一种钻井液用微泡沫发泡体系
技术领域
本发明涉及一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体涉及大尺寸超长裸眼井、水平井的钻井、完井、修井和油气井增产措施中，属于油田钻井液用处理剂领域。
背景技术
目前低成本开发的大趋势推动钻井井身结构不断优化（简化），大尺寸超长裸眼井段钻进施工成了普遍，而大尺寸超长裸眼段存在多套压力体系和复杂地层岩性并存，带来井筒稳定风险加大，安全施工窗口变窄，对钻井液功能提出更高要求，随钻井筒强化（防漏、防塌）任务重大。并且水平井随着段长不断延伸，岩屑床问题突显，安全钻井受到极大挑战，对钻井液的携岩能力提出了更高的要求。
微泡以均匀、非聚集、非连续态存在的，其尺寸介于0-100μm之间，气体含量小于普通泡沫，气泡由多层液膜包裹，可以有效阻止相邻气泡合并，使得泡沫的稳定性提高，微泡沫气泡尺寸小、强度高、稳定性好的特点使其具有一定的防漏堵漏作用。
在ZL200910157353.1中公开了一种微泡钻井液，其表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物。
在ZL200710113558.0中公开了一种循环微泡沫钻井液或完井液，其表面活性剂采用脂肪醇甘油基醚磺酸盐、聚合醇、椰子油酰胺磺基琥珀酸单酯钠盐。
但是，上述微泡沫钻井液所用的表面活性剂均为线性表面活性剂，结构单一，携岩能力差，同时由于阴离子表面活性剂抗盐、抗钙能力差，难以满足复杂地层钻井施工要求。
发明内容
本发明目的之一是提供一种钻井液用微泡沫发泡体系。该发泡剂制得的微泡沫具有较低密度，较强的携岩和悬浮钻屑的能力，较强的抗盐、抗钙能力，能够很好的满足复杂地层钻井施工要求。
本发明的主要技术方案：一种钻井液用微泡沫发泡体系，其特征在于其该发泡体系包括高分子主发泡剂、辅发泡剂以及水，按以下比例配制而成：主发泡剂10-34%、辅发泡剂5-20%、水余量。
所述的高分子主发泡剂是以含有刚性苯环结构的一种阴非离子型高分子表面活性剂。
所述的副发泡剂选自含有磺酸基团或硫酸酯基团的氨基酸类两性离子表面活性剂。
所述的微泡沫平均尺寸大小为50-84μm ，优选61-84μm。
所述的主发泡剂分子结构式为：
其中x：y=2:（1～8）、R=CH3(CH2)n，n=7、8、11、13或15。
所述的主发泡剂分子结构中x：y最适宜比例为2：（2～4）。
所述的主发泡剂分子结构中n最适宜为11。
所述的主发泡剂的制备方法为以含有刚性苯环结构的烷基酚与甲醛缩合后再与环氧乙烷和环氧丙烷反应得到一种非离子型高分子表面活性剂，将此表面活性剂再经硫酸化制得高分子主发泡剂。
所述的含有磺酸基团或硫酸酯基团的氨基酸类两性离子表面活性剂为磺乙基氨基酸：R-NHCH2CH2SO3Na；磺丙基氨基酸：R-NHCH2CH2CH2SO3Na；羟基丙基硫酸酯氨基酸：R-NHCH2(OH)CH2CH2OSO3Na，其中以上R=C9H19、C12H25、C14H29、C16H33或C18H37。
本发明所制得的微泡发泡剂体系兼具低密度（0.71-0.84g/cm3）、抗盐50000ppm、抗钙2000ppm，发泡效果良好。与现有技术相比，具有更加突出的效果如下：提供了一种综合性能优异的微泡发泡剂体系，在复杂地层条件下能保持较好泡沫性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明加以详细描述。
实施例1
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取85g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂10g（x:y=2:1； n=11），C9H19NHCH2CH2SO3Na 5g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡剂体系1。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
实施例2
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取82g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂10g（x:y=2:1； n=9），C14H29NH CH2CH2CH2SO3Na 8g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡体系2。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
实施例3
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取59g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂34g（x:y=1:1； n=11），C12H25NHCH2CH2SO3Na 7g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡体系3。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
实施例4
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取82g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂10g（x:y=2:4； n=11），C9H19NHCH2(OH)CH2CH2OSO3Na 8g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡体系4。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
实施例5
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取70g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂10g（x:y=2:7； n=13），C14H29NHCH2CH2CH2SO3Na 20g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡体系5。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
实施例6
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取65g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂30g（x:y=1:4； n=8），C9H19NHCH2CH2CH2SO3Na 5g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡体系6。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
实施例7
一种钻井液用微泡沫发泡体系，具体制备过程为：取66g水至于烧杯中，边搅拌边缓慢加入主发泡剂24g（x:y=1:4； n=15），C9H19NHCH2(OH)CH2CH2OSO3Na10g，缓慢升温至40℃搅拌均匀，即得到微泡发泡体系7。采用Waring Blender法，在50000ppm（Ca2+2000ppm）条件下测泡沫性能，并测定其120℃热滚16h前后的密度变化，利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。
表1 微泡沫发泡剂性能评价
样品
泡沫体积/mL
析液半衰期/min
泡沫半衰期/min
市售微泡发泡剂
380
29
143
C<sub>9</sub>H<sub>19</sub>NHCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
395
9
69
C<sub>14</sub>H<sub>29</sub>NH CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
420
11
74
C<sub>12</sub>H<sub>25</sub>NHCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
405
9.5
63
C<sub>9</sub>H<sub>19</sub>NHCH<sub>2</sub>(OH)CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OSO<sub>3</sub>Na
400
13
81
C<sub>9</sub>H<sub>19</sub>NHCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
425
10
76
微泡发泡体系1
520
43
491
微泡发泡体系2
535
39
583
微泡发泡体系3
510
51
467
微泡发泡体系4
545
67
398
微泡发泡体系5
505
62
492
微泡发泡体系6
520
53
671
微泡发泡体系7
515
49
580
表2 微泡沫粒径
样品
平均粒径/μm
C<sub>9</sub>H<sub>19</sub>NHCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
792
C<sub>14</sub>H<sub>29</sub>NH CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
718
C<sub>12</sub>H<sub>25</sub>NHCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
734
C<sub>9</sub>H<sub>19</sub>NHCH<sub>2</sub>(OH)CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OSO<sub>3</sub>Na
824
C<sub>9</sub>H<sub>19</sub>NHCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>Na
867
市售微泡发泡剂
89
微泡发泡体系1
64
微泡发泡体系2
72
微泡发泡体系3
84
微泡发泡体系4
61
微泡发泡体系5
82
微泡发泡体系6
79
微泡发泡体系7
71
表3 钻井液性能
从上述实施例的测试数据可以看出，本发明微泡沫发泡体系较好的泡沫稳定性、较好的钻井液性能以及较强的抗盐耐温能力。
