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1、氮?dú)馀菽夹g(shù)在冀東油田的應(yīng)用1.前言泡沫流體是由不溶性或微溶性的氣體分散于液體中所形成的分散體系，是一種可壓縮非牛頓流體。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了泡沫流體具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）密度低且方便調(diào)節(jié)，作為入井液便于控制井底壓力，減少漏失和污染；（2）泡沫在孔隙介質(zhì)中具有很高視粘度，低摩阻，攜砂能力強(qiáng)；（3）低濾失，對(duì)地層污染??；（4）對(duì)不同滲透率級(jí)差地層具有選擇性封堵作用，封堵高滲透率孔道，對(duì)低滲層有增大波及體積、提高波及系數(shù)的效果，調(diào)剖能力強(qiáng)；（5）泡沫“遇水穩(wěn)定、遇油消泡”，堵水不堵油；（6）緩速效果好，本身即為一種緩速酸；（7）壓縮系數(shù)大，彈性能
2、量高，助排性能好；（8）氮?dú)馀菽诘叵屡c天然氣混合不易發(fā)生爆炸，安全性能可靠。由于泡沫流體的特殊性質(zhì)，目前廣泛應(yīng)用于泡沫沖砂洗井、泡沫排酸、泡沫混排、泡沫酸化、泡沫誘噴、泡沫壓底水、泡沫調(diào)剖、泡沫驅(qū)油、泡沫欠平衡鉆井、泡沫壓裂等各個(gè)方面，顯示出很大的應(yīng)用潛力。2.泡沫流體基本性能2.1泡沫流體組成在石油工程中應(yīng)用的泡沫流體是以水為液相，以空氣、氮?dú)?、天然氣、二氧化碳等氣體為氣相，兩相充分混合形成的非牛頓連續(xù)體系。也可能是攜帶了井底的固體顆粒，組成氣、液、固三相流體。液體可以是清水、海水或油田廢水，組成低密度水基泡沫液體，用于井下作業(yè)或增注
3、。也可以是鉆井液或水泥漿，組成低密度鉆井液或低密度水泥漿，用于鉆井。一般在沒(méi)有天然氣爆炸、燃燒等危險(xiǎn)的井場(chǎng)，氣相可以是空氣或天然氣。在有爆炸、燃燒危險(xiǎn)的場(chǎng)合，多使用二氧化碳、氮?dú)饧捌渌栊詺怏w為氣相。用惰性氣體為氣相的優(yōu)點(diǎn)是安全，可以防止天然氣與空氣混合后的爆炸危險(xiǎn)，防止氧進(jìn)入巖石孔隙后產(chǎn)生的氧化反應(yīng)。最易制取、量又多的氣體是從空氣中分離出的氮?dú)?，不僅使用效果好，成本也低。在陸地油氣井、海洋油氣井的鉆井完井和油藏增注中廣泛使用。氮?dú)馀菽后w多用于負(fù)壓鉆井、高油氣比油井的洗井和射孔，還可用于注入地層驅(qū)替原油。泡沫流體是氣體在液體中充分分散形
4、成，氣泡分散程度越高，泡沫流體的質(zhì)量越好。氣體在水基液體攪拌后的氣泡直徑是微米級(jí)或更小，氣泡在液體中分散后成乳化狀態(tài)，呈乳白色，不透明。在常溫常壓下靜止，氣體會(huì)滑脫上升，產(chǎn)生氣液分離。在液體中加入表面活性劑類(lèi)的發(fā)泡劑或泡沫穩(wěn)定劑后，水的表面張力減小，容易形成穩(wěn)定的氣泡。氣液混合的方式可以是機(jī)械攪拌，也可以是液力攪拌。經(jīng)過(guò)攪拌，氣體破碎成小氣泡。攪拌越徹底，氣泡越小，泡沫流體的質(zhì)量越好。在石油工程中以液力攪拌多用。2.1.1氮?dú)夥蛛x14氮?dú)馐鞘褂米疃嗟亩栊詺怏w，一般是在現(xiàn)場(chǎng)用空氣分離的手段制備使用。氮?dú)夥蛛x技術(shù)是比較成熟的技術(shù)，可以用化學(xué)方
5、法制備，也可以用物理方法，如膜分離技術(shù)。在油田現(xiàn)場(chǎng)使用最多的是膜分離技術(shù)。空氣經(jīng)過(guò)分離膜管，氧氣、部分氮?dú)夂推渌鼩怏w成分被過(guò)濾出，留下純度較高的氮?dú)饨?jīng)過(guò)增壓，進(jìn)入泡沫發(fā)生器。分離膜管的分離效率與氮?dú)饧兌扔嘘P(guān)。一般油井使用氮?dú)饧兌葹?5%，分離效率接近50%，氮?dú)饬髁靠梢赃_(dá)到1200Nm3/h。在氮?dú)庥昧看蟮膱?chǎng)合，也有使用液氮的，氮?dú)饬髁靠梢赃_(dá)到3000Nm3/h以上，但一般不如氣體分離方便，液氮需要先經(jīng)過(guò)氣化器，經(jīng)加熱變?yōu)榈獨(dú)?，然后再使用?.1.2泡沫發(fā)生器泡沫發(fā)生器的設(shè)計(jì)借鑒了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用電動(dòng)攪拌器產(chǎn)生泡沫的原理。按比例配制的泡沫基液
6、倒入攪拌筒，隨著攪拌器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很高活性的泡沫基液呈薄膜狀，與夾裹的空氣充分接觸形成液包氣，即泡沫。隨著葉片的不斷攪拌和切割，大的泡沫就逐漸形成均勻的細(xì)小泡沫顆粒。2.2泡沫流體的特點(diǎn)泡沫流體是各種氣體與液體混合后充分?jǐn)嚢栊纬傻?。除二氧化碳外，氣體很少在水基液體中溶解。氣體在液體中呈小氣泡分散狀態(tài)，氣體的直徑越小，泡沫流體的性能越好。泡沫流體的密度、穩(wěn)定性、攜帶性和粘度等性能對(duì)使用工程中的使用有直接意義。2.2.1密度在水基液體中充氣形成的泡沫流體的密度一般比水低。石油工程中的泡沫流體密度范圍一般為0.2~0.95g/cm3。泡沫流
7、體是變密度液體，其密度可根據(jù)氣體充入量的大小調(diào)節(jié)，十分方便。同時(shí)密度又隨壓力而改變的。在常壓下的氣體體積大，泡沫密度低，在高壓下氣體壓縮，體積變小，密度上升。泡沫液體在井筒垂直方向上的密度是變化的，因此，泡沫液體對(duì)井底的井液柱壓力不能用簡(jiǎn)單的公式計(jì)算。在比較深的油井中，井底的泡沫液體的密度可能已經(jīng)接近于水。但是井筒中的井液柱壓力還是比純水的壓力低。在低壓油井中仍然有很大實(shí)用價(jià)值。2.2.2穩(wěn)定性泡沫流體的穩(wěn)定性是指呈分散狀態(tài)的氣體在液體中的聚集程度和聚集速度。氣體在液體中分散度高，流體就越穩(wěn)定。由于氣體密度與液體密度的巨大差異，泡沫液體中
8、的氣體往往會(huì)在液體中滑脫上升，聚集在一起，形成氣液分離。分離之后泡沫液體就失去固有的特點(diǎn)，不能起相應(yīng)的作用。泡沫流體的穩(wěn)定性與氣體在液相中的分散程度和環(huán)境壓力有關(guān)。氣體直徑越小，泡沫流體越穩(wěn)定
