岩屑对泡沫剂性能影响的试验研究.pdf

《岩屑对泡沫剂性能影响的试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

22探矿工程(岩土钻掘工程)2011年第38卷第7期岩屑对泡沫剂性能影响的试验研究王艳丽(中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000)摘要：针对岩屑类型、粒径、浓度对泡沫剂的发泡性和半衰期影响进行试验研究，从而为泡沫剂的实际应用提出指导，使泡沫钻进工艺更好地发挥其优势，解决钻探施工中遇到的许多难题。经过多年的性能改进，ADF一3泡沫剂的发泡性能和半衰期不断提高，广泛应用于水井、瓦斯排放井等施工中，尤其是在气动潜孔锤钻进中发挥：『．其独特的作用。关键词：岩屑；泡沫剂；发泡；半衰期；气动潜孔锤中图分类号：P634．6文献标识码：A文章编号：1672—7428(2011)07—0022—03ExperimentStudyonEfectofCuttingsonFoamDrillingFluidProperties／WANG，，nn—lifTheInstituteofExplorationTechniques，CAGS，LangfangHebei065000，China)Abstract：Experimentstudywasmadeontheeffectofcuttingstype，sizeandconcentrationonfoamingandhalf-lifeoffoa—mingagentSOastoguidethepracticalfoamapplicationformakingfulluseofitintheactualdrilling．Aftertheperformanceimprovementforyears，foamingperformanceandhalf-timeofADF～3foamingisimproved，itiswidelyusedinwaterwellandgasdischargewellconstructionwithitsuniquefunctioninDTHdril1．Keywords：cuttings；foamingagent；foaming；half-life；DTH泡沫剂的发泡性能主要取决于发泡剂。要使泡是最典型的阴离子表面活性剂，有良好的润湿、乳沫稳定，必须在溶剂水中加人发泡剂(表面活性化、发泡性能和去污能力。作为洗涤剂有泡沫丰富、剂)，再向溶剂水中充气即可。因为表面活性剂的水溶性好、配伍性好、稳定性好等特点。存在不仅使起泡变得容易而且起泡速度超过破泡速Ot一烯基磺酸盐：简称AOS，与其他阴离子表面度，从而得到稳定的泡沫。发泡剂在一定条件下活性剂同样具有优良的表面活性，易溶于水，有较好(如搅拌、吹气等)能产生大量泡沫。表面张力影响的起泡性，且生物降解性好。着泡沫生成的难易和稳定程度大小，降低表面张力ADF一3泡沫剂：是由中国地质科学院勘探技最有效的方法就是加入表面活性剂。因此，发泡剂术研究所研制的复配型阴离子和非离子表面活性是发泡能力强的表面活性剂，它可以降低水的表面剂。近几年来，经过不断的改进和完善，ADF一3型张力。不论是何种类型的发泡剂，它们的分子一般泡沫剂的抗高温及稳泡性都有很大的提高，抗盐及是由较大的非极性基团和有较强极性的极性基团组钙镁离子能力强。成。实际生产和实验证实，无机电解质的加入会影1．1．2试验岩屑响发泡剂的发泡性能。在泡沫钻进过程中，由于岩灰岩：主要由方解石组成，有时含少量白云石，粉的带入，一些可溶的无机电解质溶解到泡沫液中，常混入石英、长石、云母和粘土矿物等。灰岩体积密会使发泡剂的发泡性能降低。因此有必要研究岩屑度为2．7g／cm左右。对泡沫剂性能的影响，为实际生产提供指导。页岩：由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成，其密度的影响因素很多，如重矿物含1试验条件及方法量、胶结成分、岩性、挑样、有机质含量等等。相对密1．1试验药品与仪器度为2．4～2．6g／era。1．1．1试验药品砂岩：石英成分65％以上，粘土10％左右，针铁乙氧基化烷基硫酸钠：简称AES，为白色或黄色矿13％左右，其它物质10％以上，密度为2．6g／cm液体至凝胶状膏体，易溶于水，耐硬水且耐盐性强，左右。收稿日期：2011一O3—17；修回日期：2011—06—21作者简介：王艳丽(1981一)，女(汉族)，内蒙古赤峰人，中国地质科学院勘探技术研究所工程师，地质工程专业，硕士，从事钻探工艺技术_及国家科研项目研究等工作，河北省廊坊市金光道77号，ylwang3113@163．con。 2011年第38卷第7期探矿工程(岩土钻掘工程)23岩屑粒径大小有5、10、50、100、150和200目。1．1．3试验仪器搅拌器；托盘天平；100、250mL量筒；1000mL烧杯；玻璃棒；秒表；恒温加热器。1．2试验泡沫液的配置试验在室温下采用自来水配置试验溶液。050100150200250岩屑直径／目(1)0．4％AES+自来水；(2)0．4％AOS+自来图2岩屑直径对半衰期的影响水；(3)0．4％ADF一3+自来水。1．3试验方法二轮进行AOS试验，第三轮进行ADF一3泡沫剂试试验采用WaringBlender搅拌法，在有刻度的验。每轮试验分3组，第一组为灰岩试验，第二组页1000mL搅拌杯内盛入100mL试液，以11000r／min岩试验，第三组为砂岩试验，发泡剂浓度均为的速度搅拌60S，停止搅拌后，记下杯内泡沫体积0．4％。每组配制6个100mL的试样，6个试样中(mL)和时间，用来衡量试液的气泡能力，泡沫排岩粉含量依次为0％、0．2％、0．4％、0．6％、0．8％、出50mL液体的时间(s)叫做半衰期，用r来衡量1．0％和1．2％，静置12h后待用。试验结果如表1泡沫的稳定性。显然愈大，r越长，泡沫性能就越～3、图3～8所示。好。除特别指出的外，所有测试均在40℃的温度下表1AES在不同岩屑浓度下的发泡量和半衰期进行。2岩屑粒径对泡沫剂性能影响0㈣以O砂0㈣岩O㈣为O例0㈣，将0分成5、10、50、100、150和200目的岩屑分别加入配置好的泡沫液(泡沫液配方为0．4％ADF一3+自来水)，采用搅拌法分别对加入这几种不同粒径岩屑的泡沫液进行有关发泡量和半衰期的试验，观察泡沫液的变化情况，记录发泡体积和半衰期。表2AOS在不同岩屑浓度下的发泡量和半衰期通过对试验数据的观察分析，可以看出，当岩屑直径为50目时，泡沫液的发泡量和半衰期都比较大，随着岩屑直径的增大，发泡量先减小而后增大，而半衰期一直变小(见图1、图2)。在钻井过程中，岩屑随着泡沫液上返，在上返的过程中岩屑受自身的重力和泡沫浮力作用，当岩屑颗粒较大，岩屑自身的重力大于浮力作用，岩屑的相对运动破坏泡沫本身的结构，从而导致发泡量和半衰期变小。表3ADF一3在不同岩屑浓度下的发泡量和半衰期岩屑直径／目图1岩屑直径对发泡量的影响3岩屑浓度对泡沫性能的影响试验分三轮进行，第一轮进行AES发泡剂，第 探矿工程(岩土钻掘工程)2011年第38卷第7期"-d350唧30025000．20．40．60．81．0I．2岩屑浓度／％图8ADF一3在不同岩屑浓度-F的半曩期图3AES在不同岩屑浓度下的发泡量不同浓度岩屑浓度下，ADF一3泡沫剂的发泡能力优于AOS、AES。灰岩是以方解石为主要成分的碳酸盐岩，在泡沫剂溶液中，部分碳酸盐溶于水，从而增加溶液中无机盐、弱酸根离子的含量，降低发泡剂中表面活性剂的活性，因而严重降低了发泡剂的发泡量。ADF一3泡沫剂是复配型阴离子和非离子表面活性剂，抗盐、抗酸性高，泡沫剂的发泡性能好。(2)半衰期：由图4、图6、图8可以看出，泡沫液图4AES在不同岩屑浓度下的半衰期高速搅拌起泡后，随着岩屑含量的增加，3种发泡剂的半衰期均呈减小趋势。原因是起泡后，岩屑微小颗粒分散在泡沫中，这些小颗粒充当了泡沫中的“固相”，形成三相泡沫。而岩屑大大降低了泡沫液膜的稳定，使泡沫稳定性显著降低，当膜局部受损时，“伤口”不能迅速弥合，气泡容易破裂，进降低了泡沫稳定性。图5AOS在不同岩屑浓度下的发泡量4工程应用冈L河北省涞水县一水井钻探现场，钻孔设计孔深：．堂l180m，开孔0450mm，终孔~3216mm。地层部为第四系松散土层，中部为泥质砂岩，下部为灰岩。第四系地层采用刮刀钻头开孔，并下孔口管至基岩，钻入基岩后使用气动潜孔锤钻进技术。当气动潜孔锤钻进深度达150m时，高压空气无法将孔内岩屑吹图6AOS在不同岩屑浓度下的半衰期出孔外，在空气管路中注入泡沫液，开始使用泡沫剂地层为砂岩，泡沫液浓度为4％e，产生丰富的泡沫将lI-噩一页岩l岩屑带出；当钻达165m深时，遇灰岩地层，泡沫二=二堂I下降，携屑能力下降，在泡沫液中补充泡沫剂满足携屑要求，最终泡沫液浓度为8％e。在砂岩地层，泡沫剂的使用量与室内试验相当，但在灰岩地层泡沫剂的使用量是砂岩地层的2倍。由此可以看出，砂岩地层中极少量的物质溶于泡沫剂中，对泡沫剂中的图7ADF一3在不同岩屑浓度下的发泡量表面活性剂影响较小，而灰岩中的碳酸岩成分较易试验结果分析：溶于水，大大降低了泡沫剂的活性。另外，在砂岩地(1)发泡量：由图3、图5、图7可以看出，随着岩层和灰岩地层钻进时，泡沫剂的半衰期明显低于室屑浓度的增大，3种泡沫剂的发泡量均在减小，而灰内试验。岩岩屑引起的发泡量下降幅度最大。在不同种类和(下转第28页) 28探矿工程(岩土钻掘工程)2011年第38卷第7期优先采用4．3．3(惰性体+乳化剂+处理剂冲7．2钾盐矿层钻遇可燃气体喷溢处理洗液)矿层岩心保护冲洗液，根据地层、钾盐矿层的(1)控制冲洗液密度，采用密度1．2～1．3埋深、水文地质情况也可采用4．3．1和4．3．2所列g／cm。泥浆循环压井；冲洗液。(2)采用水灰0．6的水泥浆封闭钻孔；(3)在油气区钻探时，安装防井喷装置。6钻探质量控制6．1矿心保护与整理8结语(1)钻进矿层、顶底板孔段回次进尺≯3m，矿钾盐矿床，深度变化很大，从几十米到数千米，层孔段回次进尺≯2．5m。同时具有可溶性、地层变化大、裂隙发育的特点，要(2)钻探采取的矿心，采用甘油液浸泡后密封获得准确的钾盐勘探地质资料，应采取以下钻探施保存，保护矿心的完整性和纯洁性，确保矿心不溶蚀工工艺：不污染。(1)根据钾盐矿区具体的地质条件，选择合理6．2钻孔的封闭与检验的钻探设备和机具；(1)封孔原材料采用32．5号以上普通硅酸盐(2)按照“四级口径、三级套管”或“三级口径、水泥或抗硫酸盐水泥。要求水灰比为0．5～0．7，水二级套管”钻孔结构基本模型设计合理的钻孔结泥浆密度达到1．85～1．90g／cm，全孔水泥封闭。构；(2)矿层、矿层以下、矿层顶板以上20m均采(3)根据钻遇地层特点采取不同的钻进工艺技用饱和NaCI水泥浆封孔，其余孔段采用水泥浆封术和相应的冲洗液：孔。(4)钾石盐矿层钻进取心，中、深孔及裂隙发育(3)钻孔封孔时间15天后，必须抽取钻孔进行漏失涌水地层应采用“惰性体+乳化剂+处理剂冲封孔效果验证。以确保钻孔封堵水质量，保证钾盐洗液”，浅孔及稳定不漏失涌水地层，应采用“惰性采矿安全。冲洗液”和“甘油+MgC1饱和冲洗液”。7主要技术措施参考文献：7．1应用压力平衡技术钻进[1]张春波，等．绳索取心金刚石钻进技术[M]北京：地质出版社，1985．在第四系松散不稳定地层和矿层可塑性地层应[2]屠厚泽，等．钻探工程学(上、下)[M]．湖北武汉：中国地质大采用压力平衡技术钻进方法：学出版社，1987．(1)在钻探过程中，应保持孔内冲洗液液柱的[3]叶玉屏．带保护层新型金刚石复合片的研究[J]．探矿1=程，1992，(3)．静压力，提钻或漏失时应及时回灌冲洗液，以维持孔[4]王清明，盐类矿床水溶开采[M]．北京：化学J业出版社，内压力平衡，防止孑L壁失稳；2003．(2)提、下钻时要稳、慢，以防动压力(波动压[5]葛明军．乳化柴油钻井液在石油欠平衡钻井中的应用[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2007，34(11)：43～45．力)造成孔壁失稳。(上接第24页)应用中，应增加泡沫剂的使用量。5结论参考文献：(1)随着岩屑浓度和岩屑粒径的增大，发泡剂[1]刘家荣，王建华，王文斌，等．气动潜孔锤钻进技术若干问题[J]．探矿工程，2010，37(5)：34—39．的发泡性能和半衰期均降低。因此在实际钻进过程[2]郑秀华，李国庆，王军，等．可循环微泡沫及其应用[J]．探矿工中，如果岩屑浓度和岩屑粒径较大时，要提高泡沫剂程(岩土钻掘工程)，2009，36(s1)：255—259．的添加比例，以保证携屑过程中泡沫量满足要求。[3]赵晓俐，等．一种新型泡沫剂的研制[J]．西部探矿程，2004，16(6)：119—120．(2)灰岩地层对泡沫剂性能的影响较大，因此[4]马成华．一一种高温泡排剂的实验摩评价[J]．精细石油化工进在钻进灰岩地层时，要适当增加泡沫剂的添加比例。展，2007，8(12)：37—39．(3)泡沫半衰期受岩屑影响较大，在实际生产[5]许刘万，刘智荣，赵明杰，等．多工艺空气钻进技术及其新发展[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2009，36(10)：8—14．