微泡沫钻井液的稳定性研究与应用.pdf

第 3 8卷 第 6期 2 O 】 0年 1 1月 石 油 钻 探 技 术 P E I 、 I t I EUM I RI I i I N r ECHNI QUES V I _ 38 NO ．6 N v ．． 20l ． ．固井与 泥 浆 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 O 1 0 ． 0 6 ． 0 1 6 微泡 沫钻 井液 的稳定性研究 与应 用 王桂 全 孙 玉学 李建新 孙 良伟。 1 ．f 罔石油大庆油 【壬 i 有限责任公 司 第 采油厂 ， 黑 龙江 大庆1 6 3 1 1 3 ； z ．东北石 油大学 石油T程学 院， 黑龙江 大庆 1 6 3 3 1 8 3 ．L f 】 同石 油大庆 油【 I I 有 限责任公 司 采油 r 程研究院 ， 黑龙江 大庆 l 6 3 4 5 3 摘要 分析 微 泡 沫 钻 井 液 的 稳 定 性 是 评 价 该 类 钻 井 液 性 能 的 关键 。 目前 ， 通 常 用 泡 沫 半 衰期 来衡 量 微 泡 沫 钻并液的稳定性 。分析 了影响微 泡沫钻井液稳定性的 因素 ， 利用发泡体积和 出液半衰期等 宏观 参数 优选 了发 泡剂 的 类 型 及 加 量 。 配 制 了微 泡 沫 钻 井液 ， 并 采 用 近 红 外 分 散 扫 描 仪 对 两 种 密 度 的 微 泡 沫 钻 井 液 进 行 了 红 外 扫 描 测 试 ， 结果表明 ， 所 配制的微 泡沫钻井液是均质 的。介 绍 了微 泡沫钻井液在 吉林 油田海 3 9井的 应用情 况， 与常 规水基钻 井液对 比发现 ， 微 泡沫钻井液能够 明显提 高机械钻 速及 测井的一 次成功 率。 关 键 词 泡 沫 钻 井 液 ；稳 定性 ；半 衰期 ；发 泡 剂 ；海 3 9井 中 图 分 类 号 i E2 5 ,1 ． 1 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 S t a b i l i t y o f M i c r o Fo a m Dr i l l i ng Fl u i d a n d I t s Appl i c a t i o n W a n g Gui qu a n Su n Yu xu e Li J i a n xi n S u n Li a ng we i 。 1 ．No ． 3 Oi l Pr o du ，f J ，Da q i n g ’ Oi Fi e l d Co ． Lt d． ， Da q i n g ‘ ， He i l o n g J i a n g， 1 6 3 l 1 3， C h i n a； 2 ．Pe t r o l e u m Engi n e e r i n g Dt s t i t u t e f J ／ No r ／ f ] e as l Pe t r o l e um Un i v e r s i t y，Daq i n g，H e i l on g i an g，1 6 3 31 8，Chi n a； 3 ．Oi l Pr o du ’ t i o n [ n s t i t u t e J f Da q i , 2 g Oi l Fi e l d Co ． Lt d． ， Da q i n g， He i l o n g j i a t t g， 1 6 3 4 3 3， 、 i n a Ab s t r a c t Ana l y s i s of t he s t ab i l i t y of mi c r o f o a m dr i l l i ng f l ui d pe r f or ma nc e i s i m p o r t a nt t o e v a l ua t e d r i l l i ng f l ui d pr o pe r t i e s ．Cu r r e nt l y ha l f l i f e o f f o a m i s us u a l l y us e d t O m e a s u r e d r i l l i ng f l ui d s t ab i l i t y． Thr ou g h a na l y z i ng t h e f a c t or s a f f e c t i n g dr i l l i ng f l u i d s t a b i l i t y， t h e t yp e a nd a mou nt of f oa mi n g a ge n t we r e o p t i mi z e d u s i n g pa r a m e t e r s s uc h a s f o a mi ng v o l un l e a nd ha l f l i f e o f t he f i l t r a t e ． Us i n g ne a r i n f r a r e d s c a n ne r t h e t wo m i C F O f oa H ]dr i l l i n g f l u i d s wi t h di f f e r e nt d e ns i t y wa s s c a nn e d． Th e r e s u l t s s ho w t b a t t h e f o r m u l a t e d d r i l l i n g f l u i d i s h e n l o g e n e o u s ． Ap p l i c a t i o n o f t h i s mi c r o f o a m d r i l l i n g f l u i d i n W e l l Ha i 3 9 i n J i l i n Oi l f i e l d Wa S i nt r edu c e d ． ompa r e d wi l h c o nv e n t i o na l wa t e r ba s e d d r i l l i ng f l ui d， i t c a n i m pr o v e t he r a t e o f pe n e t r a t i o n a nd S uc c e s s r a t e of 1 og gi n g． Ke y wo r d sf o a m 1 l i n g f l ui d； s t a bi l i z e r； ha 1 f l i f c； f o a n l c r ； W c1 1 Ha i 3 9 微 泡 沫钻 井 液 是 应 ，L } J 广 泛 的低 密 度 井 液 。 在微 泡沫 钻井 液 的设 计 和 实 际 麻 f f 1 ． 选 择 I 卜 确 的 评价方 法 对其稳 定 进 行 性 研 究 。r 微 泡 沫 钻 升 液 的稳 定性 能 ， 对 发 展 和』 泛 心 川 以 ， 支 俅 钻 仆 施 一 1 的 和J 进 币 的意 义。 1 影 响微泡沫钻井 液稳定 性 的因素 泡沫 的稳 定性 天 系剑 泡 沫 流体 的稳 定悱 ， 仙 泡 沫是 热 力学不 稳定 体 系 ， 此 ． 仃必 要研 究影 响其 稳 定 性 的各种 素 。分 析 认为 。 影 响 微 泡 沫 钻井 液稳 定性 的l 素仃 内 和外 类 。 1 ． 1 内 因 响 微 泡 沫铺 井 液 稳 定 的 内 【 夫 I 有 两个 液 膜 的 收 稿 日期 2 0 0 9 0 5 0 8 ； 改 回 日期 2 O l 0 l O - l 作者简介 王桂 全 1 9 8 3 ． 男． 黑龙 江兰西人 ． 2 0 7午毕 lk于 大庆 石 油 学 院 石 油 工 程 专 此． l 0年 获 东北 石 油 大 学 油 气 井工 程 专 业硕 士 学 位 ． 主妥 从 事 油 气 田 开 采 方 而 的 研 究 工 作 联 系 方 式 01 5 8 5 3 3 2 7． wa tl g gt ] i q u a i／2 0 0j “l ．C O I l 1 排液作 用和气 体透 过液膜 的扩 散作用 。两 者均 与液 膜 性质 及 液膜 与 P l a t e a u边 界间 的相 互作 用有 直 接 关系 。 液膜 的排 液 作 用 液 膜 的排 液有 两个 过 程 ， 第 一 个过 程为 液膜较 厚 时 的重 力 排 液 ， 第 二个 过 程 为 液膜较 薄时 的 曲面压 排液 。 气体 透过液膜 的扩 散作 用 微 泡 沫钻井 液 中气 泡 的大小总是 不均 匀 的。根据 L a p l a c e方程 ， 小气 泡 内气 体的压力大于大气泡 内气 体 的压 力 ， 在压差 作用 下 ， 小气 泡 内的气 体会 透过 液膜 扩 散到 大气 泡 中 ， 导 致 小气泡逐渐变小 ， 大气泡逐渐 变大 ， 最终趋于破灭 。 1 ． 2 外因 地 层水 的侵入 地层水 中含 有 的大量无 机 电解 质 侵入微 泡沫 钻井液 ， 影 响其稳 定性 。 地 层原 油的侵入 油 对微 泡沫有 抑制 和破坏 作 用 。原油 对微 泡沫 的破坏是 通过 在液 膜表 面铺 展 或 者 以小 油珠形 式进入 液膜 而实现 的 。 地 层酸 性气体 的侵入 地层 酸性 气体 如 C 。 、 H s等 的侵入， 引起微泡沫基液的 p H 值下降， 导 致 某些起 泡剂 和稳 泡 剂 在 酸性 条 件 下失 效 ， 从 而 最 终 使微 泡沫 的稳 定性 下 降 。 温 度 温 度 升高 ， 微 泡 沫钻 井 液 的稳 定性 迅 速 下 降 2 微泡沫钻井液稳 定性 的评价方法 目前 ， 微 泡 沫 钻井 液 的稳 定性 评 价 方法 主 要有 两 种 测 量微泡 沫 的稳 定 时 间 和采 用 近红 外 扫 捕 分 散 稳定性 扫描 仪 进 行 扫 描 。测 量 微 泡 沫 的 稳 定 时 间 ， 其 主要 测量 指标 为 出液半衰 期 、 微 泡沫 寿命 、 微 泡 沫液体 的析 出速率 等指标 。 3 微泡沫钻井液稳 定性试验 3 ． 1微泡沫 室 内发泡条 件的 确定 3 ． 1 ． 1 标 定 转 速 根据 实验 室情况 ， 选用 7 6 1型恒 温玻璃水 浴 电 动搅拌仪 ， 采 用稳压 电源进 行供 电， 用 数字化 转速 测 试 仪校 正转 速 ， 标定 稳定 转速档 位为 4 、 5 、 6和 7档 ， 对 应 的转 速分 别为 6 0 0 、 9 0 0 、 1 2 0 0和 1 5 0 0 r ／ rai n 。 3 ． 1 ． 2 搅拌 叶 片的选 定 搅 拌 叶片 关 系到 微 泡沫 的发 泡 程 度 、 气 泡 的尺 寸及 微泡 沫 的分 布状 况等 。在相 同情况 下对 普通搅 拌 片和双 叶搅拌 片进 行 比较 发 现 普通 搅 拌 片 的搅 拌效 果不 理想 ， 发 泡不 充 分 ， 微 泡 沫分 布 不 均匀 ， 微 泡 沫稳定 性差 ； 而双 叶搅拌 片 的搅 拌效 果较 好 ， 发泡 充分 ， 微泡 沫分 布均匀 ， 微泡 沫较稳 定 。两种搅 拌 片 的效 果 比较见表 1 。 搅拌 片 发泡总体积／ mI 出液时间／ rai n 出液半衰期／ h 3 ． 1 ． 3 搅 拌 片距 离搅 拌容 器底部 高度 的确 定 搅 拌 片距 离 搅 拌容 器 底部 太高 ， 则底 部 搅拌 不 充分 ， 发泡 质量差 ， 有少 量沉 淀 ； 反 之 ， 则 容易触 及容 器底 部 。经 比 较 发 现 ， 距 离 容 器 底 部 4 ～ 7 mm 最佳 。 3 ． 1 ． 4 发 泡 时 间 的确 定 发泡 时 间直 接 影 响微 泡 沫质 量 的好 坏 ， 发 泡 时 间短 ， 搅拌 不充分 ， 发泡 时 间也不宜 过长 。经试 验观 察得 到 ， 搅 拌时 间为 5 ～6 h时 ， 微 泡沫 趋 于稳 定 ， 再 搅拌 基本 不变化 。 3 ． 2发泡 剂类型 及加 量优选 3 ． 2 ． 1 发 泡 剂优 选 基浆为 4 ． 0 9 ／ 6 黏 土 0 ． 3 KP A 1 ． 0 铵 盐 2 ． 0 YTF～l。 取 基浆 2 5 0 mI ， 分 别加 入 VF 一 1 、 V F 一 2 、 D F 一 1 、 D F 一 2 、 F P 1 2 等 5 种 发泡剂 ， 在 1 2 0 0 r ／ mi n转 速下搅 拌 5 h测量发泡体积 和出液半衰期 ] ， 结果见表 2 。 发泡剂 发泡体积／ mI 出液半衰期／ h 注 5种发泡剂的加量均为 2 ． 0 。 由表 2可知 ， D F 一 1 发 泡剂是 最佳选 择 。 第 { 8卷第 6期 王 桂 全 等 微 泡 沫 钻 井液 的 稳 定性 研 究 与 应 用 3 ． 2 ． 2发 泡 剂 加 量 优 选 基 浆 不 变 ， 取 2 5 0 mI 基 浆 分 别 加 入 0 ． 5 ％、 1 ． 0 、 1 ． 5 、 2 ． 0 、 3 ． 0 、 4 ． 0 、 5 ． 0 的 DF一 1， 在 1 2 0 0 r ／ ini n转速 下搅 拌 5 h ， 测 量 发 泡体 积 和 出 液半 衰期 ， 结果 见 表 3 。 发泡体积／ mI 出液半衰期／ h 由表 3可 知 ， D F 一 1的最佳 加量 为 2 ． 0 。 3 ． 3微 泡沫 密度 与转 速 、 发 泡 剂加 量 的关 系 为考察 转速 、 发 泡剂 加 量与 微泡 沫密 度 的关 系 ， 测 量 了不 同发泡 剂 加 量 ， 在 不 同 转 速 下 所形 成微 泡 沫 的密 度 ， 结 果见 表 4 。 DF 一 1 加量 ， 转速／ r r n i n 密度／ k gL 基 得 蝌 1 O0 5 0 O 1 0 O 篓5 0 O - n-r 0 2 0 4 0 6 0 一 j - l _L - ● l 1 - - ’ 0 2 0 4 0 6 O 高度／ m m 00 OO O1 1 4 0 2 2 9 0 3 4 4 04 59 0 6 1 4 0 7 2 9 08 44 09 59 l1 1 4 1 2 29 1 3 44 1 4 59 1 6 1 4 1 7 29 1 8 4 4 1 9 5 9 2 1 1 4 2 2 2 9 23 4 4 图1 密度0 ． 7 5 k g ／ L 微泡沫动态稳定试验结果 Fi g． 1 Dynami c s t a be t e s t i ng r e s ul t s of m i c r o f o am wi t h t he de ns i t y o f 0． 75 k g／ L 1 00 得5 O O 善 槲 高度／ m m 图2 密度0 ． 8 5 k g ／ L 微泡沫动态稳定试验结果 Fi g．2 Dynami c s t a be t e s t i ng r e s ul t s of mi c r o f oa m wi t h t he de ns i t y of 0 ． 85 kg ／ L 钻 井液 在 相 同的 时 间 内 ， 初 始 密 度 低 的微 泡 沫 钻井 液 反射 率 下降 幅度 较大 ， 即随发 泡剂 的加 量增 大 ， 微 泡 沫稳 定性 越 好 。由 图 1 、 图 2中的 第 一 条 曲线 可 知 ， 如果 忽 略试验 时 移液 造成 的误 差 混入 了空 气 ， 在样 品有 效测 试 段 ， 每 种 微 泡 沫 的 反射 率 曲线 基 本 呈一 条水 平 直线 ， 由此 可 看 出所 配 制微 泡 沫 钻 井 液 是均 质 的[ 7 ] 。 从表 4可 以看 出 ， 发泡 剂加 量越 大 ， 微泡 沫形 成 后的密度越大； 在IN 一发泡剂加量下， 搅拌速度越4 现场应用 大 ， 微 泡 沫密度 越小 。 4 ． 1 现场 施 工情 况 3 ． 4微泡 沫红 外 扫描 动态 稳定 性试 验 对两种 密度 O ． 7 5 、 0 ． 8 5 k g ／ 微 泡 沫钻井 液进 行 了 2 4 h的红外 扫描 测 试 ， 每 1 5 r n i n测 试 一次 ， 结 果 如 图 1 、 图 2所示 。 从 图 1 、 图 2 可 以看 出 ， 两 种初 始 密 度 的微泡 沫 吉 林 油 田海 3 9 井 设 计井 深 2 2 1 0 ． 0 0 r n ， 完钻井 深 2 2 3 9 ． 8 0 I n ， 技术 套 管 下深 l 4 3 0 ． 4 6 In。二 开采 用两性 离子 聚 合物 钻 井液 ， 其 配 方为 4 ． O 0 黏 土 0 ． 1 5 ％～0 ． 3 O F A 3 6 7 2 ． 0 0 HA树 脂 1 ． 0 0 ～ 1 ． 5 0 NH 一 HP AN。三开 1 4 3 0 ． 4 6 ～2 2 3 9 ． 8 0 In 井 厦盏 ∞ H M H 璺 三 0 O 0 O 0 0 O ∞∞ 加 石 油 钻 探 技 术 段 采 用 微 泡 沫 钻 井 液 ， 其 配 方 为 4 ． 0 黏 土 0 ． 3 KP A 1 ． 0 铵 盐 2 ． 0 Y T F一 1 0 ． 1 F A3 6 7 2 ． 0 DF 一 1 。在 钻 进 过 程 中 ， 每 钻 进 5 0 I n ， 加入 2 5 k g D F - 1进 行维 护 ， 同时用 F A3 6 7和 铵 盐 胶液 维护 。微泡 沫 钻 井液 性 能 稳定 ， 密度 控 制 在 0 ． 8 2 ～0 ． 9 4 k g ／ I ， 携 岩效 果好 ， 钻 至井 深 2 2 3 9 ． 8 0 m 完 钻 ， 起钻 前处理 钻 井 液 ， 加 消 泡剂 消泡 ， 测 井 一 次 成功 。钻井 液性能 参数见 表 5 。 测试阶段 密度 ／ k gI 黏度／ s 滤失量，／ mI 4 ． 2对 比分 析 海 3 9井 应 用 微 泡 沫 钻 井 液 ， 钻 进 裸 眼 井 段 8 0 9 ． 3 4 m， 现场 施 工 表 明 ， 微 泡 沫 钻 井 液 能 够 满 足 易塌 地层 姚家组 的钻 井 施 工要 求 ， 平 均 井 径扩 大 率为 4 ． 9 ， 复杂层段 平 均井径 扩大率 为 9 ． 7 。 对 比微 泡沫 钻井液 与 常规 水基 钻井 液的施 工情 况 见 表 6 可 以看 出 ， 微 泡 沫 钻 井 液 能 够 明显 提 高 机械钻 速 ， 提高测 井 的一 次成 功率 。 5 结 论 1 影 响泡 沫 钻 井液 稳 定 性 的 因素 有 内因 和外 因两类 。内因是 液膜 的排液作 用和 气体透 过液 膜 的 扩散作用 ； 外因是储层流体 的侵入以及温度等条件 井号 钻井液类型 漏失位置／ m 漏失量／ m。 堵漏一 次成 处理井漏 功率， 时间／ h 机 械 钻 萼 测 井 次 数 m h 的变化 。 2 微 泡沫 钻 井 液 密度 随搅 拌 速 度 的 提 高 而 降 低， 随发泡剂加量的增大而增大。 3 微 泡沫 评 价 试 验结 果 和 红 外 扫 描 动 态稳 定 性试 验表 明 ， 所配 制 的微 泡沫 是稳定 的 ， 均匀 的 。试 验证 明 ， 用 红外扫 描 仪 评价 泡 沫 钻井 液 体 系 稳定 性 的方 法是完 全可行 的 。 4 现场应用 表 明 ， 微 泡沫钻 井 液能 够 明显 提高 机械 钻速及 测井 的一 次成功 率 。 参 考 文 献 [ 1 ] 张 中宝 ， 李彦岭， 王贵， 等． 高温高压 水基微泡沫钻 井液静密 度 研究E J ] ． 石油钻探技术， 2 0 0 8 ， 3 6 3 6 6 6 8 ． Zh a n g Zh o n g b a o L i Ya n l i n g， W a n g Gu i ， e t a 1 ． S t u d y o n HTH P d e n s i t y o f wa t e r b a s e d mi c r o f o a m d r i l l i n g f l u i d s J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g Te c hn i q ue s ， 2 0 0 8， 3 6 3 6 6 - 6 8 ． E 2 ] 李波 ， 隋跃华 ， 郭 建国， 等． 可循环泡 沫钻井液技 术在侧平 1井 中的应用2 J ； ． 钻采t艺， 2 0 0 0 ， 2 3 2 7 9 8 O ． I ． i Bo，S u i Yue h ua ，Gu o J i a n g u o，e t a 1 ．Ap pl i c a t i o n o f t he c i r c u l a t a bl e f o a m d r i l l ing f l u i d t e c h n o l o g y o n Ce p i ng l W e t l [ J ] ． Dr i l l i n g＆ ．P r o d u c t i o n Te c h n o l o g y ， 2 0 0 0， 2 3 2 7 9 80 一 ～ 一 一 ～ 一 ～ 一 一 一 ～ 一 ～， 一 ～ 一 一一一一～一一一一一～一～一一一一一一一一 一一