《鉆井用空氣泡沫工藝技術規程》標準實施效果分析

馬文英，孫 舉，楊國濤，鐘 靈

中原石油工程有限公司鉆井工程技術研究院 （河南 濮陽 457001）

氣體鉆井技術是有效解決陸相地層采用常規水基鉆井液鉆井機械鉆速慢、易漏失等問題的重要技術，自2006年開始空氣鉆井技術在川東北地區應用以來，取得了良好應用效果[1-4]。但由于鉆遇地層水時泥頁巖水化造漿，易造成井眼縮徑或井壁坍塌、掉塊[5-7]，粘附鉆具并堵塞環空通道[8-9]。此時，遵循的原則是出水量較小時轉換為霧化鉆井，當地層出水量較大采用霧化鉆井不能完成攜巖要求時，則轉換為空氣泡沫鉆井。由于川東北元壩地區一開設計為大尺寸井眼，存在攜巖困難問題，此時采用空氣泡沫鉆井可有效解決該難題。但在該技術應用過程中，沒有形成規范化操作，存在一定的盲目性，因此為了更好的發展、完善空氣泡沫鉆井技術，提供泡沫基液配制、施工依據，提高標準的完整性和普適性，提高工藝施工的科學性和合理性，制定了中原油田企業標準Q/SH 1025 0773-2011《鉆井用空氣泡沫工藝技術規程》并進行了實施，取得良好效果。

1 標準主要要素的確定

完整的工藝技術規程一般應包括范圍、規范性引用文件、要求、性能測定方法、配制及維護處理等內容，而鉆井用空氣泡沫由于是較新的技術，其中存在術語及定義不確定的問題，因此對標準中出現的術語和定義進行了解釋。為盡可能保證油氣資源的勘探開發，滿足空氣泡沫鉆井要求，通過室內實驗（包括處理劑選擇、體系配伍性實驗以及性能評價等）及現場應用實踐分析，確定了發泡倍數、半衰期、氣液比、空氣排量及泡沫基液排量等空氣泡沫技術規程的關鍵性技術指標。通過實驗結果及現場應用情況對指標范圍進行了規范，對現場施工時泡沫流體的配制、空氣泡沫鉆井技術參數等進行了說明。

1.1 術語及定義

在標準中，如果涉及的術語不是常用的術語，可能存在歧義的情況下，要進行規范說明，在制定《鉆井用空氣泡沫工藝技術規程》過程中就存在這種情況，因此對以前標準中未出現的術語進行了解釋，且說明這些術語和定義適用于本標準。

1）空氣泡沫：指氣體分散于液體中形成的一種具有蜂窩狀結構的特殊分散體系，為氣液兩相流，氣體是分散相，液體是連續相。氣相采用空氣，即空氣泡沫。

2）空氣泡沫鉆井：用空氣泡沫作為循環介質所進行的鉆井。

3）發泡倍數：泡沫體積與產生泡沫的溶液體積的比值。

4）泡沫的半衰期：指從泡沫中排出一半液體所需的時間，半衰期可作為衡量泡沫穩定性的一個重要指標。

1.2 空氣泡沫要求

為滿足空氣泡沫鉆井要求，通過室內實驗及現場應用實踐分析，確定了各處理劑加量及空氣泡沫性能指標。

選擇很小溶液濃度下就具有較高發泡能力，較長半衰期的發泡劑；根據井深及泡沫循環時間的需要，調節主、輔穩泡劑的加量，使泡沫性能滿足鉆井要求；抑制劑、井壁穩定劑及緩蝕劑根據現場施工的實際情況進行調節使用，使用原則是不影響泡沫的穩定性，泡沫性能可滿足現場要求。

泡沫鉆井現場施工，一般要求泡沫體積不小于400mL（100mL泡沫基液采用Waring Blender法所產生的體積，即發泡倍數不小于4倍）[7-8]，以滿足攜巖、攜水等要求；半衰期則根據井深、地層等情況適當調整，一般超過30min即可滿足安全施工要求，但半衰期過長則泡沫不易破裂，給后續消泡帶來困難，因此建議泡沫的半衰期不超過200min。推薦的空氣泡沫性能指標見表1。

表1 推薦空氣泡沫性能指標

1.3 空氣泡沫鉆井工藝參數

工藝參數是現場施工參考的依據，需根據具體情況進行分析確定。泡沫鉆井中氣體體積注入量必須滿足泡沫穩定和攜巖要求，根據實際鉆井條件，首先確定空氣排量為50～200L/min。在此基礎上，泡沫基液排量是滿足泡沫穩定和攜巖的重要參數，通常條件下，根據所鉆井眼的尺寸和井深，以達到形成連續穩定的泡沫為標準。在實際工作中，應根據地層情況而定，在涌水地層中，為提高泡沫的攜水、攜巖能力，泡沫基液排量可適當提高，并及時進行泡沫基液的維護。推薦的空氣泡沫施工參數見表2。

2 標準實施及效果

標準Q/SH 1025 0773-2011《鉆井用空氣泡沫工藝技術規程》于2011年評審通過后，在中原油田西南鉆井公司、管具工程處、鉆井工程技術研究院等單位進行了宣貫實施。

表2 推薦空氣泡沫施工參數

2.1 標準實施過程中出現的問題及解決措施

在標準實施過程中，定期對實施情況進行檢查，找出存在的問題，并討論形成解決方案，尤其對一些出現頻率較高的問題進行分析，使每一個標準實施人員清楚問題所在。

2.1.1 泡沫液循環利用問題

采用廢液配制泡沫基液，可以有效減少廢液量，減少環境壓力，降低使用成本，但是由于泡沫基液中泥沙含量較高，泡沫液流經各泵均可能發生堵塞。解決方法：使用時需注意廢液上水泵是否堵塞，及時清理，上提污水泵，保證水量供應；定時測量各泵排量，保證鉆進時泡沫基液供應。在鉆進較深地層以及泡沫基液消耗量大的泥巖地層時，泡沫液排量增大，可用泥漿泵將泡沫液直接泵入井中。

2.1.2 地層巖性對泡沫質量產生影響

在砂巖鉆進時，鉆時較慢，單位時間巖屑量少，砂巖與泡沫中處理劑吸附作用少；在泥巖鉆進時，鉆時較快，單位時間巖屑量大，同時泥巖表面積大，對處理劑的吸附和消耗明顯，對泡沫質量影響大。因此在施工過程中，根據地層情況及時地調整處理劑加量及氣液比，保證泡沫質量滿足順利鉆進要求。

2.1.3 消泡問題

空氣泡沫鉆井為了保證攜砂效果，基液量大，黏度高，易產生大量虛泡，且較難消除，根據井場的排砂池容量，加上地層的出水，在泡沫鉆井期間很容易漲滿排砂池，造成環保壓力，井隊對此要求也比較高。解決方法：采用機械消泡器、水力噴灑、調整基液配方等多種方法解決消泡問題。

2.1.4 泡沫基液濃度及排量的確定

鉆遇地層巖性如泥巖、砂巖對泡沫基液消耗有差異，因此要求泡沫基液濃度不同；鉆進井深和井眼尺寸大小變化時，對泡沫基液的使用量以及排量要求不同。

2.2 標準實施效果

標準Q/SH 1025 0773-2011《鉆井用空氣泡沫工藝技術規程》的實施，對空氣泡沫鉆井施工提供了有效的操作規范和指導作用，提高了規范性及安全性，大大減少操作過程中的盲目性，使鉆井工程的順利完成得到進一步保障；同時也加強了施工人員的標準化管理，為提高鉆井施工水平奠定了堅實基礎。自標準實施以來，分別指導了元壩222井、元壩107井、隆盛2井等6口井的現場施工。在實施的過程中嚴格按照標準控制處理劑加量，按時測定鉆井液基液性能，并定時補充處理劑，按照不同井眼尺寸采用相應的施工參數。該標準在現場的實施，有效地解決了川東北地區氣體鉆井攜水、攜砂及在出水地層實施氣體鉆井井壁穩定的難題，尤其是解決超大尺寸井眼攜巖困難的技術難題，保持了氣體鉆井的優勢，660.4mm井眼平均機械鉆速為7.8m/h，比同區塊常規鉆井液鉆井提高5倍以上。

1）有效解決了大尺寸井眼的巖屑攜帶問題，提高了機械鉆速。四川元壩區塊的預探井或開發井，開發海相地層時井深較深，受井深和井身結構影響，導眼尺寸一般為Φ609.6mm或是Φ660mm。空氣泡沫技術通過泡沫的懸浮性可有效攜帶巖屑，在元壩222井、元壩107井等大尺寸井眼的應用過程中，根據標準推薦的施工參數調整空氣排量和基液排量，泡沫攜巖效果良好，返出的巖屑大小混雜，棱角分明，起下鉆暢通，無阻卡現象，測斜順利，接單根時井底無沉砂，較好地滿足了大井眼巖屑攜帶要求及地質資料的錄取要求。

2）有效解決了氣體鉆井鉆遇地層出水的井壁穩定問題。氣體鉆井鉆遇地層出水量大時，易發生井眼縮徑或井壁坍塌、掉塊等情況，空氣泡沫技術可有效地解決地層出水后井壁穩定問題，保證氣體鉆井正常進行。以隆盛2井為例，該井上部地層砂巖與泥巖互層為主，地層軟硬交錯，泥巖易坍塌，地層水易侵入地層。導眼采用空氣泡沫鉆進過程中，初始水量為3～5m3/h，鉆進至115m時增大為50m3/h，根據標準中泡沫基液的性能維護要求，每2h補充抑制劑，保證抑制劑濃度達到12 kg/m3，保證了井壁穩定效果，鉆進過程中泡沫穩定，攜巖攜水效果良好，起下鉆、接單根等作業通暢無阻，后因污水池容量有限轉換為鉆井液鉆進。

3）有效解決了泡沫流體難消泡、泡沫基液不能回收利用的問題。現場施工時根據標準中推薦的處理劑及加量配制泡沫基液，達到4倍以上的發泡倍數，以滿足安全鉆井的目的，同時兼顧泡沫基液的半衰期，避免泡沫返出井筒后長時間不消泡，造成泥漿池的負擔，此外配合機械消泡裝置，實現了泡沫基液的循環利用，大幅度降低材料和清水消耗，避免了泡沫鉆井因泥漿池容量有限而被迫提前終止，同時減輕了環保壓力。如元壩222井僅鉆井初期使用清水配制泡沫基液400m3，其余全部使用消泡后回收的泡沫基液，節約清水1 230m3，減少了相應體積的污水處理量。

3 結束語

鉆井用空氣泡沫工藝技術規程制定時，除了必須保證標準能夠充分體現技術的特點、性能要求外，標準編寫規范是一個合格標準的基本條件。隨著油田鉆井液體系技術規范的逐步增加，對標準的規范工作也變得越來越重要，但由于國內在空氣泡沫鉆井施工作業方面雖然已經推廣應用，但還沒有形成成熟的關于空氣泡沫鉆井方面的經驗和做法，因此在實施過程中要及時收集分析使用情況，便于在標準修訂時不斷改正與完善，使本標準更符合實際，更有指導和規范意義，促進油田鉆井液行業健康、快速、有序的發展。

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