1、1伊朗空气/泡沫钻井钻具保护技术长城中油钻井液分公司 刘德胜作者简介 刘德胜，高级工程师，1958 年生，1982 年毕业于西南石油学院开发系油田化学专业。一直从事钻井液技术研究与应用。现任长城中油钻井液公司市场作业部经理、总经理助理，长城钻井公司伊朗项目生产技术部经理。中油国际工程公司泥浆技术专家。E-mail:cpdf_。 Mobile:13911066533空气泡沫钻井，因其钻速快，防漏效果好，具有常规钻井液不可比拟的优越性。空气粉尘钻井在干硬地层机械钻速达到 16.24m/h。雾化钻井在出水量较小时，钻速为 13.16m/h，当地层出水较多，空气压力较高时，其钻速与泡沫钻井速度相当。但
2、泡沫钻井腐蚀钻具轻微，而雾化钻井腐蚀钻具严重。因此，必须根据地层情况选择合适的钻井流体，既要提高机械钻速，又要保护钻具，提高综合经济效益。1.地层特性伊朗南部塔贝纳克气田海拔高度超过 1100m，从山体表面到目的层，地层岩性主要是碳酸盐岩，裂缝发育，连通性好。海拔以上地层无孔隙压力，海平面以下地层有盐水层，含盐量从海水到欠饱和盐水。2467m 以上地层，最高盐水层压力系数也只有 0.85MPa/100m，而且同一个井段存在不同压力系统，上部裂缝无压，下部地层出水，普通泥浆无法使用，清水也只能盲钻。因此，要想确保安全钻井，提高钻井速度，缩短钻井周期，降低钻井成本，必须采用空气泡沫钻井。2.空气钻
3、井类型表 1 空气钻井适应地层和特殊参数空气钻井类型 适应地层 环空返速 液气比粉尘钻井 干硬地层 15m/s 0雾化钻井 低含水层（150 低于 0由于目前我们在塔贝纳克山上使用的发泡剂 FOAMAL-A 是一种阴离子表面活性剂，因此，选择使用的缓蚀剂必须和发泡剂 FOAMAL-A 配伍，即不降低发泡体积，不影响泡沫稳定性，且抗盐抗钙。实验室在淡水、盐水和氯化钙水溶液中配制 0.5%泡沫基液，各取 100ml，并在其中加入 0.2%缓蚀剂，高速搅拌 1min后，转入 1000ml 量筒，测量发泡体积 V(ml)和半衰期 T1/2 (S)，观察配伍性，数据见表 3。表 3 不同缓蚀剂对发泡剂性
4、能（V/T 1/2）的影响缓蚀剂 淡水 4%NaCL 0.5%CaCL 缓蚀剂 淡水 4%NaCL 0.5%CaCL泡沫基液 550/260 480/225 490/220 基液COR-682280/7 230/4 210/1基液COR-55160/3 120/1 130/0 基液COR-4851570/273 500/241 480/256实验结果表明，COR-55 和 COR-682 不适合作泡沫钻井的缓蚀剂，因为COR55 是油基产品，具有消泡作用，COR-682 是阳离子，与 FOAMAL-A 发生电性中和，而 COR-4851 与 FOAMAL-A 具有很好的配伍性，因为它是一种非离
5、子表面活性剂。我们也单独做了 COR-4851 的发泡实验，其发泡性能不亚于 FOAMAL-A，由于它的价格是 FOAMAL-A 的 2.1 倍，所以不能作为发泡剂使用，但在泡沫钻井时，可以减少发泡剂的加量，而不影响泡沫质量。9.现场应用51) TBK-3 井TBK-3 井 311.15mm 井眼设计井深 2524m，实际钻深 2467m。用纯空气钻至1430m 时，地层第一次出盐水，CL 41987 mg/L。增大空气排量进行雾化钻井，钻到 1824m 起钻，发现钻具腐蚀十分严重（见图 1） 。图 1 雾化钻井对钻具的腐蚀初步分析认为，钻具腐蚀的主要原因有：酸性地层盐水的电化学腐蚀；高压溶解
6、氧对钻具的氧化腐蚀；二氧化碳溶于水后的酸性腐蚀；钻屑撞击钻具使氧化膜脱落造成的冲蚀。为了保护钻具，决定配制高 pH 值稳定泡沫液进行空气泡沫钻井。 一方面减少空气与钻具接触，另一方面中和地层水和空气中的酸性物质，第三，降低环空返速，以减轻钻具的腐蚀和冲蚀。改为泡沫钻井后，不但酸性物质被中和，而且低返速钻屑微粒在钻具表面形成一层“糊状保护模” ，减少空气接触钻具的机会，使钻具得到保护，减缓腐蚀，见图 2。图 2 泡沫钻井“糊状钻屑保护模”钻至 2054m，地层第二次出盐水，CL 54455 mg/L。将稳定泡沫转变为硬胶泡沫钻进。钻至 2420m，地层第三次出水，CL 含量达到 152000mg
7、/L、密度1.15g/cm3，接近饱和盐水。钻至 2464m 时，由于出水量太大造成断流、泵压升高，空气泡沫钻井无法继续作业，用膨润土泥浆盲钻到 2467m，起钻电测，下入 244.5mm 套管后四开。四开井眼钻井参数见表 4。6表 4 TBK-3 井四开井眼钻井参数 井段m地层情况钻井方式进尺m纯钻h钻速m/h钻压kN转数rpm泵压MPa液排量m3/h气排量m3/min959-1430干层空气471 29.01 16.24 50-140 75 1.6 0 147154-1723 出水雾化293 22.26 13.16 80-120 75 3.4 0 189198-1824 出水雾化101 1
8、5.50 6.52 80-120 75 3.65 0 189198-2129 出水泡沫305 54.50 5.60 100-140 70 4.62 10126388-2285 出水泡沫156 29.50 5.29 100-120 64 5.24 15208488-2464 出水泡沫179 27.00 6.63 80-120 59 6.21 202584-88-2467 出水泥浆3 1.00 3.00 80-120 55 0.41 2530由表 2 可知，雾化钻井在出水量较小时，钻速为 13.16m/h，当地层出水较多，空气压力较高时，其钻速（6.52m/h）与泡沫钻井速度 5.296.63m/
9、h 相当，但它对钻具的腐蚀太严重。 2) TBK2 井塔贝纳克2 井，311.15mm 井眼设计井深 2455m，由于地层提前，实际钻深 2300m,进尺 1300m。其中，稳定泡沫在 1176m 钻遇石膏层后，泡沫质量下降，携砂效果变差。改为低浓度硬胶泡沫后，返出正常。钻到 1967m，因地层出水，又用高浓度硬胶泡沫液钻到 2130m，地层严重出水后，用膨润土泥浆强钻到2300m。泡沫钻井的平均机械钻速为 7.3m/h。由于没有进行雾化钻井，钻具基本没有受到明显的腐蚀，见图 3。7图 3 泡沫钻井对钻具腐蚀较轻10.钻具检验为了保护钻具，自从 TBK-3 井以后，不但取消了雾化钻井，而且在泡
10、沫钻井时使用了钻具缓蚀剂 COR-4851，钻具保护效果显著。2003 年 46 月，在 3台钻机用空气泡沫各钻 4 口井之后，中海油钻具探伤公司对伊朗项目在用钻具进行了质量检验，其中检验三种规格的钻杆 1847 根。在检验过程中，发现 5 1/2钻杆的管体和接头损坏最为严重。其中，钻杆管体条件因未满足 DS-1 中 CAT-4 规定的验收标准而降级的， RIG16 为 35.6%、RIG18 是 32.7%、RIG17 无一降级。具体数据见表 5。表 5 钻具探伤结果钻机号钻井 进尺 钻杆尺寸 检验根数 P 级根数 2 级根数 合格根数 降级率 备注127mm 380 380 0 380 0
11、Rig164口 12156m 139.7mm 252 159 92 159 35.52 T-3 井雾化钻井127mm 312 312 0 312 0Rig174口 12238m 139.7mm 146 146 0 146 0127mm 275 275 0 275 0Rig184口 11073m 139.7mm 254 171 83 171 32.68 2 口井无缓蚀剂检验结果表明，雾化钻井对钻具的腐蚀确实严重，同样，泡沫钻井时钻具缓蚀剂的使用也十分重要。17 号钻机因没有进行雾化钻井，而且较好地使用了泡沫钻井缓蚀剂，钻具保护得很好，降级率为零。18 号钻机尽管没有进行雾化钻井，进尺也不多，但由
12、于它钻 TBK-6 井和 TBK-11 井时无缓蚀剂，钻具照样严重腐蚀。因此，泡沫钻井时，一定要加入缓蚀剂。11.结论81) 空气粉尘钻井在干硬地层机械钻速快，无泥浆材料消耗。但由于环空返速高，钻屑对钻具表面产生冲蚀作用，这是空气钻井无法避免的缺陷。2) 雾化钻井在地层出水量较小时，钻速较快，出水量较大时，优势不明显，机械钻速与泡沫钻井相近，但钻具腐蚀却相当严重。3) 采用高 pH 值泡沫钻井后，由于酸性物质被中和，以及缓蚀剂和糊状钻屑在钻具表面形成保护模，钻具腐蚀明显减缓。4) 当纯空气钻井遇到水层时，应立即改为泡沫钻井，避免雾化钻井对钻具的腐蚀，同时通过高 pH 值和缓蚀剂的协同作用，保护钻具，延长使用寿命，提高综合经济效益。
