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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。
北京石油大学毕业论文泡沫钻井液的研究与发展姓名: 哈劳江专业: 石油工程班级: 2009级指导教师: 刘明函授站：克拉玛依电视大学摘要摘要：对比了普通泡沫钻井液的优缺点，提出了物理模型假设以及体系的介绍，并且对所需处理剂、其抗盐、抗温、抗钙、抗煤油等性能做了概括。
并提出了其研究方向。
关键词：可循环微泡沫钻井液泡沫物理模型起泡剂稳泡剂抗温抗盐抗钙性能发展趋势目录摘要 (2)可循环微泡沫钻井液的应用与发展 (4)前言 (4)一.与普通泡沫钻井液的比较 (5)二.可循环微泡沫钻井液体系简介 (6)三.微泡沫钻井液体系对处理剂的要求 (7)3.1 对起泡剂的要求性能良好的起泡剂应具有如下特点: (7)3.2 对稳泡剂的要求微泡沫钻井液体系对稳泡剂的要求也很高。
(8)四.微泡沫的性能分析 (8)1.剪切速率对微泡沫钻井液性能的影响 (9)2.高温高压对微泡沫钻井液密度的影响 (9)3.微泡沫体系的酸、碱稳定性 (10)4.抗盐、抗钙、抗温性能评价 (10)5.抗煤油污染性能 (10)五.发展趋势 (11)参考文献： (12)可循环微泡沫钻井液的应用与发展前言随着钻采工艺的发展，对钻井液也有了更高的要求。
特别是在欠平衡钻井过程中，低密度钻井液就显的尤为重要。
特别是气基钻井液，其可以加快钻井速度、对储层损害小、压实作用小等优点而被越来越重视。
气基钻井液分为两种类型，即以纯气体（包括空气、氮气和天然气）及以水为连续相（或外相），以气体为分散相（内相）的泡沫钻井液，两者都需要特殊的设备对应配置钻井。
空气钻井的设备除与一般钻井相同处外，还有压风机、空气冷却装置、输气管线和仪表、井口档沙装置、旋流除沙器等。
天然气钻井则需要有气源、旋转防喷器、气水分离器。
针型阀等。
泡沫钻井所需的专用设备与充气钻井液钻井基本一样，它是由空气压缩机。
泡沫发生器、高速离心除泡装置、控制管汇及测量仪表组成。
而现阶段可循环微泡沫钻井液不需要这些特殊的设备而得到广泛的应用。
可循环泡沫类钻井液技术探讨可循环泡沫类钻井液技术有诸多优点，这种技术的随钻防漏堵漏性能优异，但是很多应用者对这种技术的学习不够深入，这也导致了许多生产应用者对这种技术缺乏系统的了解，不能够将使用这种技术的经验应用到实际的生产之中。
本文阐述了可循环泡沫钻井液技术在国内的应用现状和发展水平，并且依照多年对可循环泡沫钻井液技术的研究，本文对可循环泡沫类钻井液技术进行了比较系统的阐述与探讨。
标签：可循环泡沫类钻井液；防漏堵漏；应用现状20世纪90年代微泡钻井液技术在国外问世，到现在已经发展了二十多年，标准的微泡钻井液和增强微的泡钻井液都得到了实际的应用。
一些油田还开发了可循环的微泡钻井液技术，但是这种技术只是用来降低液柱压力钻井和防漏堵漏，开发人员没有继续开发出更加先进的技术。
1 可循环泡沫钻井液在国内油田的应用现状1.1 在中孔中渗地层中的应用辽河油田锦45块油层埋深度分别为890～1060m和985～1180m，平均的有效厚度是23.9m，属于岩性以中-粗砂岩为主的底水油藏类型。
由于锦45-15-26C 下部套管变形进行侧钻，油藏地层的压力系数为1.05～1.10。
可循环泡沫钻井液密度在0.8～1.01，并且是随着钻进有下降现象。
在全部的钻进过程中没有出现气液分层现象，泡沫细小均匀，基本上人的眼睛是看不到的。
泥浆泵上水正常，基本达到了额定的排量。
1.2 在裂缝性地层中的应用可循环泡沫钻井液在国内应用广泛，在胜利油田的滨674區块和滨348区块等油田应用也都非常成功，这也使得低压古潜山裂缝性油藏得到了有效的开发。
胜利油田潜山地层的压力系数为1.07～1.11[2]，但是在后期的钻进中下部地层压力很低，只有0.44[2]，并且井壁坍塌和井漏现象严重。
完井井深3675m，这其中其中3559～3675m是三开长裸眼井段，使用可循环泡沫钻井液密度0.80～0.95g/cm3，粘度85～120s，返出岩屑正常，保证了正常的钻进。
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。
可循环微泡沫钻井液应用初探主题可循环微泡沫钻井液体系是近年来国内外钻井液界推出的一种新型低密度钻井液体系，微泡钻井液体系与普通泡沫体系的显著区别在于微观结构特征上的显著差异：微气泡是以均匀、非聚集、非连续态存在的，从而保证了体系的可连续循环使用。
在低剪速率条件下，通过实验研究得出的可循环微泡沫钻井液具有稳定性高，密度可调，滤失量小，抗盐、抗钙、抗温性能好等优点，防漏、堵漏、防塌等效果明显。
关键词微泡沫钻井液贾敏效应堵漏防塌中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）02-01-01在国外可循环微泡沫钻井液广泛应用于近平衡钻井、水平井钻井、衰竭油层、低压地层钻井以及解决低压渗漏地层的严重漏失。
在国内，主要解决低压易漏地层所遇到的严重井漏和油层污染问题，2004年后开始用于近平衡钻井、水平井钻井及深井钻井中。
目前陕甘宁盆地长庆油田多数石油钻井队使用钻井液体系难以解决钻屑分散带来的高密度、高固相，给外围“三低”油田带来严重污染，直接影响钻井生产速度和钻井质量，为了最大限度降低石油钻井对环境造成的污染，提高钻井效率，保证钻井质量，提高钻井经济效益，我们在长庆油田石油钻井作业中引进了可循环微泡沫钻井液工艺。
1、微泡沫钻井液体系中发泡剂分子结构微泡沫钻井液中常用阴离子型和非离子型表面活性剂作为起泡剂。
选择阴离子型表面活性剂的理由是：此类表面活性剂在水溶液中电离出表面活性阴离子，其结构由亲油基和亲水基两部分组成。
具有较强的起泡能力，若分子结构中有较强的亲水基和合适的亲油基，则能产生细小而持久的泡沫。
且此类表面活性剂还具有来源广，价格便宜等优点；选择非离子型表面活性剂的理由是：此类表面活性剂在水溶液中不会电离，分子结构中没有活跃的烃基，性能比较稳定，因而有较好的抗盐、抗钙、抗酸碱能力。
两种或两种以上的表面活性剂复配能起到增效，互相弥补各自性能上的缺陷、派生出新性能的作用，这就是表面活性剂的协同效应。
另外复配的用量往往比单一用量少，成本低。
2、微泡钻井液防漏机理微泡沫钻井液的防漏机理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。
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。
2.1较低的静液柱压力和当量循环密度微泡沫钻井液因为气体分散存在于液相中，使得整个体系的密度降低，减小了井底静压力是其防漏堵漏的基本原理之一。
另外，根据多相流流体力学知识可知，微泡沫体系比纯粹的固液钻井液体系流动阻力小，降低了钻井液循环系统的压力损耗，尤其是环空压耗的降低，使得当量环密度降低，对防漏也作出良好的贡献。
2.2微气泡附加阻力的作用由于微泡沫钻井液中含有多级分散的稳定泡球体，当这些泡沫球体在压差作用下向多孔介质者细小裂缝内流动时，因其不与岩石发生润湿和体变形的原因，弯曲界面收缩压产生附加阻力。
2.3微气泡内部压力作用当微泡钻井液循环到井底时，微泡内包裹的空气被压缩。
随外部压力和温度地增加，微泡体积减小，微泡内部的压力增加，见图4-2。
一旦钻头钻遇衰竭地层，微泡被迫通过低压地层的孔洞。
在那里，储存在微泡中的一部分能量被释放，微泡开始膨胀，直到在气泡内外壁的压力达到平衡。
随着被增能的微泡挤入地层孔洞，外部的拉普拉斯力急剧增加，从而引起微泡的聚集和低剪切速率粘度（lsrv）的增加，由这种现象产生的微环境形成一种无固相的桥。
2.4微泡沫群体结构的动态封堵作用微气泡在渗漏压差作用下进入渗漏孔隙通道，在通道的狭窄处，气泡的形状和体积均发生改变，出现表面压力差，这便是所谓的“贾敏效应”。
在介质中有稳泡物质存在时，微气泡在岩石表面的三相润湿周边的静摩擦力很大，周边被“硬化”，微气泡将难以活动。
微气泡的封堵和润湿周边硬化造成了微泡沫在孔隙中大量粘滞聚集，形成微泡沫群体结构。
由于孔隙流动速度急剧减缓，微泡沫群体结构粘度上升很快。
粘度上升又导致了聚集的加剧，如此反复作用，最终形成微泡沫群体结构尽可能多地封堵了渗漏孔隙孔道。
微泡沫群体在孔隙中的吸附聚集现象在试验中表现得很明显，当微泡沫钻井液流经渗漏砂床时，砂床发生体积膨胀，膨胀率达10%-20%，取出砂床观察，发现大大小小的微气泡充满了砂床孔隙之中。
2.5微泡沫群体结构的疏水屏蔽作用封堵在渗漏孔隙中的微泡沫群体结构无疑是一道有相当厚度的，而稳定的疏水屏障，阻碍著钻井液和自由水的流动。
试验中发现，渗漏开始时，砂床孔隙处于畅通状态，一部分微泡沫钻井液由渗漏出口流出。
随着微泡沫封堵砂床，微泡沫渗流很快停止，仅有极少量混浊液体滴出，但随之也很快停止。
停止渗漏后持续观察24小时，出口处无任何液体流出。
这说明，即使是自由水，在孔隙中也受到了有效阻碍，不能通过被微泡沫封堵的孔隙自由流动。
2.6微泡沫钻井液体系高粘度特性的影响微泡沫钻井液体系的表观粘度比该钻井液中任何一种组分的表观粘度高得多，这是由于泡沫流动时产生界面变形吸收能量，并相互粘滞，造成流动阻力增加的缘故。
表观粘度高低与气液比有关，气液比大，表观粘度高。
在渗漏地层狭窄的孔隙通道内，微泡沫钻井液体系表观粘度随剪切速率降低而增加，剪切速率越低，增加幅度越大。
也就是说微泡沫在井底一旦遇到低压或裂隙地层，剪切速率即会急速下降，但是它的粘度则会很快增加，这就是微泡沫钻井液低剪粘度（lsrv）特性。
这一特性加剧了泡沫的吸附聚集，使堵漏效果增强。
2.7微泡堵漏效果评价模拟渗漏试验在qd型堵漏装置上进行，用不同粒径的砂子统一体积制成了三种规格的渗漏砂床。
为进行渗漏量对比分析，同时进行了清水、膨润土钻井液和不同密度的微泡沫钻井液的对比测试。
模拟渗漏试验压差分别为： 0.3mpa、0.69mpa。
将不同类型的钻井液分别装入测试装置中，先后在两种压力下进行渗漏量侧试。
测试结果见表如表4-1、4-2。
表4-1 0.3mpa不同钻井液在模拟渗漏砂床中漏失量结果钻井液类型密度g/cm3 在各种渗漏砂床粒径中的漏速ml/s14.3mm弹子 4.39mm滚珠10-30目砂床40-60目砂床80-120目砂床清水 1.00 800 364 200 114 100膨润土钻井液 1.01 571 307 138 108 93微泡沫钻井液0.78 42 22 14 13 11微泡沫钻井液0.52 27 17 10 10 6.5tt=338表4-2 0.69mpa不同钻井液在模拟渗漏砂床中漏失量结果钻井液类型密度g/cm3 在各种渗漏砂床粒径中的漏速ml/s14.3mm弹子 4.39mm滚珠10-30目砂床40-60目砂床80-120目砂床清水 1.00 1333 571 400 286 190膨润土钻井液 1.01 1000 400 267 210 154微泡沫钻井液0.78 117 55 26 17 15微泡沫钻井液0.52 70 45 14 13 9.5注：目数与粒径的关系：10～30目相当于1.7～0.55mm；40～60目相当于0.38～0.25mm；80～120目相当于0.18～0.12mm。
tt 为漏液中止的时间，单位：s。
从测试结果可出，微泡沫钻井液在渗漏地层有显著的减少漏失和消除漏失的作用。
同一渗漏条件（渗漏通道相同、渗漏压差相同），密度越小，泡沫越丰富，渗漏量越小。
同样的渗漏通道，增大渗漏压差，微泡沫钻井液仅增大瞬时渗漏量，渗漏时间反而缩短，渗漏很快停止。
这说明，微泡沫的独特性质在堵漏过程中起了关键作用。
3、微泡钻井液防塌机理井壁失稳主要由以下三方面的原因引起：一是钻井液密度过低，钻井液液柱压力难于支撑力学不稳定的地层；二是钻井液液柱压力高于地层孔隙应力，驱使钻井液进入泥页岩孔隙，产生压力穿透效应，使井眼附近的泥页岩含水量增加，孔隙压力增大，泥页岩强度降低；三是钻井液失水过大，引起泥页岩的水化膨胀或剥落掉块。
后二个方面的原因已被石油钻井界公认为主要的井壁失稳原因。
在钻井过程中防止钻井液渗入泥页岩是保证井壁稳定的关键措施。
在地层坍塌压力较高，力学相对稳定的井中，利用欠平衡钻井，可以提高钻进效率，减少对储层的损害，提高油气勘探开采效率。
可循环微泡沫钻井液的特殊结构使其具有疏水特性，加之密度低，降低了钻井液的液柱压力，并且可以利用常规设备进行，在低压渗漏地层中使用效果良好，具有高的泥页岩回收率，对泥页岩具有防塌作用。
研究表明，微泡沫钻井液防塌机理表现如下几个方面：3.1 较低的密度、较高的低剪粘度可循环微泡沫钻井液密度低，降低了钻井液的液柱压力，减少了钻井液向泥页岩地层的压力穿透；同时由于可循环微泡沫具有较高的低剪粘度，减轻了可循环微泡沫向泥页岩的扩散效应。
3.2 微泡架桥封堵能力可循环微泡沫具有合适的粒径，在孔隙（微裂隙）中具有架桥封堵能力，对泥页岩产生物理封堵减少水对泥页岩的渗透。
3.3 微泡疏水亲油特性可循环微泡沫的微观结构，使其具有疏水亲油特性。
微泡的外壳有三层表面活性剂组成。
内层表面活性剂膜被一层增粘了的水和双表面活性剂层覆盖，使微泡具有亲水特性并与泥浆中的连续相相容。
然而，表面活性剂的双层结合的并不紧密，静止时，微泡与液相相容，在足够的剪力或压力作用下，最外层表面活性剂层脱落，使微泡具有亲油特性。
微泡沫的这种疏水（亲油）特性，对泥页岩的水化膨胀起到较强的抑制作用。
3.4 与防塌剂共同作用在井壁上形成憎水性油膜可循环微泡沫钻井液与钻井液中的防塌处理剂具有很好的配伍性，允许加入合适的防塌剂，并与其共同作用，产生协同效应提供化学和物理作用，在井壁上形成保护膜，有效地防止泥页岩的孔隙压力穿透，控制泥页岩含水量的上升。
其中憎水性油膜是最有效的井壁保护膜，通过润湿反转增大毛细管压力能获得较大的承压防渗能力；通过表面活性剂在泥页岩孔喉内形成微液和液晶的油相物质造成泥页岩孔喉润湿反转或表面张力改变，增大毛细管压力，减少水对泥页岩的渗透。
4. 微泡钻井液提速机理4.1降低井底岩屑压持效应：微泡钻井液比水基钻井液可降低密度15%左右，井底压差减小，钻屑能及时返出，减少了钻头的重复切削。
4.2降低岩石瞬间强度：由于气泡的运移速度大于液体和固体，当钻开地层时，气泡首先与岩石接触，扩大了地层微裂缝，降低了岩石强度。
4.3改变了钻头、钻具和岩石表面性质：由于发泡剂为表面活性剂，它能在钻头、钻具和岩石表面吸附，形成润滑油膜，起到清洁钻头，防止钻具泥包的作用。
4.4卓越的携岩能力：可循环微泡沫具有较高的低剪粘度，使悬浮和携岩能力显著增强。
它比纯粹的固液钻井液体系流动阻力小，降低了钻井液循环系统的压力损耗，尤其是环空压耗的降低。
