泡沫钻井技术

泡沫流体的稳定性与气体在液相中的分散程度和环境压力有关。
气泡直径越小，环境压力越高，泡沫流体越稳定：
常压下，气泡的密度极低，与液体脱离的速度比较快，因此稳
在井下稳定时间长，可以维持压井、洗井的液柱压力； 定时间较短，约为十几分钟到几十分钟之间。 在地面稳定时间短，有利于消泡和循环使用。 高压下，气泡不易膨胀和滑脱，泡沫流体的稳定时间大大增加。 泡沫在高、低压下不同的稳定性非常有利于修井作业：
84/11 87/08 90/05 93/01 日期 95/10 98/07 01/04 04/01
2
0 Mar-97
Jul-98
Dec-99
Apr-01
Sep-02
Jan-04
0 1997年3月
1998年7月
1999年12月 时间
2001年4月
2002年9月
2004年1月
时间
2、压力下降对生产及修井的影响
5）根据油层压力、井深等有关参数，自动控制氮气泡沫液密度，有效防止
修井液的漏失，是良好的修井循环介质； 6）泡沫液密度略高于地层压力，不会井喷。
内
容
一、为什么选用氮气泡沫作为修井循环介质？
二、泡沫流体的产生、特性及基本参数 三、氮气泡沫流体的安全性
四、氮气泡沫压洗井系统
五、氮气泡沫修井工艺在海洋的应用

VG V G VG VL VF
4、泡沫流体的基本参数（续）
3）泡沫液柱压力与泡沫密度、井底深度的关系 液柱压力与井深的微分方程：
dp 2 F g 2 fu av / D dx


4、泡沫流体的基本参数（续）
4）发泡剂加量（实验测得）
随着的增加，发泡能力增加。但是，当发泡剂浓度达到临界胶 束浓度后，发泡剂的发泡能力随发泡剂浓度的提高而增加不大。

套。
桥 浆 １ ７ｍ。 水 泥堵漏 ９次 ， 耗水 泥 １ ９ｔ漏失 的 ５ ， 消 ９ ，
钻井液 流入 了距离 井场 ５ｋ 处 海 拔 ５ ０ｍ 左右 的 ｍ ０
① 空气 钻 进 井 段 为 ２ ． ０ ７ ． ０ｍ， 井 参 ０ ５ ～３ ５ ０ 钻 数 ： 压为 ５ ～１ ０ ｋ 气 量 为 １ ０ １ ０ｍ。 ｍｉ ， 钻 ０ ４ Ｎ， ４ ～ ６ ／ ｎ 转速为 ６ ／ ｎ 泵压 为 ２ ２ ． ａ ０ｒｍｉ ， ． ～３ ９ＭＰ 。地层 为嘉 陵江组 三段 ， 岩性 为灰 岩 。②空 气泡 沫 （ 水 ＋空气 清
维普资讯
第２ ４卷 增 刊
２０ ０ ７年 ９月
钻 井 液
与 完 井 液
Ｖｏ ． ４ ｓ ｐ ｌｍ ｅ ｔ １２ （ ｕ ｐ ｅ ｎ ）
Ｓ ｐ ． ２ ０７ ｅ ｔ ０
ＤＲＩ ＬＬＩ ＮＧ ＬＵＩ ＆ ＣＯＭＰＬＥＴＩ Ｆ Ｄ ＯＮ ＦＬＵＩ Ｄ
１ 钻 井难 题 及 关键 技 术
１ 该井 所处 地 貌 为 高耸 延 绵 的大 山， 造 主体 ） 构
部位 出露嘉 陵江 组 三 段 的碳 酸 盐 岩 ， 多 受 到严 重 大
嘉二 、 嘉一 ， 岩性 为 灰 岩 。③ 泡 沫 （ 水 ＋空 气 ＋微 清 泡沫 ） 钻进 井 段 为 ７ ５ ８ ～７ ８ Ｏ ７ ． ７ ８ ． ０ｍ。 空气 、 空气
＋０ ３ ～ ０ ４ ６ 泡 剂 ） 进 井 段 为 ３ ５ ０ ～ ．０ ． ４／起 ９ 钻 ７． ０
水库 和农 田 ， 造成 了严 重 的污染 ， 明漏失 空 间的连 说 通性极好 ， 而且直 接 与 山下 的地 表 连 通 。凉 东 ０ ３ ０— ２井 为 节 约 堵 漏 材 料 ， 少 堵 漏 时 问 ， 除 环 境 污 减 消 染， 加快 钻井 速度 ， 决定 采用 空气 钻井技 术 。

泡 沫 定 向钻 井 技 术 在 涪 陵 焦 石 坝 地 区 页 岩 气 井 的 试 验
杨 海 平 （ 江汉石油工程公司 钻井一公司， 湖北 潜江 ４ ３ ３ １ ２ １ ）
［ 摘 要］ 泡 沫 定 向钻 井 是 气 体 钻 井技 术在 定 向井 段 的 延 伸 ， 与直 井 段 气 体 钻 井 相 比 ， 需 要使 用 导 向钻 具 和 工 程 参 数 随钻 测 量仪 器 ， 需 要 解 决 井 眼 气 体 介 质 条 件 下 工 程 参 数 随 钻 测 量 的 传 输 问 题 ， 施 工 工 艺 相 对 复
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｊ Ｙ９ — １ ＨＦ ＿ 片为 三 维 水 平 井 ，设 计 造 斜 点 １ １ ８ ０ ｍ，地层 为栖 霞 组 （ Ｐ ｑ ｘ ） ，二 开 中 完 井 深 ２ ４ ５ ３ ． ８ ０ ｍ （ 垂深 ２ ２ ２ ９ ． ７ ６ ｍ） ，井 斜 ５ ２ ． ９ ８ 。 ，方 位 ３ ４ １ ． １ ２ 。 。
杂 。 目前 空 气 螺 杆 和 无 线 随 钻 测 斜 仪 （ Ｅ ＭＷＤ） 是 泡 沫 定 向钻 井 必 须 的 工 具 和 仪 器 。 介 绍 了泡 沫 定 向 钻 井 的 实 施 方 法 、 经 验 、 问题 及 建 议 ，为 今 后 泡 沫定 向钻 井技 术 的 完 善 和 再 实 践 提 供 了 宝贵 经 验 。
如 表 ３所 示 。
［ 收稿日期］２ ０ １ ３一 ｏ ９ —２ ｏ ［ 作者简介］杨海平 （ １ ９ ６ ７一 ） ，男 ，１ ９ ８ ９ 年 西南 石 油学 院 毕 业 ， 高级 工 程 师 ，现 主 要 从 事 钻 完 井 技 术 研 究 和 管 理 工作 。
．
１ ２ ２．
石 油 天 然 气 工程

总 据 预 测 ， 来 中 国 的 天 然 气 需 求 将 保 持 较 高 的 增 长 速 与 西 缘 褶 皱 冲 断 带 相 连 ， 体 构 造 形 态 是 一 倾 向 ＮＷ 的 具 未 断 煤 度 。预 计 到 ２ ２ ０ ０年 ， 然 气 需 求 将 达 到 ２ ０ 天 ０ ０亿 立 方 米 ， 近 波 状 起 伏 的缓 倾 斜 大 型 单 斜 构 造 。构 造 简 单 ， 层 稀 少 ， 层气 资源丰 富 ， 含气饱 和度较好 ， 理想 的煤层 气水 平对 接 是 ５ 的需 求 将 依 赖 进 口 。煤 层 气 资 源 的 地 缘 优 势 以 及 开 发 ０
（ ） 法 准 确 度 。 选 择 载 金 炭 二 级 标 样 ３ — １ 、２ ３方 ２ ２ ３ — １ ， 用 本 方 法 进 行 载 金 炭 中 金 的测 定 （ 果 见 表 ２ 。相 对 ３采 结 ） 误差（ ） 小 于 ５ 。 ＲＥ 均 （ ） 法 精 密 度 。选 择 载 金 炭 二 级 标 样 ３ 一 ｌ 、 ２ ４方 ２ ２ ３ — １ 、 际样 品 分 次 测 定 （ 一 ８ （ 果 见 表 ３ 相 对 标 准 偏 差 ３实 ｎ ）结 ） （ Ｓ 小 于 ５ ， 明 分 析 方 法 的 精 密 度 能 满 足 载 金 炭 中 金 Ｒ Ｄ） 说 的分析要求 。 （） 扰试 验 。活 性 炭 在 吸 附 金 的过 程 中 ， 液 中的 铁 铜 ５干 溶 铅锌锰等金属同时被 吸附， 但是铁的吸附量最 大， 当铁在载金 炭 中的含 量 小 于 ２０ ０ｍｇ时 ， 测 定金 含 量不 产 生影 响 。 对 表 １ 样 品 溶 解 时 间试 验
利 用 带 来 的显 著 社 会 效 益 ， 使 其 成 为 天 然 气 的 重 要 补 充 。 井 施 工 区 。 将 ． 能 源 是 经 济 发 展 不 可 缺 少 的 动 力 ， 层 气 这 种 新 的 洁 净 能 ２ ２ 钻 探 目的 煤 评 价采用水平 井开采 ｌ ＃煤 的技 术 经济 可行 性 ， 取 ｌ 获 源 渐 渐 被 人们 认 识 ， 且 它 将 会 成 为 石 油 、 然 气 强 大 的 补 并 天

２１ ００年 第 ３ ８卷 第 １ Ｏ期
陈 浩 等 ： 泡 沫 钻 井 液循 环 利 用新 技 术 研 究
１２ 工作 过程 ．
闭合 时 ，真空 泵可 以把 封 闭系 统 内抽成 所需 的真 空 度 ；当球 阀开启 时 ，从 节 流装 置喷 出来 的泡 沫在 经
节 流装 置第 １ 消 泡后 ，可 以把 封 闭系统 内的压力 次
现 了泡沫基 液 和气体 的重 复利用 。
１ 新 型消 泡 系统
１ １ 结 构 ． ．
井周期 、降低钻 头磨 损和 防止漏 失等 优点 ，但 因其
半衰期 长 、稳定性 高 而难 以消 除 ，所 以成 为钻井 过 程 中的一 大问题 Ｊ 。泡 沫钻井 返 出液具 有 与其 他 工业 泡沫 不 同的特点 ，其本 身 的难 以被破坏 性导 致 了其 在钻 井现场 的 大量堆积 ，造 成不 同程度 的环 境
升 到一 定值 。
该 系统 的工作 过程 为 ：首先 开启 真空 泵 ，把 系
统 内抽 成 负压 ，从井 口返 回的泡 沫 由进 口经 喷嘴进 入系 统 内 ，在 负 压 的作 用 下 从 节 流 装 置 中均 匀 喷
出 。由于设 计 的进气 量 大 于真空 泵 的排量 ，系统 内 的压力 会逐 渐增 加 。喷 射一 段时 间后 间歇 式 变速箱
污染 ，限制 了泡 沫钻 井液 的使用 范 围 。为 了使泡 沫
返 出液达 到排放 标准 以及 回收再 利用 ，国内外相 关
也可应用 于洗井作业过程 中对返 出泡沫 的消泡 。
ｆ ？
专 家 、学 者及科 研单 位相继 投入 到这 一 问题 的研 究
中 ，不 同形式 的消泡 设备 或消泡 系统 应运 而生 。但 这些 系统 或设备 因其 自身 的缺 陷而未 收到应 有 的消 泡效 果 ，且把破 泡后 的气体 直接 排人 大气 。而 这类

既能 满足 携水 要求 ， 同时 满 足 大 井 眼 的岩 屑 携 带要 求 ， 证 空气泡 沫 钻 井 的有 效 实 施 。③ 控 制 好泡 沫 保 钻 井 液性 能 ， 决地 层 出水 及 泡沫 钻 井 液 的 可循 环 解
问题 ， 最终 达到 提高钻 速 的 目的 。
ｍｍ 钻 头钻 至井 深 １ ３ｍ， ０ 下入 ５ ８ｍｍ 导 管 至井 ０
深 １ ２ ２ ０ ． ７ｍ。一开 用 ４ ４ ５ｍｍ 钻头 采用 空气 钻 ４ ． 井技术 钻 至井深 １ ０ ３ 因地 层 出水 空气 钻 井无 １ ． ４ｍ， 法继续 实 施 ， 接 转 化 为 空 气 泡 沫钻 井 液 技 术 。钻 直 至井深 ９ ８ ５ｍ， ３ ． 出水 量 多 达 １ ／ ， １ｍ。 ｈ 因受 排 污池 容量 限制 ， 不得 不 转 为 常 规钻 井液 。随后 泡 沫钻 井
分 １井大 井 眼 空气 可 循 环 泡 沫钻 井液 技 术
杨 景 利 薛 玉 志 张斌 何 兴 贵
（ 利 石 油 管 理 局 钻 井 工艺 研 究 院 ， 胜 山东 东 营 ） 摘 要 针 对 川 东 北地 区上 部 地 层 砂 泥 岩 互层 频 繁 、 度 大 、 磨 性 强 、 硬 研 可钻 性 差 ， 常 规 钻 井 液 机 械 钻 速 较 慢 ， 用 而 因地 层 出水 也 无 法 顺 利 实 施 空气 钻 井 的 问题 ， 究 了适 合 该 地 区上 部 地 层 钻 进 的 空 气 可 循 环 泡 沫 钻 井 液 配 方 ， 研
壁 。② 优化施 工参 数 ， 决 大井 眼 的岩屑携 带井 液技 术 关键
２ １ 技术难 点 ． ① 井 眼大 ， 岩 困难 。本 段 井 眼 采 用 ４ ４ ５ 携 ４．

第１ ２卷
第１ ５期
２ １ ５月 ０ ２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ １ Ｍ ａ ０１ １１ ．５ ｙ２ ２
１ ７ — １ １ （ ０ ２ １ — ５ １０ ６ １ ８ ５ ２ １ ）５ ３ ９ —４
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
用 ， 过配伍 性研 究 ， 制 了具 有 强化 学 抑 制 、 吸 通 研 强
使 用两性 离 子 泡 沫 体 系对 泥 页 岩 岩 心 进 行 浸
泡 效果 的评 价 实 验 ， 与 在 水 中 的浸 泡 实 验 做 对 并
比。通过岩心浸泡实验 ， 在两性离子泡沫体系中浸
泡 的岩 心 ７ ２ｈ内不会 发生垮 塌 ， 在水 中浸 泡 的岩心 ２ｍｎ内即垮塌 。证 明两性 离 子 泡 沫体 系对 泥 页岩 ｉ
阐述 。
关键 词
泡沫钻井流体
抑制性
封堵性
井壁稳定
评价
机理
中图法分类号
Ｔ ２４１ Ｅ ５． ；
文献标志码
Ａ
泡 沫钻 井流 体具 有 密 度 低 、 岩 能力 强 和 提 高 携
钻 速等 特性 ， 别 适 合 用 于 开 发 易 漏 失 、 敏性 油 特 水
０ １ ～０５ 小 阳 离 子 化 合 物 ｃ Ｔ １＋０３ ～ ．％ ．％ Ｆ一 ．％
具 有 良好 的防塌 性 能 ， 助 于井 壁 稳 定 。实 验后 对 有
附 、 包被 成膜 两 性离 子 泡 沫 体 系基 液 配 方 。两 性 强 离子泡 沫体 系 基 液 配 方组 成 ：．５ ～０ １％ 高 相 ００ ％ ．０

翻 １２ ７ 一平 １ Ｏ井 是 部 署在 黑龙 江 省肇 源 县裕 ６ 民乡境 内长 １ ０区块 长４ 一长 ３ ３ ９井 区 ， 于松辽 盆地 属 中央 坳 陷 区朝 阳沟阶 地薄荷 台鼻状构 造西 部 的一 口 水 平采 油井 。该 区块 扶余 油层 岩性 以岩 屑长石 砂岩
为 主 ； 土矿 物成 分 以伊利 石为 主 ， 粘 略含 伊蒙混 层 。
１ ２ 工 程 概 况 ．
原设 计 为三 开 水 平段 １ ０ ｍ￣ １ ７ ． ２ 垂 深 ２０ ９ ４ ２ ｍ（
１ ２． ２ ０ １ １ ｍ～１ ２ ． ７ 采 用 泡 沫钻 井 液 打开 储 层 ， １ ６ ４ ｍ） 技套 下深 １ ９ ｍ， １ ８ 口袋 １ ｍ， ～２ 技套 进入 油层 ｌ－ ｍ ， ￣２ ． 泡沫钻 井 液直 接进 入砂 岩层 钻进 。而 实际 二开 完钻 井深 １ ５ ｍ， ３ ３ 技套 下 深 １ ４ ． ３ 口袋 ９ ２ ｍ， ３ ３ ７ ｍ， ． ７ 技套 并未 进 入 油层 ， 用 硅 基 阳离 子 钻 井液 体 系钻 至井 采 深 １ ５ ． １ ， 钻井 段 大 部 分 为 泥 岩段 ， 眼段 长 ４ ４ ５ｍ 所 裸
０４ ，１
§０ ４
１ ５ ｍ， 套 下深 １ ４ ． ３ ３３ 技 ３ ３ ７ ｍ。三 开 修 改设 计后 继 续 用硅基 阳离子 钻井 液体 系钻 进 ， 直钻 至井 深１ ５ ． 一 ４４ ５ｍ， １ 见到 油砂 ， 备 泡沫 钻 井液 钻进 。常 规钻 进 过 准
程 中钻井液性能符合 设计 要求 ， 失水较低 ， 密度合 理 ， 流变 性较 好 ， 且 能够 满足 施工要 求 。
下 ， 用泡 沫钻 井 工 艺可 以实现 欠平衡 工 艺 ， 效 地防止 钻 井液 漏失 ， 到保 护 储层 和提 高深 井钻 井 钻 采 有 达 速 的 目的［ ３。在翻 １ ２ １３ － ７ 一平 １ Ｏ井进 行 泡沫钻 井 的 目的是评价 研 制的钻 井 液配方 是 否满足 现 场施 工需 ６ 要， 以便 进 一 步改进优 化 与完 善 ， 而更好 地满 足钻 井 的需要 。 从

我院研制的微泡沫钻井液技术密度低，在满 足泥浆泵上水条件下，密度最低可配制到 0.6g/cm3, 很好满足低密度特性 ; 抗高温 170℃， 抗油 15% ，抗盐 4% ；成本低，仅是油包水钻井液 或水包油乳化钻井液材料成本的 1/3-1/8 ，采用 该项技术单井微泡沫钻井液材料费用平均仅 8 万 元，现场应用时不需要投入专用设备，有利于现 场的推广应用。
结
束！
谢
谢！
淖107
淖102-6
95年5月
2001年10月
8.3
50.2
哈336和淖102-6井平均钻时与邻井对比情况
井号
哈340
钻头尺寸,mm
152.4
钻井液密度,g/cm3
1.01—1.02
平均钻时， min/m 23.87 24.76
35.5 26.69 30.0
哈341
哈336 淖107 淖102-6
可循环微泡沫艺研究院是集团公司成立最早的专 门从事钻井技术研究的机构，涵盖了从地面到井下绝大 部分的钻井工艺、钻井机械、钻井液等钻井技术研究领 域，目前已经走过了23年的钻井技术研究历程，建院20 多年来，紧密围绕油田钻井及勘探、开发生产开展技术 研究、技术攻关与技术服务，解决生产关键技术难题， 推动技术进步与发展，经过不懈的努力和探索，构筑起 了以钻井、油田化学、固井完井三大技术研发系统为主 体，以技术服务和技术产品研制生产为两翼，具有自身 特色的“一体两翼”可持续发展平台和模式，形成了技 术开发、研究、推广、服务、高技术含量产品生产的技 术创新体系。成为华北石油管理局的钻井技术研发中心 和技术支撑单位。
国内外同类技术的综合比较
国内外现有的泡沫钻井液技术包括一次性泡沫、 酸敏性泡沫、充气泡沫等，实施这些技术需要投 入专用设备或通过发泡 - 消泡 - 再发泡 - 再消泡过程 建立循环，成本高，维护处理复杂。 目前国外的微泡沫钻井液研究主要以美国为主， 可查的文献和报道如美国专利 4664843和4790954 介绍的 MMH泡沫钻井液体系，一般采用膨润土、 MMH、发泡剂等配制，泡沫在返出地面时需要进 行 机 械 破 碎 ， 然 后 再 发 泡 进 入 循 环 。 美 国 Acti Systems 公司研制的在近平衡钻井中使用的微泡 钻井液，使用现场设备实现了循环重复使用。上 述两种泡沫体系文献报道均是在较浅的井中应用， 且所使用的材料成本较高，体系抗温性差。