[发明专利]一种低温微泡钻井液发泡剂及其应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种低温微泡(直径60-70um)钻井液发泡剂及其应用，特别是指一种适用于小于等于120℃的温度环境中的低温微泡钻井液发泡剂。

背景技术：

钻井液是用于钻井过程中平衡地层压力、保证安全顺利钻进的必备材料之一。钻井过程中，井漏是地层压力小于液柱压力时钻井液大量漏入地层的现象。井漏会引起井下事故或复杂情况，导致施工时间延长，作业成本增加，甚至所钻井报废，进而造成严重资源浪费和巨大经济损失。2003年，全球仅堵漏费用约为8亿美元，且不包括由井漏造成井下事故后处理事故的投入。因此，要提高经济效益，必须从根本上控制钻井液漏失。然而，人类目前尚无法准确探知地层漏失通道具体存在位置及大小，只能努力研发能够预防漏失和漏失后高效封堵地层的封堵材料。

为了防止钻井液漏入地层，或者漏失发生后能迅速成功封堵漏失通道，尽快恢复钻进，作业者使用了几乎所有的材料，包括橡胶、水泥、纤维、塑料、聚合物、无机胶凝、油溶性树脂、沥青、黏稠树脂、酸溶性堵漏材料、微化粉纤维等。但这些材料中，有的材料大小和形状与地层漏失通道大小和形状不匹配，控制漏失效果不理想；有的材料在高温作用下强度低、承压能力差；有的材料无法在钻井正常作业的同时，防止漏失和遇到漏失层后自行堵漏。

为改善封堵效果，研究人员从刚性材料入手，研究了材料大小与漏失通道大小的匹配问题，先后提出了1/3架桥规则、2/3架桥规则、孔喉网络模型、理想充填理论、D₉₀充填规则、屏蔽暂堵分形理论，以及固相颗粒多组分滤失模型等，以期能计算出大小合适的封堵材料，全面封堵地层漏失通道。然而，由于地下储层孔隙大小、分布很不均匀，无法利用理论计算的材料大小封堵地层。同时，地下漏失通道的形状很不规则，用形状较规则的材料封堵形状不规则的漏失通道，效果肯定不尽人意。因此，上述研究理论有的仅在一定程度上解决了漏失问题，有的仅仅停留在理论层次上。

在封堵效果不理想的情况下，低密度工作液被用于气井钻井作业。微泡钻井液能解决堵漏材料与漏失通道大小和形状的匹配问题。微泡钻井液配制维护简单，在性能上，微泡钻井液除具备现有的常用水基钻井液的特点外，还具备防漏堵漏的优点，能够在钻井过程中防漏堵漏及保护储层，且更具备密度在一定范围内可调的特点。

在配制钻井液时，发泡剂能够降低气液表面张力，使空气随搅拌进入体相，自然造泡，形成微泡中心的气核。

石油工业常用发泡剂按类型分为阴离子型与非离子型。各类型发泡剂均有各自的优缺点。阴离子型发泡剂发泡能力强，但抗盐、钙能力差；非离子型发泡剂抗盐、钙能力强，但发泡能力差。

与普通发泡剂相比，本发明具有发泡能力强，抗盐、钙力强的特点。本发明能够在低温微泡钻井液体系中有效发泡，提高微泡钻井液抗盐、钙污染的能力。

发明内容：

本发明的目的是提供一种低温微泡钻井液发泡剂及其在制备微泡钻井液中的应用，用于制备低温微泡钻井液，以降低气液表面张力，在体系中发泡，调节钻井液密度，同时达到具有抗盐、钙污染效果，并适用于小于等于120℃的温度环境。

本发明所述的低温微泡钻井液发泡剂，由阳离子型表面活性剂十二烷基二甲基氧化胺和阴离子型表面活性剂α-烯基磺酸钠两种物质配制而成。

根据本发明的优选具体实施方案，本发明的低温微泡钻井液发泡剂中，所述十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠的质量比为1∶1～2∶1。

本发明中，所述十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠均可商购获得，可选用普通工业产品。

本发明的低温微泡钻井液发泡剂，其pH值7～9，密度0.90～1.00g/cm³，泡沫质量≥60％，半衰期≥3.0min。

本发明的低温微泡钻井液发泡剂是针对微泡钻井液体系特点而专门设计，主要用于在微泡钻井液体系内发泡，该发泡剂能够降低气液表面张力，包裹随机械作用进入体相内气体，能够有效在微泡体系中充分形成气核。本发明的发泡剂与现有技术中其它具有类似作用的处理剂相比，具有发泡稳定的特点。并且，本发明的发泡剂无毒、无害，为环境可接受型处理剂。

本发明所述的低温微泡钻井液发泡剂在制备微泡钻井液中的应用。具体地，以微泡钻井液中每百克的水基计，所述的低温微泡钻井液发泡剂的用量为0.1～0.4克，具有用量少、发泡作用强的优点。

本发明还提供了一种微泡钻井液，其中包括本发明所述的微泡工作液发泡剂。具体地，以微泡钻井液中每百克的水基计，其中包括所述微泡工作液发泡剂0.1～0.4克，即0.1～0.4g发泡剂/100g水。