泡沫钻井流体消泡技术研究进展

泡沫钻井技术具有携岩能力强、耗气量少、能够防止地层漏失、有效处理地层出水等优点.从钻井实践看,泡沫流体稳定性强,返至地表后难以消泡,泡沫基液只能一次性使用,泡沫材料消耗多、成本高,制约了泡沫钻井技术的发展.对国内外现有消泡技术进行了调研分析,对自然消泡法、物理消泡法和化学消泡法的消泡机理及特点进行了详细介绍和分析.     

可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用

针对川东北地区上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,常规钻井液钻井机械钻速低,而气体钻井由于地层出水无法顺利进行的技术难点,研发了适合该地区上部地层钻进的空气泡沫流体配方,研制了HX-350型环隙式机械消泡器,形成了可循环空气泡沫钻井技术。元坝10井Φ660.4 mm导眼段应用了可循环空气泡沫钻井技术,该井段的平均机械钻速为4.88 m/h,与邻井常规钻井液钻井井段相比,平均机械钻速提高了3倍;消泡器消泡效果显著,累计回收泡沫基液2230 m3,节约清水2230 m3,污水处理量减少2230 m3,并大大减少了发泡剂的消耗。应用结果表明,可循环空气泡沫钻井技术能有效解决大尺寸井眼的携岩问题,实现泡沫基液的循环利用,大幅度降低泡沫钻井成本,具有广阔的推广应用前景。      

空气泡沫钻井模拟试验装置

高效携岩和有效消泡是空气泡沫钻井安全、优质、高效钻进的重要保障,而模拟试验装置是开展相应研究的关键设施和必要手段。设计了空气泡沫钻井模拟试验装置,并就试验装置的设计思想、设计原则、主要结构参数及研制过程进行了详细的分析。该泡沫钻井试验装置可以观察不同气液比条件下的泡沫流动状态、环空压力损失,可以进行垂直井、大斜度井以及水平井空气泡沫携岩方面的试验研究。可以考察风量、风压、泡沫性质对机械消泡装置消泡效率的影响规律,为机械消泡装置的结构优化设计提供了重要的理论和试验依据。     

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,并提出了其发展趋势.     

泡沫钻井液循环利用新技术研究

现有的消泡系统或设备因其自身的缺陷未收到应有的消泡效果,且把消泡后的气体直接排入大气,对空气造成一定污染。为此,提出了泡沫钻井液循环利用新技术。该技术不用对返出泡沫加压,1次流程即可实现5次消泡,效率高,实现了泡沫基液和气体的重复利用,既可应用于泡沫钻井过程中对返出泡沫的消泡,亦可应用于一般的工业消泡。用一般的筒体或加工稍精的筒体替代真空壳体,以粗略验证新型消泡系统的消泡效果,验证结果表明,简化真空壳体后消泡系统的消泡效率可达78%,而新型消泡系统的壳体精度更高,消泡效率会高于78%。     

泡沫钻井用热辐射物理消泡装置研制

泡沫钻井液能降低压持效应、提高机械钻速,适用于低压、易漏失地层的钻井、完井、修井等工艺,但出井钻井液存在消泡问题。利用温度和负压联合作用消泡机理,研制了热辐射物理消泡装置,能够提高消泡效率,降低能耗,实现基液循环利用。重点介绍了该装置的结构、自动控制技术,以及热辐射管的选择和安装。     

泡沫钻井液消泡技术

为了解决泡沫钻井液的循环利用问题, 迫切需要发展一种经济环保的消泡技术。在分析泡沫钻井液组成、 泡沫钻井液体系以及现有消泡技术的基础上, 着重阐述了化学消泡技术和物理消泡技术的消泡机理, 对目前常用的消泡剂的种类及其特点进行了系统的研究, 分析了采用化学消泡技术所存在的诸多不足和问题, 并对现有物理消泡技术进行了系统的分析。通过研究发现, 物理消泡技术具有经济、 环保、 可循环利用的优势, 现场应用前景广阔, 物理消泡内在机理的深入研究、 调控方法和相关工艺技术的开发是今后泡沫钻井液消泡技术发展的重要方向。     

气基流体柴油机尾气钻井工艺技术

一般气体钻井选择空气作为循环流体,但是在某些地质构造及大多数含有天然气的地层中,应用空气进行钻井、修井、完井时,易发生井下失火、爆炸等事故,造成较大的经济损失.因此在现有气体钻井设备基础上,大量实践证明,利用气基流体柴油机尾气和充气(柴油机尾气)及柴油机尾气泡沫流体的钻井工艺技术是能满足钻井修井作业的.选择柴油机尾气作为循环流体进行钻井的目的是避免井下着火、爆炸的发生.由于柴油机尾气钻井的成本低于氮气、天然气钻井的成本,因而在某些地区被得到了广泛利用.介绍了柴油机尾气钻井的工艺技术及其应用.     

环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液的研究与应用

欠平衡钻井工艺及水平井钻井工艺在提高采收率、节约钻井成本和保护油气藏等方面具有显著的优势.开展了环保型欠平衡水平井可循环泡沫钻井液研究,室内筛选了发泡剂、稳泡剂、抑制剂,研制了适合欠平衡泡沫水平井钻进的环保型可循环雾化泡沫钻井液配方,并对其抑制性、抗污染能力(抗岩屑、抗地层水、抗油)进行了实验研究.在现场应用过程中,通过优选配方及合理的优化钻井参数及钻井工艺,实现泡沫可回收利用,提高泡沫钻井液的环保性;同时实现泡沫水平段钻进,打开了储层,确保了地质录井及时发现储层,在环保的同时有效降低了钻井成本.     

泡沫钻井携岩极限井深模拟与实例研究

泡沫钻井环空流道中的两相流体随压力和温度的变化,其泡沫质量和流速随井深连续减小,当井深超过一定范围时,循环流体的液体体积系数增大,流型发生突变,由泡沫流转换为气泡分散流,气泡间无干扰,不存在高强度液膜,其悬浮能力、切力和流速值很低,无法实现高机械钻速下的有效携岩。该井深值被定义为泡沫钻井的"极限井深"。结合新疆油田泡沫钻井沉砂卡钻的实例,从泡沫的悬浮和携带岩屑的机理研究入手,对现场数据进行模拟和分析,充分论证了泡沫存在携岩的"极限井深"的科学性,认为泡沫钻井超过井深4000m后需进行其携岩能力评价,并采取相应的有效措施以提高泡沫携岩能力。     

国外微泡沫钻井液技术新进展及探讨

综述了近10年国外微泡沫钻井液技术的研究及应用进展,总结了国外在微泡沫微观机理及其体系流变性能等方面取得的认识。针对目前的技术现状,提出了微泡沫尺寸与地层孔隙喉道半径匹配关系认识不清、微泡沫引起的堵塞、室内评价与现场应用效果差异较大等几方面的问题。在此基础上,分别从微泡沫体系在多孔介质中的渗流规律及影响因素、微泡沫钻井液用化学剂、微泡沫钻井液制备方法3个层面,探讨了该技术的研究方向。即要建立数学模型定量描述微泡沫尺寸与多孔介质中匹配关系,从而为微泡沫在不同储层中的应用提供理论参考;研究微泡沫产生的"贾敏效应"对储层流体渗流能力的影响,避免微泡沫钻井液施工后可能引起的产液量下降问题;建立实验室与现场制备条件的对应关系,统一关于微泡沫钻井液的制备规范或标准。     

国外微泡沫钻井液技术新进展及探讨

综述了近10年国外微泡沫钻井液技术的研究及应用进展,总结了国外在微泡沫微观机理及其体系流变性能等方面取得的认识。针对目前的技术现状,提出了微泡沫尺寸与地层孔隙喉道半径匹配关系认识不清、微泡沫引起的堵塞、室内评价与现场应用效果差异较大等几方面的问题。在此基础上,分别从微泡沫体系在多孔介质中的渗流规律及影响因素、微泡沫钻井液用化学剂、微泡沫钻井液制备方法3个层面,探讨了该技术的研究方向。即要建立数学模型定量描述微泡沫尺寸与多孔介质中匹配关系,从而为微泡沫在不同储层中的应用提供理论参考;研究微泡沫产生的"贾敏效应"对储层流体渗流能力的影响,避免微泡沫钻井液施工后可能引起的产液量下降问题;建立实验室与现场制备条件的对应关系,统一关于微泡沫钻井液的制备规范或标准。      

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。      

泡沫钻井液高温高压密度特性模拟实验研究

借助新研制成功的钻井液高温高压密度模拟实验装置 ,建立了泡沫钻井液高温高压密度特性模拟实验方法 ;并针对 3种欠平衡泡沫钻井液配方 ,分别开展了高温高压密度特性模拟实验研究 ,得出稳定泡沫钻井液体系密度随温度和压力的变化规律 ,为进一步开展欠平衡钻井液井下静液柱压力的预测研究奠定了基础     

泡沫钻井技术在出水地层中的应用

气体钻井技术的大规模推广应用取得了显著的钻井提速和储层保护效果,但地层出水造成岩屑黏结成团、返出不畅成为干气体钻井技术的主要障碍之一。为此,开展了稳定泡沫钻井技术的深化研究,并从泡沫的极限携水能力、钻井参数优化、泡沫基液配方以及现场工艺等方面开展了相关试验,获得以下成果和认识:①通过计算确定了不同条件下泡沫钻井的极限携水能力,优化了泡沫钻井参数,研制了满足不同钻井条件下的泡沫基液配方,形成了泡沫钻井现场工艺;②泡沫钻井在四川盆地龙岗、元坝区块的试验应用表明,该技术能有效地治理地层出水,井漏复杂,提速效果显著,平均钻速是相同条件下钻井液钻进的1.82倍,钻井周期同比缩短6d,为气体钻井处理含水层提供了一条有效途径;③当前泡沫钻井循环利用效果不理想,占用沉沙池体积大,可循环利用效果差,可循环泡沫钻井技术进行是其发展的一个重要方向。     

蓄能液气泡钻井液的制备

针对普通泡沫流体抗压能力弱的缺点,研究了蓄能液气泡的制备原理,并设计研制出了蓄能液气泡钻井液发生装置,其可提供在0.1~20 MPa不同压力下产生的蓄能液气泡钻井液。蓄能液气泡内部是黏膜包裹的独立内气核,外部是由表面活性包裹水分子构成的双层膜结构,平均粒径约为0.29 mm,累计体积分布最多的气泡直径在0.25~0.33mm之间。研究表明:与常规泡沫相比,蓄能液气泡表现出很强的抗压能力,例如成泡气核压力为0.5 MPa的蓄能液气泡,其直径随压力的增加而下降,当压力增加到5 MPa时气泡直径分布在0.29 mm左右,压力大于7 MPa后气泡体积不再发生较大变化,趋于稳定,而且仍然能够有效降低钻井液密度。蓄能液气泡钻井液是对泡沫流体认识的一次飞跃。     

欠平衡钻井完井液技术（Ⅱ）—气体型完井液技术

在低压储进行欠平衡钻井时常选用气体型低密度流体,综述了气体流体的发展简史和特点,并分别详细介绍了空气（或天然气）,雾,充气钻井液,稳定泡沫钻井液,硬胶泡沫钻井液的优缺点,关键技术,相应的性能测试以及测试与评价方法。     

泡沫钻井液颗粒沉降对密度变化规律的影响

泡沫钻井液密度的变化是其应用过程中考虑的重要参数之一,为了研究颗粒沉降对其密度的影响,通过实验测量不同起始密度的泡沫钻井液颗粒沉降引起密度随时间的变化关系,分析密度随时间推移变化的趋势,探求密度随时间变化的规律性.介绍了一种研究泡沫钻井液密度变化的方法,测定和分析了其密度随时间变化的关系,泡沫钻井液密度随时间的变化规律符合Boltzman公式的曲线形式,运用Boltzman公式进行数据曲线拟合,得到了密度随时间、泡沫起始密度等变化的经验公式.该公式的理论计算结果与实验结果相吻合,利用该公式可预测泡沫钻井液密度随时间的变化趋势.     

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欠平衡钻井由于有利于发现和保护油气层、提高钻速、降低成本,减少井漏及压差卡钻等复杂情况,而受到人们的高度重视。在已知的三种欠平衡钻井液体中,泡沫流体由于比空气钻井更安全,比雾化钻井液或纯气体钻井所需的设备功率更低,净化井眼能力更强,因而越来越广泛地应用于欠平衡钻井中。利用泡沫流体进行欠平衡钻井,是一种较安全的钻井技术,文章介绍了泡沫流体的组成、性能、特点及作用,分析了泡沫流体钻井中常见问题并提出了一些建议。     

印尼KSO Benacat区块低密度微泡沫钻井液技术

印尼KSO Benacat区块属于低压低渗地层,前期采用常规钻井液钻进发生多次井漏,并引起卡钻,造成很大的经济损失。为解决现场存在的此类问题,使该区块后续钻井施工能顺利进行,以表面活性剂JM为发泡剂,生物聚合物PF-XC为稳泡剂,配制了低密度微泡沫钻井液。由室内试验可知,微泡沫钻井液的稳泡时间可达96 h,岩屑滚动回收率可达94.0%,渗透率恢复率可达92.4%。2口井的现场试验表明,该钻井液可以有效减少井下故障、显著提高机械钻速,还有利于保护储层,可大大降低由钻井液侵入对油气层的损害。研究表明,研制的低密度微泡沫钻井液能够满足印尼KSO Benacat区块的现场钻井要求,并对同类地层的安全快速钻进具有借鉴意义。