微泡沫钻井液的稳定性的研究与应用

方 雷 白永慧 韩斌虎

（长庆油田第四采油厂，陕西 靖边 718500）

石油是现代社会最重要的原料之一。即便近几年大家所普遍关注诸如核能、风能、地热等新兴能源，但石油作为化工原料的基本原材料，以及常规动力的基础驱动原料，有着它不可替代的作用。而要获得石油，就不可避免要进行开采工作，无论是陆地开采还是海上开采，都需要用到钻井技术。在钻井的过程中，为了实现携带岩屑、净化井底和平衡地层压力等作用，就要用到钻井液，而好的泡沫型钻井液不但具备携带岩屑、净化井底和平衡地层压力，还具备密度低、屏蔽效果好、润滑性好、滤失量低、性能稳定和不易卡钻等一系列优点。如何获得性能更好、稳定性更高的泡沫钻井液就成为我们研究的重点。

一、微泡沫钻井液的构成

微泡沫钻井液就是在水性钻井液的基体中添加入适当比例的发泡剂和稳定剂，再通过一定强度的机械搅拌力，而产生丰富、均匀的微泡沫，这种均匀的泡沫在水力气蚀条件下产生微孔隙，这些微孔隙又被表面活性剂包裹作为产生含压球体的动力，它能够有效阻滞液体的流动，能够有效阻塞裂缝，更能有效地降低滤失量，平衡岩土层压力，防止钻井坍塌。

微泡沫钻井液的微观结构主要由核体部分以及具有保护作用的外壁构成，核体通常是由气体构成，大多数是空气。水基微泡沫外壁则比较复杂，首先存在一个包裹气相核体的表面活性剂内层，此外还有两层，覆盖在表面活性剂内层外的是一个粘性水层，水层以外是表面活性剂的双分子层，水基微泡沫的亲水性能与疏水性是由这个表面活性剂双分子层的次外层性质决定的。通过一些显微图片分析可以看出，微泡沫钻井液中气泡是不连续分散分布的，气泡半径比较小，液膜层比较厚，整体外观呈球状。通过粒度分析结果表明，微泡沫粒度越细，微泡沫钻井液的稳定性越好。

二、影响微泡沫钻井液稳定性的因素

1、发泡剂

发泡剂也称起泡剂，是常用的一种表面活性剂，它的分子结构由非极性的亲油（疏水）基团和极性的亲水（疏油）基团所构成，从而使其成为既有亲水性又有亲油型的“双亲结构”分子。亲油基可以是脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基或带氧、氮等原子的脂肪族烃基和芳香族烃基；而亲水基一般为羧酸基、烃基、磺酸基、硫酸基、膦酸基、氨基、腈基、硫醇基、卤基、醚基等。

因为微泡沫钻井液主要具有堵漏、基层保护的作用，所以要求发泡剂有较高的起泡能力，而且要求其生成的泡沫必须具备非常良好的均匀、细密性及稳定性，还要具备较良好的抗盐、抗钙、抗油污染能力，同时也必须要与原钻井液具有良好的相互兼容的性能。

介于上述要求，在微泡沫钻井液研制过程中发现往往采用单一的表面活性剂作为起泡剂，未必能达到良好的使用效果。而同时选用多种不同类型的表面活性剂并按照合适的调配比例添加到液体钻井液基体中后，才能实现气泡率高，泡沫丰富、均匀，气泡稳定性好等性能特点。且其抵抗温差变化、抵抗压力变化、抵抗油、水污染的能力都大大提高。

2、稳定剂

泡沫型钻井液的稳定性除受发泡剂的影响外，还受到稳定剂的影响。稳定剂不但能够提高泡沫的寿命周期，还能使泡沫在钻井液体系中稳定存在。而泡沫的稳定性，有表面张力的作用、内外压力差的作用，此外，还有气泡膜的弹性与韧性的作用。从分子构成的角度来说，高分子量、高密集度的分子结构、复合网络状的泡沫稳定性比较好。常用的泡沫稳定剂主要有脂肪酰胺(R-CONH2)、脂肪酸乙醇酰胺(R-CONHCH2-CH2-OH)、N-烷基亚氨二醋酸钠盐、烷基甜菜碱磺酸 (R-(CH2)2-N+-CH2-CH2-CH2-S03-)、聚丙烯酸及其衍生物等。

3、增稠剂

增稠剂是一种广泛使用的添加剂，主要能够改善改善和增加流动状态、胶状物质等的粘稠度，同时具有稳定流体结构或使液体中的固态颗粒呈悬浮状态的作用，有其特定的的流变学性质，能够提高泡沫液体相的阻滞性能，更能有效地起到阻塞、防漏失的作用。

4、外部因素的影响

除钻井液自身成份及添加比例会对其使用性能造成影响，外部使用环境也会影响钻井液的使用寿命及使用效果。泡沫钻井液的稳定性随着使用时间的增加而降低，随着温度的增加而减弱。

三、微泡沫钻井液的使用与维护

通过了解，我们清楚地知道哪些内部因素、外部因素会对微泡沫钻井液的性能产生影响，为此，在实际生产中，我们就要积极针对以上因素采取合理、有效地措施，尽量防止钻井液在使用过程中受到污染，尽量提高其使用寿命。

首先，要对工作钻井的岩层结构进行详细分析，在使用过程前要做好充分的实验研究工作，确定合适的钻井液类型，并合理调配各种添加剂的配制比例，在使用过程中要定期进行取样分析、化验，以了解钻井液各组成成分的带耗情况，适当时要及时添加或更换新液。

其次，为确保良好的使用效果，使泡沫钻井液能够真正实现携带岩屑、净化井底和平衡地层压力，良好的屏蔽效果、润滑效果、降低滤失量等优异性能，还防止过高温操作、非法操作。

四、结语

钻井液的质量水平直接关系到钻井效果的好坏，虽然微泡沫钻井液具有良好的流变性能，具有较强的抑制性和良好的防漏失性，但其有着特定的适应性及适用条件，而各地区的井矿性质及地质结构上存在着很大的不同，以及钻探工具的不断变化，环境、健康、安全要求的不断提高，这就要求我们要不断加强关于钻井液方面的专项研究，以不断提高产品的适用性。

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