【2018年必威体育精装版整理】ADF系列泡沫剂研究与应用苏长寿.doc

ADF系列泡沫剂 的研究与应用 中国地质调查局勘探技术研究所 苏长寿 地址: 河北省廊坊市金光道77号 电话: 0316 2096344 http: Email: suchsh@ ADF系列泡沫剂的研究与应用 一、概述 ADF系列泡沫剂是原地矿部攻关项目“多工艺空气钻进技术的开发研究”的专题子项目。ADF系列泡沫剂是无毒、无污染、可生物降解的复配型液体表面活性剂，其主要技术性能已达到国外同类产品水平，获地矿部科技进步奖。已广泛应用于地矿、石油、水利等部门，并应用于非洲及东南亚地区的水井承包工程。经过多年的推广使用以及不断的性能改进，使之性能更加完善，现在已经过外贸代理商成功地销往东南亚地区。 ADF泡沫剂主要分为三大类：空气泡沫钻进泡沫剂；用于油气田的泡沫剂（即化排剂）；GF-1气田泡沫排水棒（即固体泡沫剂）。 泡沫钻进技术是空气钻进技术向纵深发展的结果，它不仅扩展了介质密度范围，而且成为空气钻进衍生的重要配套工艺技术。泡沫流体的应用，对解决和克服空气循环所遇到的困难和问题，对改善和提高空气钻进技术的应变能力，有着十分重要的意义。泡沫流体兼备液体与气体的良好性能，可增强洗井能力和洗井效果，具有稀释、减阻、增浮、降压、润滑等作用，可用于干旱缺水地区、低压地层、漏失层和不稳定地层的潮湿孔洗井和干风防尘处理等。泡沫流体比热低，故可用于钻进永冻层。特别适于西部干旱缺水地区的各类工程井施工及油田采油后期井。 空气泡沫是低密度介质，能降低液柱压力，有利于提高钻速； 空气泡沫能有效冷却钻头，排屑干净； 在水井、油、气钻进遇低压时，有利于保护产层，实现高速负压钻进。在油井的漏失层冲洗井作业中，能实现快速冲砂，洗井干净，有利于修井作业中，延长冲砂周期； 二、泡沫流体的基本物理性质 钻进流体以“液相”原则分类，有水基、油基和低密度的气基。气基钻进流体又可分为空气（或天然气）、雾化、泡沫和充气泥浆。流体密度范围分类如图1所示：（气体和液体一样，对侵入其中的物体都施加压力，都没有一定的形状，而且都容易流动，所以把它们统称为流体。） 图1 流体密度范围分类表 泡沫流体：在空气流中注入一定量的泡沫液，使介质在循环中产生大量的稳定泡沫，在气液两相介质中，液体为连续相，气体为非连续相。如在泡沫液中含有机物或坂土，则称为胶汀泡沫或硬泡沫。泡沫流体可增强洗井能力和洗井效果，它比雾化有较多优点。泡沫钻进中多以阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂或它们的复合剂作为泡沫剂。为改善泡沫流体性能，在泡沫剂的基础上还可加入提高泡沫稳定性的稳定剂，防止腐蚀的抑蚀剂、润湿剂等。 由于在钻进过程中，泡沫形成的复杂性，它受到物理、化学以及技术因素的诸多影响，以致必须研究泡沫系统的性质，如发泡能力、泡沫稳定性、流变性、泡沫携带岩屑能力，热物理性质及润滑性等。 1、发泡剂的发泡能力。这是在一定时间和一定条件下（温度 、压力等），由一定容积的表面活性剂溶液所形成的泡沫体积量或泡沫液高度。泡沫是气相分散于液相中的分散体系，气泡之间有液膜或泡壁）而不能彼此连通，泡沫剂产生的泡沫越多，发泡能力越强。评价这个指标，可采用一系列方法。如振荡法、打击法、搅拌法、吹风法、超声波法、模拟法等。更精确的是用ASTM标准的罗氏米尔仪（ROSS—Miles）和API标准泡沫实验装置进行测定。 影响泡沫剂溶液发泡能力的因素是表面活性剂的分子结构、溶液浓度、温度、表面张力及添加剂的类别等。阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配的泡沫剂具有良好的起泡性能；表面活性剂的浓度只有在稍高于临界胶束浓度时（即C、M、C值），才能充分显示其作用，达到一定浓度范围后，发泡能力不再继续增长，表面活性剂的临界胶束一般在0.001－－0.2g分子/L，即0.02－0.4％；泡沫剂的发泡能力随温度上升而增加，当温度较高时，发泡能力下降，这是由于液膜强度降低造成的；当溶液含有盐时，亦影响发泡能力。 2、泡沫稳定性：表示泡沫寿命与泡沫结构强度，其为保持泡沫总体积、分散组分与防止液体析出的能力。作为泡沫稳定性的单位可采用泡沫总体积或它的一部分单独成膜或发泡存在的时间来评价，测定稳定性亦可用罗氏米尔仪。 欲得到温定泡沫，对泡沫剂的要求是： 1）降低表面张力：泡沫剂形成泡沫时，泡沫体系的面积必然增加，体系的自由能也随之增加，从热力学观点来看，这样的特性是不稳定的，泡沫易于破碎，要使体系稳定，液－气界面应有低的表面张力； 2）在气泡周围形成坚固的膜：仅降低体系的表面张力，尚不足于使泡沫稳定，泡沫易于受到周围外力影响，因此泡沫必须具有一定的机械强度。从这一因素出发，泡沫剂分子应是长链形的，碳氢链越长，链间的范德华吸力也越