微泡沫鉆井液的穩(wěn)定性的研究與應(yīng)用

方 雷 白永慧 韓斌虎

（長(zhǎng)慶油田第四采油廠，陜西 靖邊 718500）

石油是現(xiàn)代社會(huì)最重要的原料之一。即便近幾年大家所普遍關(guān)注諸如核能、風(fēng)能、地?zé)岬刃屡d能源，但石油作為化工原料的基本原材料，以及常規(guī)動(dòng)力的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)原料，有著它不可替代的作用。而要獲得石油，就不可避免要進(jìn)行開采工作，無(wú)論是陸地開采還是海上開采，都需要用到鉆井技術(shù)。在鉆井的過程中，為了實(shí)現(xiàn)攜帶巖屑、凈化井底和平衡地層壓力等作用，就要用到鉆井液，而好的泡沫型鉆井液不但具備攜帶巖屑、凈化井底和平衡地層壓力，還具備密度低、屏蔽效果好、潤(rùn)滑性好、濾失量低、性能穩(wěn)定和不易卡鉆等一系列優(yōu)點(diǎn)。如何獲得性能更好、穩(wěn)定性更高的泡沫鉆井液就成為我們研究的重點(diǎn)。

一、微泡沫鉆井液的構(gòu)成

微泡沫鉆井液就是在水性鉆井液的基體中添加入適當(dāng)比例的發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑，再通過一定強(qiáng)度的機(jī)械攪拌力，而產(chǎn)生豐富、均勻的微泡沫，這種均勻的泡沫在水力氣蝕條件下產(chǎn)生微孔隙，這些微孔隙又被表面活性劑包裹作為產(chǎn)生含壓球體的動(dòng)力，它能夠有效阻滯液體的流動(dòng)，能夠有效阻塞裂縫，更能有效地降低濾失量，平衡巖土層壓力，防止鉆井坍塌。

微泡沫鉆井液的微觀結(jié)構(gòu)主要由核體部分以及具有保護(hù)作用的外壁構(gòu)成，核體通常是由氣體構(gòu)成，大多數(shù)是空氣。水基微泡沫外壁則比較復(fù)雜，首先存在一個(gè)包裹氣相核體的表面活性劑內(nèi)層，此外還有兩層，覆蓋在表面活性劑內(nèi)層外的是一個(gè)粘性水層，水層以外是表面活性劑的雙分子層，水基微泡沫的親水性能與疏水性是由這個(gè)表面活性劑雙分子層的次外層性質(zhì)決定的。通過一些顯微圖片分析可以看出，微泡沫鉆井液中氣泡是不連續(xù)分散分布的，氣泡半徑比較小，液膜層比較厚，整體外觀呈球狀。通過粒度分析結(jié)果表明，微泡沫粒度越細(xì)，微泡沫鉆井液的穩(wěn)定性越好。

二、影響微泡沫鉆井液穩(wěn)定性的因素

1、發(fā)泡劑

發(fā)泡劑也稱起泡劑，是常用的一種表面活性劑，它的分子結(jié)構(gòu)由非極性的親油（疏水）基團(tuán)和極性的親水（疏油）基團(tuán)所構(gòu)成，從而使其成為既有親水性又有親油型的“雙親結(jié)構(gòu)”分子。親油基可以是脂肪族烴基、脂環(huán)族烴基、芳香族烴基或帶氧、氮等原子的脂肪族烴基和芳香族烴基；而親水基一般為羧酸基、烴基、磺酸基、硫酸基、膦酸基、氨基、腈基、硫醇基、鹵基、醚基等。

因?yàn)槲⑴菽@井液主要具有堵漏、基層保護(hù)的作用，所以要求發(fā)泡劑有較高的起泡能力，而且要求其生成的泡沫必須具備非常良好的均勻、細(xì)密性及穩(wěn)定性，還要具備較良好的抗鹽、抗鈣、抗油污染能力，同時(shí)也必須要與原鉆井液具有良好的相互兼容的性能。

介于上述要求，在微泡沫鉆井液研制過程中發(fā)現(xiàn)往往采用單一的表面活性劑作為起泡劑，未必能達(dá)到良好的使用效果。而同時(shí)選用多種不同類型的表面活性劑并按照合適的調(diào)配比例添加到液體鉆井液基體中后，才能實(shí)現(xiàn)氣泡率高，泡沫豐富、均勻，氣泡穩(wěn)定性好等性能特點(diǎn)。且其抵抗溫差變化、抵抗壓力變化、抵抗油、水污染的能力都大大提高。

2、穩(wěn)定劑

泡沫型鉆井液的穩(wěn)定性除受發(fā)泡劑的影響外，還受到穩(wěn)定劑的影響。穩(wěn)定劑不但能夠提高泡沫的壽命周期，還能使泡沫在鉆井液體系中穩(wěn)定存在。而泡沫的穩(wěn)定性，有表面張力的作用、內(nèi)外壓力差的作用，此外，還有氣泡膜的彈性與韌性的作用。從分子構(gòu)成的角度來(lái)說，高分子量、高密集度的分子結(jié)構(gòu)、復(fù)合網(wǎng)絡(luò)狀的泡沫穩(wěn)定性比較好。常用的泡沫穩(wěn)定劑主要有脂肪酰胺(R-CONH2)、脂肪酸乙醇酰胺(R-CONHCH2-CH2-OH)、N-烷基亞氨二醋酸鈉鹽、烷基甜菜堿磺酸 (R-(CH2)2-N+-CH2-CH2-CH2-S03-)、聚丙烯酸及其衍生物等。

3、增稠劑

增稠劑是一種廣泛使用的添加劑，主要能夠改善改善和增加流動(dòng)狀態(tài)、膠狀物質(zhì)等的粘稠度，同時(shí)具有穩(wěn)定流體結(jié)構(gòu)或使液體中的固態(tài)顆粒呈懸浮狀態(tài)的作用，有其特定的的流變學(xué)性質(zhì)，能夠提高泡沫液體相的阻滯性能，更能有效地起到阻塞、防漏失的作用。

4、外部因素的影響

除鉆井液自身成份及添加比例會(huì)對(duì)其使用性能造成影響，外部使用環(huán)境也會(huì)影響鉆井液的使用壽命及使用效果。泡沫鉆井液的穩(wěn)定性隨著使用時(shí)間的增加而降低，隨著溫度的增加而減弱。

三、微泡沫鉆井液的使用與維護(hù)

通過了解，我們清楚地知道哪些內(nèi)部因素、外部因素會(huì)對(duì)微泡沫鉆井液的性能產(chǎn)生影響，為此，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們就要積極針對(duì)以上因素采取合理、有效地措施，盡量防止鉆井液在使用過程中受到污染，盡量提高其使用壽命。

首先，要對(duì)工作鉆井的巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，在使用過程前要做好充分的實(shí)驗(yàn)研究工作，確定合適的鉆井液類型，并合理調(diào)配各種添加劑的配制比例，在使用過程中要定期進(jìn)行取樣分析、化驗(yàn)，以了解鉆井液各組成成分的帶耗情況，適當(dāng)時(shí)要及時(shí)添加或更換新液。

其次，為確保良好的使用效果，使泡沫鉆井液能夠真正實(shí)現(xiàn)攜帶巖屑、凈化井底和平衡地層壓力，良好的屏蔽效果、潤(rùn)滑效果、降低濾失量等優(yōu)異性能，還防止過高溫操作、非法操作。

四、結(jié)語(yǔ)

鉆井液的質(zhì)量水平直接關(guān)系到鉆井效果的好壞，雖然微泡沫鉆井液具有良好的流變性能，具有較強(qiáng)的抑制性和良好的防漏失性，但其有著特定的適應(yīng)性及適用條件，而各地區(qū)的井礦性質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)上存在著很大的不同，以及鉆探工具的不斷變化，環(huán)境、健康、安全要求的不斷提高，這就要求我們要不斷加強(qiáng)關(guān)于鉆井液方面的專項(xiàng)研究，以不斷提高產(chǎn)品的適用性。

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