可循環(huán)微泡鉆井液技術講座

1、 長城鉆探工程技術研究院可循環(huán)微泡沫鉆井液技術可循環(huán)微泡沫鉆井液技術工程技術研究院鉆井液所 2015年5月 長城鉆探工程技術研究院一、開發(fā)背景一、開發(fā)背景二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術四、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用 長城鉆探工程技術研究院一、開發(fā)背景一、開發(fā)背景世界范圍內勘探開發(fā)低壓裂縫性潛山油氣藏、能量枯竭油世界范圍內勘探開發(fā)低壓裂縫性潛山油氣藏、能量枯竭油氣藏時，采用常規(guī)鉆井液鉆井，經常會發(fā)生井漏，導致產能不氣藏時，采用常規(guī)鉆井液鉆井，經常會發(fā)生井漏，導致產能不理想。理想。鉆井液漏失有可能造成多種儲層傷害鉆井液

2、漏失有可能造成多種儲層傷害（1 1）固相顆粒及高分子聚合物侵入地層，堵塞孔喉）固相顆粒及高分子聚合物侵入地層，堵塞孔喉（2 2）表面活性劑侵入儲層造成潤濕反轉）表面活性劑侵入儲層造成潤濕反轉（3 3）連續(xù)相侵入，不配伍，造成沉淀堵塞）連續(xù)相侵入，不配伍，造成沉淀堵塞 水基可循環(huán)微泡鉆井液技術水基可循環(huán)微泡鉆井液技術既能滿足預防井漏的發(fā)生，又既能滿足預防井漏的發(fā)生，又能有效保護油氣層，防止油氣層被污染。能有效保護油氣層，防止油氣層被污染。 長城鉆探工程技術研究院 水基可循環(huán)微泡鉆井液水基可循環(huán)微泡鉆井液是加入獨特的發(fā)泡、穩(wěn)泡材料，在不是加入獨特的發(fā)泡、穩(wěn)泡材料，在不改變常規(guī)鉆井液性能的基礎上，實

3、現(xiàn)提高地層承壓能力和近改變常規(guī)鉆井液性能的基礎上，實現(xiàn)提高地層承壓能力和近/ /欠欠平衡作業(yè)。平衡作業(yè)。二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術優(yōu)點：優(yōu)點： （1 1）防漏堵漏能力強，能夠有效地提高地層承壓能力；）防漏堵漏能力強，能夠有效地提高地層承壓能力； （2 2）不影響信號傳輸（密度）不影響信號傳輸（密度0.80g/cm0.80g/cm3 3）；）； （3 3）不需要附加設備（密度）不需要附加設備（密度0.95g/cm0.95g/cm3 3）；）； （4 4）攜巖能力強；抑制性好；抗污染能力強；）攜巖能力強；抑制性好；抗污染能力強； （5 5）潤滑性良好；維護方便。）潤滑

4、性良好；維護方便。 長城鉆探工程技術研究院微微泡泡微微觀觀結結構構為為一一核核二二層層三三模模一核：氣核一核：氣核二層：高粘氣層、過渡層二層：高粘氣層、過渡層三模：表面張力降低膜三模：表面張力降低膜 高粘水層固定膜高粘水層固定膜 水溶性改善膜水溶性改善膜二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術自匹配封堵技術自匹配封堵技術封堵大縫大洞：封堵大縫大洞：如果遇到大于微泡直徑的地層滲流通道，如果遇到大于微泡直徑的地層滲流通道，一般認為是大的裂縫或溶洞，在壓差作用下，微泡流動速率大于水溶液速率，當一般認為是大

5、的裂縫或溶洞，在壓差作用下，微泡流動速率大于水溶液速率，當壓力進一步降低時，微泡膨脹，堆積成橫放圓錐狀，流體無法進一步進入地層。壓力進一步降低時，微泡膨脹，堆積成橫放圓錐狀，流體無法進一步進入地層。同時，流動速度降低，粘度增大，實現(xiàn)地層封堵。同時，流動速度降低，粘度增大，實現(xiàn)地層封堵。巖心內部封堵帶巖心內部封堵帶填砂內部封堵帶填砂內部封堵帶 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術自匹配封堵技術自匹配封堵技術封堵中縫中洞：封堵中縫中洞：如遇與微泡直徑相當?shù)穆┦ㄈ缬雠c微泡直徑相當?shù)穆┦ǖ赖? , 微泡向低壓區(qū)流動，靠近漏失通道的微泡被微泡向低壓區(qū)流動，靠

6、近漏失通道的微泡被“吸吸”進地層進地層, ,拉長充填漏拉長充填漏失通道，賈敏效應增加漏失阻力，液相中的其它微泡在壓差作用下堆積漏失通道，賈敏效應增加漏失阻力，液相中的其它微泡在壓差作用下堆積漏失通道入口處失通道入口處, ,粘度增大，實現(xiàn)地層封堵。粘度增大，實現(xiàn)地層封堵。 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術自匹配封堵技術自匹配封堵技術封堵微小縫隙：封堵微小縫隙：如遇小于微泡直徑的漏失通道地如遇小于微泡直徑的漏失通道地層，一般為低孔低滲地層層，一般為低孔低滲地層, ,微泡鉆井液在進入漏失通道時，低剪切速率下的微泡鉆井液在進入漏失通道時，低剪切速率下的高粘

7、度特性高粘度特性, ,足以使得高分子聚合物在井壁形成薄粘膜，阻止鉆井液進入地足以使得高分子聚合物在井壁形成薄粘膜，阻止鉆井液進入地層。層。 長城鉆探工程技術研究院地層產液恢復機理：地層產液恢復機理：二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術一、微泡與地層巖石非永久性的接觸，有利于地下流體的一、微泡與地層巖石非永久性的接觸，有利于地下流體的產出，不會產生氣阻。產出，不會產生氣阻。這個特點，成就了微泡獨特儲層保護性能這個特點，成就了微泡獨特儲層保護性能自脫殼返排。自脫殼返排。 長城鉆探工程技術研究院地層產液恢復機理：地層產液恢復機理：二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井

8、液技術二、受溫度、壓力、細菌等影響，微泡沫體系中的聚合物二、受溫度、壓力、細菌等影響，微泡沫體系中的聚合物會逐漸降解。會逐漸降解。 長城鉆探工程技術研究院地層產液恢復機理：地層產液恢復機理：二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術三、可循環(huán)微泡沫鉆井液親油親水，不會粘附于親水的巖三、可循環(huán)微泡沫鉆井液親油親水，不會粘附于親水的巖石表面，減少地下流體通道，因此地下流體可以穿過微泡間隙石表面，減少地下流體通道，因此地下流體可以穿過微泡間隙流出。流出。染色染色白油白油2 mm 玻璃珠玻璃珠微泡鉆微泡鉆井液井液 長城鉆探工程技術研究院微泡沫鉆井液防塌機理：微泡沫鉆井液防塌機理：二、水基

9、可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術（1 1）阻緩壓力傳遞機理：微泡沫鉆井液中的泡沫可以阻緩）阻緩壓力傳遞機理：微泡沫鉆井液中的泡沫可以阻緩鉆井液液柱壓力向地層傳遞，從而減緩泥頁巖內部孔隙壓力的鉆井液液柱壓力向地層傳遞，從而減緩泥頁巖內部孔隙壓力的增加。增加。（2 2）吸附成膜機理：微泡沫鉆井液中含有大量起泡劑和穩(wěn)）吸附成膜機理：微泡沫鉆井液中含有大量起泡劑和穩(wěn)泡劑，絕大多數(shù)起泡劑和穩(wěn)泡劑都是具有強吸附基團的表面活泡劑，絕大多數(shù)起泡劑和穩(wěn)泡劑都是具有強吸附基團的表面活性物質，可以在地層表面吸附成膜，且吸附基團往往為親水基性物質，可以在地層表面吸附成膜，且吸附基團往往為親水基團，朝向

10、鉆井液的一端為憎水端，防止了泥頁巖與鉆井液的進團，朝向鉆井液的一端為憎水端，防止了泥頁巖與鉆井液的進一步接觸，抑制了泥頁巖的水化。一步接觸，抑制了泥頁巖的水化。 長城鉆探工程技術研究院微泡沫鉆井液防塌機理：微泡沫鉆井液防塌機理：二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術（5 5）負壓脫水機理：微泡沫鉆井液密度低，液柱壓力小于）負壓脫水機理：微泡沫鉆井液密度低，液柱壓力小于地層孔隙壓力，地層流體向井眼流動，從而使地層泥頁巖脫水，地層孔隙壓力，地層流體向井眼流動，從而使地層泥頁巖脫水，去水化。去水化。（3 3）賈敏效應：滲透的過程中，在孔隙喉道處被捕集，由）賈敏效應：滲透的過程中，在

11、孔隙喉道處被捕集，由于賈敏效應的疊加作用而大大增加了泡沫鉆井液向地層流動的于賈敏效應的疊加作用而大大增加了泡沫鉆井液向地層流動的阻力，防止鉆井液繼續(xù)向地層滲透漏失，減少了地層泥頁巖阻力，防止鉆井液繼續(xù)向地層滲透漏失，減少了地層泥頁巖水化作用。水化作用。（4 4）活度平衡機理：泡沫鉆井液自由液相的活度可以控制）活度平衡機理：泡沫鉆井液自由液相的活度可以控制在較低范圍內，低于地層孔隙流體活度，從而使流體向井眼流在較低范圍內，低于地層孔隙流體活度，從而使流體向井眼流動。動。 長城鉆探工程技術研究院微泡沫鉆井液防塌實驗驗證：微泡沫鉆井液防塌實驗驗證：二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液

12、技術（1 1）可視砂床濾失實驗：用水基鉆井液和微泡沫鉆井液進）可視砂床濾失實驗：用水基鉆井液和微泡沫鉆井液進行可視砂床濾失實驗行可視砂床濾失實驗( (砂粒粒徑為砂粒粒徑為0.280.280.45 mm)0.45 mm)，在，在3.5MPa3.5MPa的壓力下，測定水基鉆井液和微泡沫鉆井液的侵入量，分別是的壓力下，測定水基鉆井液和微泡沫鉆井液的侵入量，分別是75ml75ml和和25ml25ml；結果表明，微泡沫鉆井液阻止鉆井液向地層侵入；結果表明，微泡沫鉆井液阻止鉆井液向地層侵入的能力很強，泡沫在賈敏效應作用下，可明顯降低鉆井液的侵的能力很強，泡沫在賈敏效應作用下，可明顯降低鉆井液的侵入量和侵入

13、速度。入量和侵入速度。（2 2）水活度實驗：由于泥頁巖滲透率極低，可阻止部分離）水活度實驗：由于泥頁巖滲透率極低，可阻止部分離子通過而起到半透膜作用。因此，在一定條件下，可以通過調子通過而起到半透膜作用。因此，在一定條件下，可以通過調整鉆井液類型和鉆井液水活度改善半透膜效率，使化學滲透壓整鉆井液類型和鉆井液水活度改善半透膜效率，使化學滲透壓部分抵消水力壓差引起的壓力傳遞和濾液侵入作用，甚至使地部分抵消水力壓差引起的壓力傳遞和濾液侵入作用，甚至使地 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術層水流向井眼內部，促進井壁穩(wěn)定，即水活度差誘導的層水流向井眼內部，促進

14、井壁穩(wěn)定，即水活度差誘導的“化學反滲化學反滲透透”。利用活度儀測得地層水、水基鉆井液和微泡沫鉆井液的水活度分。利用活度儀測得地層水、水基鉆井液和微泡沫鉆井液的水活度分別為別為0.9850.985、0.9430.943和和0.8570.857。實驗結果表明，微泡沫鉆井液具有比常規(guī)。實驗結果表明，微泡沫鉆井液具有比常規(guī)鉆井液更低的活度，根據(jù)活度平衡原理，其可以誘導地層流體向井眼流鉆井液更低的活度，根據(jù)活度平衡原理，其可以誘導地層流體向井眼流動，提高井壁穩(wěn)定性。動，提高井壁穩(wěn)定性。（3 3）膨脹、分散實驗：實驗對比了某油田易坍塌地層巖心分別在）膨脹、分散實驗：實驗對比了某油田易坍塌地層巖心分別在水、

15、水基鉆井液和微泡沫鉆井液中的膨脹和分散實驗。實驗結果表明，水、水基鉆井液和微泡沫鉆井液中的膨脹和分散實驗。實驗結果表明，微泡沫鉆井液具有更好的防止泥頁巖膨脹和分散的性能。微泡沫鉆井液具有更好的防止泥頁巖膨脹和分散的性能。 長城鉆探工程技術研究院微泡沫鉆井液密度隨壓力的增大而增大，隨溫度的增大而微泡沫鉆井液密度隨壓力的增大而增大，隨溫度的增大而減小，但在井筒條件下密度隨壓力增大的速率要大于隨溫度減減小，但在井筒條件下密度隨壓力增大的速率要大于隨溫度減小的速率。由于上部井段微泡沫鉆井液的低密度使井底有效應小的速率。由于上部井段微泡沫鉆井液的低密度使井底有效應力低于常規(guī)鉆井液。利用模擬實驗裝置研究結

16、果見圖力低于常規(guī)鉆井液。利用模擬實驗裝置研究結果見圖I I特殊性能特殊性能當量密度當量密度二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術 長城鉆探工程技術研究院微泡沫發(fā)泡劑的評價方法：微泡沫發(fā)泡劑的評價方法：二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術原理：微泡沫發(fā)泡劑具有特殊的表面膜結構，高速攪拌后，形成微原理：微泡沫發(fā)泡劑具有特殊的表面膜結構，高速攪拌后，形成微泡沫，在靜置的條件下，仍能維持一定的泡沫性能，據(jù)此可測定微泡沫，在靜置的條件下，仍能維持一定的泡沫性能，據(jù)此可測定微泡沫發(fā)泡劑的泡沫半衰期。泡沫發(fā)泡劑的泡沫半衰期。裝置：裝置：a a：HTHT自動混調器（自動混

17、調器（GJSSB12KGJSSB12K型變頻高速攪拌機）型變頻高速攪拌機） b b：電子天平，感量：電子天平，感量1mg1mg c c：電子秒表：電子秒表程序：程序：a a 將試樣配成將試樣配成0.5%0.5%水溶液水溶液1000ml1000ml b b 取上述溶液取上述溶液100ml100ml于于HTHT自動混調器中，高速攪拌（自動混調器中，高速攪拌（1000010000轉轉/ /分鐘）分鐘）1min1min后，將泡沫倒入后，將泡沫倒入500ml500ml量筒中讀取泡沫體積即為發(fā)泡劑量筒中讀取泡沫體積即為發(fā)泡劑體積。體積。 長城鉆探工程技術研究院微泡沫鉆井液的基本組成：基漿微泡沫鉆井液的基本

18、組成：基漿+ +起泡劑起泡劑+ +穩(wěn)泡劑穩(wěn)泡劑+ +增粘劑增粘劑+ +降濾失劑降濾失劑微泡沫鉆井液配方：5% 基漿 + 0.51.0% MF-1 + 0.10.2% SF-1 + 0.20.5%XC + 0.10.2% PAC +1 2% SMP-II + 12%SPNH常溫下性能密度（g/cm3）表觀粘度（mPa.S）塑性粘度（mPa.S）動切力（Pa）初/終切（Pa）失水量（ml）pH0.804529167/1969.5高溫熱滾之后性能（120C ，24h）密度（g/cm3）表觀粘度（mPa.S）塑性粘度（mPa.S）動切力（Pa）初/終切（Pa）失水量（ml）pH0.854228145/

19、1359.5常溫性能和熱滾后的性能變化不大，說明微泡沫體系穩(wěn)定。常溫性能和熱滾后的性能變化不大，說明微泡沫體系穩(wěn)定。二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術 長城鉆探工程技術研究院水基可循環(huán)微泡鉆井液體系：水基可循環(huán)微泡鉆井液體系： 抗溫：120 密度： 0.801.20 g/cm3 有固相/無固相 抗鹽10% 抗鈣5% 抗油8% 抗膨潤土10%二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術影響微泡沫鉆井液體系穩(wěn)定性的主要因素：影響微泡沫鉆井液體系穩(wěn)定性的主要因素：剪切速率：剪切速率主要影

20、響起泡劑的發(fā)泡效果，尤其是對以物理和化剪切速率：剪切速率主要影響起泡劑的發(fā)泡效果，尤其是對以物理和化學法相結合產生的微泡沫體系。當剪切速率很大學法相結合產生的微泡沫體系。當剪切速率很大( (高速攪拌高速攪拌) )時，發(fā)泡快時，發(fā)泡快且泡沫均勻，質量好，但是在現(xiàn)場施工中由于受設備的制約一般不容易且泡沫均勻，質量好，但是在現(xiàn)場施工中由于受設備的制約一般不容易達到。如果剪切速率過低，不能保證可循環(huán)微泡沫鉆井液有足夠的沖擊達到。如果剪切速率過低，不能保證可循環(huán)微泡沫鉆井液有足夠的沖擊力，則會直接影響該體系的穩(wěn)定性。同一微泡沫體系在不同剪切速率下力，則會直接影響該體系的穩(wěn)定性。同一微泡沫體系在不同剪切速

21、率下的穩(wěn)定性、密度及流變性見下表。由表中數(shù)據(jù)可知，當剪切速率增大時，的穩(wěn)定性、密度及流變性見下表。由表中數(shù)據(jù)可知，當剪切速率增大時，體系的動切力、塑性粘度明顯升高，密度變得很低，泡沫體系更加穩(wěn)定；體系的動切力、塑性粘度明顯升高，密度變得很低，泡沫體系更加穩(wěn)定；剪切速率更高時，產生的泡沫結構更細，起泡量更大，體系更穩(wěn)定。因剪切速率更高時，產生的泡沫結構更細，起泡量更大，體系更穩(wěn)定。因此，在現(xiàn)場施工中，應盡可能保證較高的剪切速率以獲得高質量、穩(wěn)定此，在現(xiàn)場施工中，應盡可能保證較高的剪切速率以獲得高質量、穩(wěn)定性好的可循環(huán)微泡沫鉆井液體系。性好的可循環(huán)微泡沫鉆井液體系。 長城鉆探工程技術研究院二、水基

22、可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術高溫高壓的影響：高溫高壓的影響：由圖由圖1 1可以看出，隨著壓可以看出，隨著壓力的增加，微泡沫鉆井力的增加，微泡沫鉆井液的密度變化速率不斷液的密度變化速率不斷減小，最終接近于零，減小，最終接近于零，此時微泡沫體系的密度此時微泡沫體系的密度接近外相密度。接近外相密度。 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術從圖從圖2 2可以看出，壓力和溫度對微泡沫鉆井液的影響不同。可以看出，壓力和溫度對微泡沫鉆井液的影響不同。當壓力恒定時，體系密度與溫度呈線性關系變化，溫度上升當壓力恒定時，體系密度與溫度呈線性關系變化，溫度

23、上升時密度下降。時密度下降。 長城鉆探工程技術研究院二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術三相可循環(huán)微泡沫鉆井液現(xiàn)場轉化配漿及使用過程中不需要特殊脫氣及充氣設備，常規(guī)設備即可滿足現(xiàn)場施工要求。現(xiàn)場配漿設備：3個80 ITI 循環(huán)罐、1個40 Ill的沉砂罐，并且每個罐配備3臺功率為75 kW 的攪拌器和1個泥漿槍；加料漏斗。轉化方法：按4 配方順序及加量從加料漏斗直接加入穩(wěn)泡劑、起泡劑及固泡劑，通過井眼循環(huán)調整性能達到施工要求。微泡沫鉆井液向聚合物鉆井液轉化：在微泡沫鉆井液中加入低濃度降濾失劑溶液稀釋，然后加入6 96輕質原油，開啟所有罐內攪拌器及固控設備除泡。 長城鉆探工程

24、技術研究院1、井噴井涌：用CaCO3等加重材料調節(jié)鉆井液密度2、出現(xiàn)CO2：用NaOH調節(jié)，清除HCO3-，注意觀察鉆井液pH值3、出現(xiàn)H2S：建議提高pH值9.5以上，再加入0.52.5%堿式碳酸鋅。保證了堿性條件下生成的硫化物在繼續(xù)氣侵后不會生成硫化氫，徹底清除了硫化氫4、氣侵：利用氣液分離器處理鉆井液，處理后的泥漿返回泥漿罐，重新攪拌和過水眼后，微泡鉆井液即恢復性能。因此，對鉆井液性能影響不大5、大量漏失：加入纖維狀堵漏材料，如鋸末、果殼等堵漏材料，擠入井中1020 m3后靜置推薦現(xiàn)場工藝推薦現(xiàn)場工藝應急工藝措施應急工藝措施二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術二、水基可循環(huán)微泡鉆井液技術 長城鉆

25、探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術 目前在我國油氣能源緊缺的國情下，頁巖氣的開發(fā)、利用已成十目前在我國油氣能源緊缺的國情下，頁巖氣的開發(fā)、利用已成十二五期間國家重點研究課題。由于泥頁巖地層屬裂縫發(fā)育，水敏性強，二五期間國家重點研究課題。由于泥頁巖地層屬裂縫發(fā)育，水敏性強，因此在鉆井過程中容易發(fā)生井漏、垮塌、縮徑等問題。油基鉆井液可以因此在鉆井過程中容易發(fā)生井漏、垮塌、縮徑等問題。油基鉆井液可以有效抑制泥頁巖水化膨脹，減少井壁垮塌、縮徑等復雜情況的發(fā)生；但有效抑制泥頁巖水化膨脹，減少井壁垮塌、縮徑等復雜情況的發(fā)生；但是由于頁巖氣儲層有裂隙的存在，油基鉆井

26、液避免不了發(fā)生井漏，從而是由于頁巖氣儲層有裂隙的存在，油基鉆井液避免不了發(fā)生井漏，從而造成成本的大幅度增加。油基微泡沫鉆井液具有良好的穩(wěn)定井壁、防漏造成成本的大幅度增加。油基微泡沫鉆井液具有良好的穩(wěn)定井壁、防漏和保護儲層的特點，因此可循環(huán)油基微泡沫鉆井液必將成為開發(fā)頁巖氣和保護儲層的特點，因此可循環(huán)油基微泡沫鉆井液必將成為開發(fā)頁巖氣的重要技術手段。的重要技術手段。 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基微泡沫的油基微泡沫的組成組成： 油基可循環(huán)微泡沫是在連續(xù)相（白油）中加入表面活性劑、油基可循環(huán)微泡沫是在連續(xù)相（白油）中加入表面活性劑、聚合物處理

27、劑，通過物理、化學作用自然形成的內部似氣囊，外聚合物處理劑，通過物理、化學作用自然形成的內部似氣囊，外部為保護性外殼，分散在連續(xù)相中的穩(wěn)定氣部為保護性外殼，分散在連續(xù)相中的穩(wěn)定氣液體系。液體系。油基微泡沫的油基微泡沫的抑制性抑制性： 油基可循環(huán)微泡沫油基可循環(huán)微泡沫鉆井液鉆井液是以油為分散介質，與其接觸的是以油為分散介質，與其接觸的水敏性地層不會發(fā)生由于水化膨脹和分散造漿水敏性地層不會發(fā)生由于水化膨脹和分散造漿，而導致的縮徑而導致的縮徑或井塌，因此該體系具有較強的抑制性?；蚓?，因此該體系具有較強的抑制性。 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基

28、發(fā)泡劑的篩選油基發(fā)泡劑的篩選： 發(fā)泡劑分子須由疏油基和親油基組成，發(fā)泡劑分子須由疏油基和親油基組成，具有特定的分子構型，具有特定的分子構型，可構成穩(wěn)定吸附的膜，可構成穩(wěn)定吸附的膜，在油中具有表面活性，從而可以形成油基在油中具有表面活性，從而可以形成油基泡沫。泡沫。 我們我們選擇陰離子、陽離子、非選擇陰離子、陽離子、非離子、兩性、氟碳類等離子、兩性、氟碳類等1414種發(fā)泡劑種發(fā)泡劑進行了發(fā)泡實驗，進而優(yōu)選出了發(fā)進行了發(fā)泡實驗，進而優(yōu)選出了發(fā)泡性能較好的氟碳類兩種發(fā)泡劑泡性能較好的氟碳類兩種發(fā)泡劑F-F-1 1和和F-3F-3，并對其進行了不同加量實，并對其進行了不同加量實驗，驗，結果結果見圖見圖

29、1 1、圖、圖2 2： 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基發(fā)泡劑的篩選油基發(fā)泡劑的篩選： 在白油體系下，二者的發(fā)泡能力較好，同時在白油體系下，二者的發(fā)泡能力較好，同時F-1F-1與與F-3F-3相比形相比形成的泡沫潔白細膩，結合價格等原因綜合考慮選擇成的泡沫潔白細膩，結合價格等原因綜合考慮選擇F-1F-1為油基可循為油基可循環(huán)微泡沫鉆井液發(fā)泡劑。環(huán)微泡沫鉆井液發(fā)泡劑。圖圖1 1 發(fā)泡劑發(fā)泡能力對比圖發(fā)泡劑發(fā)泡能力對比圖 圖圖2 F-12 F-1、F-3F-3在基液中的狀態(tài)（左為在基液中的狀態(tài)（左為F-1F-1，右為，右為F-3F-3） 長城鉆

30、探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基穩(wěn)泡劑的篩選油基穩(wěn)泡劑的篩選： 穩(wěn)泡劑篩選實驗采用了多種不同機理的穩(wěn)泡劑，包括通過提高液穩(wěn)泡劑篩選實驗采用了多種不同機理的穩(wěn)泡劑，包括通過提高液相粘度來穩(wěn)定泡沫，通過提高液膜的粘彈性，通過增溶作用提高泡沫穩(wěn)相粘度來穩(wěn)定泡沫，通過提高液膜的粘彈性，通過增溶作用提高泡沫穩(wěn)定性，雖然這些穩(wěn)泡劑能在一定程度上具有穩(wěn)泡的作用，但效果甚微。定性，雖然這些穩(wěn)泡劑能在一定程度上具有穩(wěn)泡的作用，但效果甚微。 總結穩(wěn)泡實驗結果：只用一種穩(wěn)泡劑均不能達到穩(wěn)泡時間大于總結穩(wěn)泡實驗結果：只用一種穩(wěn)泡劑均不能達到穩(wěn)泡時間大于60h60h，需要

31、幾種穩(wěn)泡劑的相互作用來達到較好的穩(wěn)泡效果。從成本和，需要幾種穩(wěn)泡劑的相互作用來達到較好的穩(wěn)泡效果。從成本和穩(wěn)泡效果上考慮，結合不同的穩(wěn)泡劑復配，優(yōu)選出有機土、膠體結構穩(wěn)泡效果上考慮，結合不同的穩(wěn)泡劑復配，優(yōu)選出有機土、膠體結構劑、劑、Z-2Z-2、Z-3Z-3共四種較好的穩(wěn)泡劑用于體系研制。共四種較好的穩(wěn)泡劑用于體系研制。 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方研究油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方研究： 在白油中，依次加入發(fā)泡劑、有機土、激活劑、穩(wěn)泡劑等，高速攪在白油中，依次加入發(fā)泡劑、有機土、激活劑、穩(wěn)泡劑等，高速攪拌；用拌；用

32、YMYM型液體密度計測定密度，用型液體密度計測定密度，用ZNN-D6ZNN-D6型旋轉粘度計測定流變參數(shù)；型旋轉粘度計測定流變參數(shù)；記錄穩(wěn)定時間。實驗結果見下表記錄穩(wěn)定時間。實驗結果見下表1 1。10#:白油白油+35%有機土有機土+0.51%激活劑激活劑+0.81.2%Z-2+0.61.2%F-1。 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基微泡沫配方的抗溫性能評價油基微泡沫配方的抗溫性能評價： 在在150150（滾動（滾動16h16h）老化后的流變性能，實驗結果見下表）老化后的流變性能，實驗結果見下表2 2。由表中。由表中數(shù)據(jù)可以看出，油基可循環(huán)

33、微泡沫鉆井液在數(shù)據(jù)可以看出，油基可循環(huán)微泡沫鉆井液在150150條件下熱滾后，密度條件下熱滾后，密度與常溫相比變化不大，且穩(wěn)定時間大于與常溫相比變化不大，且穩(wěn)定時間大于60h60h，說明鉆井液滿足抗溫性和，說明鉆井液滿足抗溫性和穩(wěn)定性要求。穩(wěn)定性要求。 表2 可循環(huán)油基微泡沫鉆井液配方抗溫性評價 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基微泡沫配方的抗水侵污染評價油基微泡沫配方的抗水侵污染評價： 在全油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方的基礎上加入不同量的水，測定在全油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方的基礎上加入不同量的水，測定其性能，具體結果見表其性能，具體結果見表

34、3 3。 表3 可循環(huán)油基微泡沫鉆井液水浸實驗數(shù)據(jù) 由表由表3 3可以看出，加入小于可以看出，加入小于10%10%水時，全油基可循環(huán)微泡沫鉆井水時，全油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方的流變性能變化不大，且穩(wěn)定時間大于液配方的流變性能變化不大，且穩(wěn)定時間大于60h60h，滿足抗水浸和穩(wěn)，滿足抗水浸和穩(wěn)定性要求，但含水量大于定性要求，但含水量大于1010時，泡沫不穩(wěn)定。時，泡沫不穩(wěn)定。 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基微泡沫配方的防塌抑制性能評價：油基微泡沫配方的防塌抑制性能評價： 通過頁巖膨脹率和頁巖回收率實驗實驗評價油基可循環(huán)微泡沫鉆井通過頁巖膨

35、脹率和頁巖回收率實驗實驗評價油基可循環(huán)微泡沫鉆井液的防塌抑制性能。頁巖膨脹實驗結果見圖液的防塌抑制性能。頁巖膨脹實驗結果見圖3 3。 由圖由圖3 3可以看出油基可可以看出油基可循環(huán)微泡沫鉆井液的線性膨循環(huán)微泡沫鉆井液的線性膨脹量較低，遠遠低于清水膨脹量較低，遠遠低于清水膨脹量，說明其抑制性能優(yōu)良。脹量，說明其抑制性能優(yōu)良。同時鉆井液的頁巖回收率在同時鉆井液的頁巖回收率在90%90%以上，遠大于清水的回以上，遠大于清水的回收率，說明其具有較好的抑收率，說明其具有較好的抑制性能。制性能。圖3 油基可循環(huán)微泡沫鉆井液頁巖膨脹曲線 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡

36、沫鉆井液技術油基微泡沫配方的堵漏性能評價：油基微泡沫配方的堵漏性能評價： 室內篩選室內篩選40406060目砂，進行漏失實驗。實驗結果見表目砂，進行漏失實驗。實驗結果見表4 4。由表。由表4 4可以可以看出，在回壓看出，在回壓0.5MPa0.5MPa下，壓差下，壓差6MPa6MPa時，鉆井液無漏失，表明油基可循環(huán)時，鉆井液無漏失，表明油基可循環(huán)微泡沫鉆井液承壓能力強，能夠有效封堵漏失地層。微泡沫鉆井液承壓能力強，能夠有效封堵漏失地層。表4 油基可循環(huán)微泡沫鉆井液堵漏實驗數(shù)據(jù) 長城鉆探工程技術研究院三、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基微泡沫配方的儲層保護性能評價：油基

37、微泡沫配方的儲層保護性能評價： 實驗評價油基可循環(huán)微泡沫鉆井液進入地層后對儲層傷害程度及返實驗評價油基可循環(huán)微泡沫鉆井液進入地層后對儲層傷害程度及返排后滲透率恢復情況（注入物為煤油），實驗結果見表排后滲透率恢復情況（注入物為煤油），實驗結果見表5 5。由表。由表5 5可以看可以看出，油基可循環(huán)微泡沫鉆井液具有良好的儲層保護能力，滲透率恢復值出，油基可循環(huán)微泡沫鉆井液具有良好的儲層保護能力，滲透率恢復值在在90%90%以上，說明油基可循環(huán)微泡沫鉆井液具有保護儲層的優(yōu)良性能。以上，說明油基可循環(huán)微泡沫鉆井液具有保護儲層的優(yōu)良性能。表5 可循環(huán)油基微泡沫鉆井液線性膨脹數(shù)據(jù) 長城鉆探工程技術研究院三、

38、三、油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術小結：小結： （1 1）通過實驗優(yōu)選出了油基可循環(huán)微泡沫鉆井液用的發(fā)泡劑、）通過實驗優(yōu)選出了油基可循環(huán)微泡沫鉆井液用的發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑；進而研制出了密度為穩(wěn)泡劑；進而研制出了密度為0.650.650.88g/cm0.88g/cm3 3的油基可循環(huán)微泡沫鉆井的油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方，體系能夠穩(wěn)定液配方，體系能夠穩(wěn)定60h60h，抗溫達，抗溫達150150。 （2 2）研制的油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方的抗污染性能、防塌抑）研制的油基可循環(huán)微泡沫鉆井液配方的抗污染性能、防塌抑制性、封堵性能較好，并具有良好的儲層保護作用，可應用于頁巖氣等制性、

39、封堵性能較好，并具有良好的儲層保護作用，可應用于頁巖氣等非常規(guī)氣井鉆井。非常規(guī)氣井鉆井。 （3 3）由于發(fā)泡劑的成本太高，一）由于發(fā)泡劑的成本太高，一定程度上限制了油基可循環(huán)微泡沫鉆定程度上限制了油基可循環(huán)微泡沫鉆井液的應用，因此應加大油基可循環(huán)井液的應用，因此應加大油基可循環(huán)微泡沫鉆井液發(fā)泡劑的研發(fā)力度，降微泡沫鉆井液發(fā)泡劑的研發(fā)力度，降低綜合成本，促進油基可循環(huán)微泡沫低綜合成本，促進油基可循環(huán)微泡沫鉆井液的現(xiàn)場應用。鉆井液的現(xiàn)場應用。 長城鉆探工程技術研究院四、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用u 水基可循環(huán)微泡沫鉆井液體系在冷家油田的應用水基可循環(huán)微泡沫鉆井液體系在冷家油田的應用 從2011年7月至今

40、，可循環(huán)微泡沫鉆井液已成功的在冷家油田應用了20多口井，有效解決了冷家油田因儲層虧空導致的施工過程中的井漏問題，很好的配合施工隊伍完成了鉆井任務。例例1 1：洼：洼60-H10260-H102大修井大修井 洼洼60-H10260-H102井屬采油后期，井屬采油后期，地層虧空嚴重，導致地層壓地層虧空嚴重，導致地層壓力系數(shù)降低，施工中易發(fā)生力系數(shù)降低，施工中易發(fā)生井漏。修井初期，井隊采用井漏。修井初期，井隊采用密度為密度為1.06g/cm1.06g/cm3 3土粉聚合物土粉聚合物鉆井液，循環(huán)洗井至鉆井液，循環(huán)洗井至1500m1500m時，時，發(fā)生井漏，鉆井液不返，漏發(fā)生井漏，鉆井液不返，漏失鉆井液

41、失鉆井液20m20m3 3。后改型為可循。后改型為可循環(huán)微泡沫鉆井液，將密度降環(huán)微泡沫鉆井液，將密度降低至低至0.950.951.02g/cm1.02g/cm3 3后，鉆后，鉆井液循環(huán)正常，防止了井漏、井液循環(huán)正常，防止了井漏、水侵、井噴、卡鉆等問題，水侵、井噴、卡鉆等問題，順利的完成了后序的修井作順利的完成了后序的修井作業(yè)。業(yè)。 長城鉆探工程技術研究院 冷43區(qū)塊進入開采后期，地層壓力虧空嚴重，鉆井過程中經常發(fā)生嚴重井漏，該井儲層上部含有一個注水水層，密度低時，容易發(fā)生井涌。 冷43-38-164CH井采用1.14 g/cm的鉆井液密度定向鉆進至1467米，發(fā)生井漏，鉆井液失返，配制堵漏泥漿

42、堵漏2次，堵漏成功后，決定將鉆井液體系改為可循環(huán)微泡沫體系，鉆井液密度降至1.03 g/cm時，發(fā)生井涌，后將鉆井液密度提至1.06 g/cm后，鉆進正常，不漏也不涌，儀器信號、上水正常，順利鉆至1768m完鉆。 冷43-38-662CH距離冷43-38-164CH井大約300m，施工過程中及時總結了冷43-38-164CH井施工經驗，將鉆井液體系及時轉化為可循環(huán)微泡沫鉆井液體系，密度控制在1.041.06 g/cm，進尺613m，僅用9天，順利完鉆。例例2 2：遼河油田冷：遼河油田冷43-3843-38- -164CH164CH井、冷井、冷43-38-662CH43-38-662CH井井 四

43、、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用 長城鉆探工程技術研究院遼河油田沈采邊臺潛山地區(qū)遼河油田沈采邊臺潛山地區(qū)儲層構造為微裂縫，其次為溶蝕儲層構造為微裂縫，其次為溶蝕孔洞，地層壓力系數(shù)為孔洞，地層壓力系數(shù)為1.003。從。從2011年年7月月8日轉型為可循環(huán)微泡日轉型為可循環(huán)微泡沫鉆井液體系至沫鉆井液體系至2011年年10月月5日完日完鉆，順利完成了鉆，順利完成了2分支分支4魚剌的儲魚剌的儲層鉆進，鉆進過程中儀器信號，層鉆進，鉆進過程中儀器信號，泥漿泵上水均正常。泥漿泵上水均正常。 儲層鉆進時，將儲層鉆進時，將原無固相鉆原無固相鉆井 液 密 度 從井 液 密 度 從 1 . 0 6 g / c m1 . 0

44、6 g / c m3 3 1.14g/cm1.14g/cm3 3轉型為可循環(huán)微泡沫鉆轉型為可循環(huán)微泡沫鉆井 液 體 系 ， 密 度 降 為井 液 體 系 ， 密 度 降 為0.95g/cm0.95g/cm3 3 1.01g/cm1.01g/cm3 3 ，共實共實現(xiàn)進尺近現(xiàn)進尺近1900米，無井漏發(fā)生米，無井漏發(fā)生（距邊臺（距邊臺-H21井距離最近的邊臺井距離最近的邊臺-H2Z、邊臺、邊臺-H3Z井、邊臺井、邊臺-H3Z1-1井、邊臺井、邊臺-H20井在鉆井過程中，井在鉆井過程中，均發(fā)生鉆井液漏失）。均發(fā)生鉆井液漏失）。 在儲層鉆進過程中，地質、在儲層鉆進過程中，地質、錄井及時撈砂、檢測，根據(jù)錄

45、井及時撈砂、檢測，根據(jù)2 2個分個分支的砂樣分析評價認為，該井油支的砂樣分析評價認為，該井油氣顯示不理想，但實際開采時，氣顯示不理想，但實際開采時，初期產液為初期產液為27t/d27t/d，原油，原油19t/d19t/d；目前產液目前產液19t/d19t/d，原油，原油15t/d15t/d，是，是鄰井的鄰井的3 3倍。倍。例例1：沈采邊臺沈采邊臺-H21-H21雙分支水平井雙分支水平井 四、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用u 水基可循環(huán)微泡沫鉆井液體系在沈采的應用水基可循環(huán)微泡沫鉆井液體系在沈采的應用 長城鉆探工程技術研究院沈采邊臺沈采邊臺H H2626地層壓力系地層壓力系數(shù)為數(shù)為1.0031.003，從

46、，從20122012年年4 4月月3 3日轉型日轉型為可循環(huán)微泡沫鉆井液體系至為可循環(huán)微泡沫鉆井液體系至6 6月月3030日完鉆，順利完成了日完鉆，順利完成了2 2分支分支4 4魚魚剌的儲層鉆進，總進尺剌的儲層鉆進，總進尺1738m1738m，鉆，鉆進過程中儀器信號，泥漿泵上水進過程中儀器信號，泥漿泵上水均正常，沒有出現(xiàn)井漏現(xiàn)象。均正常，沒有出現(xiàn)井漏現(xiàn)象。 儲層鉆進時，將原無固相鉆儲層鉆進時，將原無固相鉆井液體系轉型為可循環(huán)微泡沫鉆井液體系轉型為可循環(huán)微泡沫鉆井液體系，密度從井液體系，密度從1.06g/cm1.06g/cm3 3 密密度降為度降為0.96g/cm0.96g/cm3 3 時，井口

47、返出時，井口返出大 量 原 油 ， 后 將 密 度 控 制 在大 量 原 油 ， 后 將 密 度 控 制 在0.98g/cm0.98g/cm3 3 1.01g/cm1.01g/cm3 3打完兩個打完兩個分支及分支及4 4個魚刺，在此過程中振動個魚刺，在此過程中振動篩表面始終有少量原油溢出，說篩表面始終有少量原油溢出，說明達到了近明達到了近/ /欠平衡鉆井的效果。欠平衡鉆井的效果。 例例2：沈采邊臺沈采邊臺-H26-H26雙分支水平井雙分支水平井 四、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用第一分支振動篩表面第一分支振動篩表面第二分支振動篩表面第二分支振動篩表面 長城鉆探工程技術研究院u 水基可循環(huán)微泡沫鉆井液在茨

48、采潛山探井的應用水基可循環(huán)微泡沫鉆井液在茨采潛山探井的應用 增加了一個灌注泵，以提高上水效率，可進一步降低微泡沫增加了一個灌注泵，以提高上水效率，可進一步降低微泡沫鉆井液密度。鉆井液密度。灌注泵與泥漿泵的連接示意圖 排量（m3/h）揚程（m） 轉速（rpm） 功率（kW）12045220055配置的灌注泵性能參數(shù) 該工藝已在茨114井上進行了試驗，可將可循環(huán)微泡沫的密度降低到0.89g/cm3,而不影響泥漿泵上水。 備注：灌注泵工程院自帶。四、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用 長城鉆探工程技術研究院 茨114井為2013年2月施工的一口直探井，根據(jù)鄰井地層壓力系數(shù)預測結果，預測Ar壓力系數(shù)為1.073，為

49、更好的揭示太古界潛山內幕的含油氣情況，決定采用可循環(huán)微泡沫鉆井液。 將鉆井液密度降至0.96 g/cm3后開始三開鉆進，灌注泵投入使用后，鉆井液密度控制在0.90 g/cm3，密度最低為0.89 g/cm3，粘度約50s，泵壓穩(wěn)定在9.5MPa以上，較好的解決了可循環(huán)微泡沫鉆井液對泥漿泵上水的影響，順利的完成了設計井段的施工任務。例例1 1：茨茨114114井的應用井的應用四、現(xiàn)場應用四、現(xiàn)場應用 長城鉆探工程技術研究院 茨茨120120井是勘探開發(fā)項目部井是勘探開發(fā)項目部20132013年在遼河東部凹陷茨榆坨構造帶中部部年在遼河東部凹陷茨榆坨構造帶中部部署的一口重點預探井，儲層壓力系數(shù)為署的

50、一口重點預探井，儲層壓力系數(shù)為0.950.950.98g/cm0.98g/cm3 3, ,鉆進過程中微泡沫鉆進過程中微泡沫鉆井液密度控制在鉆井液密度控制在0.870.870.92g/cm0.92g/cm3 3, ,由于鉆井過程中的井眼壓力小于或接近由于鉆井過程中的井眼壓力小于或接近于地層壓力，實現(xiàn)了欠平衡鉆井的目的，鉆進與循環(huán)過程中油氣顯示活躍，于地層壓力，實現(xiàn)了欠平衡鉆井的目的，鉆進與循環(huán)過程中油氣顯示活躍，全烴最高達全烴最高達100%100%，并多次點火成功，火焰最高達，并多次點火成功，火焰最高達6 6米。米。 該井欠平衡鉆井井段為該井欠平衡鉆井井段為2785-40052785-4005米，鉆井進尺米，鉆井進尺12201220米，鉆井過程中無米，鉆井過程中無任何井下復