專利名稱:用于空氣泡沫鉆井的發(fā)泡劑的制作方法
本發(fā)明提供一種煤田地質(zhì)空氣泡沫鉆井用的發(fā)泡劑。
與傳統(tǒng)的泥漿循環(huán)鉆井法相比，空氣泡沫鉆井新工藝于六十年代以來已顯示多方面的優(yōu)越性?？諝馀菽@井的核心-發(fā)泡劑，現(xiàn)已有多種，主要用陰離子型、陽離子型或非離子型表面活性劑制備，多用來排放地層水(US3215200，1966)，活化油氣井(US3076508，1963)或排除地層水及巖屑(US3269468，1965;US3391750 1968)等。由于上述發(fā)泡劑的水溶性和表面活性等原因，不適應(yīng)或不完全適應(yīng)煤田地質(zhì)鉆探的工藝要求。
本發(fā)明的目的，就在于提供一種適于煤田地質(zhì)鉆探使用的空氣泡沫排屑介質(zhì)發(fā)泡劑。
本發(fā)明所用的主成分為聚氧乙基烷基硫酸酯鹽R-O-(CH2CH2O)n-SO3M式中R-C12+C10+C14C12＝86～90%(重量百分?jǐn)?shù)，下同)C10＝5～7%C14＝5～7%;
n-3.0±1.0;
M-鈉鹽或銨鹽。
為提高發(fā)泡劑的性能，在配料中配入兩種添加劑
增溶劑異丙醇，可降低發(fā)泡劑的稠度，提高其水溶性，使發(fā)泡劑與水能迅速而均勻地混合，吹入壓縮空氣會立即發(fā)泡。用量為7～15%。
穩(wěn)泡劑三乙醇胺，可提高所形成泡沫的穩(wěn)定性。用量為1～3%發(fā)泡劑的主成分和添加劑，都是化工廠生產(chǎn)的有機(jī)化合物。發(fā)泡劑的合成方法也是公知的。
為檢驗(yàn)發(fā)泡劑產(chǎn)品的性能，須進(jìn)行性能試驗(yàn)。
發(fā)泡能力試驗(yàn)本試驗(yàn)的目的，是檢驗(yàn)發(fā)泡劑的發(fā)泡能力(泡沫的最大排出量)、排出水量和泡沫穩(wěn)定性(半消泡期)。所用的空氣泡沫模擬發(fā)泡性能試驗(yàn)儀見圖1。
高2M、內(nèi)徑φ70mm的發(fā)泡柱(1)，系有機(jī)玻璃制做，其中懸著不銹鋼導(dǎo)氣管(2)。導(dǎo)氣管下端有等距離的φ1mm小孔(3)10個，在管壁上均勻分布。導(dǎo)氣管底部封閉，頂部有壓縮空氣管(7)。發(fā)泡柱上端有泡沫排放口(6)及與之相對的沖洗口(8)。接容泡沫的有機(jī)玻璃大量筒(5)，高850mm，φ210mm，容量3萬ml，筒上標(biāo)有容積刻度。大量筒能掛在上皿天平上稱重。
精確稱取0.4g配好的發(fā)泡劑，溶于1000ml自來水中攪勻，從加料口(4)注入發(fā)泡柱。工作壓力68.6×104Pa/Cm2(7kg/Cm2)的壓縮空氣，以1m3/h的流量，通過膠管和壓縮空氣管(7)吹入導(dǎo)氣管(2)。同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)。泡沫在柱內(nèi)上升，經(jīng)排放口(6)溢流到已知重量的大量筒(5)中。以后，每分鐘讀取一次泡沫體積，約3～5分鐘，泡沫量最多，體積最大。記錄這個數(shù)據(jù)，即為泡沫最大排出體積。此后，泡沫發(fā)生量開始逐漸減少，量筒內(nèi)的泡沫也逐漸消退。當(dāng)泡沫消退到最大排出體積的一半時(shí)，記錄這個時(shí)間，即為半消泡期。至此試驗(yàn)中止。最后，稱出量筒及其中泡沫的重量。
首批發(fā)泡劑試樣(850417)的測試結(jié)果如下泡沫最大排出體積 31000ml發(fā)泡率 31倍排出泡沫重量 660g排出水量 66%半消泡期 12～14min提攜巖屑試驗(yàn)本試驗(yàn)的目的，是檢驗(yàn)泡沫提攜、排放巖屑的能力。所用的提攜巖屑模擬試驗(yàn)儀見圖2。
試驗(yàn)儀的主體部分是一根高2.55m、內(nèi)徑φ12mm的垂直安放的玻璃柱(15)。將一定濃度的發(fā)泡劑溶液放在2500毫升的試劑瓶(11)中。低壓、低流量的壓縮空氣，通過流量計(jì)(9)和壓力表(10)送入試劑瓶(11)。體積300ml的發(fā)泡劑溶液開始發(fā)泡，通過管路從玻璃柱(15)的底部上升，越過柱頂排入容器(14)中。
取粒度為2.5～3.0、3.0～3.5、3.5～4.0mm的河沙各15粒，從沙粒入口(13)分批裝到管道中，被產(chǎn)生的泡沫提攜上升，直到越過玻璃柱的柱頂排入容器(14)。
首批發(fā)泡劑提攜巖屑試驗(yàn)的測試結(jié)果如下發(fā)泡劑溶液的極限濃度 0.017%壓縮空氣壓力 0.49×104Pa/Cm2(0.05Kg/Cm2)流量 1m3/h沙粒越過柱頂排出的時(shí)間 3min如將柱內(nèi)的內(nèi)壓提高到2.94～4.9×104Pa/Cm2(0.3～0.5kg/Cm2)，沙?？裳杆倥懦?。
本發(fā)明提供的空氣泡沫鉆井用發(fā)泡劑的優(yōu)點(diǎn)如下1.發(fā)泡能力強(qiáng)，濃度0.3%的發(fā)泡劑溶液所產(chǎn)生的泡沫量相當(dāng)于原體積的30～31倍。
2.用空氣泡沫鉆井，可降低動力消耗，延長金剛石鉆頭使用壽命，還能提高鉆井效率。
3.因泡沫具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性，其氣、液相界面與巖屑固相具有物理化學(xué)吸附作用，能迅速提攜巖屑，因而具有良好的洗井及凈化井底的功能。
4.泡沫的粘度比水的粘度度4倍，可維護(hù)孔壁，不卡鉆、不鋰鉆，最大限度地減少孔內(nèi)事故。在破碎地層及漏水地層鉆井時(shí)容易通過。在水敏地層鉆井時(shí)，不致卡鉆。
5.空氣泡沫鉆井用水量較少，可在缺水地區(qū)鉆進(jìn);在缺少淡水地區(qū)，也可用鹽水配制發(fā)泡劑溶液。
6.空氣泡沫能保持巖層及巖芯原有的物理化學(xué)性質(zhì)，并不受污染和干擾，電測井資料、水文資料及地層資料的可靠性及研究價(jià)值可得到充分提高。
7.用這種發(fā)泡劑所形成的泡沫暴露在露天，經(jīng)過生物降解作用原有的化學(xué)成分有95%以上可分解為氣體和水，對環(huán)境沒有污染為取得空氣泡沫鉆井的良好效果，鉆機(jī)及鉆具的聯(lián)接部位必須保證嚴(yán)格的氣密性。鉆孔環(huán)狀空間的泡沫流速須保持300～600m/min以上。為此，應(yīng)配備適于野外作業(yè)的高性能空氣壓縮機(jī)?？刹捎门艢饬?0m3/h，工作壓力137.2×104Pa/Cm2(14kg/Cm2)的油浸式旋轉(zhuǎn)螺旋壓氣機(jī)。所用金剛石鉆頭也應(yīng)適應(yīng)大量高速泡沫流通過。
如設(shè)備條件及操作條件具備，采用這種發(fā)泡劑時(shí)鉆井深度一般可達(dá)1000～1500m，足能滿足煤田地質(zhì)勘探要求?？咨畛^2000m，如地層溫度不超過100℃，仍可用這種發(fā)泡劑進(jìn)行空氣泡沫鉆井。
煤田地質(zhì)勘探時(shí)，空氣、水和發(fā)泡劑的比率(重量百分?jǐn)?shù))一般為95∶4.995∶0.005;
用于地層排水時(shí)，可根據(jù)涌水量，將發(fā)泡劑溶液的發(fā)泡劑濃度由0.1%提高到1～2%。
補(bǔ)正85105173文件名稱 頁行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后說明書 1 6 US3215200， US3215200，196519661 7 US3269468， US3269468，196619652 12 高2m、 高2m或3m、2 14 壁上均勻分布。下端延水平方向均勻分布。
3 21 15粒 5粒4 10 濃度0.3% 濃度0.04%4 17 粘度度4倍 粘度高4倍5 7 保持300～600 保持6005 9 排氣量40m3/n， 排氣量600m3/n，工作工作壓力137、2 壓力166、6×104～490×104Pa/cm2(14Kg/×104Pa/cm2(17～50Kg/
權(quán)利要求
1.一種空氣泡沫鉆井用的發(fā)泡劑，其特征是配料中有聚氧乙基烷基硫酸酯鹽、異丙醇和三乙醇胺。
2.一種如權(quán)利要求
1中所述的發(fā)泡劑，其主要成分為聚氧乙基烷基硫酸酯鹽。R-O-(CH2CH2O)n-SO3M式中R-C12+C10+C14C12＝86～90%(重量百分?jǐn)?shù)，下同)C10＝5～7%C14＝5～7%;n-3.0±1.0;M-銨鹽(NH4)或鈉鹽(Na)。
3.一種如權(quán)利要求
1中所述的發(fā)泡劑，其添加劑有異丙醇(CH3)2CHOH三乙醇胺 N-(CH2CH2OH)3
4.一種如權(quán)利要求
1、2或3中所述的發(fā)泡劑，其特征是在常溫下使用的最佳配比為聚氧乙基烷基硫酸銨C12-O-(CH2CH2O)3-SO3NH4、85～90%。異丙醇7～14%三乙醇胺1～3%
5.一種如權(quán)利要求
1、2或3中所述的發(fā)泡劑，其特征是在環(huán)境溫度低于10℃使用的最佳配比為聚氧乙基烷基硫酸銨80～85%異丙醇12～17%三乙醇胺1～3%
專利摘要
本發(fā)明提供一種空氣水基泡沫鉆井用的發(fā)泡劑，其特點(diǎn)在于所用配料的組成成分是聚氧乙基烷基硫酸酯鹽及添加劑異丙醇、三乙醇胺。在煤田地質(zhì)鉆探施工中使用由本發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡沫介質(zhì)流洗井，可提高鉆進(jìn)效率，有效地凈化井底巖屑，冷卻金剛石鉆頭，保護(hù)井壁，最大限度地減少孔內(nèi)事故，同時(shí)還能提高電測井資料、水文資料及地層資料的可靠性。
文檔編號B01F17/02GK85105173SQ85105173
公開日1987年1月14日 申請日期1985年7月8日
發(fā)明者龐天福 申請人:東煤公司煤田地質(zhì)局沈陽測試中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan