CN104342093A - 一种空气钻井雾化剂及其应用 - Google Patents

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夏焱
袁光杰
申瑞臣
庄晓谦
金根泰
班凡生
李景翠
兰海峰
路立君
董胜祥
付利
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CNPC Engineering Technology R&D Co Ltd
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CNPC Drilling Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种空气钻井用雾化剂及其应用；该雾化剂由十二烷基苯磺酸钠、非离子聚丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚和木质素磺酸钙以质量比为3：1：1：3配制而成；本空气钻井雾化剂，用于在干空气钻井过程中，地层一旦出液，通常出现空气排量不足、流入井眼的地层液处理困难时，将干空气钻井转化成空气-雾化钻井；本空气钻井雾化剂对岩屑表面吸附量≥2%；雾化体积≥1000cm3/g；以空气风速15m/s计算，吸入量≥1.0g/s，能充分乳化地层产出液，促使并保持环空呈雾化稳态流，增强空气流携屑、携水能力；抑制页岩水化稳定井壁；能保障空气钻井顺利进行。

Description

一种空气钻井雾化剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种空气钻井雾化剂及其应用，特别是指一种适用于低压空气钻井技术的雾化剂。
背景技术
空气钻井技术是最常用的低压钻井技术之一。
气体钻井与常规钻井液相比具有速度快、周期短、综合成本低等优点，在空气钻井中，井眼环空携岩流动是一种典型的气、液、固多相流动，其机理和规律十分复杂。钻井实践中，经常出现钻井生产无法顺利进行的情况，轻则携屑不好，钻井效率低，重则井眼堵塞、井壁垮塌，而引发卡钻、井下***事故，使得空气钻井的优势没有充分体现出来，为解决空气钻井过程中出现的一系列复杂情况，需要将干空气钻井转换成雾化钻井。
雾化钻井是在空气钻井时，向高速空气中注入雾化剂，使气流呈雾状的钻井技术。它不仅保持了干空气钻井的优点，而且能有效解决地层出水的难题，还可以降低钻井温度、预防井下***事故等。
发明内容
本发明的的目的是提供一种空气钻井雾化剂，该雾化剂由表面活性剂、高分子量聚合物等处理剂组成，功能主要包括充分乳化地层产出液，促使并保持环空呈雾化稳态流；分离油水滴和钻屑团，增强空气流携屑、携水能力；抑制页岩水化，减小空气冲蚀作用。
用于在干空气钻井过程中，地层一旦出液，通常出现空气排量不足、流入井眼的地层液处理困难时，将干空气钻井转化成空气-雾化钻井。
本发明的另一目的在于提供所述的雾化剂用于空气、雾欠平衡钻井流体。
本发明的另一目的在于提供包括本发明所述一种空气钻井雾化剂的空气、雾钻井流体。
本发明提供了一种空气钻井雾化剂，该空气钻井雾化剂由十二烷基苯磺酸钠、非离子聚丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚和木质素磺酸钙配制而成。
根据本发明的优选具体实施方案，本发明的雾化剂中，所述十二烷基苯磺酸钠、非离子聚丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚和木质素磺酸钙在配制时的质量比为3：1：1：3（除特别注明外，本发明中所述比例和含量均为质量比例和含量）。
本发明中，所述十二烷基苯磺酸钠、非离子聚丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚和木质素磺酸钙均可商购获得，可选用普通工业产品。
本发明的空气钻井雾化剂对岩屑表面吸附量≥2%；雾化体积≥1000cm3/g；以空气风速15m/s计算，吸入量≥1.0g/s。
本发明还提供了所述空气钻井雾化剂在用于空气钻井中的应用。所述雾化剂在空气钻井中，当空气风速达到900m/min时，雾化剂吸入量最少60g，雾化体积达到1000cm3，对地层岩石岩屑表面吸附量为12g。该雾化剂具有用量少、雾化率高的效果。该雾化剂附着地层岩石岩屑表面，对井壁可形成聚合物保护膜，减弱岩石的水化膨胀和分散以达到稳定井壁的效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的空气钻井雾化剂的特点及使用效果，但本发明并不因此而受到任何限制。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1.仪器
自制井下作业模拟装置，装置主要由模拟钻杆、模拟井筒、加料漏斗、各种管线、气源、气体流量计组成。模拟井筒由内外两层管组成的封闭流动***，内同为钢管、外筒为透明的有机玻璃管。其结构尺寸根据现场井下作业装置进行设计，为了拆卸方便，将外筒与内容用法兰连接。外筒：工作压力为2MPa，工作温度为室温，内径40mm，长150cm，材质为透明的有机玻璃管。内筒：工作压力2MPa，工作温度为室温，外径25mm，长20cm,材质为不锈钢钢管。加料漏斗装置主要由内径为1mm锥形喷嘴、内径为3mm套筒、体积为10mL储料罐。长度不计的无缝钢管连接气源。气源为普通瓶装压缩空气或氮气，流量计为普通气体流量计。
2.雾化处理剂吸入量测试步骤
2.1称取1.5g雾化剂试样，放入储料罐中。
2.2连接管线并设置流量计气体流速15m/s，打开气源（不低于2MPa压力）。
2.3记录储料罐中剩余处理剂质量，计算吸入量。
实施例2
1.仪器
自制井下作业模拟装置，装置主要由模拟钻杆、模拟井筒、加料漏斗、各种管线、气源、气体流量计组成。模拟井筒由内外两层管组成的封闭流动***，内同为钢管、外筒为透明的有机玻璃管。其结构尺寸根据现场井下作业装置进行设计，为了拆卸方便，将外筒与内容用法兰连接。外筒：工作压力为2MPa，工作温度为室温，内径40mm，长150cm，材质为透明的有机玻璃管。内筒：工作压力2MPa，工作温度为室温，外径25mm，长20cm,材质为不锈钢钢管。加料漏斗装置主要由内径为1mm锥形喷嘴、内径为3mm套筒、体积为10mL储料罐。长度不计的无缝钢管连接气源。气源为普通瓶装压缩空气或氮气，流量计为普通气体流量计。
2.雾化处理剂雾化体积测试步骤
2.1称取1.5g雾化剂试样，放入储料罐中。
2.2连接管线并设置流量计气体流速15m/s，打开气源（不低于2MPa压力）。
2.3记录雾化剂由模拟钻杆到模拟井筒的分散距离，计算模拟井筒内雾化剂雾化体积。
实施例3
1.仪器
自制井下作业模拟装置，装置主要由模拟钻杆、模拟井筒、加料漏斗、各种管线、气源、气体流量计组成。模拟井筒由内外两层管组成的封闭流动***，内同为钢管、外筒为透明的有机玻璃管。其结构尺寸根据现场井下作业装置进行设计，为了拆卸方便，将外筒与内容用法兰连接。外筒：工作压力为2MPa，工作温度为室温，内径40mm，长150cm，材质为透明的有机玻璃管。内筒：工作压力2MPa，工作温度为室温，外径25mm，长20cm,材质为不锈钢钢管。加料漏斗装置主要由内径为1mm锥形喷嘴、内径为3mm套筒、体积为10mL储料罐。长度不计的无缝钢管连接气源。气源为普通瓶装压缩空气或氮气，流量计为普通气体流量计。
2.雾化处理剂岩屑吸附量测试步骤
2.1称取适量地层岩屑，记录岩屑质量，分散放入到模拟井筒内。
2.2称取1.5g雾化剂试样，放入储料罐中。
2.3连接管线并设置流量计气体流速15m/s，打开气源（不低于2MPa压力）。
2.4待雾化剂充分雾化后，取出岩屑，称取质量。
2.5计算前后岩屑质量差，对比计算雾化剂原始质量，获得雾化剂岩屑吸附量。
对实施例1～3的空气钻井雾化剂进行测试，所得结果参见表1：
表1一种空气钻井雾化剂性能指标
项目 要求 测试值
吸入量g/s ≥1.0 1.1
雾化体积cm3/g ≥1000 1080
岩屑表面吸附量% ≥2 2.3
从以上实验结果可以看出，本发明实施例1～3的空气钻井雾化剂的各项性能指标均达到设计要求。该雾化剂具有用量少、雾化率高、岩屑吸附量大的效果。

Claims (3)

1.一种空气钻井雾化剂，其特征在于：该空气钻井雾化剂由十二烷基苯磺酸钠、非离子聚丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚和木质素磺酸钙配制而成；
所述十二烷基苯磺酸钠、非离子聚丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚和木质素磺酸钙在配制时的质量比为3：1：1：3。
2.一种权利要求1所述的空气钻井雾化剂的应用，其特征在于：用于空气钻井中。
3.根据权利要求2所述的空气钻井雾化剂的应用，其特征在于：干空气钻井过程中，地层一旦出液，通常出现空气排量不足、流入井眼的地层液处理困难时，将干空气钻井转化成空气-雾化钻井。
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