泡沫钻井流体井壁稳定性评价与机理

毕业论文-钻井泡沫摘要泡沫钻井是一种新的、用于对付特殊的自然地理环境和复杂的地质条件的钻井技术。

它利用均匀稳定的泡沫流体作为钻井时的循环介质，既克服了高密度钻井液体的缺点，同时也克服了雾化及空气钻井的缺点，有效的解决了在干旱缺水地区的钻进难题。

同时由于其密度低，在破碎裂隙发育地层、低压油气层中，得到了广泛地应用。

另外，由于泡沫流上返速度低，对井壁冲刷作用小，因此在易坍塌、胶结性差的地层中，有效地防治了孔内事故的发生，在钻井领域有着越来越广泛的应用。

本文首先介绍了泡沫钻井的钻井泡沫，包括钻井泡沫的的基本概念、基本性能和组成；其次论述了泡沫钻进的基本理论，包括泡沫钻进的工作原理，泡沫钻进的循环方式与灌注方式，钻井设备及钻进中的消泡技术和安全技术；再次介绍了泡沫钻进的钻进工艺参数包括泡沫溶液的浓度、气液比、泡沫质量、钻压、转速、空气量、泡沫灌注量洗井时的注入压力等参数的确定方法以及利用计算机模型计算各流动参数的方法；最后通过小口径金刚石泡沫钻进工程实例来分析泡沫钻井与常规钻井该方法相比较，体现其技术的优越性。

在文章的结语部分，对泡沫钻进的技术要点进行总结，并对其发展前景做了展望。

关键词：泡沫钻井钻井泡沫钻井参数泡沫性能ABSTRACTFoam drilling is a kind of new and used to deal with the special natural geographical environment and complex geological conditions of drilling technology. It use uniform stability of foam drilling fluid as the circulation medium, which overcomes the shortcoming of the liquid density of drilling, but also to overcome the shortcomings of drilling and air atomization, effectively solved the problem of water into the drought. Also because of its low density, the fracture strata, low oil layer, had been used widely. In addition, due to low speed on the flow of foam on wall, small, so the flushing action to collapse, cementation of strata, effectively control the hole accidents in drilling area has more and more widely.This paper firstly introduces the foam drilling, including drilling foam drilling bubble of the basic concepts, basic properties and composition, Then discusses the foam drilling the basic theory, including the working principle, foam drilling cycle and the foam drilling, drilling equipment and pouring into the defoaming technology and safety technology, Introduced the foam drilling again into the process parameters including foam solution concentration, gas and liquid foam, quality, than wob, speed, air volume, foam perfusion measure the well-flushing injection pressure parameters determination method of using a computer model and the calculation method of the parameters of each flow, Finally, throughdrilling engineering examples, the small diamond foam drilling and routine analysis foam drilling method, the comparison of technical superiority. In the article, the key points of foam drilling, and its development prospect.Keywords: foam drilling 、drilling foam 、drilling parameters、 froth performance第一章绪论本章介绍了本文的研究背景，阐述了本文的研究目的和研究意义。

川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术的论文摘要：随着经济的快速发展，中国能源需求的增加，川东北地区的煤层气资源越来越受到瞩目。

钻井作为获取天然气的关键步骤之一，在川东北地区有着重要的地位。

但是，在泡沫钻井中，井壁稳定是一个十分棘手的问题。

本文将介绍川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术，包括泡沫钻井原理、井壁稳定的影响因素、井壁稳定技术等方面进行探讨。

关键词：川东北地区，泡沫钻井，井壁稳定，影响因素，井壁稳定技术一、泡沫钻井原理泡沫钻井是指在钻井中通过泵送泡沫来清洗井孔的一种钻井方法。

泡沫是由清水和洗井剂泵送到高速搅拌器中，通过加入空气后，形成微泡和气体，这些泡沫微粒和气体混合在一起，向井底排出。

在此过程中，泡沫能够温和地清洗井眼，将冲刷出来的碎屑和岩屑悬浮在泡沫中，提高钻井效率。

二、井壁稳定的影响因素在泡沫钻井中，井壁稳定是一个重要的问题。

井壁稳定的好坏直接影响到泡沫钻井的成败。

井壁稳定的好处在于可以保护井眼，减少钻头损伤，降低钻井事故的发生;同时，也可以减少钻井液的消耗，降低成本。

井壁稳定的影响因素主要包括以下几个方面。

1.岩石类型和物理性质：不同类型的岩石在井壁稳定方面存在着差异。

比如，在泡沫钻井中，泡沫与石灰岩反应会降低泡沫的稳定性，导致井壁不稳定。

2.泡沫性质：泡沫的密度、粘度和流变性等性质都会影响井壁的稳定性。

如果泡沫密度太小，容易导致井壁塌陷;如果泡沫粘度太大，则不容易清洗井眼，影响钻井质量。

3.钻头运动状态：钻头在钻进的过程中会带动周围的地层直接参与到井壁稳定的过程中。

三、井壁稳定技术在泡沫钻井中，井壁稳定是一个十分重要的问题。

为了保证井壁稳定，需要采用一些技术手段来加以控制和处理。

1.增加泡沫浓度和稠度：通过提高泡沫浓度和稠度可以增加泡沫与土层或岩石之间的粘附力，增加井壁的稳定性。

但过高的泡沫浓度和粘度也会导致操作困难，增加成本。

2.使用聚合物材料：在泡沫中加入聚合物，可以提高泡沫的粘度和稠度，从而增加井壁的稳定性。

井壁稳定性问题的研究与进展作者：姜春丽来源：《科学与财富》2016年第07期摘要：本文从三个方面分别阐述了国内外关于井壁稳定的研究与进展。

从二十世纪中叶开始关于井壁稳定机理的研究经历了试验摸索到定量描述的阶段。

与此同时井壁模拟实验装置也在各种研究的需求下诞生并一路发展。

先进的钻井液技术，新型处理剂钻井液体系的应用也大大提高了井壁稳定性能，减少了井下复杂情况的发生。

关键词：井壁稳定；泥页岩；钻井液石油钻井过程中所遇到的井壁失稳大致可分为破碎体失稳、塑性体失稳和泥页岩失稳，其中泥页岩失稳就占90%以上[1-2]。

在油气勘探开发前，地层泥页岩处于力学、物理、化学、流体力学的各种平衡状态，在油气勘探开发过程中，原有物理化学条件发生改变，各种平衡状态被破坏，系统逐渐向另一种平衡状态过渡，加之泥页岩本身的脆弱及其极强的物理化学敏感性，因而经常给油气勘探开发带来各种问题。

一、井壁稳定性机理研究进展井壁稳定性问题的研究，早在二十世纪中叶就己经开始[3]。

从研究思路来说，可以归结到以下三大类：井壁稳定的力学研究；泥页岩稳定的化学因素研究；泥页岩稳定的力学与化学耦合研究。

从国内外在这方面研究的发展过程来看，可以将泥页岩水化力学与化学耦合研究分为两个阶段：七十年代初到九十年代初的实验摸索阶段；九十年代以后的对化学影响定量描述的阶段。

1970年，M.E.chenevert[4]开始研究页岩吸水以后力学性质的变化；通过实验观察了页岩密度、屈服强度、吸水膨胀与吸水量之间的关系，并测量了页岩吸附水量与时间和距离的关系。

1989年，C.H.Yew和M.EChenevert在定量化研究中迈出了第一步[5]。

他们首先假设泥页岩为渗透各向同性的基础上，再结合质量守恒方程，得到柱坐标内的吸水量方程。

再将泥页岩的力学性质与其总含水量（总吸附水量）相关联，然后又将水化膨胀应变与总含水量W相关联，便可求得力学与化学耦合后的应力、应变及位移。

用显微观测法评价泡沫钻井液的稳定性随着石油勘探的不断深入，钻井液在钻井工程中扮演着至关重要的角色。

而在不同的地质环境和钻井目的下，需要选择有不同性能的钻井液。

而其中一种具有一定益处的钻井液就是泡沫钻井液。

那么如何评价泡沫钻井液的稳定性呢？本文将采用显微观测法进行评价。

首先，我们需要明白什么是泡沫钻井液。

泡沫钻井液是在安全环保的前提下发展起来的一种方便灵活、性能优良的钻井液，它是利用物理方式将气体强力冲入液体中形成的一种气液混合物。

其中的气体相对于液体的比率称之为泡沫质量分数，是一个非常重要的指标。

泡沫钻井液具有良好的切削液性能、降低地层压力、减小钻孔时的功率损失、提高钻进速度以及良好的环保性等特点。

泡沫钻井液的稳定性表现为泡沫的稳固性、均匀性、持久性和泡沫液的粘度。

显微观测法是一种非常实用的评价方法。

首先，我们需要进行染色处理。

将泡沫钻井液经过染色处理后，样本中的各种颜色微粒在显微镜下十分明显。

然后，我们采用显微镜观察泡沫液的结构。

将样本取出滴入显微镜的药片上，在显微镜下我们可以观察到泡沫液的泡沫质量分数、泡沫大小、泡沫壁膜厚度、泡沫合并情况等信息。

这些信息极大地影响着泡沫液的稳定性、均匀性和持久性，因此对泡沫钻井液进行有效的评价非常必要。

通过显微观测法评价泡沫钻井液的稳定性可以得到以下几点结论。

首先，泡沫质量分数是影响泡沫钻井液稳定性的关键参数之一。

泡沫质量分数越高，则泡沫越稳定。

其次，泡沫液中泡沫的大小和厚度是决定泡沫钻井液持久性的重要因素。

最后，泡沫合并情况影响了泡沫钻井液的均匀性。

泡沫液中存在的气泡要尽可能地均匀，否则可能导致油层中的气泡聚集得不均匀，导致钻孔过程中产生异常。

总之，采用显微观测法对泡沫钻井液进行稳定性的评价是一种高效的方法。

通过显微镜可以直观地观察到泡沫液的结构和各项参数，从而得出针对泡沫液稳定性、均匀性和持久性的评测结果。

泡沫钻井液在石油勘探中的应用前景广阔，它的性能和稳定性评价也将会变得越来越重要。

第39卷第1期石 油 钻 探 技 术Vo l 139No 112011年1月PET RO L EU M DRIL LI NG T ECHN IQ U ES Jan.,2011收稿日期:2009-10-13;改回日期:2010-12-01基金项目:中国石化先导试验项目/雾化及可循环空气泡沫钻井技术先导试验0(编号:SG10032)、中原油田重点科技攻关项目/空气泡沫钻井技术研究0(编号:20083022)资助作者简介:黄强(1962)),男,云南姚安人,1983年毕业于西南石油学院油田化学专业,高级工程师,主要从事钻井液技术方面的研究工作。

联系方式:(0393)4732993,huan gq62@钻井完井 do i:10.3969/j.issn.1001-0890.2011.01.012空气泡沫钻井流体井壁稳定性研究黄 强1 马文英2 曹品鲁3 郭建华2 苏雪霞2(11中国石化中原油田分公司科技部,河南濮阳 457001;21中国石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院,河南濮阳 457001;31吉林大学建设工程学院,吉林长春 130026)摘 要:针对空气钻井中遇到地层大量出水时无法钻进、需转化为空气泡沫钻井的情况,优选出了有利于空气泡沫流体钻井时井壁稳定的处理剂G XG 、A P -1和WJ -3,形成了一套具有良好井壁稳定性能的空气泡沫钻井流体配方,对该泡沫流体的抑制性、井壁稳定性等性能进行了评价。

结果表明,所研究的空气泡沫钻井流体具有强抑制性,页岩回收率达9714%,页岩膨胀量较清水降低6711%。

该空气泡沫钻井流体能使泡沫在井壁上形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌,井壁稳定效果良好。

关键词:气体钻井;泡沫钻井液;井眼稳定;地层水;抑制剂;保护膜中图分类号:T E254+14 文献标识码:A 文章编号:1001-0890(2011)01-0052-04Well Stability S tudy of Using Air -Foam Drilling FluidHuang Qiang 1 Ma Wenying 2 Cao Pinlu 3 Guo Jianhua 2 Su Xuexia 2(11Dep ar tm ent of Science and T echnology ,Zhongy uan Oilf eild Comp any ,Sinop ec,P uy ang,H enan,457001,China;21D rilling Engineer ing Technique Resear ch I nstitute,Zhongy uan P etr olem E x -p lor ation Bur eau ,P uy ang,H enan,457001,China;31Colleg e of Construction,J ilin Univer sity ,Chang -chun,J ilin,130026,China)Abstract:Air drilling is stopped and has to change into air foam drilling w hen abundant form ation w a -ter is pro duced.In o rder to solve this problem ,an air foam drilling fluid system w ere form ulated by optim-i zing additives GXG 、AP -1and W J -3.The inhibitive ability and w ellbore stability o f this system w as evalua -ted.Results show ed that this fluid sy stem has g ood inhibitive ability w ith shale recov ery of 9714%and the am ount of shale expansion r educed by 6711%com pared w ith w ater.T his fluid sy stem has go od w ellbore stability by forming a protective film to prevent w ater from enter ing form ation and prevent w ellbore co-l lapse.Key words:gas drilling;foam drilling fluid;hole stabilization;formation water;inhibitor;protective film 空气钻井因具有较高钻井速度、可提高钻井综合效益等优点[1],在国内得到大范围应用。

文章编号：1001-5620（2010）04-0001-03用显微观测法评价泡沫钻井液的稳定性蓝强，　张妍，　冯希忠，　张敬辉，　李公让，　刘宝峰，　乔军（胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营）摘要　针对当前泡沫钻井液稳定性评价方法的不足，建立了一种新的泡沫钻井液稳定性评价方法——显微观测法。

对不同泡沫剂加量、不同时间对泡沫钻井液稳定性的影响进行了实验研究，并对泡沫在常温下的聚并行为进行了分析。

结果表明，泡沫的数量随着泡沫剂加量的增大而减少，稳定泡沫直径集中在16 μm附近；粒径相差较大的泡沫容易发生聚并；搅拌时间越长，泡沫钻井液的稳定性越好，在2 h后基本达到稳定。

关键词　欠平衡钻井；泡沫钻井液；显微观测；聚并机理中图分类号：TE254.1 文献标识码：A用于欠平衡钻井的4种主要钻井液类型（空气/氮气、气雾、充气钻井液和泡沫钻井液）中，泡沫钻井液是应用最广的低密度钻井液[1-9]。

常用泡沫钻井液的稳定性评价方法包括半衰期、出液时间、泡沫寿命、泡沫液体的析出速率[1]，这些方法都是宏观评价方法。

现阶段，在泡沫稳定微观机理的探讨方面，隋跃华等人曾采用粒度分析方法进行泡沫粒度分析[2]，邱正松等人采用红外稳定仪测定了泡沫钻井液体系的稳定性[1]，李公让等人采用介观分子模拟的方法来研究泡沫膜内表面活性剂分子的排列与泡沫析液稳定性的关系[3]，但是均没有对泡沫钻井液的聚并机理进行深入的研究。

因此，采用显微照相的方法，对不同条件下的泡沫稳定性进行研究，并探讨其微观机理。

1　实验部分1.1　药品及仪器WP-1发泡剂（自制），HMHEC疏水改性羟乙基纤维素（阳县凌仙子纤维素有限公司），水样（东营市自来水厂），高速搅拌机，XSP-8CZ型高精度生物显微镜。

1.2　实验过程首先按照一定比例混合WP-1和HMHEC，形成泡沫剂LQ，在自来水中加入一定质量的LQ，选定搅拌速度进行高速搅拌一定时间后，迅速取出泡沫样品，放置到玻片中，摊薄后在显微镜下观测，调节显微照相机的不同倍数，根据需要在不同时间内拍摄承载玻片上的均匀泡沫。

油井钻井液泡沫性能研究及应用一直是石油工程领域研究的热点之一。

随着石油勘探和开发的不断深入，对油井钻井液的要求也越来越高。

而作为一种新型的钻井液，泡沫钻井液因其较低的密度、良好的携砂能力和环保性能，受到了广泛关注。

泡沫钻井液作为钻井液的一种，其泡沫性能直接影响到钻井的顺利进行。

根据石油勘探中的实际需求，对泡沫钻井液的泡沫性能进行研究和提升，具有十分重要的意义。

在油井钻井作业中，泡沫钻井液不仅可以减轻井下压力、稳定井壁，还可以提高钻头的冲击效率、减小环境污染等。

研究表明，泡沫钻井液的泡沫性能受到多种因素的影响，如泡沫剂种类、浓度、加入量、泡沫稳定剂种类、pH值等。

其中，泡沫剂的种类和浓度是决定泡沫性能的关键因素之一。

根据泡沫剂的不同种类和浓度，泡沫的性能也会有所不同。

因此，在实际钻井作业中，需要根据井下条件的不同选择合适的泡沫剂种类和浓度，以达到最佳的钻井效果。

此外，泡沫稳定剂的种类和添加量也对泡沫钻井液的性能有较大影响。

泡沫稳定剂可以有效延长泡沫的寿命，提高其稳定性。

在实际应用中，需要根据地层情况和钻井深度选择合适的泡沫稳定剂种类和添加量，以保证泡沫钻井液的稳定性和可靠性。

在泡沫钻井液的研究和应用过程中，还需要充分考虑钻井液的环保性能。

泡沫钻井液相对于传统水基钻井液和油基钻井液具有更好的环保性能，可以减少井下污染，保护环境。

因此，在当前环保意识日益提高的情况下，泡沫钻井液在石油勘探中的应用前景十分广阔。

梳理一下本文的重点，我们可以发现，油井钻井液泡沫性能研究及应用是一个具有重要研究价值和广阔应用前景的课题。

通过对泡沫剂种类、浓度、泡沫稳定剂种类、添加量等因素的研究和优化，可以提高泡沫钻井液的泡沫性能，实现更高效、更环保的钻井作业。

相信随着石油勘探技术的不断发展，泡沫钻井液将在油田开发中发挥越来越重要的作用。