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1、中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）中国石油大学（北京）现代远程教育毕 业 设 计（论文）微泡沫钻井技术研究姓 名：付莲学 号：902355性 别：女专 业: 专升本批 次：0803电子邮箱：331598450联系方式：6231560学习中心：吉林松原奥鹏指导教师：王霞 百世郁 2009年10月15日 35 微泡沫钻井技术研究摘 要我们要研究微泡沫钻井，首先要了解微泡沫钻井液的性能。微泡沫钻井液与常规钻井液相比，具有独特的优势。大型井壁稳定模拟实验证明，微泡沫钻井液可以明显阻缓压力传递，从而减缓泥页岩内部孔隙压力的增加；微泡沫在向地层渗透的过程中，在孔隙喉道处被捕集，由于贾敏效应的
2、叠加作用而大大增加了微泡沫钻井液向地层流动的阻力；滤失量较低，可以减小钻井液滤液对井壁的浸泡作用，从而降低泥页岩的水化效应等等，说明微泡沫钻井液的防塌效果较好。用微泡沫钻井液钻井，当钻井液层流时有利于岩屑携带，净化井眼，减轻对井壁的冲刷，有利于井壁稳定，突破了多年无法逾越的严重漏失、坍塌地层的钻探难关；取替了以往技术套管，可以实现低成本开发，单井可节约技术套管成本75万元。关键词：微泡沫钻井液；流变性；稳定性；防塌；水基泡沫目 录第一章 前 言11.1泡沫钻井液钻井技术的研究意义11.2国内泡沫欠平衡钻井技术发展情况2第二章微泡沫钻井液的评价研究32.1微泡沫钻井液的流变性32.1.1微泡沫钻
3、井液流变性实验方法32.1.2微泡沫钻井液流变性实验结果32.2 微泡沫钻井液的滤失性42.2.1微泡沫钻井液的滤失性实验42.3微泡沫钻井液抑制性评价52.3.1膨胀性实验52.3.2分散性实验52.4微泡沫钻井液抗污染性能评价52.4.1抗盐性试验52.4.2抗油试验62.4.3抗劣土试验72.4.4抗老化实验72.5微泡沫钻井液常规性能及抑制性评价结果8第三章对吉林油田开发油层的认知及研究93.1吉林油田井壁失稳机理研究93.1.1泥页岩矿物组构分析93.1.2吉林油田易坍塌地层理化特性分析103.1.3吉林油田井壁失稳机理研究结果123.2 微泡沫钻井液防塌机理研究123.2.1微泡沫
4、钻井液防塌机理分析123.2.2微泡沫钻井液防塌机理实验验证133.2.3微泡沫钻井液防塌机理研究结论14第四章微泡沫钻井液的配方研究154.1发泡剂类型及加量优选154.2基浆优选174.3微泡沫钻井液抑制性评价174.4微泡沫钻井液应用评价184.5实验结论19第五章微泡沫钻井液的现场实验205.1海坨地区钻井史况205.2海坨地区微泡沫防塌钻井液现场试验205.2.1海39井微泡沫防塌钻井液试验205.2.2海50井微泡沫防塌钻井液试验215.3简化施工工艺试验215.4孤33井区微泡沫钻井液现场试验225.4.1孤33-14井井壁稳定试验245.4.2孤+33-1井微泡沫钻井液现场试验
5、24第六章实验中出现的问题，解决方法和突破276.1试验存在的问题276.2解决问题的方法276.3试验取得的突破27第七章经济及社会效益297.1微泡沫钻井液技术在海坨地区应用的效益分析297.2微泡沫钻井液技术在孤店地区应用的效益分析29结 论30参考文献31致 谢33毕业论文独创性声明34毕业论文使用授权声明34 第一章 前 言1.1泡沫钻井液钻井技术的研究意义泡沫是气体与液体在表面活性物质存在下形成的热力学不稳定分散体系，气相是分散相，液相是分散介质。泡沫流体是泡沫钻井液的主要组成部分，泡沫流体主要分为硬质泡沫流体和稳定泡沫流体两大类。硬质泡沫流体是由水、气体、膨润土、发泡剂和稳泡剂组
6、成的非常稳定的分散体系，其特点是泡沫寿命长，携砂能力强，且成本较低，可解决大直径井眼岩屑携带、防漏、防塌等问题，适用于矿化度较低的地层。稳定泡沫流体是由水、气体、发泡剂和稳泡剂组成的分散体系，该种泡沫与各类电解质、原油、天然气及钻井作业过程的污染物配伍性较强，且能处理大量的地层水，是目前较广泛使用的泡沫流体。泡沫钻井液与常规钻井液相比，具有独特的优势，具体表现在：具有很好的储层保护能力，良好的防止页岩坍塌能力，用稳定水基泡沫钻井，有利于井壁稳定；钻进速度快，而且密度低，可在低压地区用于欠平衡钻井；钻井液滤失量低，可减少地层损害；携岩能力强，能有效地清除井底岩屑；提高钻速，延长钻头使用寿命；防止
7、井下着火和爆炸。由于泡沫钻井液具有泥饼特性、低滤失特性和粘弹特性，所以能有效地降低滤失量，限制自由水的流动及其对泥皮的渗透作用，对冲洗液的压力激动有缓冲作用，能在一定程度上起到防塌的效果。因此，泡沫钻井液在不稳定地层具有护壁防塌作用，在渗透、裂隙地层有防漏和消除漏失功能。另外，泡沫钻井液的流动特性和密度持性，特别是在油藏压力和温度条件下的密度及流变性对实际钻井施工具有重要的影响。现在，世界油气工业对欠平衡钻井技术的兴趣越来越大。如加拿大一些油公司曾报道：与常规钻井方法相比、欠平衡钻井技术要比水平井产量提高十倍，致使加拿大欠平衡钻井技术迅猛增加1-3。1995年欠平衡钻井数比1992年增加了十倍
8、。而美国从事钻井作业的公司则同时调查到：1994年采用低密度钻井流体钻的井数占当年全美总井数的7.2；1995年达到10，2000年上升至20，预计2005年该类井数可占钻井总数的30。从欠平衡钻井技术发展来看，美国欠平衡钻井技术发展较快，1966年美国用于空气钻井的微泡沫剂有32种，到1983年所用的泡沫剂近100种，1996年已超过100多种4-5。1.2国内泡沫欠平衡钻井技术发展情况泡沫钻井液欠平衡钻井是近十几年来发展成熟的最新钻井技术之一，国内的欠平衡钻井技术的应用是由20世纪50年代四川和玉门油田运用空气钻井新技术开始。并取得了良好的效果6-11。20世纪80年代初，新疆油田率先在稠
9、油层进行了泡沫钻井液欠平衡钻井，现场应用中取得了明显效果，相续四川油田、华北油田、辽河油田、长庆油田、青海油田、滇黔桂油田等其它油田都先后进行了泡沫钻井、泡沫洗井、泡沫水泥固井和泡沫修井，在研究和应用欠平衡钻井液技术方面取得了良好的进展，并积累了比较丰富的经验12-18。据2003年4月份统计：我国各海上、陆地油田已引进各种类型的旋转防喷器近40余套，包括克拉玛依、四川、长庆、玉门、塔里木、吐哈、中原、胜利、大港、辽河、大庆等油田共进行了107口欠平衡钻井试验19-23。大庆油田在松辽盆地北部徐家围子断陷带采用控流法进行了6口欠平衡深层气直探井试验，取得良好的勘探效果，其中卫探5井钻进过程中中
10、途测试日产气18.3104m3，增产后日产天然气105104m3，取得了松辽盆地深层气勘探的历史突破。目前，国内各油田都把欠平衡钻井钻井技术的重要发展方向之一，正积极从装备和技术上做准备工作，争取用欠平衡钻井技术取得更好的勘探开发效果。欠平衡钻井装置的国产化正在展开，另一方面，国外钻井招标也越来越多地要求应用到欠平衡钻井技术，因此，这也将促进我国欠平衡钻井技术的发展24-28。 第二章微泡沫钻井液的评价研究2.1 微泡沫钻井液的流变性微泡沫钻井液是一种可压缩的非牛顿流体，其流变性远比普通钻井液复杂。目前，适用于微泡沫钻井液的流变模型有两个幂律模型和宾汉模型。幂律模型认为，微泡沫是具有流性指数n
11、和稠度系数k(两者均是微泡沫特征值的函数)的幂律假塑性流体；而宾汉模型认为微泡沫象宾汉塑性流体。大部分研究者认为幂律模型优于宾汉模型，微泡沫钻井液是假塑性流体，符合Ostwald方程(= k) 或Hershel- Back lay 方程(=c + k)。2.1.1 微泡沫钻井液流变性实验方法目前测量微泡沫流变性的仪器主要有Fann35流变仪、Haake流变仪及Brookfield粘度计。微泡沫钻井液流变性的测量结果受许多因素影响，尤其是微泡沫结构(气泡大小)和稳定性。首先必须确保气泡平均尺寸要比流变仪的特征尺寸小得多，否则，在定子与转子之间的流体就不能看作均相微泡沫。一般要求气泡的大小至少小于
12、转子和定子之间距离的1/10。微泡沫在测量过程中须保持稳定，液膜排液或气泡聚并现象会影响粘度测量。排液速率的快慢取决于微泡沫稳定性，施加在微泡沫上的剪切力也会加快排液速率。同时，剪切力还对微泡沫结构带来很大影响，因此微泡沫在井底的状态不仅取决于微泡沫受到的压力和微泡沫压缩性，还取决于剪切应力引起的微泡沫结构的变化。2.1.2微泡沫钻井液流变性实验结果微泡沫钻井液流变性的实验研究主要是用粘度计来测量微泡沫的粘度。本实验采用的是量程为0300mPas的ZNN-D6型流速旋转粘度计。实验结果如表2-1所示表 2-1 微泡沫粘度测量及计算结果实验序号实验配方60030020010063Av/mPasP
13、v/mPasYP/Pa动塑比0100ml基浆+2 g4#54.83420.70.611100ml基浆+2g4#+0.5gCMC264192169124392813272600.832100ml基浆+ 2g4#+ 0.3 gCMC22414311683272111281210.263100ml基浆+4 g4#+0.3 gCMC11088594516105532331.034100ml基浆+6 g4#+0.3 gCMC10885745216125423311.355100ml基浆+8 g4#+0.3 gCMC21416513295322410748591.23微泡沫钻井液流变性极其复杂，国内外对其
14、受温度和压力影响研究不多。Mitchell认为，在常温常压下，微泡沫可分为微泡沫分散区，微泡沫干扰区，稳定微泡沫区和雾区；微泡沫分散区属于牛顿流体，稳定微泡沫区属于宾汉流体或带屈服值的假塑性流体。钻井液流变性与钻井工程的关系十分密切，层流和紊流都不利于岩屑的携带，改型层流有利于岩屑携带，净化井眼，减轻对井壁的冲刷，有利于井壁稳定。对测量结果对比发现，配方为100ml基浆+4g或6 g4#+0.3gCMC的钻井液流变性最佳，其动塑比最有利于作业。2.2 微泡沫钻井液的滤失性当钻头钻穿带有孔隙性地层时，由于一般情况下钻井液的静液柱压力总是大于地层压力，钻井液中的液体在压差的作用下进入地层，这个过程
15、叫做钻井液的滤失。随着滤失的不断进行，在井壁上形成一层滤饼，滤饼的形成过程就是造壁过程。所以微泡沫钻井液的滤失性与它的防塌性能密切相关。2.2.1微泡沫钻井液的滤失性实验本试验采用的是ZNS-2型钻井液失水量测定仪。其测量精度是1.5ml，实验结果如表2-2所示表2-2 微泡沫钻井液的滤失性试验结果实验序号实验配方滤失量ml0100ml基浆+2 g4#41100ml基浆+2 g4#+0.5 gCMC1.52100ml基浆+2 g4#+0.3 gCMC1.753100ml基浆+4 g4#+0.3 gCMC1.84100ml基浆+6 g4#+0.3 gCMC1.125100ml基浆+8 g4#+0
16、.3 gCMC0.2对比实验结果发现，该微泡沫钻井液配方为100ml基浆+8g或6g4# +0.3 gCMC时实验结果最为理想，也就是失水量最小，滤失量越小，对页岩的水化作用就越小，就越有利于井壁稳定，也就越有利于防塌。综合以上实验结果，实验基本配方为：100ml基浆+6g4#+0.3 gCMC。2.3微泡沫钻井液抑制性评价2.3.1膨胀性实验配方1# 水；2# 基浆；3# 基浆+2% 4#起泡剂+0.3%CMC表2-3 膨胀性实验结果组别样芯高度/mm2h时线膨胀率/%6h时线膨胀率/%117.692.713.22217.5851.762.90317.880.560.84实验结果表明，微泡沫
17、钻井液具有较好的防止泥页岩膨胀性能。2.3.2分散性实验配方1# 水；2# 基浆；3# 基浆+2% 4#起泡剂+0.3% CMC表2-4 分散性实验结果组别分散前岩屑重量/g分散用浆/ml分散后岩屑重量/g一次回收率/%15035013.9027.825035024.8949.7835035034.4168.82实验结果表明，微泡沫钻井液具有一定的防止泥页岩分散性能。实验表明：微泡沫钻井液抑制性优于常规水基钻井液。2.4微泡沫钻井液抗污染性能评价2.4.1抗盐性试验配方：1# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+12%NaCl2# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+16%Na
18、Cl3# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+20%NaCl实验结果如下表所示表2-5 微泡沫钻井液抗盐性实验结果序号1#2#3#搅拌时间/h524平均转速120012001200微泡沫体积/ml400750700半衰期/h7272出液时间/h7272AV/mPaS62114.5107.5PV/mPaS39495902365.548.5FL/ml52.54pH887初/终9.5/1317/2820/24.5实验结果表明，该钻井液具有很强的抗盐能力。2.4.2抗油试验配方：1# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+5%柴油2# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+15%柴
19、油3# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+20%柴油4# 200ml基浆+4g4# +0.5%CMC+25%柴油实验结果如下表所示表2-6 微泡沫钻井液抗油性实验结果序号01#2#3#4#搅拌时间/h22222平均转速12001200120012001200微泡沫体积/ml700750750750750AV/mPaS54.8138145.5300135.5PV/mPaS347783.5-75.5020.76162-60FL/ml432.52.52.5pH89998初/终9.5/2224.5/3220/34.520/3418/29由上表实验结果可以看出，微泡沫钻井液抗油污染有一临界值，
20、当油含量低于或高于该临界值时，微泡沫是稳定的，而处于该值时微泡沫钻井液粘度较高。2.4.3抗劣土试验配方：1# 200ml基浆+0.5%CMC+4g4# +5%劣土2# 200ml基浆+4g4#+0.5%CMC+10%劣土3# 200ml基浆+4g4#+0.5%CMC+15%劣土4# 200ml基浆+4g4#+0.5%CMC+20%劣土实验结果如下表所示表2-7 微泡沫钻井液抗劣土污染能力评价序号01#2#3#4#搅拌时间/h22222平均转速12001200120012001200微泡沫体积/ml700700700700700600109300300300300300892382572903
21、00FL/ml42.522pH8988由上表实验结果可以看出，微泡沫钻井液抗劣土污染1440出液时间/min老化前-14090老化后-801440AV/mPaS老化前7454.75老化后5.2578.7593PV/mPaS老化前4734.5老化后4.552510老化前2720.75老化后0.7526.7542FL/ml老化前34老化后11.532pH老化前98老化后998初/终老化前-/-9.5/22老化后-/-10.5/2613/18由试验结果可知，微泡沫在老化后出液时间增加、半衰期增长，而粘度、失水切力等流变、滤失性能变化不大，说明该钻井液高温稳定性能良好。2.5微泡沫钻井液常规性能及抑制
22、性评价结果（1）微泡沫钻井液流变性受温度和压力影响很大，研究表明微泡沫钻井液呈层流时有利于岩屑携带，净化井眼，减轻对井壁的冲刷，有利于井壁稳定。（2）微泡沫钻井液具有低滤失、强抑制、抗污染、抗高温等特点。第三章对吉林油田开发油层的认知及研究3.1吉林油田井壁失稳机理研究3.1.1泥页岩矿物组构分析泥页岩组构是指构成泥页岩的全部组分的空间位置和几何形态，它常被用来描述泥页岩的颗粒、晶体和胶结物等的空间分布及方位。泥页岩的组构特征与其剥裂性密切相关，粘土片状颗粒呈近乎完全平行排列的泥页岩具有较强的剥裂性，具有中等-弱剥裂性的泥页岩中的粘土片虽大体呈定向排列，但常有相当数量的粘土片呈与剥裂面不同角度
23、的相交排列，非剥裂性泥页岩中的粘土片则呈随机排列。由于膨胀、分散和剥落、掉块而引起的井壁不稳定是油气勘探开发过程中所经常遇到的复杂问题之一，而决定泥页岩的膨胀、分散和剥落掉块特征的根本取决于其组成和结构。因此，有必要深入研究泥页岩的组构特征，分析其组构特征与理化性能之间的关系，以指导防塌钻井液优化研究。针对油田井壁不稳定地层，选取代表性泥页岩岩心样，做X-射线衍射矿物分析，确定该岩样的全岩矿物组成和粘土矿物相对含量，并从中选取代表性岩样。X-射线衍射方法在结晶学和矿物学研究领域的应用十分广泛，在粘土矿物研究中，X-射线衍射方法能够定性、半定量、定量研究各种粘土矿物，而且分析迅速、简便，并能给出
24、大量的反映粘土矿物各方面特征的信息，因此X-射线衍射是粘土矿物分析的最有效手段之一。粘土矿物主要是由晶体极为细小的层状构造硅酸盐组成，其内部质点（原子）在三维空间成周期性重复排列，构成了结构复杂的粘土矿物晶体。当入射X-射线撞击到这些细小的晶体时，就会发生散射，或相互干涉，或相互抵消。在一些特定的方向上，散射X-射线（光波）相位相同（即彼此的光程差等于波长的整数倍），彼此相互叠加。这种叠加干涉现象即称为衍射，衍射的方向取决于晶体单位晶胞的形状和大小，衍射的强度则与晶体构造的特征有关。X-射线衍射可以看作是晶体内部相互平行、彼此相邻的原子面对入射光的反射，根据Bragg方程： （3-1）式中：n
25、反射级数，等于1、2、3等整数；X-射线的波长；d晶体面网间距；X-射线入射角。当入射光线的行程差等于 时，满足Bragg反射条件，面网对X射线产生“反射”，即衍射。利用D/max-IIIA X-射线衍射仪分析了易坍塌地层的全岩矿物组分和粘土矿物相对含量，结果表明该地层粘土矿含量较高，且蒙脱石和伊蒙混层含量高，地层易水化，引起地层强度参数产生变化，从而易发生剥落掉块或坍塌等井下复杂事故。结果见表3-1所示表3-1 X-射线衍射矿物组成分析结果井号海50井井深，m640-9401036-10531126-11501488-14991600-16502070层位四方台子嫩五嫩四姚二十三青二十三青一
26、全岩矿物含量，石英413731273645斜长石221813183225钾长石10978127方解石745984白云石216952石盐方沸石6赤铁矿硬石膏石膏重晶石粘土矿物18313823717粘土矿物相对含量，高岭石121136绿泥石2211179伊利石241422453336伊蒙混层738276534749混层比556045204520由表3-1可以看出，研究区块易坍塌地层中粘土矿物含量虽不算太高，但粘土矿物基本以伊蒙混层为主，且混层中膨胀层间比例较高，因此易水化分散，引起地层强度参数产生变化，从而易发生剥落掉块或坍塌等井下复杂事故。3.1.2吉林油田易坍塌地层理化特性分析（1）页岩膨胀实
27、验利用NP-01型页岩膨胀测试仪，考察岩样在蒸馏水中的水化膨胀性能。实验结果如表3-2所示表3-2 膨胀性实验结果组别岩屑层位取样深度，m2h时线膨胀率，%6h时线膨胀率，%1四方台子640-9404.027.172嫩五1020-10335.229.343嫩五1036-10534.067.754嫩四1090-11413.095.955嫩四1126-11504.339.356嫩二1440-145013.8614.407姚二十三1488-14992.423.968姚二十三1503-15092.924.279青二十三1600-16501.720.5710青一20704.825.4111钙土36.68
28、39.09注一：嫩二（1440-1450）、青一（2070）岩心岩心在膨胀性实验后有蒸馏水透过现象。注二：青二十三（1600-1650）岩屑在膨胀性实验中，膨胀率呈现出先增大后减小的趋势。实验后发现岩心松软，吸水较多。由表3-2可以看出，实验岩样在蒸馏水中的绝对膨胀率均较低，一般不超过10%，最高为14.40，说明岩样膨胀性不高。由膨胀过程可以看出，岩样5分钟的膨胀量变化很大，经过2.5小时之后，膨胀量变化趋缓，最后趋于稳定，说明岩样遇水极易水化，且水化速度很快。（2）滚动分散实验泥页岩的分散性能与井壁是否稳定直接相关，它是宏观评价泥页岩井壁稳定性的重要指标之一，利用分散实验可以了解岩样的水化
29、分散性能。分散后发现除了嫩二（1440-1450）、青二十三（1600-1650）和青一（2070）三种岩屑以外，其它岩屑的分散罐中都有大量的泥质沉淀存在，而且回收率低。在处理岩屑前即发现岩样中含有大量的泥质物质存在，回收率较低的原因除了岩屑本身的性质外，更大的原因来源于大量泥质的存在。以上表明，地层具有易水化分散、弱膨胀的特点。表3-3 滚动分散实验结果组别岩屑层位取样深度回收率,%1四方台子640-9401.462嫩五1020-10332.803嫩五1036-10532.084嫩四1090-11411.745嫩四1126-11502.146嫩二1440-145047.707姚二十三1488
30、-149918.008姚二十三1503-150916.169青二十三1600-165053.8010青一207055.923.1.3吉林油田井壁失稳机理研究结果通过扫描电镜分析了易塌地层层理结构特征，嫩五段1036-1050m岩心能看出明显粘土矿物外，其它岩心中粘土矿物不是很明显，深部地层层理裂隙发育，如姚二十三1503-1509m岩样100倍照片所示。钻井液滤液在压差作用下首先沿层理裂隙进入地层内部，为泥页岩水化提供了水分和空间。利用膨胀、分散、比表面积、比亲水量等一系列试验方法对岩层理化特性进行分析，结果显示，地层回收率较高，膨胀率不大，但比亲水量大，这说明该地层属弱分散、小膨胀、易掉块地
31、层，其坍塌的主要原因不是由于强水化、强分散引起的，而是由于水化膜厚，水化斥力大引起的。因此，封堵地层孔隙层理和微裂缝，增加钻井液阻止或减缓压力传递作用是优选钻井液的首要原则，其次，要进一步增强钻井液的抑制性，防止地层水化分散。3.2 微泡沫钻井液防塌机理研究3.2.1微泡沫钻井液防塌机理分析(1)阻缓压力传递机理，利用大型井壁稳定模拟实验装置和PT证明，微泡沫钻井可以明显阻缓压力传递，从而减缓泥页岩内部孔隙压力的增加；(2)贾敏（Jaminn）效应，微泡沫在向地层渗透的过程中，在孔隙喉道处被捕集，由于贾敏效应的叠加作用而大大增加了微泡沫钻井液向地层流动的阻力；(3)低滤失量作用机理，一般说来，
32、微泡沫钻井液的滤失量较低，可以减小钻井液滤液对井壁的浸泡作用，从而降低泥页岩的水化效应；(4)吸附成膜机理，起泡剂和稳泡剂等具有成膜能力的表面活性可以在地层表面吸附成膜，抑制泥页岩的进一步水化；(5)降低表面张力机理，表面活性剂在液固界面浓集降低水和泥页岩界面的张力，降低表面能，抑制表面水化；(6)活度平衡机理，微泡沫钻井液自由液相的活度可以控制在较低范围内，低于地层孔隙流体活度，从而使流体向井眼流动；(7)负压脱水理，即微泡沫钻井液密度低液柱压力小于地层孔隙压力，地层流体向井眼流动，从而使地层泥页岩脱水，去水化。微泡沫钻井液防塌机理研究主要通过微泡沫钻井液阻缓压力传递、贾敏效应、活度平衡原理
33、以及抑制性等研究进行的。3.2.2微泡沫钻井液防塌机理实验验证泥页岩井壁稳定性压力传递实验研究。近几年，国外对孔隙压力传递实验研究特别重视，相继建立了不同的具体测试方法，有的学者提出压力传递实验应该作为防塌剂评选必备的实验方法；Bol等(1992)建立了一种微渗透测试仪，Mody(1993)采用Oedometer仪用于评价孔隙压力传递。研究表明，传统水基钻井液、高分子添加剂及低粘度盐水(如KCl)不能有效地降低页岩孔压传递，而油基钻井液、低分子量增粘剂(如糖类、高粘盐水)以及堵塞、包被、成膜剂(如硅酸盐、多元醇)能有效降低页岩中孔隙压力传递作用。在完整页岩中，化学势差诱导水渗流作用明显，而在具
34、有微裂缝的页岩中，化学势差诱导渗流作用完全被明显的水力压差流动作用所掩盖，在后者情况下只能靠高粘度或堵塞降低流体侵入和孔隙压力传递。注意，孔隙压力传递(增加)总是先于流体侵入，而对完整泥页岩，通过选用能降低地层孔隙度和形成水反渗透流动(流出泥页岩)的水基钻井液，有助于保持井眼稳定。利用PT实验即水力压差传递实时检测技术，通过测定泥页岩水力压差传递规律，不仅攻克了了极低泥页岩渗透率定量测定的难题，同时也是评价钻井液防塌剂阻止水侵入和压力传递的一种井壁稳定性实验研究新技术。表3-4 微泡沫钻井液PT实验结果试液渗透率，地层水8.910-9微泡沫钻井液5.6210-9从表中还可以看出，微泡沫钻井液有
35、较好的阻缓压力传递作用，使该泥页岩的渗透率均有较明显下降。说明它们具有较明显的封堵阻缓压力传递和滤液传递作用。采用可视式中压砂床滤失仪进行实验。配方：1#：模拟井浆； 2#：基浆+2%4#起泡剂表3-5 砂层滤失实验结果配方1#1#1#2#2#2#砂重/g100100100100100100压力/MPa0.71.53.50.71.53.5滤失量/ml275175172025滤液侵长度/mm全侵全侵全侵全侵全侵全侵注：2#配方实验时，加压后微泡沫体积由原来的300mm被压缩为90mm，卸压后恢复为290mm；实验结果表明，微泡沫钻井液具有很强的阻止钻井液向地层侵入的能力，微泡沫在贾敏效应作用下，
36、可明显降低侵入量和侵入的速度。活度测定：采用瑞士产Novasina活度仪直接测定样品的活度。实验结果，模拟井浆：0.943；基浆+2%4#起泡剂：0.857。实验结果表明，微泡沫钻井液具有较常规钻井液更低的活度，根据活度平衡原理，可以诱导地层流体向井眼流动，提高井壁稳定性。3.2.3微泡沫钻井液防塌机理研究结论（1）利用大型井壁稳定模拟实验证明，微泡沫钻井液可以明显阻缓压力传递，从而减缓泥页岩内部孔隙压力的增加；（2）微泡沫在向地层渗透的过程中，在孔隙喉道处被捕集，由于贾敏效应的叠加作用而大大增加了微泡沫钻井液向地层流动的阻力；（3）微泡沫钻井液的滤失量较低，可以减小钻井液滤液对井壁的浸泡作用
37、，从而降低泥页岩的水化效应；（4）泡剂和稳泡剂等具有成膜能力的表面活性可以在地层表面吸附成膜，抑制泥页岩的进一步水化；（5）表面活性剂在液固界面浓集降低水和泥页岩界面的张力，降低表面能，抑制表面水化；（6）微泡沫钻井液自由液相的活度可以控制在较低范围内，低于地层孔隙流体活度，从而使流体向井眼流动；（7）微泡沫钻井液密度低液柱压力小于地层孔隙压力，地层流体向井眼流动，从而使地层泥页岩脱水，去水化。第四章微泡沫钻井液的配方研究4.1发泡剂类型及加量优选发泡剂优选基浆：4%土+0.3%KPA+1%铵盐针对五种发泡剂，分别取基浆250ml，在8000rpm搅拌150秒钟测量发泡体积与出液半衰期。表4-
38、1 发泡剂优选实验发泡剂发泡体积（ml）出液半衰期（h）VF154048VF250048DF154040DF272020FP1278027实验结果表明：选择DF1做发泡剂。发泡剂加量评价表4-2 DF1加量评价实验DF-1加量发泡体积（mL）半衰期（h）0.5510121550141.5500182%540403%550424%550445%55045实验结果表明： DF1最佳加量为2%。发泡条件优选基浆组成：4%土+0.3%KPA+1%铵盐，密度1.10 g/m3取400ml基浆，添加2%的发泡剂，分别在3000、4000和5000rpm下搅拌，测量发泡体积和密度。优选搅拌速度与搅拌时间。表
39、4-3 3000rpm发泡体积和密度关系时间（min）1020304050120180体积（ml）400410415425435440450密度（g/m3 ）1.101.071.051.041.011.00.98表4-4 4000rpm发泡体积和密度关系时间（min）102030405080100120150180240体积（ml）410420445470480490505505505510510密度（g/m3 ）1.071.050.990.940.920.900.870.870.870.850.85表4-5 5000rpm发泡体积和密度关系时间（min）251020体积（ml）5205807
40、10800密度（g/m3 ）0.710.550.520.55根据实验数据可以看出，采用4000rpm的转速，搅拌时间以100分钟的发泡条件最佳。发泡剂加量优化基浆：4%土+0.3%KPAM+1%铵盐+2%YTF1表4-6 基浆性能密度g/m3塑性粘度mPa.s动切Pa静切Pa/Pa失水mL泥饼mm1.10187.52/550.5取400ml基浆，在基浆中分别加入0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的发泡剂，在4000rpm的转速下，搅拌100分钟，测量性能如下。表4-7 发泡剂加量对微泡沫钻井液稳定性的影响加量（%）发泡体积（ml）密度（g/m3 ）出液时间（h）半衰期（h）0.54750.9248大于951.04800.9150大于951.55000.88大于95大于952.05050.87大于95大于95根据实验数据，考虑成本发泡剂加量为0.5%可以满足施工要求。表4-8 微泡沫钻井液性能对比发泡剂加量塑性粘度mPa.s动切Pa静切Pa/Pa失水mL泥饼mm0.5%35251.5/75.20.31%41172/94.50.31.5%40