新型微泡沫钻井液在大庆“三低”油藏中的应用

新型微泡沫钻井液在大庆“三低”油藏中的应用

王亮

中国石油大庆钻探工程公司钻井三公司（黑龙江大庆163413）

摘要大庆油田“三低”油藏具有低压、低渗、低丰度及黏土含量高的特点，开采难度大。使用油基和水基钻井液存在高成本、高污染和储层损害等问题，常规微泡沫钻井液又面临着发泡剂发泡能力差、半衰期短等问题。因此，以合成出的表面活性剂QF-1和QF-2作为发泡剂，再通过优选稳泡剂等，研制出一套适用于大庆“三低”油藏的新型微泡沫钻井液。室内评价实验表明，该体系密度在0.9~1.02g/cm 3之间，半衰期超过45h ，滚动回收率大于90%，不同孔径砂床封堵承压能力在8MPa 以上，能抗3%盐侵和20%土侵。

关键词微泡沫；发泡剂；稳泡剂；钻井成本

Abstract The "three low"reservoirs in Daqing Oilfield are characterized by low pressure,low permeability,low abundance and high clay content,which make it difficult to exploit.The use of oil-based and water-based drilling fluids in this type of reservoirs will cause the problems of high cost,high pollution and reservoir damage,and the use of conventional micro foam drilling fluid is also faced with

problems such as poor foaming ability and short half-life of foaming agents.For this reason,a new type of micro foam drilling fluid suit⁃able for "three low"reservoirs in Daqing was developed by using surfactant QF-1and QF-2as foaming agent and by optimizing foam boratory evaluation experiments show that the density of the system is 0.90~1.02g/cm3,the half-life is more than 45hours,the rolling recovery rate is more than 90%.The sealing capacity of sand beds with different pore sizes is more than 8MPa,and the sys⁃tem can resist 3%salt invasion and 20%soil invasion.

Key words micro foam;foaming agent;stabilizer;drilling cost

作者简介：王亮（1980—），男，工程师，从事钻井技术管理工作。

大庆“三低”油藏具有低压、低渗、低丰度及黏土含量高的地质特点。平均坍塌压力系数在0.7左右，平均储层压力系数0.98左右，渗透率为(0.01～250)×10-3μm 2，平均孔隙度为15%，平均黏土矿物含量为16%。低压和低丰度使油藏精细评价难度加大，而且较低的地层压力使钻井液滤液和有害固相在压差作用下更易进入储层，较低的渗透率和较高的膨胀性黏土矿物含量，使储层易发生黏土膨胀、分散、运移而产生水锁、水敏损害[1-3]，且钻井过程中易发生钻井液漏失。为开发好“三低”油藏，常采用欠平衡钻井方式钻井，欠平衡油基钻井液高成本、高污染；欠平衡雾化、泡沫钻井液成本高，易发生井下复杂；欠平衡玻璃微珠钻井液成本也居高不下，且玻璃微珠不易回收，而微泡沫钻井液又存在发泡能力差、半衰期短等技术难题[1-3]。因此，以合成的两种发泡剂为基础，最终形成一套适合大庆“三低”油藏的新型微泡沫钻井液技术。

1实验部分

1.1试剂及仪器

主要试剂：含胺基化合物（工业品）、去离子水、

烷基酰胺（工业品）、氢氧化钠（分析纯）、表面活性剂等。

主要仪器：高温高压反应釜、高温滚子炉、六速旋转黏度计、堵漏评价模拟装置、量筒、秒表等。

1.2实验方法

1.2.1实验原料及合成工艺

将一定的胺基化合物加入到微型高温高压反应釜中，并添加去离子水稀释至制定浓度。称取一定量的含有长链的烷基酰胺单体，与NaOH 配制成1:1的混合溶液。缓慢将反应釜温度升高至50~60℃，在开动搅拌桨的情况下，将混合溶液通过加料装置缓慢加到反应釜中。加料完毕后，继续反应2~3h ，即可得到乳白色的表面活性剂QF-1。通过改变单体浓度和反应工艺可合成出表面活性剂QF-2。1.2.2发泡剂性能评价

在室内采用半衰期法对合成的两种发泡剂和其他种发泡剂进行对比。实验过程如下：将0.25%的发泡剂加入到100mL 自来水中，在10000r/min 条件下高速搅拌5min ，然后将搅拌杯中的泡沫液转移到带刻度的量筒中测量发泡体积、出液时间（第一滴液体析出时间）和半衰期（从泡沫液中分离出

2019年4月第35卷第4期

石油工业技术监督

Technology Supervision in Petroleum Industry

Apr.2019Vol.35No.4

50mL液体时间）。

2结果与讨论

2.1发泡剂性能评价

依据1.2.2实验方法，对合成的表面活性剂QF-1、QF-2进行发泡性能评价，实验结果如表1所示。由表1可知，与其他种类发泡剂相比，合成的发泡剂QF-1和QF-2具有较强的发泡能力，出液时间较长，且半衰期长，因此选择QF-1和QF-2作为该体系的发泡剂。

综合考虑发泡剂的发泡性能、成本等因素，将合成的QF-1和QF-2两种发泡剂进行复配使用，对发泡量和半衰期进行测量，实验结果如表2所示。从表2可以得知，将两种发泡剂按照各自50%的比例复配比较合理，所生成泡沫细密均匀，发泡体积、出液时间和半衰期均有增加，而且体系较稳定，所以选择发泡剂的复配比例：50%QF-1+50%QF-2。由于合成的两种发泡剂含有的亲水亲油基团数量平衡，首先具有较强的发泡能力；其次由于液膜具有一定的黏弹性和强度，这在形成泡沫承压能力强，不易破裂；形成气泡的粒径范围多在20~100μm，形成的微泡沫外观为圆形，由较厚的液膜包裹空气内核，气泡均独立悬浮在基液中，由于液膜厚度较大，所以稳定性较好[4-6]。在地下钻井过程中，形成的微泡沫具有更强的承压能力和抗污染能力，不会因为泡沫破裂而增加发泡剂和稳泡剂的加量。

2.2微泡沫钻井液体系研究与性能评价

2.2.1稳泡剂优选

在室内评价了生物聚合物XC、聚阴离子纤维素PAC-LV、羧甲基纤维素CMC和改性淀粉这几种稳泡剂的稳泡能力，实验结果如表3所示。从表3可知，PAC-LV和XC具有较强的泡沫稳定能力，同时与发泡剂具有较好的协同作用，可以实现对半衰期的控制，实现微泡沫钻井工艺，所以选用PAC-LV和

XC作为稳泡剂。

XC、PAC-LV同属于增黏性稳泡剂，XC能抗温至80℃，PAC-LV能抗温至160℃，为了获得更好的稳泡效果，所以将XC和PAC-LV进行复配使用，复配后的发泡效果如表4所示。从表4可知，复配的稳泡剂中70%XC和30%PAC-LV组合，稳泡效果最好，泡沫均匀细小，其他复配组合稳泡效果较差。这是因为单一稳泡剂在泡沫表面形成的水化膜厚度较低，容易破裂，将两种稳泡剂复配使用，能使泡沫在较高温度环境条件下具有一定的厚度，提高高温高压条件下的稳定性[7-10]。因此稳泡剂复配比例70%XC+30%PAC-LV。

2.2.2微泡沫钻井液配方

在优选出两种发泡剂和两种稳泡剂的基础上，通过室内配伍性研究和对配方优化，形成微泡沫钻井液配方如下：4%膨润土浆+0.2%~0.3%PAC-HV+ 0.1%~0.2%包被抑制剂+1.0%~1.5%降滤失剂+ 0.02%~0.04%QF-1+0.02%~0.04%QF-2+0.01%~ 0.03%XC+0.005%~0.01%PAC-LV。

2.2.3微泡沫钻井液性能评价

按照该配方在室内配制了微泡沫钻井液，对其泡沫稳定性、抑制性、抗温性和抗污染等相关性能进行了评价。

2.2.

3.1常规性能评价

对微泡沫体系的常规性能的测量在一定程度上

发泡剂QF-1 QF-2 1821 MATK AESN AEO-9发泡体积/mL

630

750

150

100

460

750

出液时间/s

58

70

60

30

30

半衰期/s

308

478

240

252

145表1不同发泡剂的发泡性能对比

编号1

2 3 4 5QF-1

/%

30

40

50

60

70

QF-2

/%

70

60

50

40

30

发泡量

/mL

650

700

750

600

570

出液时间

/s

72

84

78

69

65

半衰期

/s

256

295

330

136

125

表2发泡剂复配性能数据表

名称

XC

PAC-LV

CMC

改性淀粉

发泡量

/mL

600

640

530

420

半衰期

/min

329

312

200

105

发泡效果

泡沫细腻、均匀

泡沫小、均匀

泡沫较大、较均匀

泡沫较大、不均匀

表3稳泡剂稳泡性能数据表

编

号

1

2

3

4

5

XC

/%

30

40

50

60

70

PAC-

LV/%

70

60

50

40

30

发泡

量/mL

590

535

505

520

610

半衰

期/

min

65

69

105

180

240

发泡效果

泡沫较均匀，含部分小泡

泡沫较均匀，含部分小泡

泡沫较均匀，含部分小泡

泡沫较均匀，含部分小泡

泡沫非常均匀

表4稳泡剂复配结果

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