻头泥包等问题.因此,通过对发泡剂、稳泡剂、抑制剂进行筛选,研制出了适合大庆油田地层条件的雾化/泡沫钻井液配方,并对其抑制性、抗温性、抗污染能力以及钻井液密度特性进行了评价.该井使用空气钻进14 m后遇地层出水,转为雾化/泡沫,进尺为751 m,钻进目的层395 m,气测全烃最高达到2.9%,稳定基值达到0.5%～0.7%,表明该套雾化/泡沫钻井工艺适合大庆油田地层.