泡沫钻井液的研究与发展--3
高性能硬胶泡沫钻井液体系的研究及应用
的束 缚逃 逸 到 水 面 ， 面 吸 附 量 增 加 ， 面 张 力 下 表 表
降， 发泡能 力增 强＿ ； 时 温度 较 高 时 ， 膜 的水 分 ｌ同 液 蒸发 加快 ， 液 速 度 加 快 ， 此 生 成 的泡 沫 容 易 破 排 因 灭， 而且 温度 升高 时分 子运动 加剧 ， 致分 子间 的作 导 用力 减弱 ， 水化 程度 降低 ， 表面 活性 剂分 子排 列不 且 紧 密 ， 溶液 黏度 降 低 ， 液 速 率加 快 ， 沫稳 定 性 则 排 泡
能满 足施 工要 求 ， 具有一 定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的抗 温性 能 。
表 １ 不 同泡 沫在 常温 、０℃ 下 的 起 泡 性 能 比较 ８
１
２ 膨润 土 ＋０ ３ 增黏 剂一 ． １＋０ ５ 稳泡 ．
剂 一 ＋３ Ｔ Ｂ １ Ｓ
２ ２ 膨润 土 ＋０ ５ 增黏 剂一 ． ２＋０ ５ 稳 泡 ．
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第２ ５卷 第 ４期
２０ ０ ８年 ７月
钻 井 液 与 完 井 液
ＤＲＩ ＮＧ ＬＵＩ ８ ＬＬＩ Ｆ Ｄ ＬＣｏＭＰＬＥ ０Ｎ Ｔ１ ＦＬＵＩ Ｄ
Ｖｏ１ ４ ＮＯ ４ ．２ ．
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第２ ５卷 第 ４期
黄 文红等 ： 高性能硬 胶 泡 沫钻 井液体 系的研 究及 应 用
第 一作 者简 介 ： 文 红 ， 程 师 ，９ ２年 生 ， 在 从 事 油 田 化 学 专 业 工 作 。 地 址 ： 疆 克 拉 玛 依 市 鸿 雁 路 ８ 钻 井 工 艺 研 黄 工 １７ 现 新 Ｏ
国内钻井液技术现状与发展建议
doi:10.11911/syztjs.2023028引用格式：王中华. 国内钻井液技术现状与发展建议[J]. 石油钻探技术，2023, 51（4）：114-123.WANG Zhonghua. Current situation and development suggestions for drilling fluid technologies in China [J]. Petroleum Drilling Techniques ，2023, 51(4)：114-123.国内钻井液技术现状与发展建议王中华1,2（1. 中石化中原石油工程有限公司, 河南濮阳 457001；2. 中石化石油工程钻完井液技术中心，河南濮阳 457001）摘 要: 近年来，通过持续研究和现场实践，国内钻井液技术取得了新的进展。
为系统了解国内钻井液技术研究与应用情况，促进钻井液体系完善与性能提高，综述了国内近期的强抑制性聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、有机盐钻井液和超高温钻井液、微泡钻井液、强封堵钻井液、环保钻井液和无土/固相水基钻井液等水基钻井液体系，全油基钻井液、油包水乳化钻井液和无土相油基钻井液等油基钻井液体系，以及烃类合成基钻井液、生物质合成基钻井液等合成基钻井液体系的研究与应用情况，指出了钻井液研究与现场应用中存在的问题，分析了问题产生的原因，并从现场需要和钻井液研究、应用与规范出发提出了钻井液技术发展建议，对国内钻井液技术的开发与应用具有一定的参考借鉴价值。
关键词: 水基钻井液；油基钻井液；合成基钻井液；技术现状；发展建议中图分类号: TE254 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890（2023）04–0114–10Current Situation and Development Suggestions for Drilling FluidTechnologies in ChinaWANG Zhonghua1,2(1. Sinopec Zhongyuan Oilfield Service Corporation, Puyang, Henan, 457001, China ; 2. Drilling and Completion Fluid Technology Center of Sinopec Oilfield Service Corporation, Puyang, Henan, 457001, China )Abstract: Thanks to continuous research and field practice in recent years, new progress has been made in drilling fluid technologies in China. In order to systematically understand the research and application of drilling fluid technologies in China and improve drilling fluid systems and performance, research and application of water-based drilling fluid systems recently emerging in China, including polyalcohol drilling fluid with strong inhibitive ability,amine inhibiting drilling fluid, organic salt drilling fluid, ultra-high temperature drilling fluid, micro-bubble drilling fluid, strong plugging drilling fluid, environmentally friendly drilling fluid, and soil-free/solid-free water-based drilling fluid. Furthermore, oil-based drilling fluid systems, such as all-oil-based drilling fluid, water-in-oil emulsion drilling fluid, and soil-free oil-based drilling fluid were summarized, and synthetic-based drilling fluid systems including hydrocarbon synthetic-based drilling fluid and biomass synthetic-based drilling fluid were studied. The problems in the research and field application of drilling fluid were identified, and the causes of these problems were analyzed.Suggestions for developing drilling fluid technologies were put forward according to the field needs and drilling fluid research, application, and specification, which are of certain reference value for the development and application of drilling fluid technologies in China.Key words: water-based drilling fluid; oil-based drilling fluid; synthetic-based drilling fluid; technical status;development suggestions钻井液技术的发展既与油气勘探开发、所适用的作业环境和安全高效钻井工艺的要求有关，也与处理剂的合成技术发展有关。
泡沫随钻堵漏钻井液体系
泡沫随钻堵漏钻井液体系随着石油及天然气勘探和开发的深入，常常会遇到钻井中间出现的渗漏、泥浆往回返等问题，这些问题可以导致钻井过程的停顿、顶部漏失、泥浆稀释等问题。
为解决这些问题，千锤百炼终于出现了泡沫随钻堵漏钻井液体系。
泡沫随钻堵漏钻井液体系的起源可以追溯到20世纪80年代末期，当时属于国外的知名石油化工公司通过大量的实验和研究，将泡沫的稠度和流动性进行协调，成功研制出了本体系。
随之，泡沫随钻堵漏钻井液慢慢地被认可到中国，和其他液体系比较接触表面上的细小颗粒较少，防止钻头被粘住，从而使新钻头更好的工作，并且泡沫随钻堵漏钻井液的稠度可以随着液体体积变化而自适应地调整堵漏效果，有效提高了钻井液的堵漏能力。
钻井液是泡沫随钻堵漏钻井液的难点所在，这种钻井液体系主要由下述组成部分组成：泡沫体系、粘土体系和地下水体系。
通过混合粘土体系和适量的增稠剂，可将其与泡沫体系相互作用，并使其具有相应的黏稠度和流动性。
地下水体系也是泡沫随钻堵漏钻井液体系中的一个重要组成部分，这种体系必须有很高的承压能力，具有抑制地下水涌入的作用，并能够有效侵入到要封堵局部中，从而产生气体泡沫，保证泡沫随钻堵漏钻井液体系的密实度和稠度。
相较于传统的钻井液，泡沫随钻堵漏钻井液除了有显著的机械性能和堵漏能力，还具有很好的环保性和安全性。
随着技术的不断更新迭代和广泛的使用，泡沫随钻堵漏钻井液体系已成为目前最为普遍使用的钻井液。
泡沫随钻堵漏钻井液不仅仅是一种钻井液体系，也是一个完整的技术体系，需要在实践中不断完善。
近年来，泡沫随钻堵漏钻井液的研究方向主要集中在以下几个方面：一、提高随钻堵漏效率对于泡沫随钻堵漏钻井液体系，提高随钻堵漏效率是最主要的研究方向之一。
目前，一些研究者通过改良泡沫随钻堵漏钻井液的配方和加入新的功能剂，提高了钻井液的黏度和储气能力，并增加了钻孔的封堵强度，大幅提高了随钻堵漏的效率。
二、泡沫随钻堵漏的机理研究泡沫随钻堵漏钻井液是非常特殊的一种钻井液，相应的，其机理也是非常特殊的。
可循环泡沫钻井液在渤海油田的应用
降滤失剂和流型调节剂按照不 同比例混合好 ，合称
为泡 沫复 合剂 ，现 场 配制 时一 起加 入 ，以减 少 可循 环钻 井液 配制 时 间 。不 同泡沫 复合 剂加 量下 的可循
环 泡沫 钻井液 的流变性 见表 １ 。
表 １ 不 同 泡 沫 复 合剂 加 量 下的 钻 井 液 流 变 性
１ 可 循 环微 泡 沫 钻 井 液 室 内评价
通 过室 内实验发 现 ，海水 对 可循 环泡 沫 钻井 液
具 有 消泡 作用 ，因此 选 择 ２ 的淡水 膨 润 土浆 作 为 ％
基 浆 。采 用加 人碳 酸钙 粉或 ＫＣ 进行 密度 调 节 ，也 １
可以采用加入消泡剂对体系进行消泡达到提高密度 的 目的， 降低密度主要采用补充低密度胶液的形式。
可循环泡沫钻 井液在渤海油 田的应 用
范 白涛 ， 刘 小 刚 ， 何 瑞 兵 ， 崔 国杰 ， 余 红 丽
（ 海石 油 （ 国 ） 限公 司 天 津 分公 司钻 井部 ，天 津 ） 中 中 有
摘要 渤海 油田潜 山地层压力 系数低 ，裂缝 、溶 洞发 育，钻井过程 中钻井液漏 失严 重， 因此研究和评价 了一
进海 上压 力控 制 钻井 ］ 艺 及相 应 的低 密度钻 井 液技 二 术 ，对可循 环 泡沫 钻井 液进 行 了深 入研究 和 分析 评 价 ，并 成功 地应 用在 了渤海 油 田潜 山地层 的探 井 和 开 发评 价井 钻井 作业 中 ，对 于今后 潜 山地 层 的大规 模 开发具 有重 要 的指 导意 义 。
１ ． 稳定 性 ２
１ 方 钻 井 液 的 泡 沫 体 积 为 ２ ５ｍＬ，密度 为 配 ６
０ ３ ／ｍ ． ３ｇｃ ，出液 时 间大 于 ２ ，半 衰期 大于 ２ 。 ７ ４ｈ ４ｈ
泡沫钻井液循环利用新技术研究
２１ ００年 第 ３ ８卷 第 １ Ｏ期
陈 浩 等 ： 泡 沫 钻 井 液循 环 利 用新 技 术 研 究
１２ 工作 过程 ．
闭合 时 ，真空 泵可 以把 封 闭系 统 内抽成 所需 的真 空 度 ；当球 阀开启 时 ，从 节 流装 置喷 出来 的泡 沫在 经
节 流装 置第 １ 消 泡后 ，可 以把 封 闭系统 内的压力 次
现 了泡沫基 液 和气体 的重 复利用 。
１ 新 型消 泡 系统
１ １ 结 构 ． ．
井周期 、降低钻 头磨 损和 防止漏 失等 优点 ，但 因其
半衰期 长 、稳定性 高 而难 以消 除 ，所 以成 为钻井 过 程 中的一 大问题 Ｊ 。泡 沫钻井 返 出液具 有 与其 他 工业 泡沫 不 同的特点 ，其本 身 的难 以被破坏 性导 致 了其 在钻 井现场 的 大量堆积 ，造 成不 同程度 的环 境
升 到一 定值 。
该 系统 的工作 过程 为 ：首先 开启 真空 泵 ，把 系
统 内抽 成 负压 ，从井 口返 回的泡 沫 由进 口经 喷嘴进 入系 统 内 ，在 负 压 的作 用 下 从 节 流 装 置 中均 匀 喷
出 。由于设 计 的进气 量 大 于真空 泵 的排量 ，系统 内 的压力 会逐 渐增 加 。喷 射一 段时 间后 间歇 式 变速箱
污染 ，限制 了泡 沫钻 井液 的使用 范 围 。为 了使泡 沫
返 出液达 到排放 标准 以及 回收再 利用 ，国内外相 关
也可应用 于洗井作业过程 中对返 出泡沫 的消泡 。
ｆ ？
专 家 、学 者及科 研单 位相继 投入 到这 一 问题 的研 究
中 ，不 同形式 的消泡 设备 或消泡 系统 应运 而生 。但 这些 系统 或设备 因其 自身 的缺 陷而未 收到应 有 的消 泡效 果 ，且把破 泡后 的气体 直接 排人 大气 。而 这类
油井钻井液泡沫性能研究及应用
油井钻井液泡沫性能研究及应用一直是石油工程领域研究的热点之一。
随着石油勘探和开发的不断深入，对油井钻井液的要求也越来越高。
而作为一种新型的钻井液，泡沫钻井液因其较低的密度、良好的携砂能力和环保性能，受到了广泛关注。
泡沫钻井液作为钻井液的一种，其泡沫性能直接影响到钻井的顺利进行。
根据石油勘探中的实际需求，对泡沫钻井液的泡沫性能进行研究和提升，具有十分重要的意义。
在油井钻井作业中，泡沫钻井液不仅可以减轻井下压力、稳定井壁，还可以提高钻头的冲击效率、减小环境污染等。
研究表明，泡沫钻井液的泡沫性能受到多种因素的影响，如泡沫剂种类、浓度、加入量、泡沫稳定剂种类、pH值等。
其中，泡沫剂的种类和浓度是决定泡沫性能的关键因素之一。
根据泡沫剂的不同种类和浓度，泡沫的性能也会有所不同。
因此，在实际钻井作业中，需要根据井下条件的不同选择合适的泡沫剂种类和浓度，以达到最佳的钻井效果。
此外，泡沫稳定剂的种类和添加量也对泡沫钻井液的性能有较大影响。
泡沫稳定剂可以有效延长泡沫的寿命，提高其稳定性。
在实际应用中，需要根据地层情况和钻井深度选择合适的泡沫稳定剂种类和添加量，以保证泡沫钻井液的稳定性和可靠性。
在泡沫钻井液的研究和应用过程中，还需要充分考虑钻井液的环保性能。
泡沫钻井液相对于传统水基钻井液和油基钻井液具有更好的环保性能，可以减少井下污染，保护环境。
因此，在当前环保意识日益提高的情况下，泡沫钻井液在石油勘探中的应用前景十分广阔。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，油井钻井液泡沫性能研究及应用是一个具有重要研究价值和广阔应用前景的课题。
通过对泡沫剂种类、浓度、泡沫稳定剂种类、添加量等因素的研究和优化，可以提高泡沫钻井液的泡沫性能，实现更高效、更环保的钻井作业。
相信随着石油勘探技术的不断发展，泡沫钻井液将在油田开发中发挥越来越重要的作用。
油井钻井液泡沫性能研究及应用
油井钻井液泡沫性能研究及应用近年来，随着油气开采技术的不断发展，油井钻井液泡沫作为一种新型的钻井液体系备受关注。
泡沫作为一种特殊的液相体系，在油井钻井中具有独特的优势，能够有效提高钻井液的性能，减小泥浆密度，降低地层压力，减小漏失井等问题。
因此，对油井钻井液泡沫性能的研究与应用具有重要意义。
首先，针对油井钻井液泡沫的特殊性质进行了初步介绍。
泡沫是一种由气体和液体相互作用形成的多相系统，具有轻质、高浓度、高温高压等特点。
在油井钻井作业中，泡沫液体系具有良好的成膜性能和扩展性，可以形成稳定的泡沫膜，有效减小钻井液的密度，提高钻井速度。
其次，分析了泡沫液体系在油井钻井中的应用场景及优势。
泡沫液体系可以有效减小钻井过程中的摩阻力，提高钻井液的渗透性，减小泥浆泵功耗，提高钻井效率。
同时，泡沫液体系还可以有效降低地层压力，减小漏失井的风险，提高钻井的安全性和稳定性。
进一步研究了泡沫液体系在不同工况下的性能表现及影响因素。
泡沫液体系的性能受到气液比、表面活性剂种类、浓度、压力温度等多种因素的影响。
通过对泡沫液体系的稳定性、泡沫度、泡沫抗破坏能力等性能指标的研究，可以更好地理解泡沫液体系的特性及其在油井钻井中的应用。
此外，探讨了泡沫液体系在实际油井钻井作业中的具体应用。
针对不同的地层条件和工程需求，可以选择不同类型的泡沫液体系，如降低密度泡沫、高稳定泡沫、抗高温泡沫等。
通过合理设计泡沫液体系的配方和参数，可以达到最佳的钻井效果，提高油井钻井作业的成功率。
最后，总结了的意义和前景。
泡沫液体系作为一种新型的钻井液体系，在油井钻井中具有广阔的应用前景和市场需求。
通过深入研究泡沫液体系的性能特点及应用技术，可以进一步提高油井钻井作业的效率和安全性，实现可持续发展的目标。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，油井钻井液泡沫性能研究及应用具有重要意义，对于推动油气开采技术的发展和进步具有重要作用。
随着研究的不断深入和技术的不断创新，相信泡沫液体系将在未来的油井钻井作业中发挥越来越重要的作用，为油气勘探开发提供更加可靠、高效的技服支撑。
抗高温硬胶泡沫钻井液的研究与应用
Ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｏ ｓ ｚ ｉ ｒ ｕ ｎ Ｈｕ ｕ ｈ ｉＧ ｓ Ｆ ｅｄ ｏ ｈ ｎ ｙ ａ ｉ ｅｄ， ｈ ｃ ｓｍａ ｎｙ ｗｉ ｒ ｔ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｆ ｈ ｉ ｃ Ｍｅ ｏ ｏ ｃ ｇｏ ｐ ｉ ｂ ｚ ａ ａ ｉｌ ｆ ｏ ｇ ｕ ｎ Ｏ ｌ ｌ ｗ ｉ ｈ ｉ ｉ ｌ ｔ ｆ ｍａ ｉ Ｚ ｉ ｆ ｈｏ ｏ
ｐ ｅ ｓ ｒ ｏ ｆｉｉｎｔ ｆ０． —１０ ｎｄ ｆｒ ｔｏ ｅｍｐ ｒ ｔ ｒ ｆｏ ｅ ２ Ｃ．ｈｅ ｅ ｎｉ ｏ ｍ ｒｌｉｇ ｆｕ ｄｗａ ｖ ｌｐｅ ．Ｔｈ ｏ ｍｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｃ ｅ ｃｅ ９０ ． ａ ｏ ｍａ ｉｎ ｔ ｏ ｅ ａ ｕ ｅｏ ｖ ｒ１ ０＂ ｔ ｂｏ ｔ ｆ ａ ｄ ｌｎ ｉ ｓｄｅ ｅｏ ｄ ｅ ｉ ｌ ｅｆ ａ ｎｇ
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断
２０ ０ ８年 ７月
块
油
气
田
第 １ ５卷第 ４期
ห้องสมุดไป่ตู้
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文章 编号 ：０５ ８ ０ （０ ８０ — ２ ０ １０ — ９ ７ ２０ ）４ １ — ３ １
性 。根 据 室 内 实验 结果 ， 合 户 部 寨 气 田 中生 界 地 层 特 点 ， 定 了现 场 施 工措 施 ， 在 部 １ — 结 制 并 ７ ２和 部 ｌ ２ 一 ３井进 行 了现 场 应
用 。结 果 表 明 ， 钻 井 液 性 能稳 定 、 该 密度 可控 、 携砂 性 良好 ， 止 了井 漏 的发 生 ， 得 了 良好 的 现 场 应 用 效 果 。 防 取
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北京石油大学毕业论文泡沫钻井液的研究与发展姓名: 哈劳江专业: 石油工程班级: 2009级指导教师: 刘明函授站：克拉玛依电视大学摘要摘要：对比了普通泡沫钻井液的优缺点，提出了物理模型假设以及体系的介绍，并且对所需处理剂、其抗盐、抗温、抗钙、抗煤油等性能做了概括。
并提出了其研究方向。
关键词：可循环微泡沫钻井液泡沫物理模型起泡剂稳泡剂抗温抗盐抗钙性能发展趋势目录摘要 (2)可循环微泡沫钻井液的应用与发展 (4)前言 (4)一.与普通泡沫钻井液的比较 (5)二.可循环微泡沫钻井液体系简介 (6)三.微泡沫钻井液体系对处理剂的要求 (7)3.1 对起泡剂的要求性能良好的起泡剂应具有如下特点: (7)3.2 对稳泡剂的要求微泡沫钻井液体系对稳泡剂的要求也很高。
(8)四.微泡沫的性能分析 (8)1.剪切速率对微泡沫钻井液性能的影响 (9)2.高温高压对微泡沫钻井液密度的影响 (9)3.微泡沫体系的酸、碱稳定性 (10)4.抗盐、抗钙、抗温性能评价 (10)5.抗煤油污染性能 (10)五.发展趋势 (11)参考文献： (12)可循环微泡沫钻井液的应用与发展前言随着钻采工艺的发展，对钻井液也有了更高的要求。
特别是在欠平衡钻井过程中，低密度钻井液就显的尤为重要。
特别是气基钻井液，其可以加快钻井速度、对储层损害小、压实作用小等优点而被越来越重视。
气基钻井液分为两种类型，即以纯气体（包括空气、氮气和天然气）及以水为连续相（或外相），以气体为分散相（内相）的泡沫钻井液，两者都需要特殊的设备对应配置钻井。
空气钻井的设备除与一般钻井相同处外，还有压风机、空气冷却装置、输气管线和仪表、井口档沙装置、旋流除沙器等。
天然气钻井则需要有气源、旋转防喷器、气水分离器。
针型阀等。
泡沫钻井所需的专用设备与充气钻井液钻井基本一样，它是由空气压缩机。
泡沫发生器、高速离心除泡装置、控制管汇及测量仪表组成。
而现阶段可循环微泡沫钻井液不需要这些特殊的设备而得到广泛的应用。
可循环微泡沫钻井液技术是目前国内外用于勘探开发低压裂缝性油气藏、稠油油藏、低压、低渗透油气层、易发生严重漏失的油气藏和能量枯竭油气藏及实现近平衡压力钻井或负压差钻井而发展起来的一项新技术。
该钻井液具有密度小、滤失量小、不易发生漏失和保护油气层效果好等特点,且无须配备专用设备,施工周期短,成本较低,地面循环过程中不需要额外设备,基本不影响泥浆泵的上水效率,因而具有良好的应用前景。
一.与普通泡沫钻井液的比较普通泡沫流体在应用工艺上存在明显缺陷：①气体含量较大而受到机泵上水条件的限制，从而需要脱气及充气装置等一系列硬件设备；②使用时往往采用一次性使用方式，造成处理剂的大量浪费及严重的环境污染问题。
可循环微泡沫钻井液具有以下特点：①在水相中均匀分布着未聚结（独立）的微气泡（10- 100 ）的流体，微泡的存在对流体流变性无实质性影响，且具有以下特点：稳定：在井下使用及循环过程中保持不变，无需附加设备就可循环使用；不影响泵上水，不影响井下测试工具，动力工具的应用，不影响固控设备的应用；现有钻井工艺及设备无需大改就可应用；无需注入空气、天然气的情况下产生气泡。
而是由高速搅拌、钻头喷射…等作用产生气泡。
被特殊的发泡剂形成的多层膜包裹气核而形成。
②体系构成水加上必需的各种抑制剂作为基液；发泡剂：抗盐、抗温、抗油的特种表面活性剂；泡沫动力稳定剂：能在水中提高粘度，产生切力（结构）的聚合物。
流变性调节剂：保证体系具有的携带能力及悬浮能力。
一种可产生结构的水溶性聚合物与动力稳定剂类似；失水控制剂：（不依靠粘土）。
二.可循环微泡沫钻井液体系简介Ⅰ微泡沫的物理理论模型假设1. 微泡沫是气泡分散在液体中所形成的稳定分散体系，2. 气泡群体可能以单个悬浮和部分相互连接的方式存在于体系中，其稳定性主要靠膜的强度和连续相的特定性能共同实现。
3. 微气泡之间接触处在平面上为点接触，因而微气泡膜之间的连接处不存在Platesu边界。
4. 微泡沫中气泡呈大小不等的圆球体。
微泡沫物理模型示意图Ⅱ微泡沫钻井液体系组成微泡沫钻井液体系由气、液两相或气、液、固三相组成,体系内的气泡以均匀、非聚集、非连续态存在,气体含量小于普通泡沫。
单从相的组成上看,微泡沫钻井液与普通泡沫钻井液无甚差异,但其相态结构必然存在明显差异。
普通泡沫的气泡半径较大,液膜很薄,气泡之间排列紧密,存在明显的Plateau交界,气泡形状为不规则多边形,且大小分布不均;而微泡沫体系的气泡半径很小,液膜较厚,其尺寸与气泡半径相当,泡与泡之间分散排列,气泡大小分布较为均匀,几乎不存在Plateau交界。
以Sebba 的观念:水基微泡有一个包裹气核的内表面活性剂层,此外还有两层,覆盖在表面活性剂内层以外的是具有一定粘性的水层,水层以外是表面活性剂双分子层,正是表面活性剂双分子层使得微泡呈亲水性,从而与连续的水相相溶。
微泡的浓度和泡沫直径分布对于该钻井液体系封堵渗透性地层的效果起着重要的作用。
当用表面活性剂稳定泡沫时,可以使水-空气传递质量的系数降低到原来的20%。
表面活性剂降低的气泡尺寸使得界面张力急剧增加,并引起水-空气传递速率的增加,微泡沫的渗透性减小,有利于微泡沫的稳定。
导致微泡沫不稳定(液膜变薄或不稳定)的原因有:(1)存在马朗格尼效应(因界面张力梯度引起的液体流动),水分子倾向于向膜外扩散进入液相,即所谓的排液现象。
(2)搅拌条件。
剪切速率过低(低速搅拌),不能保证可循环微泡沫钻井液有足够的冲击力,直接影响该体系的稳定性。
三.微泡沫钻井液体系对处理剂的要求与普通泡沫钻井液体系相类似,可循环微泡沫钻井液体系对处理剂的要求主要集中在起泡剂和稳泡剂的优选上。
要成功地实现微泡沫钻井,所配制的微泡沫钻井液必须具有优良的性能,这主要取决于起泡剂和稳泡剂的成功选择。
3.1 对起泡剂的要求性能良好的起泡剂应具有如下特点:(1)起泡性能好,发泡量大,基液与气体接触后,可产生大量的颗粒较细的微泡沫。
(2)微泡沫稳定性强,能在长时间的井筒内循环和高温条件下保持性能稳定。
(3)抗污染能力强,与储层流体及钻井液处理剂配伍性好,遇到地层水时性能稳定。
(4)凝固点低,具有生物降解能力,毒性小。
(5)配制微泡沫基液用量少,来源广,成本低。
3.2 对稳泡剂的要求微泡沫钻井液体系对稳泡剂的要求也很高。
微泡沫钻井液体系是气体分散在液体中的分散体系,由于气体和液体的密度差异很大,故在液体中的气泡总是很快上升到液面,形成被一层液膜隔开的气泡聚集物。
同时微泡沫钻井液体系又是一种热力学不稳定体系,微气泡很容易破裂,从而使微泡沫钻井液失效,其破裂过程主要是隔开气体液膜破裂的过程。
微气泡的形成与稳定取决于表面张力和液膜的强度,低表面张力有利于微气泡的形成,而液膜强度与液膜的表面粘度、表面张力及表面电荷有关,其中液膜的表面粘度是决定微泡沫稳定性的关键因素。
表面粘度增加,液膜不易受到外力作用而破裂,液膜的排液速度以及气体穿过液膜的能力均减小,从而使微泡沫钻井液的稳定性增加。
因此,为提高泡沫的稳定性,延长泡沫的寿命,常加入稳泡剂。
分子量大的稳泡剂稳泡性能更好,网状结构化合物比链状结构化合物的稳泡性能好。
常用高分子水溶性化合物作为稳泡剂,高分子化合物既有普通稳泡剂的作用,又有改变基液流变性,提高基液聚结阻力的稳泡作用。
四.微泡沫的性能分析同普通泡沫钻井液相比,可循环微泡沫钻井液对处理剂有更加严格的要求。
对所使用的起泡剂,要求起泡能力较强,而起泡量不需太大;生成的泡沫必须非常细小均匀且稳定性好,同时要有较好的抗盐、抗钙、抗温能力。
单独使用某一种起泡剂难以满足要求,一般采用两种或两种以上的表面活性剂复配。
对所使用的稳泡剂,要求有优良的稳泡性能及调整基液性能的能力,使其能再循环使用。
1.剪切速率对微泡沫钻井液性能的影响剪切速率是影响可循环微泡沫钻井液稳定性及流变性的重要因素。
在不同的剪切速率下体系表现出不同的性能。
当剪切速率很大时，发泡快且泡沫均匀，质量好，但是在现场施工中由于受设备的制约一般不容易达到。
如果剪切速率过低，对可循环微泡沫钻井液不能保证有足够的冲击力，直接影响该体系的稳定性。
2.高温高压对微泡沫钻井液密度的影响在常温常压下，泡沫密度仅与产生泡沫的液体和气体的密度以及实际气相含量（泡沫质量）有关，而与气泡的形态无关。
常温常压有如下关系式：为便于分析，忽略空气的重量及其在液体中的溶解，经公式推导（过程略），可得出在温度T 、压力P 条件下：式中：γf 、γl 、γg ： 分别为泡沫、基液、气体密度； γgo ：气体在常温常压(Po =0.1MPa 、To =293K)下的密度； Vgo ：气体在常温常压下的体积；Vl ：液体体积，可视为常数；由于微泡沫体系中气体具有可压缩性，压力越大，气体密度越大。
从而导致整个微泡沫体系的密度变大。
当泡沫在井筒内循环时，其密度随井ϕγϕγγg l f +-=)1(深而变化：井深增加，则密度增大，井底密度最大。
3.微泡沫体系的酸、碱稳定性泡沫体系的酸、碱稳定性主要取决于起泡剂和稳泡剂在酸、碱溶液中的稳定性。
一般阴离子表面活性剂在强酸溶液中不稳定,但在碱性液中较为稳定。
而非离子表面活性剂不仅能稳定存在于酸、碱液中,甚至还能耐较高浓度的酸和碱。
微泡沫体系的酸、碱稳定性同样取决于所使用的起泡剂和稳泡剂。
通过一些列实验可得,在强酸性条件下,体系稳定性最差,随溶液PH值增大,稳定性提高,达到某一最大值后,随溶液PH值增大而下降。
在PH值=8～10的范围内,体系稳定性最高。
4.抗盐、抗钙、抗温性能评价在钻井作业中,当钻遇石膏层和岩盐层时钻井液会受到钙侵和盐侵,而盐、钙对微泡沫钻井液的稳定性及各性能参数都有影响;且不同井段温度不同因此,必须考虑微泡沫钻井液的抗盐、抗钙、抗温稳定性。
通过实验可知,随NaCL、CaCL2加量的增大,体系稳定性降低,密度略有增大,而滤失量、切力基本不变,说明体系有一定的抗盐、抗钙能力。
随温度增大,体系密度略有降低,而滤失量增大、动切力减小,动塑比增大,说明体系性能受温度影响较大。
5.抗煤油污染性能油类对微泡沫有抑制和破坏作用,在现场作业中微泡沫钻井液难免会受到地层或地面油类的侵污,因此有必要讨论其抗油类污染性能。
现通过实验说明煤油对微泡沫钻井液性能的影响,由实验可见,随煤油加量的增大,可循环微泡沫钻井液稳定性下降,密度及滤失量略微增大,塑性粘度及动切力稍有降低,说明体系有较强的抗煤油污染能力。
五.发展趋势(1)研制新型起泡剂,提高微泡沫钻井液体系在ＨＴＨＰ以及高矿化度条件下的稳定性。
(2)继续加大对微泡沫钻井液体系应用极限深度的研究,提高其应用深度,以解决一些钻井作业难题。
(3)加强对微泡沫钻井液体系稳定机理方面的研究,以提高其承压和抗温、抗盐能力,从而提高可循环微泡沫钻井液体系在深井欠平衡、近平衡钻井完井作业中的推广应用价值。