纳米二氧化硅对微泡沫钻井液体系的影响

【目的】微泡沫钻井液是一种热力学不稳定体系。在复杂的地层环境中,钻井液的稳定性会下降,导致微泡沫钻井液的使用范围受到限制。为了稳定微泡沫钻井液,通常使用稳泡剂来增强泡沫的稳定性。随着对纳米颗粒研究的深入,发现纳米二氧化硅颗粒具有稳定泡沫的作用。本研究通过试验来对纳米二氧化硅颗粒进行研究。【方法】首先,以泡沫半衰期和发泡量为指标来验证纳米二氧化硅对泡沫稳定性的影响。其次,将纳米二氧化硅添加到微泡沫钻井液中,用来研究纳米二氧化硅对微泡沫钻井液性能的影响。【结果】由试验结果可知,纳米二氧化硅能极大增强微泡沫的稳定性,与未添加纳米二氧化硅的表面活性剂溶液相比,添加纳米二氧化硅后的半衰期增加60 min。在微泡沫钻井液中加入纳米二氧化硅后,钻井液的稳定性增加、流变性良好、黏度增加、失水降低。【结论】纳米二氧化硅在增强泡沫稳定性上具有显著作用,将其应用到微泡沫钻井液中,能有效提高钻井液的稳定性,降低钻井液的失水量,从而发挥出钻井液的良好性能。未来可以使用纳米二氧化硅来代替钻井液材料,能有效降低钻井液成本。

水基微泡沫钻井液防漏堵漏原理研究

依据低密度和气泡变形堵塞理论,分析了微泡沫钻井液的防漏堵漏原理.采用砂石充填的模拟漏层实验方法,研究了无粘土相微泡沫钻井液防漏堵漏作用效果,结果表明,微泡沫钻井液对80～120目砂石构成的孔隙通道具有最好的堵漏效果,对40～80目砂石构成的孔隙通道具有良好堵漏效果,对10～40目砂石构成的孔隙通道具有一定的堵漏效果,而且,随着压力增加,微泡沫钻井液仍具有堵漏承压能力.

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,徽泡沫稳定性强,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荆配伍性好;配制微泡沫钻井液,发泡荆最佳用量为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。

具有特殊结构的微泡沫钻井液技术综述

近来开发出一种新的钻井液工艺———具有独特结构的微泡沫基钻井液 ,用它在世界范围内几百口井中顺利完成了枯竭储层的钻进。该钻井液的主要特点是 ,密度低 ,微泡沫具有架桥作用 ,基液粘度特别高 ,所以在钻低压地层时能很好地控制滤失量。微泡沫钻井液主要由增粘生物聚合物、表面活性剂和滤失控制剂组成 ,基液具有很高的低剪切速率粘度 ,通过在混合漏斗中采取合适的操作 ,表面活性剂将体系中的空气包裹起来即产生了微泡沫 ,钻井液从钻头喷射出时由于压力的降低也可能产生微泡沫 ,所以使用微泡沫钻井液不需要井场添加注入气体用到的设备。微泡沫具有特殊的结构 ,不会聚结 ,可循环使用 ;在井眼条件下能聚集在一起 ,在孔隙中及微裂缝处形成架桥 ,减少钻井液的侵入。在现场应用中微泡沫钻井液表现出许多优良性能 :微泡沫能起到架桥粒子的作用 ,在枯竭储层及低压地层的钻进顺利 ;对粘土和页岩有好的抑制性能 ;流变性能易于维护 ,具有优良的井眼清洁能力、岩屑悬浮能力和滤失控制能力 ;可以连续完成上部地层和储层钻进 ,减少技术套管的使用 ;对井下工具无不良影响 ,可以用于定向井和水平井 ,不影响电测 ;井眼规则 ;完井顺利而且固井质量好 ;对环境的污染极小。

微泡沫钻井液在川渝地区玉皇1井的应用

微泡沫钻井液以其密度可调、流变性好、能反复泵送、可循环使用、不需要额外添加设备、成本低而获得广泛应用。许多油气田已成功应用该技术解决了低压地层和长段破碎带地层井漏的难题,取得了良好的技术和经济效益。但对地层压力系数低且裂缝较大的严重井漏往往失去作用。为了拓宽微泡沫钻井液的应用领域,针对川渝地区玉皇1井表层井段的严重井漏,交替使用微泡沫钻井液和微泡沫桥浆,使井漏得到了有效控制。与邻区同类井相比,钻井速度提高了3～7倍,取得了明显的技术经济效益,为处理类似井漏问题提供了新的技术途径。

可循环微泡沫钻井液体系

对比了普通泡沫钻井流体和微泡沫钻井液的优缺点,介绍了可循环微泡沫钻井液体系的基本组成以及该体系对起泡剂、稳泡剂性能的要求。对近年来微泡沫钻井液体系在国内外的应用情况进行了介绍。

纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的实验研究

针对我国煤层气储层低孔低压的特点，笔者提出采用纳米材料暂堵技术与可循环微泡沫钻井液相结合的技术思路。通过泡沫钻井液稳定性评价、钻井液性能参数测试与微观形态观测、煤岩膨胀性测试、煤岩滚动回收率评价、原状煤岩气体渗透率测试等方法，对纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的能力进行了评价。结果表明：纳米材料可以提高泡沫钻井液的稳定性；纳米材料稳定的微泡沫钻井液密度（0．7～1．0g／cm3）与黏度指标可控，并且能有效抑制煤岩基质吸水膨胀，可满足低孔低压煤层的钻进要求；纳米材料稳定的微泡沫钻井液可有效封堵低孔低渗煤层，而通过表层切片处理后，煤岩气体渗透率恢复率达72％-96％。综合来看，纳米材料稳定的微泡沫钻井液不仅可以保证煤层稳定，还能降低对煤储层的伤害，适合低孔低压煤层气储层钻进。

微泡沫钻井液在哈345X井的应用

介绍了微泡沫钻井液发泡剂和稳泡剂的室内研究和优选,评价了微泡沫钻井液的稳定性、抗温性、抗污染性以及密度可调性。哈345X井现场应用结果表明,徽泡沫钻井液具有性能稳定、密度低、携砂性好、泥浆泵上水正常等特点,防止了井漏的发生,储层压力系数仅为0.68,产油量是邻井哈343井的5.7倍,取得了很好的保护油层效果。

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 4 0 0～ 70 0m ,次要漏失井段为 180 0～ 2 0 0 0m。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。

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“二三低”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。

可循环微泡沫钻井液的性能评价与应用

可循环微泡沫钻井液是由水、固相颗粒(黏土)、表面活性剂(发泡剂)、增黏剂、降滤失剂等制成的一种气、液、固三相分散的胶体体系。室内评价实验结果表明,可循环微泡沫钻井液抗温高达135℃,在NaCl浓度高达10%时仍保持良好的流变性,具有较强的抑制性和良好的防漏失性能。由于其所含的表面活性剂产生泡沫,具有一定的疏水特性,在井内循环过程中,在井壁表面形成稳定的疏水屏障,阻碍自由水向地层的流动,使之不易润湿及渗入裸露的井壁,减少了滤液对泥页岩地层的水化膨胀作用;泡沫钻井液与抑制剂及井壁稳定剂适量添加混合,可有效提高钻井液的防塌效果。室内评价试验确定了可循环微泡沫钻井液使用配方:4%膨润土浆+0.3%Na2CO3+0.5%WP-1+0.3%WDJ-1+0.4%CPS-2000+0.3%FP-1。中原油田4口井和科索1井的现场应用表明,该钻井液可满足中原油田中生界低压、低渗地层和北京中元古界蓟县系雾迷山组海泡石易膨胀、溶解地层、气穴发育地层的欠平衡钻进要求。

可循环微泡沫钻井液的微泡粒径影响因素研究

采用显微照相技术结合NanoMeasurerl．2粒径分析软件研究了搅拌速率、搅拌时间、稳泡剂黄原胶（XC）和自制起泡剂DBA2-14（两性双子表面活性剂）的浓度对微泡沫粒径的影响。结果表明，高速搅拌和增加稳泡剂浓度有利于形成均匀、细小、稳定的泡沫，而搅拌时间和起泡荆的浓度对微泡沫粒径无显著影响。制备微泡沫体系的最佳条件为：0．4％羧甲基纤维素钠（HV-CMC）、0．4％XC、0．2％DBA搅拌速率10000r／min，搅拌时间2min。微泡沫粒径在23．58--109．65岬，平均直径为71．87μm。微泡沫粒径随静置时间的延长逐渐增大，静置12h后的微泡沫平均粒径小于200lun。

适用于煤层气钻井的微泡沫钻井液研究

煤储层具有低压、低渗、微裂缝发育等特点,在煤层气开采过程中容易对储层造成损害,降低煤层气井产量。针对此问题,笔者进行了起泡剂分子结构设计并合成了一种新型高效双子型起泡剂,同时以该起泡剂为基础,构建了适用于煤层气钻井的微泡沫钻井液体系。通过实验分析了煤岩组成、煤岩微观结构与煤层顶底板岩样性质,并评价了微泡沫钻井液对煤系地层的适用性。结果表明:新型起泡剂性能良好,能够显著降低水的表面张力,当质量分数为0.1%时,降幅可达71.82%;半衰期是常规起泡剂的3倍以上,稳泡性能良好;采用接触角测定仪测试了新型起泡剂对煤岩润湿性的影响,表明新型起泡剂对煤岩润湿性改变程度小,煤岩接触角恢复率达86%,有利于提高煤层保护效果。微泡沫钻井液体系黏度适中,流变性能良好,动塑比高,携岩能力强,泡沫质量稳定,其微观形态测试结果表明微泡沫的水化膜较厚,具有较强稳定性,微泡沫粒径呈现正态分布,平均粒径为144μm,半衰期>82 h。煤层顶底板岩样在微泡沫钻井液中的线性膨胀率小于3%,滚动回收率大于92%,表明微泡沫钻井液具有良好的抑制能力,能够维持煤层顶底板地层的井壁稳定性。煤芯气测渗透率恢复率达到90%以上,具有良好的储层保护效果,能够满足低压低渗煤层的钻井要求。通过建立钻井液中处理剂解吸附评价实验装置与方法,评价了微泡沫钻井液中处理剂的解吸附能力,结果表明微泡沫钻井液中处理剂吸附量小,易于脱附,在煤岩中脱附率达82.4%。基于新型双子型起泡剂的微泡沫钻井液能够有效维持煤层顶底板岩样的井壁稳定性,并能在煤层表面易于脱附,提高了对煤储层的保护效果,适用于煤层气钻井作业。

抗高温海水微泡沫钻井液实验研究

针对渤海油田深部古潜山高温低压地层钻井需要，通过考察起泡剂、稳泡剂和加重剂等主要处理剂以及聚合物加序、pH值对钻井液性能的影响，优选出了抗高温海水微泡沫钻井液配方。该体系使用起泡剂SDP-1和稳泡剂SDP-2，它们的发泡能力强，泡沫小，分布均匀，稳定性好，抗污染能力强；加入了特制的加重剂TJ，同时通过适当降低发泡搅拌速度，可使体系密度达到0．6～0．95g／cm^3；引入了高温稳定剂LNW，它使海水微泡沫钻井液的抗温性达150℃，长期稳定性达7d。评价结果表明，该体系的抗温、抗盐、岩屑、海水和油污染能力强，油气层保护效果好。

可循环微泡沫钻井液性能研究

伊朗MIS油田属裂缝性碳酸盐岩油藏，压力系数0．38～0．42，是典型的衰竭性油藏，目前以水平井为主开发。为解决钻井过程漏失、井眼净化和储层保护等问题，开展了泡沫钻井液技术研究。以搅拌法优选出发泡剂和稳泡剂，在此基础上优选出可循环微泡沫钻井液配方：配浆水＋0．2％Na2CO3＋0．1％除硫剂＋1％～2％配浆土＋0．4％稳泡剂ZNJ＋0．3％发泡剂FOAM-2。性能测试结果表明，该泡沫钻井液具有优异的稳定性和悬浮能力，较强的防膨性、抗污染和封堵能力。相对于温度，压力对该泡沫钻井液密度影响更大。

可循环微泡沫钻井液在吐哈油田马703井的应用

可循环微泡沫钻井液技术是目前国内外用于勘探开发低压裂缝性油气藏、稠油油藏、低压低渗透油气层、易发生严重漏失油气藏的一项新技术。吐哈油田为有效开发低压低渗储层,在大量室内试验的基础上,优选了适合于该区块的微泡沫钻井液的起泡剂和稳泡剂,并进行了微泡沫钻井液体系的室内配方研究与抗温、抗污染、稳定性能评价。在马703井的成功应用表明,该微泡沫钻井液可循环、抗温抗污染、密度低、密度范围可调、稳定性好,总体性能优良,能够有效地防止漏失,保护油气层,提高机械钻速,实现近平衡钻井。

可循环微泡沫钻井液研究及在伊朗Babal探井的应用

针对伊朗Kuhdasht区块地层压力低,储层微裂缝发育,地质情况复杂,地层倾角大,易发生井斜和井漏问题,采用了可循环微泡沫钻井液,实现了近平衡钻井。该钻井液具有密度低且可调、性能易控制、施工工艺简单等优点,并且可以多次循环使用,比较适合于低压易漏地层。在该区块Babal井的应用表明,该钻井液解决了常规钻井液在低压裂缝性储层钻井过程中的严重井漏问题,较好地保护了油气层;该钻井液具有较强的携砂能力,在钻进过程中岩屑返出正常,满足了地质录井和钻井工程的要求。

高温高压下可循环微泡沫钻井液管路流动试验

以往对可循环微泡沫钻井液在铅直管路中的压力梯度或压差及有关参数等问题进行的研究中 ,由于所使用的试验装置 (有机玻璃管路 )多数耐压和耐温能力有限 ,不能模拟高温高压条件下气液两相流体的流动型态和流动规律。本文使用一套高温高压流动试验装置对可循环微泡沫钻井液在井筒条件下密度的变化规律、微泡沫钻井液在井底的实际发泡能力和空隙率的变化规律进行了研究。利用可循环微泡沫钻井液的流动试验数据和关系曲线 ,应用回归分析方法 ,得出了各温度下钻井液密度与压力的计算表达式 ,这些表达式均为一元二次多项式 ,每一多项式中的系数又为温度的函数。结果表明 ,微泡沫钻井液的密度随压力的增大而增大 ,随温度的升高而减小 ,但在井眼条件下密度随压力增大的速率要大于随温度减小的速率 ;微泡沫钻井液流过钻头喷嘴后 ,密度减小 ,泡沫更细小 ;微泡沫钻井液的空隙率随压力的增大逐渐减小 。

可循环微泡沫钻井液流变性研究

采用线性回归分析方法对微泡沫钻井液的流变数据进行分析,优选出微泡沫钻井液的最佳流变模式为幂律模式τ=Kγn;研究并讨论了气体含量、压力和温度对其流变性的影响。结果表明,当泡沫体积分数大于24%时,微泡沫钻井液的高剪切应力随泡沫含量的增加而显著增大,而低剪切应力无明显变化。压力对微泡沫钻井液流变性的影响小于温度的影响。微泡沫钻井液具有较好的高温稳定性(100～150℃),随温度的升高未出现明显增稠或减稠现象。对各温度下的流变数据进行线性回归,得到不同温度下微泡沫钻井液的本构方程,线性相关系数均大于0.99。并由此得到微泡沫钻井液的流性指数n和稠度系数K与温度T的相关表达式:n=5.2584×10-9T4-2.0122×10-6T3+2.8151×10-4T2-1.6739×10-2T+0.8298,(R2=0.9982);K=-1.0769×10-8T4+4.7940×10-6T3-8.2658×10-4T2+5.8472×10-2T-0.1180,(R2=0.9998)。

可循环微泡沫钻井液的防塌机理及应用研究

微泡沫钻井液是有效解决井漏的钻井液体系之一,但其稳定井壁的效果有待验证,并成为了是否选择微泡沫钻井液施工的关键因素之一。总结提出了微泡沫钻井液稳定井壁的7种作用机理,实验对比研究了常规水基钻井液与微泡沫钻井液的稳定井壁效果。结果表明,微泡沫钻井液的井壁稳定能力较常规水基钻井液更强,为现场施工选择微泡沫钻井液提供了理论基础和实验依据。成功的现场试验表明,微泡沫钻井液不仅可以有效防止井壁坍塌、井漏等复杂事故,还可提高钻井速度、保护油气层、节约钻井成本。