泡沫欠平衡钻井液研究现状及应用前景研究

2022-09-11

随着欠平衡钻井技术的不断发展, 相应的欠平衡钻井液技术也在不断的更新。国外早在三十年代就开始运用天然气和空气钻井及保护油气层作业。而其在国内的起步则开始于五十年代。到了八十年代初, 泡沫欠平衡钻井液技术率先被新疆石油管理局应用在稠油层钻井中。随后逐步开展了充气钻井液和空气雾化钻井研究。随着国内欠平衡钻井技术的不断发展, 其应用范围也在不断扩大, 相应泡沫欠平衡钻井液技术也得到了较大的提高。

一、泡沫欠平衡钻井液在国内的应用现状

国内欠平衡钻井液应用并不多。中原油田使用清水混气钻井液成功实施2口井。其中, 实施的毛8井混气段机械钻速可达0.96m/h, 而该区域的定额机械钻速为0.27m/h。因此, 使用清水混气毛8井的混气段机械钻速与定额机械钻速相比, 钻速提高了近三倍。但使用清水混气钻井液, 当气水比达到12.5%时, 水与空气之间十分容易发生分离现象[1]。

吐哈地区在恰102井对泡沫欠平衡钻井进行了试验, 但是在起钻后, 发生了井下坍塌现象, 试验以失败告终, 但吐哈地区还是总结了相关经验, 并且取得了一定的试验成果。当其他钻井参数相同时, 采用泡沫欠平衡钻井液进行钻井, 其机械平均钻速可达8.61m/h, 而一般的钻井液的机械钻速仅为2.63m/h, 泡沫欠平衡钻井液的机械钻井速度比应用一般的钻井液机械钻速高出三倍多, 只是泡沫品质过高, 超过了97%, 导致泡沫流体雾化, 并不具有足够的携砂能力。因此, 应该应用于稳定性比较好的地层, 而且, 其泡沫品质应该维持在53%至96%之间。井底的泡沫品质也不应该低于53%。

二、泡沫欠平衡钻井液研究

泡沫钻井液是指气体介质在液体中分散后与稳泡剂和发泡剂或者粘土相结合而形成的一种分散体系, 一般会被应用于低压产层钻井中。泡沫欠平衡钻井液分为可循环硬胶泡沫和纯泡沫两类。其中, 可循环硬胶泡沫还可以称为微泡钻井液, 而纯泡沫还也称为稳定泡沫。硬胶泡沫是由粘土、气体、发泡剂与稳定剂组成的稳定的分散体系, 其特点是泡沫寿命长、携砂能力比较强。常用于对大直径钻井岩屑携带、清洗井底、防漏、堵水、堵漏等等。但硬胶泡沫对油品污染和电解质都比较敏感, 所以通常不适宜在油气井中应用。胜利油田广泛应用了可循环硬胶泡沫钻井液, 其他油田应用则较少。可循环硬胶泡沫的滤失量比较低, 固相含量也比较少, 而且泡沫具有较好的稳定性以及较高的强度, 同时还可以对其进行循环使用, 也不会对泵上水造成任何影响。另外, 可循环硬胶泡沫工艺比较简单, 而且投资比较少, 但效益却非常高。泡沫钻井液成本比较低, 但是粘切比较大, 会使得钻井液动态井底当量密度比较大, 气体和液体也不容易发生分离, 尤其是钻遇以天然气为主的油气层的时, 无法及时分离天然气, 从而加大了钻井危险。泡沫钻井液在胜利油田中应用效果比较好, 对其受压力与温度的影响情况也有一定研究, 只是所用井深都在三千米左右[2]。

纯泡沫钻井液则主要由气体、水、发泡剂和稳定剂以及其他化学助剂等组成。其中, 气体主要包括氮气、空气、天然气以及二氧化碳等。纯泡沫与硬胶泡沫钻井液不同, 它对各种原油、电解质以及钻井作业过程中产生的污染物并不敏感, 而且还可以与之配伍, 同时还能够对水进行处理。纯泡沫钻井液主要应用于对油气层损害的保护, 以及应用于低压油气层与枯竭层、地热井钻井、介于-20和-80摄氏度的永冻地区中。纯泡沫钻井液具有密度低、对油层伤害小、携岩能力较强等特点。如今泡沫欠平衡钻井液已经广泛应用在国内长庆、新疆、辽河、二连和华北等油田的低压油层钻井中, 而且取得了较好的效果。

三、泡沫欠平衡钻井液的应用前景

油层通常具有低渗、低压等地质特征, 可以应用与泡沫钻井液匹配的泡沫欠平衡钻井工艺来解决钻井过程中存在的问题, 合理利用泡沫欠平衡钻井液技术, 可以在很大程度上减少钻井液对油层的伤害。泡沫欠平衡钻井液的净化能力比较强, 特别是在实施水平井和大斜度井的钻井过程中, 有效解决了沉积在井眼下侧的岩屑床等问题。泡沫欠平衡钻井液能较好的适用于一些压力系数比较低的地层钻井过程中[3]。

泡沫欠平衡钻井液不但性能比较稳定, 而且携砂和携岩能力较强, 相当于清水的十倍左右, 其润滑性能、抗污染性能与岩屑清洁能力等方面都较好, 有利于对其进行分析, 防止油层坍塌或油气渗漏等现象发生。在一些裂缝发育或者漏失比较严重的地层、低压或者超低压的地层中, 应用泡沫欠平衡钻井液有利于降低事故发生率, 防止井壁坍塌等事件发生。泡沫欠平衡钻井液还可以满足地质录井的要求, 及时发现并且保护油气层。另外, 其成本较低, 不需要增加额外设备, 可以为整个钻井施工过程的高效优质提供保证。应用泡沫欠平衡钻井液钻井时, 会存在腐蚀工具和井壁稳定等问题。因此, 要配备专门设备以及水力学软件模型对岩石的机械特性等进行充分考虑。