泡沫钻井液循环利用新技术研究

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第10期钻井新技术泡沫钻井液循环利用新技术研究陈浩裴延波王长江刘萍萍(1．西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室2．中国石油天然气管道科学研究院)摘要现有的消泡系统或设备因其自身的缺陷未收到应有的消泡效果，且把消泡后的气体直接排入大气，对空气造成一定污染。为此，提出了泡沫钻井液循环利用新技术。该技术不用对返出泡沫加压，1次流程即可实现5次消泡，效率高，实现了泡沫基液和气体的重复利用，既可应用于泡沫钻井过程中对返出泡沫的消泡，亦可应用于一般的工业消泡。用一般的筒体或加工稍精的筒体替代真空壳体，以粗略验证新型消泡系统的

2、消泡效果，验证结果表明，简化真空壳体后消泡系统的消泡效率可达78％，而新型消泡系统的壳体精度更高，消泡效率会高于78％。关键词泡沫钻井技术消泡系统循环利用消泡机理彻底等优点，可以解决上述问题，它不用对返出泡0引言沫加压，1次流程即可实现5次消泡，效率高，实现了泡沫基液和气体的重复利用。泡沫钻井技术以其独特的优势在现代钻井工程中被广泛应用]，而由不溶性或微溶性气体分散1新型消泡系统于液体中所形成的泡沫钻井液在其中起着举足轻重的作用。泡沫钻井液虽具有携岩能力极强、缩短钻1．1结构．井周期、降低钻头磨损和防止漏失等优点，但因其新型消泡系统的结构见图1，由电动机、问歇半衰期长、稳定性高而难以消除，

3、所以成为钻井过式变速箱、球阀、节流装置、丝网除沫器、往复式程中的一大问题J。泡沫钻井返出液具有与其他真空泵、消泡板、壳体、单向阀和接收板等组成。工业泡沫不同的特点，其本身的难以被破坏性导致该系统可同时回收泡沫钻井液的液体成分和气体成了其在钻井现场的大量堆积，造成不同程度的环境分，既可应用于泡沫钻井过程中对返出泡沫的消泡，污染，限制了泡沫钻井液的使用范围。为了使泡沫也可应用于洗井作业过程中对返出泡沫的消泡。返出液达到排放标准以及回收再利用，国内外相关f?专家、学者及科研单位相继投入到这一问题的研究中，不同形式的消泡设备或消泡系统应运而生。但这些系统或设备因其自身的缺陷而未收到应有的消泡效果，

4、且把破泡后的气体直接排人大气。而这类气体中含有发泡剂、稳泡剂和可燃气体成分，会对＼lOq8空气造成一定程度的污染，不利于井场作业人员的一身体健康。图1新型消泡系统结构示意图为了循环利用泡沫钻井液，同时节省资源、节1一电动机；2一间歇式变速箱；3一球阀；4一接约成本，快速而有效地消泡就显得至关重要。笔者收板；5一节流装置；6一丝网除沫器；7一往提出的泡沫钻井液循环利用新技术具有消泡快速、复式真空泵；8一消泡板；9一壳体；10一单向阀。基金项目：国家重点实验室开放基金项目“欠平衡钻井技术——泡沫循环利用技术研究”(PLN0616)的部分研究内容。2010年第38卷第1O期陈浩等：泡沫钻井液循环

5、利用新技术研究1．2工作过程闭合时，真空泵可以把封闭系统内抽成所需的真空该系统的工作过程为：首先开启真空泵，把系度；当球阀开启时，从节流装置喷出来的泡沫在经统内抽成负压，从井口返回的泡沫由进口经喷嘴进节流装置第1次消泡后，可以把封闭系统内的压力入系统内，在负压的作用下从节流装置中均匀喷升到一定值。出。由于设计的进气量大于真空泵的排量，系统内的压力会逐渐增加。喷射一段时间后间歇式变速箱2新型消泡系统消泡机理旋转阀杆使球阀关闭，节流装置停止喷射泡沫，系统内压力再次降低。经过一段时间，间隙式变速箱新型消泡系统1个工作过程可完成5次消泡，再次将球阀打开，如此往复循环。蕴含着5种消泡模型，现一一解释

6、，以此来分析泡泡沫从节流装置(喷嘴)中高速喷出，以较沫的破灭机理。高的速度从节流装置出口边缘划过，并以压力的急2．1摩擦破损模型(模型1)剧变化，实现第1次消泡。经第1次消泡后的泡沫泡沫在粗糙表面上移动，受到表面凸起物的摩冲向接收板，在接收板上受到冲击，实现第2次消擦而破损，如图2所示。系统中喷嘴的内表面要求泡。泡沫液从接收板流向消泡板，再均匀地从上一有一定的粗糙程度，当泡沫从喷嘴内高速喷出时，个消泡板流向下一个消泡板，最终流到外壳底部，受到喷嘴内表面凸起的金属摩擦、切割而破裂。在消泡板上形成1层薄膜。此时，经第1、2次消泡还未破裂的泡沫的体积便因真空泵的降压作用而膨胀，直至破裂，实现第3

7、次消泡。同时，由于系统内压力降低，提高了基液的蒸发速度，气泡的液膜厚度就会变薄而破裂，实现第4次消泡。当节流图2摩擦破损模型装置再次喷射泡沫时，系统内压力会逐渐回升，泡2．2冲击破损模型(模型2)沫的体积因受压而变小，这样泡沫的液膜表面积减泡沫高速冲向固定挡板，速度突然停止，由于小，有液体析出，当系统再次降压时，泡沫就会膨泡沫的液相比气相具有更大的动能，液相冲向挡板，胀破裂，完成第5次消泡。气相则与液相分离，从而达到消泡