抗溫可循環(huán)微泡沫鉆井液的研究進展與應用現(xiàn)狀

朱文茜，鄭秀華

(中國地質(zhì)大學(北京) 工程技術(shù)學院，北京 100083)

微泡鉆井液(CGA Drilling Fluids)最早是由美國MI鉆井液公司和Acti Systems公司共同研制的一種全新的、在近平衡鉆井中使用的鉆井液體系，這種由粒徑在10～100 μm的獨立剛性微泡組成的鉆井液體系，能夠建立起一個非侵入的、近平衡的環(huán)境，阻止或延緩鉆井液進入地層[1-2]。國內(nèi)外鉆井現(xiàn)場的使用經(jīng)驗表明微泡鉆井液既能解決嚴重漏失地層的堵漏問題，也經(jīng)受住地層溫度、壓力、鹽膏層、泥頁巖水化等問題的考驗，滿足綠色安全的鉆井生產(chǎn)要求。據(jù)統(tǒng)計，至2007年，北美、南美已有約300口井使用微泡鉆井液體系順利施工，國內(nèi)如彩南油田、四川玉皇1井、中原油田文23氣田等使用微泡鉆井液體系成功解決了低壓低滲透儲層的嚴重漏失、儲層傷害、鉆速慢、鉆井難度大等問題[1,3-4]。

泡沫是熱力學不穩(wěn)定體系，這限制了在微泡鉆井液在高溫深井鉆探中的應用，為滿足鉆探現(xiàn)場日益增長的鉆井深度和儲層溫度的需求，近年來開發(fā)抗溫微泡鉆井液體系成為研究的熱點。本文從微泡的結(jié)構(gòu)與尺寸、穩(wěn)定性、架橋封堵機理、流變性四個方面歸納介紹了該技術(shù)國內(nèi)外最新的理論研究進展，以時間為線索綜述了該技術(shù)在鉆井現(xiàn)場的應用特性與效果，并展望了這項技術(shù)的發(fā)展。

1 微泡特性研究

1.1 微泡的結(jié)構(gòu)與尺寸

微泡具有獨特的結(jié)構(gòu)和尺寸大小，在水基鉆井液中使用親水型表面活性劑制備，Sebba于1987年首次提出微泡是一種“一核三膜”的結(jié)構(gòu)，即微泡的中心是氣核，外部有兩層表面活性劑膜和一層粘性水膜[5-6]。2000年，Jaurgi等使用電子顯微鏡和X射線衍射來確定表面活性劑殼的厚度和存在于微泡結(jié)構(gòu)中的表面活性劑層的數(shù)量，進一步支持了Sebba的假設[7]。2008 年，鄭力會等推測了“一核兩層三膜”的微泡微觀結(jié)構(gòu)，即認為微泡由氣核、高黏水層、聚合物高分子和表面活性劑濃度過渡層、氣液表面張力降低膜、高黏水層固定膜、水溶性改善膜組成。2010年，鄭力會等利用醫(yī)學顯微鏡研究的室內(nèi)配制微泡鉆井液、現(xiàn)場用微泡鉆井液以及藥用微泡的微觀結(jié)構(gòu)研究新進展，印證了“一核兩層三膜”推測基本正確[8]。

微泡的直徑在10～100 μm之間，實驗室常用光學顯微鏡和分析軟件研究微泡的粒徑。圖1為典型的微泡粒徑分布圖像，微泡的平均直徑為 69.3 μm[9]。

圖1 微泡尺寸分布[9]Fig.1 Size distribution of aphrons

Kuru等的研究結(jié)果顯示，微泡的粒徑不受表面活性劑加量的影響，同時聲明該結(jié)果僅限于本實驗所對比的兩種表面活性劑HTAB和DDBS[10]。2014年，Milad Arabloo等的研究得出了不同的結(jié)論[11]，即微泡的尺寸隨著聚合物濃度的增加而減小，隨著表面活性劑濃度的增加而增加，當表面活性劑濃度達到一定值時，平均氣泡尺寸沒有顯著增加。此外，耿向飛等的研究表明，攪拌速度也會影響微泡粒徑的大小：當攪拌速率由4 000 r/min增至10 000 r/min時，微泡平均粒徑由142.82 μm降至71.87 μm，當攪拌速率繼續(xù)增至11 000 r/min時平均粒徑基本不變[12]。這與Paula Jauregi等1997年提出的制備Aphron的臨界速度為5 000 r/min的結(jié)論一致[13]。而攪拌時間對平均粒徑幾乎無影響，但考慮到攪拌時間太短，可能會造成表面活性劑溶解不完全，而攪拌時間太長則會使體系溫度升高，因此在制備微泡流體時通常以高于5 000 r/min的速度高速攪拌2 min。

1.2 微泡的穩(wěn)定性

普通泡沫大都成六邊形，氣泡膜之間存在Plateau邊界，而微泡體系中泡沫成大小不等的圓球體，以單個懸浮方式存在于體系中，氣泡膜之間連接處不存在Plateau邊界，因此壓差排液和氣泡合并這兩種普通泡沫的破裂方式對于微泡沫而言并不顯著。導致其破壞的主要原因是重力排液，即液體因自身重力下降使液膜變薄，當液膜變薄至一定程度時，泡沫破裂[9,12]。微泡的穩(wěn)定性取決于封裝殼的厚度和粘度。如果殼的厚度小于4 μm或大于10 μm，則微泡不穩(wěn)定。同時為了減弱“Marangoni效應”的影響，殼必須具有一定的粘度，避免水從殼轉(zhuǎn)移到基液中，破壞微泡單體的穩(wěn)定性[14]。

微泡在高溫高壓環(huán)境下長時間穩(wěn)定存在對微泡鉆井液在現(xiàn)場成功應用有重要意義。研究表明，微泡Aphrons能承受至少4 000 psi(約27.6 MPa)的壓力，比常規(guī)氣泡可以承受的最高壓力高出10倍[15]。Mohsen Pasdar等使用高壓顯微鏡，以可視化的方法觀察到微泡在2 000 psi的環(huán)境下穩(wěn)定存在。Zhu等[16]對120 ℃老化16 h的微泡鉆井液進行顯微觀測，結(jié)果表明在所觀測的60 min內(nèi)，微泡始終穩(wěn)定地存在，以上均證明了微泡的高穩(wěn)定性能。

1.3 微泡的封堵與架橋機理

研究表明，微泡鉆井液具有獨特的架橋堵漏機制控制鉆井流體對地層的侵入，達到保護儲層的作用。微泡鉆井液在井內(nèi)循環(huán)時，微泡在壓差作用下進入低壓孔隙或裂縫，微泡在損失區(qū)的移動速度高于基漿流體，并集中在流體前沿，此時微泡能夠起到架橋粒子及變形填充粒子的作用，隨著微泡和徑向流動的進行，流體速度降低，微泡在低剪切速率下粘度迅速上升，加劇了泡沫的吸附聚集,使堵漏效果增強，直到某一臨界值，流體基本停止。由這種現(xiàn)象產(chǎn)生的微環(huán)境形成一種無固相的橋，稱之為漏失層的架橋作用，有效阻止或減緩了流體通過滲透介質(zhì)的速度，減小了鉆井液對地層的損害[15,17-19]。

2011年，N Bjorndalen等[20]采用蝕刻玻璃板模型模擬微泡流體在多孔介質(zhì)中的流動與封堵，實驗結(jié)果圖像和壓降的明顯增加都證明了微泡流體在很長一段時間內(nèi)能夠?qū)Χ嗫捉橘|(zhì)實現(xiàn)封堵，且該過程是可逆的，在后期進行開采時，微泡流體可成功被水所驅(qū)除，從而降低了與刺激過程相關(guān)的成本。2014年，H N Bjorndalen等[21]采用向沙包中注入微泡流體和飽和流體的實驗，以注入微泡流體前后的壓降表明微泡的封堵性能，研究了地層流體類型、地層滲透性、潤濕性等因素對微泡鉆井液封堵性能的影響，實驗結(jié)果表明微泡流體的存在能夠產(chǎn)生更多的壓降，進一步證實了微泡堆積能夠?qū)Φ貙訉嵤┯行У姆舛隆?/p>

1.4 微泡鉆井液流變性

微泡鉆井液具有極高的低剪切粘度(LSRV=Low Shear Rate Viscosity)，有利于攜帶巖屑，清潔井筒。Ivan等[22]使用布氏粘度計觀察到3 s-1剪切速率下微泡鉆井液的粘度高達1.5×105cP，并認為這是常規(guī)微泡鉆井液體系能夠達到的一個數(shù)值，并不罕見。Khamehchi Ehsan等[23]的研究中在低剪切速率下微泡鉆井液的粘度亦可達3×105cP。

微泡鉆井液是典型的非牛頓流變，冪律模型與赫-巴流變模型能夠準確地描述其流變模式。2005年，詹美萍等[24]在關(guān)于微泡鉆井液的流變性研究中指出：冪律模式與赫-巴流變模式能較真實地反映泡沫的流動特性。實際中究竟采用哪種流變模式描述微泡鉆井液的流變規(guī)律,取決于微泡鉆井液體系及其內(nèi)部組分的相對含量。2007年，王洪軍等[25]研究了高溫高壓(60 ℃/20 MPa、100 ℃/30 MPa、120 ℃/36 MPa)下微泡流體的流變性，得出類似的結(jié)論，冪律模式及赫-巴流變模式均能較真實地反映泡沫的流動特性，冪律模式簡單、使用方便，擬合效果與赫-巴模式相當。2016年，KHAMEHCHI Ehsan等[23]分別測試了微泡鉆井液在49 ℃(API 流變性測試標準溫度)、71 ℃(環(huán)空中流動的鉆井液溫度)、93 ℃(油田常用的低溫常壓黏度計進行流變性測試的最大許可溫度，也是避免聚合物降解的最大許可溫度)的流變參數(shù)并進行擬合。再一次證明了Herschel-Bulkley模型是適合描述微泡形成前后鉆井液流變性的流變模型，結(jié)果顯示：隨著溫度的升高，流動特性指數(shù)n值降低，稠度系數(shù)K增大，屈服應力降低。值得注意的是，在Amir Hossein和Zhu等[16,26]的研究中，赫-巴流變模式在擬合疏水性納米粒子和凹凸棒土基微泡鉆井液時出現(xiàn)了負的動切力參數(shù)，違背了赫-巴模型的先決條件，因此在選擇流變模型時需要綜合對比冪律模型和赫-巴模型的擬合優(yōu)度及參數(shù)值。

2 抗溫微泡鉆井液體系的優(yōu)化與應用進展

文中第一部分關(guān)于微泡鉆井液體系的性能研究從理論上證明了微泡鉆井液優(yōu)異的穩(wěn)定性、流變性、攜巖帶砂能力和防漏、堵漏效果，而在實際鉆井現(xiàn)場微泡鉆井液也已經(jīng)有了較大的發(fā)展，通常人們認為泡沫流體的耐溫性較差，高溫環(huán)境下泡沫不穩(wěn)定易破滅，然而近期的研究結(jié)果顯示，隨著微泡鉆井液體系的開發(fā)，其耐溫性已有了大大的提高，且在現(xiàn)場中也有諸多應用的實例。

微泡鉆井液最早使用是在美國得克薩斯西部的Fusselman 油田[27-28]。在側(cè)鉆一口水平井時，在造斜段發(fā)生了漏失，正在用一種黃原膠體系進行造斜段的鉆進工作。隨著鉆頭接近井底，產(chǎn)生了微泡。微泡從鉆頭噴出后，泵壓馬上開始增加，這表明該鉆井液并沒有漏入裂縫，鉆進逐步恢復，在該井的全部剩余部分，鉆井均順利進行，無任何損失。之后在得克薩斯北部有兩口井鉆入了一條白云巖的礦脈地帶,由于該地帶地下裂口大，而且鉆井液循環(huán)損失嚴重，在使用微泡體系之后，這兩口井都以無任何損失的方式鉆進成功。除得克薩斯油田以外，國外微泡鉆井液成功應用于鉆井現(xiàn)場的案例還有很多[15,29]，如伊朗TBK氣田嚴重漏失和嚴重坍塌地層、2001年委內(nèi)瑞拉西北部老油田、2002年北海荷蘭區(qū)塊、2003年墨西哥Poza Rica油田、2008年加拿大亞伯達等等，至2007年，北美、南美已有約300口井使用微泡鉆井液體系順利施工。

國內(nèi)，早在1996年，宮新軍等[30]為解決了鉆進古潛山構(gòu)造地層時常出現(xiàn)的嚴重井漏問題，將鉆井液密度控制在1.0 g/cm3以下，以起泡膠體基漿配合MMH正電膠研制出“可循環(huán)泡沫鉆井液”，并在勝利油田草古102-斜3井、孤南7-61井等五口井現(xiàn)場成功使用。此時人們對微泡鉆井液的認識還不足，在現(xiàn)場中稱為泡沫、微泡沫、可循環(huán)微泡沫等，2001年，徐同臺等才將中國的可循環(huán)微泡沫體系同國外的“Aphrons”視為同一種鉆井液體系，并統(tǒng)稱為“微泡鉆井液”，隨后，微泡鉆井液體系隨著鉆探需求演變出適應不同鉆探條件的配方，其耐溫性、穩(wěn)定性、抗污染能力得到極大改善。

2001年，羅健生等[31]提出在海上油田鉆井中使用微泡鉆井液，使用海水配制了黏土相微泡鉆井液，同時還提出了在微泡鉆井液中加入正電膠(MMH)或聚陰離子纖維素(PAC-HV)，得到另外兩種淡水微泡鉆井液配方。實驗結(jié)果顯示，在80 ℃下熱滾16 h后，或加入20%煤油進行污染處理，鉆井液常規(guī)性能均十分穩(wěn)定，密度稍有增加，濾失量控制在5 mL內(nèi)。

2004年，張毅等[3]制備的含固、液、氣三相的微泡鉆井液在80 ℃和5%NaCl污染下性能穩(wěn)定，成功解決了彩南油田多口井的嚴重漏失問題。張振華[32]合成了發(fā)泡劑MF-1,發(fā)泡量大于500 mL，半衰期大于60 min，該發(fā)泡劑抗溫150 ℃，抗鈣5 g/L， 抗鹽大于10%，抗油能力大于15%。將其應用于微泡鉆井液中，得到最優(yōu)體系配方，該配方在120 ℃條件下熱滾24 h后，微泡沫鉆井液的密度0.65 g/cm3，濾失量為9.6 mL，高溫處理后微泡鉆井液的性能也能達到現(xiàn)場要求。在120 ℃條件下進行動態(tài)巖心污染實驗，恢復率也能達到80%以上。

2005年，吉永忠等[4]為解決川東北地區(qū)鉆井工程中鉆遇長段低壓漏失帶或破碎性地層而引起的嚴重井漏問題，使用羧甲基纖維素和HYF(發(fā)泡劑)制備了密度控制范圍0.75～0.96 g/cm3微泡鉆井液，有效解決了該地區(qū)井漏，同時微泡鉆井液良好的攜巖性解決了大尺寸井眼的攜砂問題，與鄰區(qū)同類井相比，鉆井速度提高了3～7倍，縮短鉆井時間29.5 d，鉆機作業(yè)費按4萬元/d計，則取得的直接經(jīng)濟效益100萬元以上。

2010年，王桂全等[33]從5種發(fā)泡劑中優(yōu)選出DF-1制備了密度為0.82～0.94 g/cm3微泡鉆井液，在吉林油田海 39 井三開井段(1 430～2 239 m)應用,現(xiàn)場施工表明，微泡沫鉆井液能夠滿足易塌地層(姚家組)的鉆井施工要求，與常規(guī)水基鉆井液對比，微泡沫鉆井液能夠明顯提高機械鉆速及測井的一次成功率，機械鉆速由8.3 m/h提高至13.4 m/h。

2012年，辛寅昌等[34]使用DM5512、甜菜堿、烷基糖苷復配了起泡劑 QR-1，將3種添加劑HPMC、SMP-2、SP-8復配了穩(wěn)定劑WD-1，使用QR-1、WD-1、粘土制得微泡鉆井液，具有很好的耐鹽性，在礦化度為 10×104mg/L的基液中還能保持很好的性能，在130 ℃以內(nèi)具有良好的起泡能力和穩(wěn)定性，泡沫半衰期可達219 min。

2014年，謝建宇等[35]以膨潤土、Foam-1、黃原膠為主要材料開發(fā)的耐高溫微泡鉆井液，在50,80,120,135 ℃老化16 h后，其粘度、切力、密度均無較大變化。楊鵬等[36]針對頁巖氣成藏特點及鉆井過程中可能出現(xiàn)的井漏、頁巖水化膨脹導致井壁垮塌等問題，開展了油基可循環(huán)微泡沫鉆井液技術(shù)研究。對制備的油基可循環(huán)微泡沫鉆井液進行抗污染評價，研究結(jié)果顯示，該體系抗水侵15%，抗鈣侵10%，濾失量小于3 mL，頁巖回收率90%以上，在150 ℃、6 MPa壓差下，鉆井液無漏失，承壓能力較強，能夠有效封堵漏失地層，極壓潤滑系數(shù)為0.046，具有良好的潤滑性，該體系不僅可滿足頁巖氣井鉆井的需求，而且還可應用于低壓低滲透儲層和低壓鹽膏層鉆井。肖昌等[37]優(yōu)選出了降低水鎖損害的表面活性劑 KZ，改以ABS 和SDS 的復配物作發(fā)泡劑，使用HV-CMC和PAC-141作穩(wěn)泡劑制備微泡鉆井液，優(yōu)化后的微泡沫鉆井液流變性能好，濾失量低，抑制性強。在海拉爾-塔木察格盆地塔南區(qū)塊6口易漏易塌井中應用，平均井徑擴大率降低了6.17%，平均機械鉆速提高了15.5%，且具有良好的儲層保護效果。

2015年，宋霏[17]以AOS+OB-2復配發(fā)泡劑、PAC+XC復配穩(wěn)泡劑所研制的無黏土相微泡鉆井液配方，在120 ℃顯示了良好的耐溫性。同時對該微泡鉆井液進行抗污染評價，當NaCl的侵入量在0～6.0%時，體系的密度以及流變性基本沒有變化，微氣泡的大小以及尺寸分布基本不變，說明微氣泡鉆井液體系表現(xiàn)出較強的抗無機鹽污染的能力，同時指出這與發(fā)泡劑AOS的主要成分有關(guān)，AOS是鏈烯基磺酸鹽和羥基基鏈烷磺酸鹽，分子中存在雙鍵或羥基，它們與磺酸基一起對金屬離子有螯合作用，表現(xiàn)出很好的抗鹽能力。用煤油(C5～C16)考察了微泡沫鉆井液體系抗油污染的能力，結(jié)果顯示該微泡鉆井液抗油能力能夠達到9%。

2016年，王曉軍[38]利用合成的發(fā)泡劑LF-2與穩(wěn)泡劑HMC-1配制了密度在0.85～0.95 g/cm3可調(diào)的抗溫抗鹽無固相微泡沫鉆井液，室內(nèi)研究表明：該鉆井液的巖屑回收率和巖心滲透率恢復率達88.7%和88.87%，在40/80目砂石構(gòu)成的漏失層中30 min漏失量僅為1.8 mL，具有較強的封堵能力。在150 ℃熱滾后流變性能變化不大，濾失量始終在7.4 mL以內(nèi)，重新攪拌后，泡沫穩(wěn)定時間大于48 h，具有高溫穩(wěn)定性。無固相微泡沫鉆井液在茨采、沈采和冷家油田21口井的欠平衡鉆井中進行了應用，鉆進井段為2 785～4 005 m，井底最高溫度達141.5 ℃。應用結(jié)果表明，與鄰井相比，同層段機械鉆速提高70%，油氣顯示活躍，多次點火成功，火焰高達6 m，表明無固相微泡鉆井液有利于提高勘探開發(fā)成功率，儲層保護效果明顯。

2017年，郭金愛等[39]研制出黏彈性表面活性劑VES-1，使用該發(fā)泡劑制備的微泡鉆井液具有良好的性能：在0.01 r/min 低剪切速率下黏度可達100 000 mPa·s，120 ℃老化16 h及5%鹽水處理，對微泡鉆井液的密度、粘度、切力均無較大影響。2018年，該體系成功應用于低壓低滲枯竭型砂巖氣藏——文23氣田三開井段(2 835.0～3 105.0 m)的鉆進[1]。羅淮東等[9]自主合成了耐溫150 ℃的發(fā)泡劑GWFOM-LS，用XG和LV-PAC作穩(wěn)泡劑制備了密度為0.73 g/cm3微泡鉆井液，該鉆井液顯示了良好的抗壓性和抗污染性，在21 MPa 時，仍可保持密度在 0.82～0.84 g/cm3之間，抗鹽10%，抗鈣0.5%。微泡鉆井液成功應用于裂縫發(fā)育豐富的Bongor盆地乍得潛山層三開油井(1 341～1 510 m) 鉆探，解決了乍得潛山層嚴重井漏的問題，濾失量小于5 mL，在鉆進過程中，微泡鉆井液性能穩(wěn)定，攜巖能力強，在潛山段鉆進、起下鉆正常，無起下鉆阻卡現(xiàn)象。

2018年，姚金星等[40]從優(yōu)化泡沫分子構(gòu)成的思路出發(fā)，向AOS和瓜膠微泡鉆井液中加入0.12%～0.18%納米SiO2顆粒，得到聚合物納米組裝微泡沫鉆井液體系，該鉆井液在160 ℃老化，及加入4%～8%KCl 溶液或 0.4%～0.8%CaCl2溶液后，仍具有良好的發(fā)泡能力和泡沫形態(tài)，進一步提高了微泡的高溫穩(wěn)定性。張海忠等[41]使用發(fā)泡劑TSB和穩(wěn)泡劑PAC制備微泡鉆井液，在克孜沃爾達市中科氣田>2 055 m井段應用，結(jié)果顯示，該鉆井液密度低、懸浮攜帶能力強；井壁穩(wěn)定，起下鉆無劃眼、遇阻現(xiàn)象，電測、下套管順利；抑制性良好，抗污染能力強，鉆遇大段泥巖、膏巖、膏質(zhì)泥巖層(鹽含量最高達15%以上)，鉆井液性能無大波動，無明顯膨脹現(xiàn)象。張曉東等[42]自主研發(fā)了流型調(diào)節(jié)劑BZ-LXJ和發(fā)泡劑MFN-1形成了密度在0.85～1.00 g/cm3可控的弱凝膠微泡鉆井液配方，該鉆井液在委內(nèi)瑞拉東南部的奧里諾科重油帶AYACUCHO區(qū)塊長水平井MFM-62三開井段(853～2 086 m)使用，施工過程順利，無明顯的起下鉆遇阻、黏卡等現(xiàn)象，鉆進周期僅為鄰井(使用常規(guī)混油聚合物鉆井液)的1/3，完井后試油，測試產(chǎn)量高出鄰井平均產(chǎn)油量20～30 twd-1。

2019年，王亮[43]合成了表面活性劑QF-1和QF-2，并優(yōu)選了70%XG和30% PAC-LV作穩(wěn)泡劑制得微泡鉆井液，該鉆井液的密度在 0.90～1.04 g/cm3， 滾動回收率為 93.26%，抗鹽3%和抗劣土20%。在大慶油田“低壓、低滲、低豐度”油藏區(qū)塊多口井中應用，以其中一口水平采油井F172-平1井為例，在該井三開水平段1 200～1 970 m (垂深1 020～1 120 m)鉆井過程中全井無復雜事故發(fā)生，微泡鉆井液的API濾失量在3 mL 以內(nèi)，機械鉆速比鄰井提高114%。張磊等[44]使用復合發(fā)泡劑FP-123制備了密度在0.3～1 g/cm3， 在150 ℃以內(nèi)可穩(wěn)定發(fā)泡，在造裂縫較為發(fā)育的吉蘭泰潛山 JHZK2(720～1 176 m)和JHZK4(1 000～1 372 m) 井二開潛山目的層段設計采用了可循環(huán)微泡沫鉆井液體系，整個鉆井期間井壁穩(wěn)定，均未發(fā)生井漏現(xiàn)象，測得表皮系數(shù)為 1.489，遠低于其他井段的12.94，說明地層幾乎無污染，與采用常規(guī)低固相鉆井液鉆進的鄰井相比，采用微泡鉆井液后機械鉆速平均提高了15%～50%。

2020年，李志勇等[45]根據(jù)煤層表面負點性特點，設計了一種易于在煤層表面脫附的陰離子雙子型表面活性劑ULT-1，與市售常用陰離子型表面活性劑 SDS、ABS和SAS相比，易發(fā)泡，半衰期是常規(guī)起泡劑的3倍以上，能夠滿足鉆井工程需要。ULT-1與甜菜堿、生物聚合物、瓜膠、褐煤樹脂、銨鹽和聚丙烯酸鉀配得微泡沫鉆井液體系，評價了該體系對恩洪區(qū)塊宣威組煤芯污染前后的封堵效果和滲透率恢復率，結(jié)果顯示，該鉆井液的巖屑回收率保持在92%以上，有助于抑制地層分散，鉆井液對巖芯的封堵率和返排后的滲透率恢復值都保持在90%以上，具有良好的儲層保護效果。

綜合現(xiàn)場應用結(jié)果，微泡鉆井液有以下顯著優(yōu)勢：①與常規(guī)欠平衡鉆井技術(shù)相比，微泡鉆井液現(xiàn)場配制維護工藝簡單，通過鉆頭噴嘴處的高速剪切可產(chǎn)生微泡，無需添加空壓機等注氣設備，降低設備預算；②有效解決鉆遇長段低壓漏失帶或裂隙發(fā)育、破碎性地層而引起的嚴重井漏問題；③儲層保護效果明顯，有利于提高勘探開發(fā)成功率，降低生產(chǎn)成本；④與使用常規(guī)水基鉆井液相比，懸浮攜帶能力強，井徑擴大率降低；⑤施工過程中井壁穩(wěn)定，起下鉆無劃眼、遇阻現(xiàn)象，電測、下套管順利，無卡鉆、黏卡現(xiàn)象；⑥機械鉆速提高，縮短鉆井周期，顯著降低鉆探成本。

隨著鉆遇地層的變化，不斷優(yōu)化微泡鉆井液的配方，得到了密度可控的抗溫、抗污染(鈣/鹽/油污染)微泡鉆井液體系，耐溫性由最初的80 ℃提高至160 ℃，廣泛應用于油氣田及煤層氣勘探與開發(fā)，應用井深可至4 005 m，顯示出巨大的開發(fā)潛力與應用前景。

3 結(jié)論與展望

綜合目前國內(nèi)外研究進展，我們對微泡的特性有了以下認知：

(1)微泡鉆井液體系通過高速攪拌表面活性劑與增粘劑，生成粒徑10～100 μm的獨立剛性微泡，微泡已被證實具有獨特的“一核三膜”結(jié)構(gòu)，且膜具有一定厚度和粘度，這使得微泡能夠在高溫/高壓環(huán)境下長時間存活。然而目前仍缺少溫度壓力聯(lián)合作用下，微泡的微觀特性與穩(wěn)定性研究。

(2)徑向過濾實驗表明這種高穩(wěn)定性泡沫在井內(nèi)壓差作用下可進入低壓孔隙/裂縫，并匯聚在流體前沿，起到架橋粒子及變形填充粒子的作用，微泡的架橋封堵機制有效阻止或減緩了流體侵入。因此，微泡鉆井液技術(shù)已經(jīng)成為控制嚴重井漏和降低儲層傷害的重要方法。結(jié)合現(xiàn)場的應用效果，總的來講，微泡鉆井液體系在鉆井施工過程中性能穩(wěn)定，有效解決嚴重井漏難題，具有優(yōu)異的抗污染能力和抑制防塌性能，鉆進速度快，儲層保護效果明顯，有效降低了鉆探成本及采油的成本。

鑒于泡沫流體的熱力學不穩(wěn)定性及鉆井現(xiàn)場需求，開發(fā)抗溫微泡鉆井液成為研究熱點，綜合歷年來微泡鉆井液配方優(yōu)化與應用情況可以看出，微泡鉆井液體系的研究溫度與應用井深逐漸提高，2016年之前提高鉆井液性能的主要手段是篩選復配市售發(fā)泡劑/穩(wěn)泡劑，2016年之后，研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾骱铣商幚韯┘耙胄滦图{米材料，進一步提高微泡的穩(wěn)定性與抗溫性。目前微泡鉆井液的最高應用井深為4 005 m，其耐溫性研究少有超出160 ℃，隨著油氣、地熱鉆探向深井、高溫井轉(zhuǎn)變，更耐高溫的微泡鉆井液體系仍需要突破。筆者認為，對常規(guī)表面活性劑與增粘劑的優(yōu)選與復配已不能完全滿足現(xiàn)場鉆井需求，研發(fā)制備新型綠色環(huán)保、可降解的耐高溫表面活性劑與穩(wěn)定增粘劑，或是進一步提高微泡鉆井液體系耐溫性的關(guān)鍵。