《鉆井用空氣泡沫工藝技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施效果分析

馬文英，孫 舉，楊國(guó)濤，鐘 靈

中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院 （河南 濮陽(yáng) 457001）

氣體鉆井技術(shù)是有效解決陸相地層采用常規(guī)水基鉆井液鉆井機(jī)械鉆速慢、易漏失等問(wèn)題的重要技術(shù)，自2006年開(kāi)始空氣鉆井技術(shù)在川東北地區(qū)應(yīng)用以來(lái)，取得了良好應(yīng)用效果[1-4]。但由于鉆遇地層水時(shí)泥頁(yè)巖水化造漿，易造成井眼縮徑或井壁坍塌、掉塊[5-7]，粘附鉆具并堵塞環(huán)空通道[8-9]。此時(shí)，遵循的原則是出水量較小時(shí)轉(zhuǎn)換為霧化鉆井，當(dāng)?shù)貙映鏊枯^大采用霧化鉆井不能完成攜巖要求時(shí)，則轉(zhuǎn)換為空氣泡沫鉆井。由于川東北元壩地區(qū)一開(kāi)設(shè)計(jì)為大尺寸井眼，存在攜巖困難問(wèn)題，此時(shí)采用空氣泡沫鉆井可有效解決該難題。但在該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，沒(méi)有形成規(guī)范化操作，存在一定的盲目性，因此為了更好的發(fā)展、完善空氣泡沫鉆井技術(shù)，提供泡沫基液配制、施工依據(jù)，提高標(biāo)準(zhǔn)的完整性和普適性，提高工藝施工的科學(xué)性和合理性，制定了中原油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 1025 0773-2011《鉆井用空氣泡沫工藝技術(shù)規(guī)程》并進(jìn)行了實(shí)施，取得良好效果。

1 標(biāo)準(zhǔn)主要要素的確定

完整的工藝技術(shù)規(guī)程一般應(yīng)包括范圍、規(guī)范性引用文件、要求、性能測(cè)定方法、配制及維護(hù)處理等內(nèi)容，而鉆井用空氣泡沫由于是較新的技術(shù)，其中存在術(shù)語(yǔ)及定義不確定的問(wèn)題，因此對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)和定義進(jìn)行了解釋。為盡可能保證油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)，滿足空氣泡沫鉆井要求，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)（包括處理劑選擇、體系配伍性實(shí)驗(yàn)以及性能評(píng)價(jià)等）及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐分析，確定了發(fā)泡倍數(shù)、半衰期、氣液比、空氣排量及泡沫基液排量等空氣泡沫技術(shù)規(guī)程的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況對(duì)指標(biāo)范圍進(jìn)行了規(guī)范，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)泡沫流體的配制、空氣泡沫鉆井技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行了說(shuō)明。

1.1 術(shù)語(yǔ)及定義

在標(biāo)準(zhǔn)中，如果涉及的術(shù)語(yǔ)不是常用的術(shù)語(yǔ)，可能存在歧義的情況下，要進(jìn)行規(guī)范說(shuō)明，在制定《鉆井用空氣泡沫工藝技術(shù)規(guī)程》過(guò)程中就存在這種情況，因此對(duì)以前標(biāo)準(zhǔn)中未出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了解釋?zhuān)艺f(shuō)明這些術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

1）空氣泡沫：指氣體分散于液體中形成的一種具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的特殊分散體系，為氣液兩相流，氣體是分散相，液體是連續(xù)相。氣相采用空氣，即空氣泡沫。

2）空氣泡沫鉆井：用空氣泡沫作為循環(huán)介質(zhì)所進(jìn)行的鉆井。

3）發(fā)泡倍數(shù)：泡沫體積與產(chǎn)生泡沫的溶液體積的比值。

4）泡沫的半衰期：指從泡沫中排出一半液體所需的時(shí)間，半衰期可作為衡量泡沫穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。

1.2 空氣泡沫要求

為滿足空氣泡沫鉆井要求，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐分析，確定了各處理劑加量及空氣泡沫性能指標(biāo)。

選擇很小溶液濃度下就具有較高發(fā)泡能力，較長(zhǎng)半衰期的發(fā)泡劑；根據(jù)井深及泡沫循環(huán)時(shí)間的需要，調(diào)節(jié)主、輔穩(wěn)泡劑的加量，使泡沫性能滿足鉆井要求；抑制劑、井壁穩(wěn)定劑及緩蝕劑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)使用，使用原則是不影響泡沫的穩(wěn)定性，泡沫性能可滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

泡沫鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工，一般要求泡沫體積不小于400mL（100mL泡沫基液采用Waring Blender法所產(chǎn)生的體積，即發(fā)泡倍數(shù)不小于4倍）[7-8]，以滿足攜巖、攜水等要求；半衰期則根據(jù)井深、地層等情況適當(dāng)調(diào)整，一般超過(guò)30min即可滿足安全施工要求，但半衰期過(guò)長(zhǎng)則泡沫不易破裂，給后續(xù)消泡帶來(lái)困難，因此建議泡沫的半衰期不超過(guò)200min。推薦的空氣泡沫性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 推薦空氣泡沫性能指標(biāo)

1.3 空氣泡沫鉆井工藝參數(shù)

工藝參數(shù)是現(xiàn)場(chǎng)施工參考的依據(jù)，需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析確定。泡沫鉆井中氣體體積注入量必須滿足泡沫穩(wěn)定和攜巖要求，根據(jù)實(shí)際鉆井條件，首先確定空氣排量為50～200L/min。在此基礎(chǔ)上，泡沫基液排量是滿足泡沫穩(wěn)定和攜巖的重要參數(shù)，通常條件下，根據(jù)所鉆井眼的尺寸和井深，以達(dá)到形成連續(xù)穩(wěn)定的泡沫為標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)地層情況而定，在涌水地層中，為提高泡沫的攜水、攜巖能力，泡沫基液排量可適當(dāng)提高，并及時(shí)進(jìn)行泡沫基液的維護(hù)。推薦的空氣泡沫施工參數(shù)見(jiàn)表2。

2 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施及效果

標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 1025 0773-2011《鉆井用空氣泡沫工藝技術(shù)規(guī)程》于2011年評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，在中原油田西南鉆井公司、管具工程處、鉆井工程技術(shù)研究院等單位進(jìn)行了宣貫實(shí)施。

表2 推薦空氣泡沫施工參數(shù)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過(guò)程中，定期對(duì)實(shí)施情況進(jìn)行檢查，找出存在的問(wèn)題，并討論形成解決方案，尤其對(duì)一些出現(xiàn)頻率較高的問(wèn)題進(jìn)行分析，使每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施人員清楚問(wèn)題所在。

2.1.1 泡沫液循環(huán)利用問(wèn)題

采用廢液配制泡沫基液，可以有效減少?gòu)U液量，減少環(huán)境壓力，降低使用成本，但是由于泡沫基液中泥沙含量較高，泡沫液流經(jīng)各泵均可能發(fā)生堵塞。解決方法：使用時(shí)需注意廢液上水泵是否堵塞，及時(shí)清理，上提污水泵，保證水量供應(yīng)；定時(shí)測(cè)量各泵排量，保證鉆進(jìn)時(shí)泡沫基液供應(yīng)。在鉆進(jìn)較深地層以及泡沫基液消耗量大的泥巖地層時(shí)，泡沫液排量增大，可用泥漿泵將泡沫液直接泵入井中。

2.1.2 地層巖性對(duì)泡沫質(zhì)量產(chǎn)生影響

在砂巖鉆進(jìn)時(shí)，鉆時(shí)較慢，單位時(shí)間巖屑量少，砂巖與泡沫中處理劑吸附作用少；在泥巖鉆進(jìn)時(shí)，鉆時(shí)較快，單位時(shí)間巖屑量大，同時(shí)泥巖表面積大，對(duì)處理劑的吸附和消耗明顯，對(duì)泡沫質(zhì)量影響大。因此在施工過(guò)程中，根據(jù)地層情況及時(shí)地調(diào)整處理劑加量及氣液比，保證泡沫質(zhì)量滿足順利鉆進(jìn)要求。

2.1.3 消泡問(wèn)題

空氣泡沫鉆井為了保證攜砂效果，基液量大，黏度高，易產(chǎn)生大量虛泡，且較難消除，根據(jù)井場(chǎng)的排砂池容量，加上地層的出水，在泡沫鉆井期間很容易漲滿排砂池，造成環(huán)保壓力，井隊(duì)對(duì)此要求也比較高。解決方法：采用機(jī)械消泡器、水力噴灑、調(diào)整基液配方等多種方法解決消泡問(wèn)題。

2.1.4 泡沫基液濃度及排量的確定

鉆遇地層巖性如泥巖、砂巖對(duì)泡沫基液消耗有差異，因此要求泡沫基液濃度不同；鉆進(jìn)井深和井眼尺寸大小變化時(shí)，對(duì)泡沫基液的使用量以及排量要求不同。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施效果

標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 1025 0773-2011《鉆井用空氣泡沫工藝技術(shù)規(guī)程》的實(shí)施，對(duì)空氣泡沫鉆井施工提供了有效的操作規(guī)范和指導(dǎo)作用，提高了規(guī)范性及安全性，大大減少操作過(guò)程中的盲目性，使鉆井工程的順利完成得到進(jìn)一步保障；同時(shí)也加強(qiáng)了施工人員的標(biāo)準(zhǔn)化管理，為提高鉆井施工水平奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。自標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)，分別指導(dǎo)了元壩222井、元壩107井、隆盛2井等6口井的現(xiàn)場(chǎng)施工。在實(shí)施的過(guò)程中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制處理劑加量，按時(shí)測(cè)定鉆井液基液性能，并定時(shí)補(bǔ)充處理劑，按照不同井眼尺寸采用相應(yīng)的施工參數(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施，有效地解決了川東北地區(qū)氣體鉆井?dāng)y水、攜砂及在出水地層實(shí)施氣體鉆井井壁穩(wěn)定的難題，尤其是解決超大尺寸井眼攜巖困難的技術(shù)難題，保持了氣體鉆井的優(yōu)勢(shì)，660.4mm井眼平均機(jī)械鉆速為7.8m/h，比同區(qū)塊常規(guī)鉆井液鉆井提高5倍以上。

1）有效解決了大尺寸井眼的巖屑攜帶問(wèn)題，提高了機(jī)械鉆速。四川元壩區(qū)塊的預(yù)探井或開(kāi)發(fā)井，開(kāi)發(fā)海相地層時(shí)井深較深，受井深和井身結(jié)構(gòu)影響，導(dǎo)眼尺寸一般為Φ609.6mm或是Φ660mm?？諝馀菽夹g(shù)通過(guò)泡沫的懸浮性可有效攜帶巖屑，在元壩222井、元壩107井等大尺寸井眼的應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推薦的施工參數(shù)調(diào)整空氣排量和基液排量，泡沫攜巖效果良好，返出的巖屑大小混雜，棱角分明，起下鉆暢通，無(wú)阻卡現(xiàn)象，測(cè)斜順利，接單根時(shí)井底無(wú)沉砂，較好地滿足了大井眼巖屑攜帶要求及地質(zhì)資料的錄取要求。

2）有效解決了氣體鉆井鉆遇地層出水的井壁穩(wěn)定問(wèn)題。氣體鉆井鉆遇地層出水量大時(shí)，易發(fā)生井眼縮徑或井壁坍塌、掉塊等情況，空氣泡沫技術(shù)可有效地解決地層出水后井壁穩(wěn)定問(wèn)題，保證氣體鉆井正常進(jìn)行。以隆盛2井為例，該井上部地層砂巖與泥巖互層為主，地層軟硬交錯(cuò)，泥巖易坍塌，地層水易侵入地層。導(dǎo)眼采用空氣泡沫鉆進(jìn)過(guò)程中，初始水量為3～5m3/h，鉆進(jìn)至115m時(shí)增大為50m3/h，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中泡沫基液的性能維護(hù)要求，每2h補(bǔ)充抑制劑，保證抑制劑濃度達(dá)到12 kg/m3，保證了井壁穩(wěn)定效果，鉆進(jìn)過(guò)程中泡沫穩(wěn)定，攜巖攜水效果良好，起下鉆、接單根等作業(yè)通暢無(wú)阻，后因污水池容量有限轉(zhuǎn)換為鉆井液鉆進(jìn)。

3）有效解決了泡沫流體難消泡、泡沫基液不能回收利用的問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中推薦的處理劑及加量配制泡沫基液，達(dá)到4倍以上的發(fā)泡倍數(shù)，以滿足安全鉆井的目的，同時(shí)兼顧泡沫基液的半衰期，避免泡沫返出井筒后長(zhǎng)時(shí)間不消泡，造成泥漿池的負(fù)擔(dān)，此外配合機(jī)械消泡裝置，實(shí)現(xiàn)了泡沫基液的循環(huán)利用，大幅度降低材料和清水消耗，避免了泡沫鉆井因泥漿池容量有限而被迫提前終止，同時(shí)減輕了環(huán)保壓力。如元壩222井僅鉆井初期使用清水配制泡沫基液400m3，其余全部使用消泡后回收的泡沫基液，節(jié)約清水1 230m3，減少了相應(yīng)體積的污水處理量。

3 結(jié)束語(yǔ)

鉆井用空氣泡沫工藝技術(shù)規(guī)程制定時(shí)，除了必須保證標(biāo)準(zhǔn)能夠充分體現(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)、性能要求外，標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)規(guī)范是一個(gè)合格標(biāo)準(zhǔn)的基本條件。隨著油田鉆井液體系技術(shù)規(guī)范的逐步增加，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范工作也變得越來(lái)越重要，但由于國(guó)內(nèi)在空氣泡沫鉆井施工作業(yè)方面雖然已經(jīng)推廣應(yīng)用，但還沒(méi)有形成成熟的關(guān)于空氣泡沫鉆井方面的經(jīng)驗(yàn)和做法，因此在實(shí)施過(guò)程中要及時(shí)收集分析使用情況，便于在標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)不斷改正與完善，使本標(biāo)準(zhǔn)更符合實(shí)際，更有指導(dǎo)和規(guī)范意義，促進(jìn)油田鉆井液行業(yè)健康、快速、有序的發(fā)展。

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