硅酸盐／聚合物防塌泡沫钻井液研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2014年3月第36卷第3期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Mar．2014Vo1．36No．3硅酸盐／聚合物防塌泡沫钻井液研究吴婷婷，张烈辉张宇睿(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)，四川成都。’。00)魏栋超(中石油川庆钻探工程有限公司，四JlI成都610051)[摘要]针对泡沫钻井液在钻遇大段水敏性泥页岩地层时易引发井壁失稳问题，室内通过对发泡剂、稳泡剂、泥页岩抑制剂的评价与筛选，形成了以脂肪醇聚

2、氧乙烯醚磷酸钠(AES)为发泡剂、黄原胶(Xc)为稳泡剂、Kz0和聚乙烯醇(PVA)为抑制剂的防塌泡沫钻井液体系。综合性能评价表明：该体系具有良好的发泡性能，其抗温和抗污染能力较强。在防塌性能方面，该泡沫钻井液能有效降低泥页岩自吸水速度，具有较高的持久抑制性能以及硬度测试结果。通过膨润土XRD分析以及成膜性能分析可以看出，通过两者协同作用，硅酸钾可形成凝胶物质或沉淀封堵泥页岩岩样孔隙或裂缝，并与聚乙烯醇作用在岩样表面形成一层憎水膜。同时钻井液中部分小分子能进入黏土晶层，加强黏土层间连接力，因而能有效防止钻井液中自由水侵入，实

3、现泡沫钻井过程中的井壁稳定。[关键词]泡沫钻井；硅酸钾；聚乙烯醇；防塌泡沫钻井液[中图分类号]TE254[文献标志码]A[文章编号]i000—9752(2014)03—0082～06泡沫钻井技术作为欠平衡钻井中的一种，在提高机械钻速、减少地层漏失、防止压差卡钻、保护储层等方面具有独特的优势。然而，当泡沫流体钻遇大段水敏性泥页岩地层时，由于泡沫流体不能在井壁形成泥饼，且泡沫钻井液液柱压力不能平衡地层坍塌压力，因此随着钻井时间的增加，泥页岩水化加剧，最终导致井壁失稳问题l】]。针对泡沫钻井井壁失稳问题，选择性能优越的防塌处理剂配

4、方是目前解决这一问题最为普遍、最为有效的办法。为解决上述泡沫钻井中出现的问题，开展了硅酸盐／聚合物防塌泡沫钻井液研究，对该泡沫钻井液的基本性能和防塌性能进行了评价，并对其防塌机理进行了相应的研究。泡沫钻井液处理剂优选1．1发泡剂的优选表1不同类型发泡剂性能评价发泡剂按其性能可分为阴离子发泡剂、阳离子发泡剂、非离子发泡剂和两性发泡剂发泡剂类型——0．—4至旦譬0．6墅鱼型0．81．04种类型，不同的发泡剂，其发泡性能不同。针对发泡剂的性能和成本，室内采用Waring～Blender法_9分别测定了4种发泡剂的起泡能力，包括：A

5、OS、K12、ABS和AES，试验结果见表1。从表1可以看出，当加入的发泡剂质量分数相同时，不同发泡剂的发泡性能有明显的区别，其中K12、ABS、AES泡沫性能较好，发泡体积都超过500mI。但由于AES抗硬水能力相对于其他2种较强，因此优选AES作为该配方的发泡剂。1．2稳泡剂的优选为了提高泡沫的稳定性，通常向泡沫基液中添加增黏剂作为稳泡剂。其可提高液膜的黏度，降低流[收稿日期]2013一i0—28[作者简介]吴婷婷(1989一)，女，2012年大学毕业，硕士生，主要从事欠平衡钻井方面的研究与学习。学兔兔www.xuetu

6、tu.com第36卷第3期吴婷婷等：硅酸盐／聚合物防塌泡沫钻井液研究动度，减缓泡沫排液速度，从而增加泡沫的稳定性l1。然而，稳泡剂的加入表2加入不同稳泡剂泡沫性能参数虽可以提高泡沫的稳定性能，同时也会影响泡沫的发泡能力。室内选用稳泡剂XC和CMc，考察其对质量分数为1的AES发泡剂发泡性能的影响，试验结果见表2。从表2可以看出，随着稳表3抑制剂的性能评价泡剂XC和CMC质量分数的增加，泡沫体积降低，泡沫半衰期增加。通过室防塌泡沫钻井液配方(百分数为质量分数)滚动回收率／1％AES+0．3XC内试验结果对比可知，XC对质量分数

7、1AES+0．3％XC+1PVA为1的AES发泡剂的发泡体积影响1AES+0．3XC+1PVA+1K2SiO4较CMC小，且稳泡能力更为优越。因1％AES+0．3XC+1PVA+2％K2SiO4此，选用XC作为该配方的稳泡剂。1．3抑制剂的优选目前解决泡沫钻井井壁稳定的方法主要是添加抑制剂，以减少泥页岩地层水化的程度。常用的处理剂包括无机盐和有机类物质“]。表3为该泡沫钻井液泥页岩抑制剂的优选结果。从表3可以看出，通过硅酸钾与聚乙烯醇相互匹配，可实现泥页岩抑制性能大幅提升，有利于泡沫钻井中的井壁稳定。通过对泡沫钻井液泥页岩抑

8、制剂的优选可以看出，当泡沫钻井液配方为1AES+0．3XC+19／6PVA+2K。SiO(配方里的百分数为质量分数)，泥页岩滚动回收率高达96．159／6，其发泡体积为530mL，半衰期为24．75min。因此，试验中选用该泡沫钻井液配方进行综合性能评价。2泡沫钻井液性能评价2．1抗污染性