CN101220733B

CN101220733B - 一种泡沫预析液装置

Info

Publication number: CN101220733B
Application number: CN2008100137935A
Authority: CN
Inventors: 李英; 张辉; 薛玉志
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: CN101220733A

Abstract

一种利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法，属于石油钻井技术领域。具体方法如下：1)氮气或空气气流通过孔隙介质砂芯与表面活性剂为有效成分的泡沫基液混合产生连续泡沫，得到干度在45-60％的新鲜泡沫；2)将干度在45-60％的新鲜泡沫通入预析液装置，预析液装置使泡沫运动速度降低，泡沫中夹带的大量自由水在重力作用下析出，得到泡沫干度在75-95％的预析液干泡沫；3)预析液干泡沫通入井筒中，将井筒中的水和钻屑等固含物携带出井。本发明能够快速将井下的地层出水携出，井底没有积液产生，可避免钻井事故的发生。

Description

一种泡沫预析液装置

技术领域

本发明涉及一种利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法，属于石油钻井技术领域。

发明背景

在钻井过程中，经常会遇到地层压力过低的情况，井下压力不平衡，此时采用传统的泥浆钻井会产生严重的问题。在欠平衡钻井中使用泥浆钻井液时，钻井液会渗入产层，破坏油气层；在地层裂隙发育的条件下，钻井液还会大量漏失，因此需要使用低密度钻井液来避免破坏油气层及防止地层漏失。通常在欠平衡钻井中主要使用以下几种低密度钻井液：1、常规钻井液；2、气流体；3、雾流体；4、充气水基或油基钻井液体系；5、泡沫钻井液；6、添加空心颗粒的低密度体系。其中，泡沫钻井液是气体均匀分散在液体介质中，并与发泡剂、稳泡剂及抑制剂形成的分散体系，具有密度低、携岩能力强、对低压油气层伤害小等优点。

泡沫的形成主要有三种方式：1、通过搅拌的方式使气体和泡沫基液混合；2、泡沫基液激烈流动时引入气体形成泡沫；3、气体通过多孔介质(砂芯或带均匀小孔的板等)在基液中形成泡沫。在实际使用过程中，通常采用气体通过多孔介质的方法得到连续的泡沫。

在泡沫钻井过程中，使用大量的连续泡沫，在标准压力下，流量可达每分钟30-40立方米。高速流动的泡沫将地层出水和钻屑快速携带出井口。在现有的泡沫钻井工艺中，高速气流通过孔隙介质与泡沫基液混合形成泡沫生成后通入井中，通过控制气液比的方式得到不同干度的泡沫。由于泡沫在高速生成和流动过程中夹带大量自由水，泡沫干度较低，容易在井底形成积液，特别是在地层出水量较大的情况下，不能够实现有效的携水，并且钻屑在井下粘附在井壁上，极易造成卡钻等钻井事故。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法。

一种泡沫预析液装置，预析液装置是一个球形容器，球形容器内设有半圆形隔板和液位传感器，球形容器上设有泡沫入口、干泡沫出口和自动控制排液口；泡沫入口的轴线与干泡沫出口的轴线互相垂直，干泡沫出口和自动控制排液口在同一条轴线上；半圆形隔板设置在球形容器的内壁上并位于泡沫入口和出口之间；液位传感器设置在球形容器的中部以下。

所述的半圆形隔板与干泡沫出口轴线之间的夹角为0°-90°。

所述的干泡沫出口位于球形容器正上方。

所述的自动控制排液口位于球形容器的正下方。

所述的泡沫入口位于球形容器的中部。

一种利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法，具体方法如下：

1)氮气或空气气流通过发泡装置中的孔隙介质砂芯与表面活性剂为有效成分的泡沫基液混合产生连续泡沫，得到干度在45-60％的新鲜泡沫；

2)将干度在45-60％的新鲜泡沫通入预析液装置，预析液装置使泡沫运动速度降低，泡沫中夹带的大量自由水在重力作用下析出，得到泡沫干度在75-95％的预析液干泡沫；

3)预析液干泡沫通入井筒中，将井筒中的水和钻屑等固含物携带出井。

本方法实现预析液泡沫流体连续稳定安全钻井并提高钻井效率的原理如下：

泡沫流体是由泡沫液膜支撑形成的气液混合体，泡沫液膜具有典型的表面活性剂分子层-水-表面活性剂分子层的三层膜结构。其中，水层中的水分别为自由水、结合水和捕获水，自由水能够在膜间自由流动，由重力和毛细管力的作用下析出，并在重力驱动下沿液膜向下排驱，此过程称为析液，捕获水也可在析液过程中析出。

现有泡沫钻井工艺中，高速气流通过孔隙介质与泡沫基液混合形成泡沫，机械夹带大量自由水，泡沫入井后，泡沫析液和重力排驱过程必然发生，因此极易在井下形成积液，井壁在有大量水存在的条件下，容易吸水膨胀、坍塌，造成卡钻等钻井事故。

采用本发明的明显效果：

1、能够快速将井下的地层出水携出，井底没有积液产生，可避免钻井事故的发生。

2、预析液泡沫的携岩能力强于未析液新鲜泡沫，预析液泡沫从井筒内携带钻屑等固体的能力是未析液泡沫携带固体能力的两倍左右。

3、预析液泡沫装置能连续，稳定的输出干泡沫，并且设计简单，安装方便，可以在现有的钻井流程中方便改装，能大幅提高泡沫干度，满足利用泡沫从井下携水携岩的需要。

附图说明

图1是采用模拟井筒评价钻井泡沫性能的装置示意图。

图2是本发明所指预析液装置结构示意图。

图3是采用图1所示的装置评价未析液泡沫与预析液泡沫携水能力比较图。

图4是采用图1所示的装置评价未析液泡沫与析液泡沫携固能力比较图。

其中，1、模拟井筒，2、预析液装置，3、起泡装置，4、注液口，5、气体流量计，6、针型阀，7、氮气钢瓶，8、砂芯，9、预析液装置球形容器，10、泡沫入口，11、干泡沫出口，12、自动控制排液口；13、液位传感器，14、半圆形隔板。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种泡沫预析液装置，结构如图2所示，预析液装置2是一个球形容器9，球形容器9内设有半圆形隔板14和液位传感器13，球形容器9上设有泡沫入口10、干泡沫出口11和自动控制排液口12；泡沫入口10的轴线与干泡沫出口11的轴线互相垂直，干泡沫出口11和自动控制排液口12在同一条轴线上；半圆形隔板14设置在球形容器9的内壁上并位于泡沫入口10和出口11之间；液位传感器13设置在球形容器9的中部以下。

所述的半圆形隔板14与干泡沫出口11轴线之间的夹角为0°-90°。

所述的干泡沫出口11位于球形容器9正上方。

所述的自动控制排液口12位于球形容器9的正下方。

所述的泡沫入口10位于球形容器9的中部。

1)氮气或空气气流通过发泡装置3中的孔隙介质砂芯8与表面活性剂为有效成分的泡沫基液混合产生连续泡沫，得到干度在45-60％的新鲜泡沫；

2)将干度在45-60％的新鲜泡沫通入预析液装置2，预析液装置2使泡沫运动速度降低，泡沫中夹带的大量自由水在重力作用下析出，得到泡沫干度在75-95％的预析液干泡沫；

以烷基乙氧基氯化铵为泡沫剂时，烷基乙氧基氯化铵泡沫生成时干度为60％，经过预析液装置后得到的预析液泡沫干度为93％。使用该泡沫模拟钻井，未析液泡沫150s内在模拟井筒中析出50ml液体；预析液泡沫在井筒中无液体析出，并且能在480s内从模拟井筒中携出预加的50ml水。

实施例2：

泡沫预析液装置和利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法与实施例1相同，差别在于，用甜菜碱为泡沫剂时，甜菜碱泡沫生成时干度为52％，经过预析液装置得到的预析液泡沫干度为89％。使用该泡沫模拟钻井，未析液泡沫220s内在井筒中析出50ml液体；预析液泡沫在井筒中无液体析出，并且能在190s内从井筒中携出预加的50ml水。

实施例3：

泡沫预析液装置和利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法与实施例1相同，差别在于，以烷基乙氧基硫酸钠为泡沫剂时，烷基乙氧基硫酸钠泡沫生成时干度为49％，经过预析液装置得到的预析液泡沫干度为78％，使用该泡沫模拟钻井，未析液泡沫14Os在井筒中析出50ml液体；预析液泡沫在井筒中无液体析出，并且能在510s内从井筒中携出预加的全部50ml含有1.0％固体颗粒的浊液。

实施例4：

泡沫预析液装置和利用泡沫预析液装置提高泡沫钻井效率的方法与实施例1相同，差别在于，以α-烯烃磺酸盐为泡沫剂时，α-烯烃磺酸盐泡沫生成时干度为46％，经过预析液装置得到的预析液泡沫干度为92％，使用该泡沫模拟钻井，未析液泡沫125s在井筒中析出50ml液体；预析液泡沫在井筒中无液体析出，并且能在300s内从井筒中携出预加的全部50ml含有1.0％固体颗粒的浊液。

Claims

1.一种泡沫预析液装置，其特征在于，预析液装置是一个球形容器，球形容器内设有半圆形隔板和液位传感器，球形容器上设有泡沫入口、干泡沫出口和自动控制排液口；泡沫入口的轴线与干泡沫出口的轴线互相垂直，干泡沫出口和自动控制排液口在同一条轴线上，干泡沫出口位于球形容器正上方，自动控制排液口位于球形容器的正下方；半圆形隔板设置在球形容器的内壁上并位于泡沫入口和出口之间；液位传感器设置在球形容器的中部以下。

2.如权利要求1所述的泡沫预析液装置，其特征在于，所述的半圆形隔板与干泡沫出口轴线之间的夹角为0°-90°。

3.如权利要求1所述的泡沫预析液装置，其特征在于，所述的泡沫入口位于球形容器的中部。