CN112724944A - 一种欠平衡钻井用泡沫钻井液及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钻井领域，涉及一种欠平衡钻井用泡沫钻井液及其应用方法。该泡沫钻井液由糖苷类两性离子发泡剂、聚合物助剂和水组成，具体比例为：糖苷类两性离子发泡剂1‑10份、聚合物助剂0.05‑1.00份、水100份。本泡沫钻井液的应用方法包括发泡剂溶液、聚合物助剂溶液的配置及混合，泡沫钻井液中固相的分离及循环基液的回收等步骤。本发明兼具较好的起泡能力和抑制性能，体系简单，易于配制。

Description

一种欠平衡钻井用泡沫钻井液及其应用方法
技术领域
本发明涉及钻井领域，具体涉及一种欠平衡钻井用泡沫钻井液及其应用方法。
背景技术
泡沫钻井是利用空气或氮气等气体与发泡剂基液混合形成的蜂窝状泡沫流体作为钻井液的钻井方式，泡沫流体较常规泥浆钻井液密度低，井底压持效应小，不仅能够有效控制钻井液循环漏失、提高机械钻速，而且能够减轻储层伤害，保护低压油气藏。
与纯气体钻井相比，泡沫流体粘度和切力高，悬浮和携岩能力强，能够有效解决气体钻井钻遇地层出水时无法顺利施工的技术难题，是漏失量较大的裂缝储层、压力衰竭地层和低压低渗地层等油气藏勘探开发较为理想的钻井技术之一。
但在钻遇水敏性泥页岩地层时，由于泥页岩在泡沫钻进过程中的水化，泡沫循环基液的粘度极易快速增加，进而影响基液的起泡性能，现场施工时为解决这种问题，一般都在基液中加入大量的清水进行稀释，同时补加助剂来维持基本性能，导致钻井结束时产生大量的废水，一般千米以内的一开井段采用泡沫钻的方式废水可达到500-2000立方甚至更多，在目前的环保态势下，严重制约了泡沫钻井方式的应用。
为了解决泡沫钻井过程中由于泥页岩水化导致泡沫基液粘度快速上升产生大量废水等问题，众多研究集中于提高泡沫钻井液体系的抑制性能。
中国专利CN101798499B公开了一种钻井用强抑制性防塌泡沫液，其配方为0.1份稳泡剂（0.05g高粘羧甲基纤维素+0.05g黄原胶）+0.4份发泡剂（0.15份十二烷基硫酸钠K-12 + 0.15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES + 0.05份聚乙二醇辛基苯基醚OP-10 +0.05份商品发泡剂SW-1）+2.6份防塌剂（0.3份次生有机阳离子形成剂CSJ-1 + 0.3份泥页岩抑制剂阳离子I + 2份氯化钾）+3份降滤失剂（2份羧甲基淀粉 + 1份碳酸钙）。
中国专利CN104232038A公开了一种无固相强抑制泡沫钻井液，具体组成为水100份+纯碱0.25-0.35份+泡沫稳定剂0.5-1.5份+抑制剂1-2份+降滤失剂1-2份，高效发泡剂0.5-1份。
中国专利CN102796498B公开了一种泡沫钻井液，由发泡剂0.5-2.0%+稳泡剂0.2-0.5%+泥页岩抑制剂2-10%+泥页岩稳定剂0.2-1.0%+水组成。
由于发泡剂的起泡性能受体系的组成变化影响较大，上述已公开的体系存在组成相对复杂，性能调控窗口窄等问题，给现场使用带来了潜在的风险。
发明内容
为克服目前技术存在的不足，本发明为应对泡沫钻井过程中抑制性和起泡能力的双重要求，提供一种具有较强抑制性能的泡沫钻井液。
本发明提供的钻井液体系利用糖苷类两性离子发泡剂同时兼具的起泡、润滑和抑制性能，辅以聚合物助剂来调节泡沫稳定性和提供包被抑制性能，本体系组成简单，调控和使用相对方便。
本发明所采用的技术方案为，欠平衡钻井用泡沫钻井液包括如下组份：
糖苷类两性离子发泡剂：1-10份
聚合物助剂：0.05-1.00份
水：100份。
本发明所述糖苷类两性离子发泡剂具有如下结构式：
Figure 651318DEST_PATH_IMAGE001
。
所述糖苷类两性离子发泡剂组份优选为1-5份，聚合物助剂优选为0.05-0.40份。糖苷类两性离子发泡剂中R1选自具有8-16个碳原子的直链烷基、支链烷基、环烷基和烷芳基，优选自具有8-12个碳原子的直链烷基，R2选自-CH2CH2-或-CH=CH-，优选为-CH2CH2-。
所述聚合物助剂为阳离子聚丙烯酰胺，分子量为5×104-120×104 g/mol。
本发明糖苷类两性离子发泡剂在体系中首先提供较优的起泡能力，同时在一定浓度下还兼具抑制性能，另外糖苷类化合物作为钻井助剂使用还可提供润滑等性能，在保证起泡能力的情况下，兼具一定的抑制及润滑性能特别适合用作于在泥页岩区块泡沫钻井的起泡剂。聚合物助剂选用分子量为5-120万的阳离子聚丙烯酰胺，所选阳离子聚丙烯酰胺具有较强的包被抑制性能，同时还可以对发泡剂基液的粘度进行提升，起到稳泡剂的效果达到提高泡沫稳定性的作用。
本发明还提供了欠平衡钻井用泡沫钻井液的应用方法，包括如下步骤：第一将聚合物助剂加入到50份水中，搅拌溶解；
第二将糖苷类两性离子发泡剂溶解于另外50份水中；
第三是将上述两种溶液混合作为泡沫钻井基液使用；
第四是在钻进过程中含砂泡沫返回液经筛网过滤固体岩屑后含土基液经离心分离掉固相再循环。
本发明应用方法中，在配置发泡剂溶液和聚合物溶液时分开配制，因为发泡剂溶液缓慢搅拌即可充分完全溶解，而聚合物溶液需要较长时间的搅拌溶解，两个均溶解均匀后在混合有利于形成均匀溶液。在第四步的应用中，为提高泡沫钻井液的循环使用效率，应该及时将岩屑和泡沫基液中的固相进行分离，避免易水化钻屑长时间浸泡后分散在基液中形成污染并吸附损耗钻井材料。
本发明的优点在于，以兼具起泡能力、抑制性、润滑性、耐盐性的糖苷类两性离子发泡剂为主剂，配合以包被抑制和增粘稳泡作用的阳离子聚丙烯酰胺，形成体系简单、功能全面、抑制性强的泡沫钻井液配方，可以适应于易水化的泥页岩上部地层的泡沫钻井作业。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。
实施例1 欠平衡泡沫钻井液配方1
取十二烷基糖苷两性离子发泡剂1.0g轻微搅拌溶解于50.0g水中；取分子量为5.0×104 g/mol万的阳离子聚丙烯酰胺1.0g缓慢搅拌溶解于50.0g水中；上述两溶液混合均匀形成泡沫钻井液配方1。
实施例2 欠平衡泡沫钻井液配方2
取十二烷基糖苷两性离子发泡剂5.0g轻微搅拌溶解于50.0g水中；取分子量为5×104g/mol万的阳离子聚丙烯酰胺0.5g缓慢搅拌溶解于50.0g水中；上述两溶液混合均匀形成泡沫钻井液配方2。
实施例3 欠平衡泡沫钻井液配方3
取十二烷基糖苷两性离子发泡剂2.5g轻微搅拌溶解于50.0g水中；取分子量为120.0×104 g/mol万的阳离子聚丙烯酰胺0.05g缓慢搅拌溶解于50.0g水中；上述两溶液混合均匀形成泡沫钻井液配方3。
实施例4 欠平衡泡沫钻井液配方4
取十二烷基糖苷两性离子发泡剂2.5g轻微搅拌溶解于50.0g水中；取分子量为61.2×104 g/mol万的阳离子聚丙烯酰胺0.10g缓慢搅拌溶解于50.0g水中；上述两溶液混合均匀形成泡沫钻井液配方4。
实施例5 欠平衡泡沫钻井液配方5
取辛基糖苷两性离子发泡剂3.0g轻微搅拌溶解于50.0g水中；取分子量为40.9×104g/mol万的阳离子聚丙烯酰胺0.15g缓慢搅拌溶解于50.0g水中；上述两溶液混合均匀形成泡沫钻井液配方5。
实施例6 欠平衡泡沫钻井液配方6
取壬基糖苷两性离子发泡剂5.0g轻微搅拌溶解于50.0g水中；取分子量为81.5×104g/mol万的阳离子聚丙烯酰胺0.10g缓慢搅拌溶解于50.0g水中；上述两溶液混合均匀形成泡沫钻井液配方6。
实施例7 钻井液配方的起泡性能评价
采用搅拌法对上述实施例1-6的钻井液配方进行性能评价：取100mL溶液，加入到高搅杯中，以11000rmp的转速搅拌1min，将形成的泡沫倒入量筒中测试泡沫的体积，记录泡沫析出一半液体所用时间（半衰期），具体数据如下：
配方 起泡体积（mL） 半衰期（min）
实施例1 480 9.3
实施例2 630 9.1
实施例3 510 13.1
实施例4 530 12.8
实施例5 550 11.2
实施例6 605 13.8
实施例8 钻井液配方的起泡性能评价
按照SY-T5613-2000方法测定页岩滚动回收率。取实施例1-6配方及对比清水样各300mL，采用取自江苏油田岩心热滚测定回收率，回收率越高，代表泡沫钻井液的抑制性能越强。具体测试结果如下：
配方 滚动回收率（%）
清水 25.1
实施例1 95.2
实施例2 93.5
实施例3 91.4
实施例4 92.8
实施例5 94.1
实施例6 93.9

Claims (9)

1.一种欠平衡钻井用泡沫钻井液，其特征在于，包括如下组份：
糖苷类两性离子发泡剂：1-10份
聚合物助剂：0.05-1.00份
水：100份。
2.根据权利要求1所述的欠平衡钻井用泡沫钻井液，其特征在于，所述糖苷类两性离子发泡剂具有如下结构式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
3.根据权利要求1所述的欠平衡钻井用泡沫钻井液，其特征在于，所述聚合物助剂为阳离子聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的欠平衡钻井用泡沫钻井液，其特征在于，糖苷类两性离子发泡剂组份为1-5份，聚合物助剂为0.05-0.40份。
5.根据权利要求2所述的欠平衡钻井用泡沫钻井液，其特征在于，糖苷类两性离子发泡剂：R1选自具有8-16个碳原子的直链烷基、支链烷基、环烷基和烷芳基；R2选自-CH2CH2-或-CH=CH-。
6.根据权利要求5所述的欠平衡钻井用泡沫钻井液，其特征在于，糖苷类两性离子发泡剂：R1选自具有8-12个碳原子的直链烷基；R2选自-CH2CH2-。
7.根据权利要求3所述的欠平衡钻井用泡沫钻井液其特征在于，阳离子聚丙烯酰胺的分子量为5×104-120×104 g/mol。
8.一种欠平衡钻井用泡沫钻井液的应用方法，其特征在于，将聚合物助剂与糖苷类两性离子发泡剂分别在水中溶解，最后混合后使用。
9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：首先将聚合物助剂加入到50份水中，搅拌溶解；再将糖苷类两性离子发泡剂溶解于另外50份水中；将上述溶液混合用作为泡沫钻井基液使用；钻进过程中含砂泡沫返回液经筛网过滤固体岩屑后含土基液经离心分离掉固相再循环。
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