消泡研究进展

详细介绍了泡沫产生原因、消泡机理、消泡剂主要化学成分和类型,概述了工业用消泡物质及在相关工业中消泡剂的应用情况。     

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。     

微泡钻井液

微泡钻井液是把某些表面活性剂与聚合物结合在一起产生一种微泡。在渗透性地层中这些微泡能聚集形成坚韧的具有弹性的屏障，从而阻止钻井液的漏失。     

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.     

一种含硼钻井液起泡剂的合成与性能

在实验室由环氧氯丙烷制得3-氯-1,2-丙二醇,后者与十二胺反应制得十二烷基胺甲基乙二醇,再与硼酸在甲苯中反应制得棕红色黏稠液体状十二烷基胺甲基乙二醇硼酸酯DAEB.根据红外光谱确证了DAEB的化学结构.根据水溶液表面张力测定值求得25℃时DAEB在蒸馏水中的临界胶束浓度为5.0×104mol/L,该浓度水溶液的表面张力为29.9 mN/m,表明表面活性良好.在量筒中用振荡法测定,50 mL 1%DAEB水溶液的起泡高度为160mm,半衰期＞12 h.加入1%DAEB、0.2%CMC、0.2%CMS及0.2%KCl的4%膨润土微泡沫钻井液,无论原配制状态还是在80℃、120℃滚动16 h后,稳定时间均＞24 h,各项性能良好,表明耐热性好.     

聚合物钻井液消泡剂室内实验研究

以钻井液的密度恢复率为评价指标,对适用于聚合物钻井液体系的多种消泡剂进行了评价,并讨论了消泡剂对钻井液流变性能的影响,以及温度和钻井液添加剂对消泡剂消泡效果的影响。结果表明,纯物质消泡剂都难以满足经济适用的要求,复配出的含硅油类消泡剂消泡效果好,对钻井液性能基本无影响,其中CR-1、CR-2和CR-3采用的是油基辅剂,它们加量为0．4％时,钻井液的密度恢复率可达到98％。FT-l添加剂对含硅油类消泡剂的消泡性能有一定影响。     

钻井液用有机硅消泡剂的制备与评价

研究了以有机硅为主体的乳液型钻井液消泡剂。通过实验确定了淡水泥浆中有机硅消泡剂最佳配方及制备条件为：有机硅质量分数15％,乳化剂质量分数5％,乳化温度80℃,乳化时间30min;盐水泥浆中有机硅消泡剂最佳配方及制备条件为：有机硅质量分数18％,乳化剂质量分数7％,乳化温度80℃,乳化时间30min。性能评价表明,该消泡剂具有用量少、与钻井液配伍性好、抗盐、抑泡能力强等特点,消泡效果优于传统钻井液消泡剂。     

油基钻井液用固体乳化剂的研制与评价

为解决油基钻井液常用液态乳化剂黏度高、流动性差,而常见固体乳化剂乳化效果差、制备步骤复杂的问题,通过简单的酰胺化反应制备了乳化能力强的油基钻井液用固体乳化剂EmuL-S。利用红外光谱分析了其结构,通过电稳定性、乳化率、析液量以及光学显微镜等手段考察了其乳化性能,并评价了以该乳化剂为基础配制的油基钻井液的性能。结果表明:固体乳化剂EmuL-S中含有设计要求的基团;当油水比为80∶20、固体乳化剂EmuL-S加量为3.3%时,形成的油包水乳状液的破乳电压大于1 000 V,乳化率大于90%,析液量小于0.7 mL,而且能抗180℃的高温;以固体乳化剂EmuL-S为基础配制的油基钻井液,密度最高可达到2.0 kg/L,抗温能力达到180℃,沉降稳定性高、流变性能优异,动塑比在0.21以上,破乳电压大于800 V,能抗15%水、15%劣质土、9%岩屑以及9% CaCl2的污染。研究表明,固体乳化剂EmuL-S具有优异的乳化能力和抗高温能力,并且具有制备简单、易于工业化生产的特点,可以解决现有乳化剂存在的问题。      

钻井液pH值的影响因素研究

讨论了各种因素引起钻井液pH值降低的原因并研究了滚动老化后放置时间、老化温度及含盐量的影响。参考胜利油田聚合物钻井液配方,由6%膨润土浆与多种处理剂配成实验淡水钻井液。pH值12.87的淡水钻井液在150℃老化16小时后,pH值随时间而降低,46小时降至10.01。在不同温度下（80-150℃）老化16小时后,该钻井液的pH值在前15小时内下降较快,此后下降缓慢,老化温度越高,pH值下降越快,降幅越大。在该钻井液中加入活性再生盐配成的盐水钻井液,150℃老化后pH值下降的幅度随含盐量增大（1%-35%）而增大。表面活性剂对150℃老化后饱和盐水（35%NaCl）钻井液pH值降低的影响程度因类型而不同,加量0.1%-0.5%时稳定该钻井液pH值的作用,阳离子型的CTMAB基本上无,阴离子型的AS和ABS很微弱,非离子型的Tween-80、OP-10、Span-80稍好,ABS/OP-10和OP-10/Span-80复配物更好,但稳定作用均不够强,老化后该钻井液的pH值一般均低于10.0。图4表4参6。     

可循环自动发泡钻井液技术

在优选表面活性剂、协同稳泡聚合物的基础上,进行了可循环自动发泡钻井液体系配方的优化,研制出了一种由聚合物基液和发泡剂组成的新型可循环自动发泡钻井液体系.性能测试结果表明,优选配方的聚合物基液完全能满足油气田的常规钻井需求,当添加发泡剂后,形成的泡沫钻井液同样具有很好的综合性能,适合油气田的欠平衡钻井.     

微泡钻井液新技术在北海衰竭地层中的应用

钻衰竭油藏涉及到许多技术和经济问题 ,常使得进一步开发老油田无利可图。大多数问题集中在不能控制漏失和压差卡钻。尽管较便宜的钻井液有可能伤害地层 ,但通常在特殊层段仍使用较便宜的钻井液 ,因为使用这些钻井液可以抵消昂贵的泥浆漏入地层造成的损失。如果作业者选择欠平衡钻井 ,那么在一些应用中为了安全作业所需的额外时间和设备就会严重降低项目的经济性。已经开发出一种钻进易漏地层时控制漏失的特殊钻井液 ,这种钻井液由特定的表面活性剂和聚合物组成 ,可以形成一种微泡体系或Aphrons体系 ,这些微泡或Aphrons包裹在一种独特的增黏体系中。设计的微泡钻井液通过控制衰竭、高渗砂岩地层的漏失同时稳定压实页岩或其他地层以帮助建井。微泡体系吸引人的特征之一是它不需要空气或泡沫钻井中使用的额外设备 ,也不需要增加成本和涉及安全的压缩机、高压水龙带以及连接装置 ,该钻井液体系使用常规的钻井液混合设备就可获得抗压性能好、可变形的微泡。介绍了在北海衰竭油气藏中控制井下泥浆漏失的特殊微泡钻井液体系的开发与应用。项目的关键问题是在上部产层由于采用超过平衡钻压 (>50 0 0lb/in2 )带来昂贵的泥浆漏失和裸眼射孔的风险 ,需要在钻进过程中采取临时封隔措施。该井采用微泡体系没有发生井     

新的含硼微泡沫钻井液的应用性能

用含硼特种表面活性剂RDEB作微泡沫钻井液的起泡剂,在其用量为1.0%时,体系起泡性较好且稳定性强,稳定时间大于24h。另外,RDEB与常用钻井液添加剂的配伍性好,以其构成的微泡沫钻井液流变性、失水造壁性能良好,抗温、抗污染能力强,能满足油气藏复杂易漏地层的需求。将含硼特种表面活性剂RDEB应用于微泡沫钻井液体系,不但开发了一种新型的微泡沫钻井液起泡剂,还为其在油田化学的应用指明了新的方向。     

CO_2/N_2开关型泡沫钻井液用起泡剂的合成及应用

以十二胺和N,N-二甲基乙酰胺为主要原料,采用缩醛法合成了一种CO_2/N_2开关型表面活性剂N′-十二烷基-N,N-二甲基乙脒(DMAAB-12)作为泡沫钻井起泡剂。采用FTIR和~1H NMR等方法对DMAAB-12进行了结构表征,并测试了DMAAB-12的泡沫性能及可循环能力。表征结果显示,合成产物的结构与设计相一致。实验结果表明,当x(DMAAB-12)=0.4%时,溶液的发泡体积为514 mL,泡沫半衰期为523 s,表现出良好的泡沫性能;以DMAAB-12为起泡剂在室内可实现泡沫的循环利用,交替通入CO_2/N_2循环10次后,泡沫的发泡体积由753 mL降至561 mL,泡沫半衰期由225 s降至164 s,仍具有较好的泡沫性能,可实现泡沫的循环利用。     

分子模拟技术在钻井液研究中的应用

分子模拟是一门新兴的计算化学技术,在辅助分子设计、结构解析、物性预测等方面的作用日益显著,已广泛应用于石油、化工、食品、制药、航空航天等工业领域,而该技术用于钻井液研究的报道较少。介绍了分子模拟技术在与钻井液相关的黏土矿物水化膨胀机理及黏土稳定剂设计、钻井液用表面活性剂,如泡沫剂、乳化剂等以及高分子如聚丙烯酰胺、天然高分子淀粉、木质素、树枝状高分子和环境响应型高分子研究中的应用。目前主要是利用分子力学、分子动力学等方法,通过模拟计算单个分子或分子体系的性质如结构、构象、热力学特性、相态转变等,从而进行钻井液处理剂理论模型建立、分子结构设计、合成路线优化、作用过程演示、实验现象解析等方面的研究工作。最后指出了分子模拟技术在钻井液处理剂研究领域推广应用存在的困难和发展前景。     

高温小井眼长水平段钻井液技术

吉林油田英台气田营城组裂缝性火山岩富含天然气,埋藏深,储层温度最高达140℃。该区块部署的评价井龙深1平1井属小井眼长水平段水平井,完钻井深为4 048 m,1 122 m的小井眼长水平段钻进摩擦阻力大,环空压耗大、返速低,携屑难度大,钻井周期长,易引起井下复杂情况。因此,优选出了表面活性剂,可改善钻井液的润滑防卡能力、储层保护能力和稳定井壁能力。最终形成的抗高温聚合物钻井液在高温条件下具有较好的流变性能、润滑性能、抑制能力和储层保护效果,携屑能力强,滤失量小,满足龙深1平1井优快施工需求,实现了吉林油田深层水平井水平段最长记录。     

黏弹性表面活性剂的研制及其在微泡钻井液中的应用

以氨基化合物、长链酰氯等为原料,研制出微泡钻井液用阴离子型黏弹性表面活性剂VES-1。通过优选胶束促进剂、助表面活性剂等优化出VES-1黏弹性体系。该体系黏弹性好,泡沫稳定性强,0.01 r/min低剪切黏度可达100 000mPa·s,泡沫半衰期可达18 min以上。在VES-1黏弹性体系基础上,结合文23地层特点,通过优选稳泡剂、降滤失剂等形成高触变性微泡钻井液体系,并对其性能进行了评价。评价结果表明:VES-1微泡钻井液体系具有高触变性,能够快速形成结构,10 s初切可达到12 Pa以上,而且初、终切相差不大,有利于悬浮携带岩屑,可对低压易漏地层形成快速有效封堵;120℃下注入325 mL钻井液承压即可达到10 MPa以上,可解决低压易漏地层钻进过程中地层漏失难题;VES-1微泡体系同时具有良好的抗压缩性,30 MPa下密度最高升高不超过0.05 g/cm3,该体系经120℃老化16 h后性能稳定,密度无变化,可抗10%复合盐水污染;同时具有良好的润滑抑制性,润滑系数比普通聚合物体系低54%以上,各项性能能够满足文23储气库建设的需要。      

黏弹性表面活性剂CTAB在钻井液中的应用

实验研究了阳离子型黏弹性表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液的流变性、抗温性、降滤失性及配套破胶剂的破胶性能。实验结果表明:将2%CTAB与3%助剂水杨酸钠NaSal混合的基液在剪切速率170s-1、温度25℃、pH=7的情况下混合均匀后能迅速增黏至160 mPa·s;加入少量复合降滤失剂LA(水解聚丙烯腈铵(NH4-HPAN)和磺化酚醛树脂(SMP-Ⅱ)混合而成的复合体系)可显著降低其常温常压滤失量;高效破胶剂Br的破胶性能良好,破胶液的黏度降至1~3 mPa·s。同时室内研究了以阳离子型黏弹性表活性剂CTAB为主剂的钻井液体系——表面活性剂胶束钻井液DIF-a:1.5%CTAB+2.0%NaSal+1.2%复合降黏剂LA+0.5%黄胞胶XC,结果表明:在钻探碳酸盐岩地层时钻井液体系DIF-a产生的流动摩阻小、降滤失性能较好,且钻完井后利于返排,储层渗透率保留率可以达到91.41%,大大降低外部流体对储层造成的损害。     

合成基钻井液对固井作业的影响

对合成基泥浆的化学组分，物理特性、化学特性进行了探讨，并合成基泥浆与常规泥浆进行了工进行了各种有关合成基泥浆的性能实验，实验表明单独的合成基泥浆对水泥／套管的固结强度影响很小。