油基泡沫钻井液技术研究

油基泡沫钻井流体技术研究2012年3月主要内容发泡剂分类表面活性剂类发泡剂化学发泡剂研究最新进展一、发泡剂分类•发泡剂的定义是一类能使处于一定粘度范围内的液态或塑性状态的橡胶、塑料形成微孔结构的物质。它们可以是固体，液体或气体•发泡剂的分类物理发泡剂：利用其在一定温度范围内物理状态变化而产生气孔–压缩气体(空气、CO2，N2等)–沸点低于110℃的挥发性液体，如低沸点的脂肪烃，卤代脂肪烃以及低沸点的醇、醚、酮和芳香烃等化学发泡剂——自发泡钻井液技术表面活性剂类发泡剂——油基泡沫钻井液技术二、表面活性剂类发泡剂–能有效地降低气～液界面间表面张力，有效地形成稳定的气泡群的组织结构–在外力引入外来气体的情况下，产生大量泡沫–液膜间120°夹角泡沫最稳定（1）作用原理泡沫模型1、表面活性剂类发泡剂起泡原理二、表面活性剂类发泡剂•通过表面活性剂降低液体的表面张力，而形成的泡沫35mN/m1.搅拌2.72mN/m3.55mN/m4.35mN/m5.（2）泡沫的形成过程二、表面活性剂类发泡剂•必须具有活性•两亲分子，亲水基团和亲油基团（3）表面活性剂类发泡剂基本特性亲水基团为极性基团亲油基团为非极性基团表面活性剂分子在水溶液中是否发生电离、或电离后离子的带电形式，将其分为四大类：•阴离子型表面活性剂•阳离子型表面活性剂•两性离子型表面活性剂•非离子型表面活性剂二、表面活性剂类发泡剂•研究泡沫的稳定性及抗盐、抗油、抗温等稳定性，就是研究如何保持一定条件下泡沫液膜的稳定性（4）泡沫基本结构二、表面活性剂类发泡剂•不同液膜结构，使泡沫流体具有不同的特性–抗盐、抗钙–抗油–抗高温–耐压（封堵性）–………（5）泡沫液膜结构二、表面活性剂类发泡剂2、油基泡沫钻井流体技术——最初设想形成条件–以柴油为基液,当油基泡沫开始形成的时候，界面能增加，表面张力升高。只有降低了油气表面张力，才能形成稳定油基泡沫形成过程–表面活性剂分子的亲油基朝向油相，疏油基背离油相，定向于柴油液体表面，使柴油表面被一层氟碳链覆盖，达到降低柴油表面张力目的，在气液接触的表面开始形成液膜氟碳类表面活性剂的价格？二、表面活性剂类发泡剂技术难点–柴油的表面张力很低，使油发泡和稳定需要降低油表面张力–在柴油中加入常规表面活性剂后，表面张力变化不大，甚至还会升高–现场常用柴油作为水基泡沫钻井流体的消泡剂测试溶剂表面张力(dynes/cm)去离子水72矿物精油31.5矿物精油/正十六烷(65/35)29.2正十六烷27.3正已烷99%19.7性能要求–降低表面张力的效率高–降低表面张力的能力强–成本低，用量少二、表面活性剂类发泡剂结构特点–常规表面活性剂采用疏水基—亲水基，在柴油中表面定向时，疏水基作为亲油基，亲水基作为疏油基，表面能较高，不能有效降低柴油表面张力–发泡剂采用疏油基—亲油基结构，亲油基为碳氢链，疏油基为氟碳链，表面能低，有效降低柴油表面张力，形成油基泡沫液膜二、表面活性剂类发泡剂发泡剂分子结构设计原则–亲油基•非极性•溶解性合适–疏油基•氟碳链端基氢原子•氟碳链长度CF3CF2Surfaceend-groupS(mN/m)-CF36-CF2H15-CF2-18-CH320.5-CH2-31–油基泡沫稳泡剂优选原则פ极性相近（非极性）פ内聚能密度或溶度参数相近（16-18(J/cm3)1/2）פ合适的粘度（聚合物分子量范围）处理剂研制与优选二、表面活性剂类发泡剂–发泡剂合成CmFnSO2F+R1R2NHCmFnSO2NR1R2+HFפ反应方程式פ合成方法在250mL三颈烧瓶中加入一定量烷基胺和足量一种类型溶剂醚，室温搅拌，缓慢滴加全氟烷基磺酰氟，滴完后在一定温度下反应一段时间，加入10%的盐酸水溶液进行冲洗，待产物分层后，分离取上部油相物。二、表面活性剂类发泡剂–稳泡剂优选25035045055065000.511.522.53聚合物加量/g半衰期/s聚异丁烯聚乙烯DRI-YW-1聚丁二烯פ聚合物类型对半衰期影响聚合物类型溶度参数（分子量15万）(J/cm3)1/2DRI-YW-116.8聚乙烯16.4聚异丁烯16.2聚丁二烯17.8二、表面活性剂类发泡剂–稳泡剂评价20030040050060070080000.511.522.53稳泡剂加量/(w/v)%半衰期/s沥青有机土DRI-YW-1DRI-YW-1的亲油性聚合物链在柴油中溶胀、溶解，增加了油基泡沫液相粘度、表面粘度和表面膜弹性，随着液膜的变薄，吸附了亲油性合物链的两个气泡的液膜相互靠近，引起聚合物链的相互作用和聚集，产生阻止液膜变薄的熵斥力，从而使油基泡沫稳定。二、表面活性剂类发泡剂文献调研SPE115536《Oil-BasedFoamandProperUnderbalanced-DrillingPracticesImproveDrillingEfficiencyinaDeepGulfCoastWell》———Weatherford报导在美国的墨西哥湾应用油基泡沫流体进行欠平衡钻井，井深5568m，温度232℃，达到预期目标：–适合于水敏性地层，抗高温、抗污染能力强；–提高钻头寿命和机械钻速；–很好的防漏堵漏能力，良好的井眼净化；–可循环使用，节约了大量钻井成本。3、国外油基发泡剂研究现状二、表面活性剂类发泡剂二、表面活性剂类发泡剂•说明这口井使用的是雾化钻井，即以气相为连续相，液相为分散相的钻井流体SPE115536结果分析----墨西哥湾所用欠平衡钻井类型气体钻井的四种类型二、表面活性剂类发泡剂SPE115536结果分析----油基泡沫钻井液开发•起泡高度130ml，半衰期3min•与抗氧化剂，抗腐蚀剂配伍性好•油基（柴油，原油，合成油等）配伍性好•热稳定性好，抗盐侵和各种常规污染•可回收利用，降低成本•不影响原油的炼制研制中的困难：油的表面张力低于水，很难形成稳定的泡沫流体解决方案：使用星形油溶性块状共聚物，高温下形成稳定的胶粒，增加连续相的粘度形成稳定油基泡沫流体油基泡沫钻井流体，可回收(大于10次)易控制的优势，抗盐侵、油侵和各种污染能力二、表面活性剂类发泡剂Weatherford公司技术调研——油基发泡剂–产品•KleanFoam(recyclable)•WFTFM-100(non-recyclable)（泥页岩抑制剂）•WFTF-104(recyclable)(消泡剂)•KleanFoam(recyclable)•WFTDF250(non-recyclable)（泥页岩抑制剂）•WFTKleanDefoam(recyclable)•Transfoam•WFT-DFS4M•CationicPolyDadMacs-Dionic900（泥页岩抑制剂）二、表面活性剂类发泡剂（1）KleanFoamSystem–表面活性剂与聚合物配合使用–抗油和抗盐能力–适合较广泛的pH值范围–必须与消泡剂协同使用•价格–KleanFoam——29000元/桶（55加仑）–WFTF-104——12000元/桶（55加仑）二、表面活性剂类发泡剂现场应用实例–4WellUBProjectinHelmet(NEB.C.)formajoroilcompanyinCanada–TheOperatorinNEB.C.HistoricallyappliedUBtwophaseoilandOBconventionalsystems:•1998–12UBWells,production1–4mmscf/day•1999–14UBWells,production1–4mmscf/day•2000–35Wellsused“ReservoirFriendly”ConventionalOverbalancedFluid：Averageproduction0-0.4mmscf/day.二、表面活性剂类发泡剂现场应用实例–2001/2002–4WellsUBrecyclableFoamwithWFTF–104withChemicalAdditives.Results5–25mmscf/day.–BestWell(25mmscf/day)inOperator’sNEBC(JeanMarie)History–TheGeologistswereimpressedwiththesampleQualityandQuantityversesotherfoamsystemsandOilbasedFluids.二、表面活性剂类发泡剂（2）Transfoam–pH值为8～10时,产生大量的泡沫;用WFT-DFS4M（根据工程师的喜好可选择醋酸或柠檬酸等）调整到pH值为5～6时消泡–该泡沫流体可循环几个周期，直到变“脏”后才丢弃–Transfoam加量为0.2～2%二、表面活性剂类发泡剂Transfoam分为“C”、“O”、“S”三种类型–C类，Cl－含量低于3%，含油量少于5%–O类，含油量为5%～30%，Transfoam加量为0.3～3%–S类，Cl－含量超过3%到饱和盐水，在饱和盐水时泡沫流体最大体积达320mL，半衰期为2min二、表面活性剂类发泡剂井内流体振动筛1号沉砂池2号池3号混合池4号吸浆池在沉砂池中将液体泵入2#池除砂器、除泥器、离心机雾化泵和罐干空气、N2或其它气体进入井内激活剂循环池不要搅拌发泡剂注入泵施工流程屏蔽剂二、表面活性剂类发泡剂SPE115536文献调研与Weatherford公司技术调研结果——油基泡沫钻井液开发无论哪项技术均不是采用油基发泡剂在油中直接发泡，而是采用间接方法二、表面活性剂类发泡剂4、国内正在研究的内容（1）油基泡沫形成与稳定机理研究（2）油基泡沫发泡剂和稳泡剂研制及性能评价（3）油基泡沫钻井流体体系配方研究与性能评价（4）油基泡沫钻井流体体系处理地层水能力和脱水技术研究（5）油基泡沫钻井流体现场试验工艺技术和循环利用技术研究（6）油基泡沫现场试验及配方完善三、化学发泡剂1、主要研究工作进展脂肪醇醚磺酸盐类表面活性剂的合成表面活性剂性能评价协同稳泡聚合物优选可循环自动发泡钻井液体系的配方研究及性能测试三、化学发泡剂2、难点分析发泡剂A和发泡剂B随着井深和环境变化计量准确性？井下温度、压力条件下形成稳定泡沫流体的可行性？井下各种颗粒物对泡沫流体稳定性影响的可行性？井下环境泡沫流体的连续性和保持井眼清洁性效果？经过井下恶劣条件后泡沫流体的可循环性？四、正在开展的研究工作1、超低渗透率测试–物理模型：穿过岩心前后正弦波振幅和相位的变化进行渗透率测试–研制成功了超低渗透率仪21constK目前正在建立评价方法有望开展超低渗储层损害评价方面的工作2、提高煤岩亲水性和疏水性研究–煤岩是含有无机矿物的有机岩石–煤岩按演化度可分为•低煤阶——疏水性•中煤阶——疏水性•高煤阶——亲水性（由于微孔隙发育）–对于煤层气储层保护，我国目前开发的是高煤阶，应提高钻井流体对煤储层的疏水性–对于吐哈油田易坍塌的煤层，属于中低煤阶，具有较强疏水性，如提高钻井液对煤岩的亲水性，达到形成优质泥饼，有利于降低滤失量预防坍塌，保持井壁稳定作用四、正在开展的研究工作3、不同类型的水基发泡剂研制–不同地层条件、天气变化和气体钻井目的不同，使用的泡沫流体不同•玉门油田青西地区主要以提高推履体地层钻井速度，泡沫流体应以提高抑制性为主•冬天施工，普通水基发泡剂易冻结，发泡剂易抗冻•四川油田浅层钻井过程中易钻遇出水地层和漏失地层，泡沫流体应具有良好的携水容量限；泡沫液膜具有良好的强度，达到防漏堵漏作用•高温地热井，主要存在于火成岩地层，泡沫流体具有良好的抗温性的防漏堵漏作用–油气田开发中的蒸气驱和四次采油（泡沫驱）四、正在开展的研究工作谢谢！