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海坨地区微泡沫钻井液技术研究

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地区 泡沫 钻井 技术研究
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海坨地区微泡沫钻井液技术研究摘要微泡沫钻井液与常规钻井液相比,具有独特的优势,具体表现在:具有很好的储层保护能力,良好的防止页岩坍塌能力,用稳定水基泡沫钻井,有利于井壁稳定;钻进速度快,而且密度低,可在低压地区用于欠平衡钻井;钻井液滤失量低,可减少地层损害;携岩能力强,能有效地清除井底岩屑;提高钻速,延长钻头使用寿命;防止井下着火和爆炸。由于泡沫钻井液具有泥饼特性、低滤失特性和粘弹特性,所以能有效地降低滤失量,限制自由水的流动及其对泥皮的渗透作用,对冲洗液的压力激动有缓冲作用,能在一定程度上起到防塌的效果。因此,泡沫钻井液在不稳定地层具有护壁防塌作用,在渗透、裂隙地层有防漏和消除漏失功能。另外,泡沫钻井液的流动特性和密度持性,特别是在油藏压力和温度条件下的密度及流变性对实际钻井施工具有重要的影响。吉林油田海坨子地区地层裂缝较发育,钻井过程中井漏事故频繁发生,井漏还可导致井塌,严重延长钻井周期,增加钻井成本;如果漏失发生在储层,还会造成严重的储层伤害。针对海坨子地区地层特点,吉林油田开展了微泡沫钻井液技术研究与应用,形成的微泡沫钻井液体系流变性好,并具有很好的防漏能力,海坨子地区现场应用 2 口井,取得了很好的现场应用效果。1 泡沫钻井液研究的目的和意义泡沫流体在石油钻井与开发中的应用,国外已有三十多年的历史,而国内则始于八十年代初。泡沫流体因其静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强及对储层伤害小等特性,广泛地用于低压、易漏失地层的钻井、完井、修井和油气井增产措施中。作为一种低密度钻井流体,泡沫钻井液具有以下优点:高油气产量由于液柱压力很低,钻井液渗入地层的深度和污染程度都大为减小,不易堵塞产层,对于保护低压油气储层非常有利;沫流体因粘度高而具有较强的固体携带能力,往往是单一液相的几倍甚至十倍以上,可大大避免岩石的重复破碎,改善井眼净化条件。尽管泡沫钻井流体有着以上优点,但是,泡沫钻井液因其气体含量较大,在应用工艺上存在明显缺陷,受到机泵上水条件和空压机的限制。这些问题严重制约了泡沫钻井流体的推广应用。正因为如此,当某些油田钻井中使用泡沫时,由于硬件设备(脱气离心机、空气压缩机等)缺乏,被迫采取一次性使用方式,循环一周即排放掉所有泡沫,导致钻井液成本居高不下,同时造成的环境污染问题十分严重。为此,研究一种能反复循环使用,无须特殊脱气和充气设备,并同时保留了普通泡沫钻井流体各种优点的可循环微泡沫钻井液,就成为非常必要的和具有重要的现实意义。微泡钻井液体系是一种聚集但不结合,且可循环使用的钻井液,可以产生比水的密度还低的泥浆体系。这种微泡钻井液具有独特的特性,在国外被称为, ’在应用中不需要注入空气或其他气体。使用微泡沫钻井液体系不仅能够实现泥浆密度的还原,而且还能阻止或延缓钻井液漏进地层,避免造成钻井液的流失以及对地层的污染,从而能够建立起一个真正的非侵入的、近平衡的微环境。从而在高原、沙漠等干早缺水地区、低压枯竭油气层以及破碎和裂隙发育地层特别适用。泡沫钻井液的基本原理单从相的组成上看,微泡沫钻井液与普通泡沫钻井流体无甚差异,都是由气、液两相或气、液、固三相组成。然而,从相态结构和相的稳定性原理上看,两者应该而且必然存在差别,从而导致作用机理和宏观性能调控工艺上存在差异。微泡钻井液体系中,微泡是作为独立的相,与被多层液体膜包裹着的气体或空气共存。这种微泡钻井液的形成原理主要是利用表面活性剂产生表面张力,以便在微泡形成时能够囊括住微泡,建立起多层泡沫壁结构,并且产生界面张力,从而使微泡彼此之间产生一个具有井下桥堵能力的网络,即形成一种结构复杂的微泡网结构。由于微泡之间拉普拉斯压力的作用,使这种微泡网结构蕴含很高的能量,因此在使用时不仅能够实现泥浆密度的还原,而且还能阻止或延缓钻井液漏进地层,避免造成钻井液的流失以及对地层的污染,从而能够建立起一个真正的非侵入的、近平衡的微环境。微泡沫体系的密度变化范围受控于产生微泡沫的基液密度,微气泡浓度、密集度和分散度等因素。其稳定性不仅受气泡膜强度的影响,而且受基液性质和性能的影响,后者甚至直接决定了微泡沫存在的条件。微气泡的结构和尺寸是稳定的,即使在使用固控系统时,这种微泡体系也可重复使用。多数微气泡经过细目振动筛和管汇清洁器后仍不会被清除。由于微气泡质量小,所以在经过水力旋流器和高速离心机后仍能保持原状。同时,微气泡不受刚 D 和钻井液马达等井下工具的影响,使其成为钻定向井和水平井的理想钻井液。就其滤失机理而言,微气泡可以作为桥塞的固相材料,但与普通固相材料不同,它还能堵塞裂缝和孔穴,当水力压力释放后,气泡消失,不需要除滤饼技术。与充气钻井液相比,微泡沫钻井液不会在环空内形成段塞流等多种流态,从而加剧井内压力波动和不利于井壁稳定及储层保护。
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