马文英，孙 举，杨国涛，钟 灵

中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院 （河南 濮阳 457001）

气体钻井技术是有效解决陆相地层采用常规水基钻井液钻井机械钻速慢、易漏失等问题的重要技术，自2006年开始空气钻井技术在川东北地区应用以来，取得了良好应用效果[1-4]。但由于钻遇地层水时泥页岩水化造浆，易造成井眼缩径或井壁坍塌、掉块[5-7]，粘附钻具并堵塞环空通道[8-9]。此时，遵循的原则是出水量较小时转换为雾化钻井，当地层出水量较大采用雾化钻井不能完成携岩要求时，则转换为空气泡沫钻井。由于川东北元坝地区一开设计为大尺寸井眼，存在携岩困难问题，此时采用空气泡沫钻井可有效解决该难题。但在该技术应用过程中，没有形成规范化操作，存在一定的盲目性，因此为了更好的发展、完善空气泡沫钻井技术，提供泡沫基液配制、施工依据，提高标准的完整性和普适性，提高工艺施工的科学性和合理性，制定了中原油田企业标准Q/SH 1025 0773-2011《钻井用空气泡沫工艺技术规程》并进行了实施，取得良好效果。

1 标准主要要素的确定

完整的工艺技术规程一般应包括范围、规范性引用文件、要求、性能测定方法、配制及维护处理等内容，而钻井用空气泡沫由于是较新的技术，其中存在术语及定义不确定的问题，因此对标准中出现的术语和定义进行了解释。为尽可能保证油气资源的勘探开发，满足空气泡沫钻井要求，通过室内实验（包括处理剂选择、体系配伍性实验以及性能评价等）及现场应用实践分析，确定了发泡倍数、半衰期、气液比、空气排量及泡沫基液排量等空气泡沫技术规程的关键性技术指标。通过实验结果及现场应用情况对指标范围进行了规范，对现场施工时泡沫流体的配制、空气泡沫钻井技术参数等进行了说明。

1.1 术语及定义

在标准中，如果涉及的术语不是常用的术语，可能存在歧义的情况下，要进行规范说明，在制定《钻井用空气泡沫工艺技术规程》过程中就存在这种情况，因此对以前标准中未出现的术语进行了解释，且说明这些术语和定义适用于本标准。

1）空气泡沫：指气体分散于液体中形成的一种具有蜂窝状结构的特殊分散体系，为气液两相流，气体是分散相，液体是连续相。气相采用空气，即空气泡沫。

2）空气泡沫钻井：用空气泡沫作为循环介质所进行的钻井。

3）发泡倍数：泡沫体积与产生泡沫的溶液体积的比值。

4）泡沫的半衰期：指从泡沫中排出一半液体所需的时间，半衰期可作为衡量泡沫稳定性的一个重要指标。

1.2 空气泡沫要求

为满足空气泡沫钻井要求，通过室内实验及现场应用实践分析，确定了各处理剂加量及空气泡沫性能指标。

选择很小溶液浓度下就具有较高发泡能力，较长半衰期的发泡剂；根据井深及泡沫循环时间的需要，调节主、辅稳泡剂的加量，使泡沫性能满足钻井要求；抑制剂、井壁稳定剂及缓蚀剂根据现场施工的实际情况进行调节使用，使用原则是不影响泡沫的稳定性，泡沫性能可满足现场要求。

泡沫钻井现场施工，一般要求泡沫体积不小于400mL（100mL泡沫基液采用Waring Blender法所产生的体积，即发泡倍数不小于4倍）[7-8]，以满足携岩、携水等要求；半衰期则根据井深、地层等情况适当调整，一般超过30min即可满足安全施工要求，但半衰期过长则泡沫不易破裂，给后续消泡带来困难，因此建议泡沫的半衰期不超过200min。推荐的空气泡沫性能指标见表1。

表1 推荐空气泡沫性能指标

1.3 空气泡沫钻井工艺参数

工艺参数是现场施工参考的依据，需根据具体情况进行分析确定。泡沫钻井中气体体积注入量必须满足泡沫稳定和携岩要求，根据实际钻井条件，首先确定空气排量为50～200L/min。在此基础上，泡沫基液排量是满足泡沫稳定和携岩的重要参数，通常条件下，根据所钻井眼的尺寸和井深，以达到形成连续稳定的泡沫为标准。在实际工作中，应根据地层情况而定，在涌水地层中，为提高泡沫的携水、携岩能力，泡沫基液排量可适当提高，并及时进行泡沫基液的维护。推荐的空气泡沫施工参数见表2。

2 标准实施及效果

标准Q/SH 1025 0773-2011《钻井用空气泡沫工艺技术规程》于2011年评审通过后，在中原油田西南钻井公司、管具工程处、钻井工程技术研究院等单位进行了宣贯实施。

表2 推荐空气泡沫施工参数

2.1 标准实施过程中出现的问题及解决措施

在标准实施过程中，定期对实施情况进行检查，找出存在的问题，并讨论形成解决方案，尤其对一些出现频率较高的问题进行分析，使每一个标准实施人员清楚问题所在。

2.1.1 泡沫液循环利用问题

采用废液配制泡沫基液，可以有效减少废液量，减少环境压力，降低使用成本，但是由于泡沫基液中泥沙含量较高，泡沫液流经各泵均可能发生堵塞。解决方法：使用时需注意废液上水泵是否堵塞，及时清理，上提污水泵，保证水量供应；定时测量各泵排量，保证钻进时泡沫基液供应。在钻进较深地层以及泡沫基液消耗量大的泥岩地层时，泡沫液排量增大，可用泥浆泵将泡沫液直接泵入井中。

2.1.2 地层岩性对泡沫质量产生影响

在砂岩钻进时，钻时较慢，单位时间岩屑量少，砂岩与泡沫中处理剂吸附作用少；在泥岩钻进时，钻时较快，单位时间岩屑量大，同时泥岩表面积大，对处理剂的吸附和消耗明显，对泡沫质量影响大。因此在施工过程中，根据地层情况及时地调整处理剂加量及气液比，保证泡沫质量满足顺利钻进要求。

2.1.3 消泡问题

空气泡沫钻井为了保证携砂效果，基液量大，黏度高，易产生大量虚泡，且较难消除，根据井场的排砂池容量，加上地层的出水，在泡沫钻井期间很容易涨满排砂池，造成环保压力，井队对此要求也比较高。解决方法：采用机械消泡器、水力喷洒、调整基液配方等多种方法解决消泡问题。

2.1.4 泡沫基液浓度及排量的确定

钻遇地层岩性如泥岩、砂岩对泡沫基液消耗有差异，因此要求泡沫基液浓度不同；钻进井深和井眼尺寸大小变化时，对泡沫基液的使用量以及排量要求不同。

2.2 标准实施效果

标准Q/SH 1025 0773-2011《钻井用空气泡沫工艺技术规程》的实施，对空气泡沫钻井施工提供了有效的操作规范和指导作用，提高了规范性及安全性，大大减少操作过程中的盲目性，使钻井工程的顺利完成得到进一步保障；同时也加强了施工人员的标准化管理，为提高钻井施工水平奠定了坚实基础。自标准实施以来，分别指导了元坝222井、元坝107井、隆盛2井等6口井的现场施工。在实施的过程中严格按照标准控制处理剂加量，按时测定钻井液基液性能，并定时补充处理剂，按照不同井眼尺寸采用相应的施工参数。该标准在现场的实施，有效地解决了川东北地区气体钻井携水、携砂及在出水地层实施气体钻井井壁稳定的难题，尤其是解决超大尺寸井眼携岩困难的技术难题，保持了气体钻井的优势，660.4mm井眼平均机械钻速为7.8m/h，比同区块常规钻井液钻井提高5倍以上。

1）有效解决了大尺寸井眼的岩屑携带问题，提高了机械钻速。四川元坝区块的预探井或开发井，开发海相地层时井深较深，受井深和井身结构影响，导眼尺寸一般为Φ609.6mm或是Φ660mm。空气泡沫技术通过泡沫的悬浮性可有效携带岩屑，在元坝222井、元坝107井等大尺寸井眼的应用过程中，根据标准推荐的施工参数调整空气排量和基液排量，泡沫携岩效果良好，返出的岩屑大小混杂，棱角分明，起下钻畅通，无阻卡现象，测斜顺利，接单根时井底无沉砂，较好地满足了大井眼岩屑携带要求及地质资料的录取要求。

2）有效解决了气体钻井钻遇地层出水的井壁稳定问题。气体钻井钻遇地层出水量大时，易发生井眼缩径或井壁坍塌、掉块等情况，空气泡沫技术可有效地解决地层出水后井壁稳定问题，保证气体钻井正常进行。以隆盛2井为例，该井上部地层砂岩与泥岩互层为主，地层软硬交错，泥岩易坍塌，地层水易侵入地层。导眼采用空气泡沫钻进过程中，初始水量为3～5m3/h，钻进至115m时增大为50m3/h，根据标准中泡沫基液的性能维护要求，每2h补充抑制剂，保证抑制剂浓度达到12 kg/m3，保证了井壁稳定效果，钻进过程中泡沫稳定，携岩携水效果良好，起下钻、接单根等作业通畅无阻，后因污水池容量有限转换为钻井液钻进。

3）有效解决了泡沫流体难消泡、泡沫基液不能回收利用的问题。现场施工时根据标准中推荐的处理剂及加量配制泡沫基液，达到4倍以上的发泡倍数，以满足安全钻井的目的，同时兼顾泡沫基液的半衰期，避免泡沫返出井筒后长时间不消泡，造成泥浆池的负担，此外配合机械消泡装置，实现了泡沫基液的循环利用，大幅度降低材料和清水消耗，避免了泡沫钻井因泥浆池容量有限而被迫提前终止，同时减轻了环保压力。如元坝222井仅钻井初期使用清水配制泡沫基液400m3，其余全部使用消泡后回收的泡沫基液，节约清水1 230m3，减少了相应体积的污水处理量。

3 结束语

钻井用空气泡沫工艺技术规程制定时，除了必须保证标准能够充分体现技术的特点、性能要求外，标准编写规范是一个合格标准的基本条件。随着油田钻井液体系技术规范的逐步增加，对标准的规范工作也变得越来越重要，但由于国内在空气泡沫钻井施工作业方面虽然已经推广应用，但还没有形成成熟的关于空气泡沫钻井方面的经验和做法，因此在实施过程中要及时收集分析使用情况，便于在标准修订时不断改正与完善，使本标准更符合实际，更有指导和规范意义，促进油田钻井液行业健康、快速、有序的发展。

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