微泡沫鉆井液的穩定性的研究與應用

方 雷 白永慧 韓斌虎

（長慶油田第四采油廠，陜西 靖邊 718500）

石油是現代社會最重要的原料之一。即便近幾年大家所普遍關注諸如核能、風能、地熱等新興能源，但石油作為化工原料的基本原材料，以及常規動力的基礎驅動原料，有著它不可替代的作用。而要獲得石油，就不可避免要進行開采工作，無論是陸地開采還是海上開采，都需要用到鉆井技術。在鉆井的過程中，為了實現攜帶巖屑、凈化井底和平衡地層壓力等作用，就要用到鉆井液，而好的泡沫型鉆井液不但具備攜帶巖屑、凈化井底和平衡地層壓力，還具備密度低、屏蔽效果好、潤滑性好、濾失量低、性能穩定和不易卡鉆等一系列優點。如何獲得性能更好、穩定性更高的泡沫鉆井液就成為我們研究的重點。

一、微泡沫鉆井液的構成

微泡沫鉆井液就是在水性鉆井液的基體中添加入適當比例的發泡劑和穩定劑，再通過一定強度的機械攪拌力，而產生豐富、均勻的微泡沫，這種均勻的泡沫在水力氣蝕條件下產生微孔隙，這些微孔隙又被表面活性劑包裹作為產生含壓球體的動力，它能夠有效阻滯液體的流動，能夠有效阻塞裂縫，更能有效地降低濾失量，平衡巖土層壓力，防止鉆井坍塌。

微泡沫鉆井液的微觀結構主要由核體部分以及具有保護作用的外壁構成，核體通常是由氣體構成，大多數是空氣。水基微泡沫外壁則比較復雜，首先存在一個包裹氣相核體的表面活性劑內層，此外還有兩層，覆蓋在表面活性劑內層外的是一個粘性水層，水層以外是表面活性劑的雙分子層，水基微泡沫的親水性能與疏水性是由這個表面活性劑雙分子層的次外層性質決定的。通過一些顯微圖片分析可以看出，微泡沫鉆井液中氣泡是不連續分散分布的，氣泡半徑比較小，液膜層比較厚，整體外觀呈球狀。通過粒度分析結果表明，微泡沫粒度越細，微泡沫鉆井液的穩定性越好。

二、影響微泡沫鉆井液穩定性的因素

1、發泡劑

發泡劑也稱起泡劑，是常用的一種表面活性劑，它的分子結構由非極性的親油（疏水）基團和極性的親水（疏油）基團所構成，從而使其成為既有親水性又有親油型的“雙親結構”分子。親油基可以是脂肪族烴基、脂環族烴基、芳香族烴基或帶氧、氮等原子的脂肪族烴基和芳香族烴基；而親水基一般為羧酸基、烴基、磺酸基、硫酸基、膦酸基、氨基、腈基、硫醇基、鹵基、醚基等。

因為微泡沫鉆井液主要具有堵漏、基層保護的作用，所以要求發泡劑有較高的起泡能力，而且要求其生成的泡沫必須具備非常良好的均勻、細密性及穩定性，還要具備較良好的抗鹽、抗鈣、抗油污染能力，同時也必須要與原鉆井液具有良好的相互兼容的性能。

介于上述要求，在微泡沫鉆井液研制過程中發現往往采用單一的表面活性劑作為起泡劑，未必能達到良好的使用效果。而同時選用多種不同類型的表面活性劑并按照合適的調配比例添加到液體鉆井液基體中后，才能實現氣泡率高，泡沫豐富、均勻，氣泡穩定性好等性能特點。且其抵抗溫差變化、抵抗壓力變化、抵抗油、水污染的能力都大大提高。

2、穩定劑

泡沫型鉆井液的穩定性除受發泡劑的影響外，還受到穩定劑的影響。穩定劑不但能夠提高泡沫的壽命周期，還能使泡沫在鉆井液體系中穩定存在。而泡沫的穩定性，有表面張力的作用、內外壓力差的作用，此外，還有氣泡膜的彈性與韌性的作用。從分子構成的角度來說，高分子量、高密集度的分子結構、復合網絡狀的泡沫穩定性比較好。常用的泡沫穩定劑主要有脂肪酰胺(R-CONH2)、脂肪酸乙醇酰胺(R-CONHCH2-CH2-OH)、N-烷基亞氨二醋酸鈉鹽、烷基甜菜堿磺酸 (R-(CH2)2-N+-CH2-CH2-CH2-S03-)、聚丙烯酸及其衍生物等。

3、增稠劑

增稠劑是一種廣泛使用的添加劑，主要能夠改善改善和增加流動狀態、膠狀物質等的粘稠度，同時具有穩定流體結構或使液體中的固態顆粒呈懸浮狀態的作用，有其特定的的流變學性質，能夠提高泡沫液體相的阻滯性能，更能有效地起到阻塞、防漏失的作用。

4、外部因素的影響

除鉆井液自身成份及添加比例會對其使用性能造成影響，外部使用環境也會影響鉆井液的使用壽命及使用效果。泡沫鉆井液的穩定性隨著使用時間的增加而降低，隨著溫度的增加而減弱。

三、微泡沫鉆井液的使用與維護

通過了解，我們清楚地知道哪些內部因素、外部因素會對微泡沫鉆井液的性能產生影響，為此，在實際生產中，我們就要積極針對以上因素采取合理、有效地措施，盡量防止鉆井液在使用過程中受到污染，盡量提高其使用壽命。

首先，要對工作鉆井的巖層結構進行詳細分析，在使用過程前要做好充分的實驗研究工作，確定合適的鉆井液類型，并合理調配各種添加劑的配制比例，在使用過程中要定期進行取樣分析、化驗，以了解鉆井液各組成成分的帶耗情況，適當時要及時添加或更換新液。

其次，為確保良好的使用效果，使泡沫鉆井液能夠真正實現攜帶巖屑、凈化井底和平衡地層壓力，良好的屏蔽效果、潤滑效果、降低濾失量等優異性能，還防止過高溫操作、非法操作。

四、結語

鉆井液的質量水平直接關系到鉆井效果的好壞，雖然微泡沫鉆井液具有良好的流變性能，具有較強的抑制性和良好的防漏失性，但其有著特定的適應性及適用條件，而各地區的井礦性質及地質結構上存在著很大的不同，以及鉆探工具的不斷變化，環境、健康、安全要求的不斷提高，這就要求我們要不斷加強關于鉆井液方面的專項研究，以不斷提高產品的適用性。

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