aphron钻井液研究新进展

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1、万方数据26国外油田工程第22卷第12期(2006．12)Aphron钻井液研究新进展编译：齐从丽钟敬敏李群生(中石化西南分公司工程技术研究院)审校：钟敬敏(中石化西南分公司工程技术研究院)摘要Aphron钻井液正在全世界范围内应用于衰竭储层和其他低压地层的钻进。这类钻井液的主要特点是其独特的低剪切流变性和Aphrons的存在。近来由美国能源部赞助的一项研究对该钻井液的作用原理进行了深入研究，测定了钻井液中Aphrons和其他组分的物理化学性质以及在钻进渗透性和裂缝性地层时它们对钻井液流动性能的影响，所测性能包括润湿性、表面张力、泡沫稳定性、径向动态流动可视化以及流体驱替实

2、验。该研究的一个重要发现是Aphrons能承受至少4000lb／in2(G)的压力，高压下稳定性强，并能有效封堵漏层，阻止流体侵入；另一个重要发现是，Aphrons之间以及Aphrons与孔隙或裂缝处的岩石矿物表面之间的亲和力很小，使得Aphrons在采油生产过程中很容易被除去。该研究为Aphron钻井液的成功研制提供了技术基础，同时也为该钻井液的现场应用及其性能优化提供了技术指导。主题词Aphron钻井液衰竭储层低剪切流变性渗透性润湿性表面张力泡沫稳定性径向动态流动流体驱替Aphrons最先被Sebba描述为具有特殊性能的独特微球体。Sebba主要研究一种由多层壳包裹着的

3、空气组成的微泡沫，该多层壳是通过基液中各种组分的化学平衡形成并保持稳定的。Brookey报道了Aphrons在钻井液中的首次应用。在该项应用中，微泡沫(当时对Aphrons的称谓)作为水基钻井液中很小的一相存在。在破碎带、自云岩低压地层，该钻井液体系用来控制井漏和降低地层伤害。微泡沫使该钻井液在该地层顺利钻至设计井深，并使测井和中途测试顺利进行。这在以前是不可能实现的。该钻井液是如何起作用的呢?当时许多人认为，泥浆密度的还原起主要作用，因为微泡沫的存在使泥浆表面的密度更低。微泡沫钻井液还应用于裂缝性白云岩地层水平井的钻进，钻头进尺仅1ft，循环泥浆全部失返。而微泡沫一旦通过

4、钻头到达井底，全部泥浆循环就恢复正常。很明显，泥浆密度还原不是井漏得以控制的原因，这就促使人们对泡沫和充气流体在控制漏失方面做进一步的研究，同时，也使Sebba对Aphrons的研究有所发现。通过新工艺使Aphrons具有多层壳以及提高低剪切速率黏度(LSRV)。钻井液的新配方使Aphrons的稳定性增强。这样，Aphron钻井液更能有效地应用于井下作业。这种新的钻井液体系应用于美国南部油田，该油田有6口井用不同的钻井液和钻井技术(其中包括欠平衡钻井)钻进。由于地层严重枯竭、井漏以及井壁失稳，这些井中没有一口井成功钻至没计井深。Ramirez报道了Aphron钻井液技术在该

5、油田的应用，结果表明即使在以往钻探困难的泥页岩地层，该钻井液也没有发生漏失且井壁稳定性良好。良好的钻井条件使得第一口井取心的岩心渗透率恢复值在90％以上，大范围电缆测井顺利完成，甚至固井也非常成功，水泥浆循环无漏失上返，而以前该地区固井事故时常发生。在钻完前3口并后，不使用技术套管，从表层套管顺利钻至设计井深。图1为在该油田进行RFT测井的结果，表明压力对Aphrons和井底实际静水压力的影响。图l美国南部油田钻井用Aphron钻井液的RF2’测井真实静水压力曲线与地面测量得到的理论静水压力曲线的不同在于钻井液中Aphron(空气)的近似浓度。实际地层压力曲线表明，当钻遇高

6、渗透性砂岩地层时会产生非常大的过平衡压力，无井漏发生，而静水压力足以平衡非渗透性泥页岩地层压力。Aphron钻井液钻探低压地层的这种能力在未来井的钻探中会减少技术套管柱的使用。万方数据齐从丽：Aphron钻井液研究新进展27Kinchen报道了用Aphron钻井液在高度破碎、断裂带白云岩地层钻井，甚至取心都取得了很大成功。除了有效控制井漏，使用该钻井液钻井4天内就可实现全面生产，而使用以前的各种钻井液钻井则平均需要30～60天。Gregoire报道了用Aphron钻井液钻井能有效控制钻井液在裂缝性花岗岩地层的漏失，几乎不需要增产措施就可迅速进行裸眼生产。除了洗井迅速，产率与

7、以前使用任何其他钻井液钻井相比均有所提高。虽然Aphron钻井液技术近几年已成功应用于大约300口井的钻探，但是科研人员还有必要对Aphron钻井液的工作原理做更深入的研究，并利用实验方法对其现场应用进行优化。最初现场使用的Aphron钻井液的主要类型是一种聚合物水基体系。现在黏土水基和非水基Aphron钻井液也已研制成功。由美国能源部资助的一个研究开发项目经过两年的努力顺利完成。该研究的实验数据表明，Aphron钻井液主要是聚合物水基体系能限止流体在渗透性地层的侵入，地层伤害降低到最小，同时也为Aphron钻井液