静态泡沫体系的稳定性研究

论文摘要

20世纪90年代以来,世界范围油气田勘探开发的重点已从对整装大油气田、高压、常压油气田、中高渗透均质砂岩油气藏等,转向对复杂中小油气田、断块油气田、薄油层、低压低渗低产油气田、稠油和超稠油藏的勘探开发上来。在这种形势下,以低密度流体为循环介质的欠平衡钻井技术得到了迅猛发展。目前,我国油气勘探新增储量地区均以低渗透及特低渗透储层为主。应用欠平衡钻井技术可以有效保护储层,提高储量的发现率和动用程度,解决工程难题。近年来,该技术被中油集团公司列为重点攻关、试验、推广的一项技术,在四川、大庆、辽河等一些重要的油气田发现中起了关键作用。在普光气田开发过程中,遇到了岩石硬度高、地层漏失严重及井身结构难以控制等一系列工程难题。采用常规泥浆钻井技术,钻井周期长、事故多、成本高;气体钻井技术在该地区的应用,充分发挥了欠平衡钻井技术的优势,克服了常规技术钻速低、漏失严重等诸多不足,极大的加快了气田开发步伐。然而,时有发生的地层出水、井下燃爆等复杂情况却在一定程度上制约了该技术的使用;泡沫钻井技术因其独特优势而受到油田企业的青睐,在普光气田的应用也逐渐增多。泡沫钻井技术作为欠平衡钻井技术中的一种,其主要特点有:1.机械钻速高,钻头寿命长;2.对地层伤害小,对岩心、岩屑污染小,有利于及时发现产层;3.与纯气体相比,对地层出水的适应性更强,需求的风量更低;4.泡沫具有一定的弹性,可以很好的保护钻具,同时还可减小井下爆炸的可能;5.泡沫钻井时,环空返速低,有利于保护孔壁;6.悬浮能力强,约为常规钻井液的10倍;7.用水量小,仅为液体钻井液的1/10～1/500,适应于干旱缺水、高山、严寒及冻结地区的钻探施工。泡沫钻井中使用的是一次性稳定泡沫,泡沫性能的稳定对钻进的顺利进行起到决定性作用。其中,泡沫的稳定性是一个非常重要的因素。在泡沫稳定性理论研究方面,前人提出了许多不同的观点,但有的观点尚有争议。例如对气泡破裂的原因,大多数学者认为是因为气泡膜的排液变薄而破裂。但Excpova却认为泡沫的稳定性与液膜的排液无关。国内研究则主要是从应用出发,理论研究也有待进一步深入。本文主要通过实验手段,从发泡液配方、温度、压力、固相含量以及地层水等方面着手对静态条件下泡沫的稳定性规律进行研究,旨在得出一些能为施工现场所用的规律及建议。论文分五章写成,各章主要内容如下所述:第一章为绪论部分,介绍了选题依据、研究意义及泡沫钻井基本特点;并就泡沫钻井技术在国内外的应用情况以及泡沫钻井理论发展状况做了简要介绍。第二章主要介绍了泡沫流体的基础性知识。在这章中,分别对泡沫的组成、性能、稳定性机理及流变性方面的相关知识进行了叙述与总结。第三章介绍了温度对泡沫性能的影响。本章首先论述了泡沫配方设计的基本原则,发泡剂及稳定剂的选用及加量的确定原则;在第二节中,对表面活性剂溶液胶束形成机理及其影响因素做了详尽的介绍。本章第三节通过实验及分析得出以下结论:1.发泡液的发泡性能与其所用发泡剂、稳定剂的类型及浓度,初始发泡温度密切相关。2.初始发泡温度升高,在一定范围内可提高溶液的发泡性能;泡沫的稳定性开始随温度升高而增大,而当温度超过一定值后,稳定性随温度的升高而下降。第四章主要从通过实验方式来研究压力、固相及地层水对泡沫稳定性的影响。主要取得以下成果:1.设计了一套泡沫加压观测装置,可以用来进行压力实验,并对加压状态下的泡沫进行实时观测;通过一定的改装,改装置可用于松散土样、砂样等渗透性实验;2.随着压力的增高,泡沫压缩量增大,泡沫的稳定性下降;3.泡沫体系中的气泡在大小及液膜厚度等方面存在很大差异,体系内部的小气泡对泡沫体系的破裂进程起促进作用,小气泡的存在不利于体系的稳定;4.固相自身对泡沫稳定性能影响不大,但地层水侵入后,泡沫的稳定性状况急剧恶化;5.泡沫的悬浮能力随着泡沫质量的减小而降低,但是,泡沫质量太高,液膜薄、强度低,也不利于悬浮钻屑。第五章对整篇文章进行了总结,并提出了建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 泡沫流体技术简介
• 1.2.1 泡沫流体的作用和优点
• 1.2.2 泡沫流体的应用情况
• 1.2.3 泡沫钻井技术
• 1.3 国内外泡沫钻井技术发展状况
• 1.3.1 国外泡沫钻井技术发展状况
• 1.3.2 国内泡沫钻井技术发展状况
• 第二章 泡沫流体基础
• 2.1 泡沫流体组成
• 2.1.1 气相
• 2.1.2 液相
• 2.1.3 发泡剂
• 2.1.4 稳定剂
• 2.2 泡沫流体性能
• 2.2.1 泡沫质量
• 2.2.2 泡沫悬浮性和携砂能力
• 2.2.3 泡沫的滤失性
• 2.2.4 泡沫的热物理性
• 2.2.5 泡沫的腐蚀性
• 2.2.6 泡沫的导电性
• 2.2.7 表面活性剂剂的生物降解性能
• 2.2.8 表面活性剂的毒性
• 2.3 泡沫稳定性理论基础
• 2.3.1 发泡作用
• 2.3.2 泡沫的稳定性
• 2.4 泡沫的流变性
• 第三章 温度对泡沫性能的影响
• 3.1 泡沫配方设计
• 3.1.1 发泡剂与稳定剂的选择
• 3.1.2 发泡剂和稳定剂加量的优化
• 3.1.3 泡沫性能测定
• 3.2 胶束的形成
• 3.2.1 胶束的形成机理
• 3.2.2 影响临界胶束浓度的因素
• 3.3 发泡性能及温度的影响
• 3.3.1 发泡性能实验
• 3.3.2 温度对泡沫稳定性的影响
• 3.4 小结
• 第四章 泡沫的稳定性实验
• 4.1 压力对泡沫稳定性影响实验
• 4.1.1 泡沫加压观测装置设计及调试
• 4.1.2 实验配方及方案设计
• 4.1.3 压力对泡沫稳定性影响
• 4.2 固相含量及地层水对泡沫稳定性影响
• 4.3 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献