专利名称:用于空气泡沫钻井的发泡剂的制作方法
本发明提供一种煤田地质空气泡沫钻井用的发泡剂。
与传统的泥浆循环钻井法相比，空气泡沫钻井新工艺于六十年代以来已显示多方面的优越性。空气泡沫钻井的核心-发泡剂，现已有多种，主要用阴离子型、阳离子型或非离子型表面活性剂制备，多用来排放地层水(US3215200，1966)，活化油气井(US3076508，1963)或排除地层水及岩屑(US3269468，1965;US3391750 1968)等。由于上述发泡剂的水溶性和表面活性等原因，不适应或不完全适应煤田地质钻探的工艺要求。
本发明的目的，就在于提供一种适于煤田地质钻探使用的空气泡沫排屑介质发泡剂。
本发明所用的主成分为聚氧乙基烷基硫酸酯盐R-O-(CH2CH2O)n-SO3M式中R-C12+C10+C14C12＝86～90%(重量百分数，下同)C10＝5～7%C14＝5～7%;
n-3.0±1.0;
M-钠盐或铵盐。
为提高发泡剂的性能，在配料中配入两种添加剂
增溶剂异丙醇，可降低发泡剂的稠度，提高其水溶性，使发泡剂与水能迅速而均匀地混合，吹入压缩空气会立即发泡。用量为7～15%。
稳泡剂三乙醇胺，可提高所形成泡沫的稳定性。用量为1～3%发泡剂的主成分和添加剂，都是化工厂生产的有机化合物。发泡剂的合成方法也是公知的。
为检验发泡剂产品的性能，须进行性能试验。
发泡能力试验本试验的目的，是检验发泡剂的发泡能力(泡沫的最大排出量)、排出水量和泡沫稳定性(半消泡期)。所用的空气泡沫模拟发泡性能试验仪见图1。
高2M、内径φ70mm的发泡柱(1)，系有机玻璃制做，其中悬着不锈钢导气管(2)。导气管下端有等距离的φ1mm小孔(3)10个，在管壁上均匀分布。导气管底部封闭，顶部有压缩空气管(7)。发泡柱上端有泡沫排放口(6)及与之相对的冲洗口(8)。接容泡沫的有机玻璃大量筒(5)，高850mm，φ210mm，容量3万ml，筒上标有容积刻度。大量筒能挂在上皿天平上称重。
精确称取0.4g配好的发泡剂，溶于1000ml自来水中搅匀，从加料口(4)注入发泡柱。工作压力68.6×104Pa/Cm2(7kg/Cm2)的压缩空气，以1m3/h的流量，通过胶管和压缩空气管(7)吹入导气管(2)。同时用秒表计时。泡沫在柱内上升，经排放口(6)溢流到已知重量的大量筒(5)中。以后，每分钟读取一次泡沫体积，约3～5分钟，泡沫量最多，体积最大。记录这个数据，即为泡沫最大排出体积。此后，泡沫发生量开始逐渐减少，量筒内的泡沫也逐渐消退。当泡沫消退到最大排出体积的一半时，记录这个时间，即为半消泡期。至此试验中止。最后，称出量筒及其中泡沫的重量。
首批发泡剂试样(850417)的测试结果如下泡沫最大排出体积 31000ml发泡率 31倍排出泡沫重量 660g排出水量 66%半消泡期 12～14min提携岩屑试验本试验的目的，是检验泡沫提携、排放岩屑的能力。所用的提携岩屑模拟试验仪见图2。
试验仪的主体部分是一根高2.55m、内径φ12mm的垂直安放的玻璃柱(15)。将一定浓度的发泡剂溶液放在2500毫升的试剂瓶(11)中。低压、低流量的压缩空气，通过流量计(9)和压力表(10)送入试剂瓶(11)。体积300ml的发泡剂溶液开始发泡，通过管路从玻璃柱(15)的底部上升，越过柱顶排入容器(14)中。
取粒度为2.5～3.0、3.0～3.5、3.5～4.0mm的河沙各15粒，从沙粒入口(13)分批装到管道中，被产生的泡沫提携上升，直到越过玻璃柱的柱顶排入容器(14)。
首批发泡剂提携岩屑试验的测试结果如下发泡剂溶液的极限浓度 0.017%压缩空气压力 0.49×104Pa/Cm2(0.05Kg/Cm2)流量 1m3/h沙粒越过柱顶排出的时间 3min如将柱内的内压提高到2.94～4.9×104Pa/Cm2(0.3～0.5kg/Cm2)，沙粒可迅速排出。
本发明提供的空气泡沫钻井用发泡剂的优点如下1.发泡能力强，浓度0.3%的发泡剂溶液所产生的泡沫量相当于原体积的30～31倍。
2.用空气泡沫钻井，可降低动力消耗，延长金刚石钻头使用寿命，还能提高钻井效率。
3.因泡沫具有优良的结构性，其气、液相界面与岩屑固相具有物理化学吸附作用，能迅速提携岩屑，因而具有良好的洗井及净化井底的功能。
4.泡沫的粘度比水的粘度度4倍，可维护孔壁，不卡钻、不锂钻，最大限度地减少孔内事故。在破碎地层及漏水地层钻井时容易通过。在水敏地层钻井时，不致卡钻。
5.空气泡沫钻井用水量较少，可在缺水地区钻进;在缺少淡水地区，也可用盐水配制发泡剂溶液。
6.空气泡沫能保持岩层及岩芯原有的物理化学性质，并不受污染和干扰，电测井资料、水文资料及地层资料的可靠性及研究价值可得到充分提高。
7.用这种发泡剂所形成的泡沫暴露在露天，经过生物降解作用原有的化学成分有95%以上可分解为气体和水，对环境没有污染为取得空气泡沫钻井的良好效果，钻机及钻具的联接部位必须保证严格的气密性。钻孔环状空间的泡沫流速须保持300～600m/min以上。为此，应配备适于野外作业的高性能空气压缩机。可采用排气量40m3/h，工作压力137.2×104Pa/Cm2(14kg/Cm2)的油浸式旋转螺旋压气机。所用金刚石钻头也应适应大量高速泡沫流通过。
如设备条件及操作条件具备，采用这种发泡剂时钻井深度一般可达1000～1500m，足能满足煤田地质勘探要求。孔深超过2000m，如地层温度不超过100℃，仍可用这种发泡剂进行空气泡沫钻井。
煤田地质勘探时，空气、水和发泡剂的比率(重量百分数)一般为95∶4.995∶0.005;
用于地层排水时，可根据涌水量，将发泡剂溶液的发泡剂浓度由0.1%提高到1～2%。
补正85105173文件名称 页行 补正前 补正后说明书 1 6 US3215200， US3215200，196519661 7 US3269468， US3269468，196619652 12 高2m、 高2m或3m、2 14 壁上均匀分布。下端延水平方向均匀分布。
3 21 15粒 5粒4 10 浓度0.3% 浓度0.04%4 17 粘度度4倍 粘度高4倍5 7 保持300～600 保持6005 9 排气量40m3/n， 排气量600m3/n，工作工作压力137、2 压力166、6×104～490×104Pa/cm2(14Kg/×104Pa/cm2(17～50Kg/
权利要求
1.一种空气泡沫钻井用的发泡剂，其特征是配料中有聚氧乙基烷基硫酸酯盐、异丙醇和三乙醇胺。
2.一种如权利要求
1中所述的发泡剂，其主要成分为聚氧乙基烷基硫酸酯盐。R-O-(CH2CH2O)n-SO3M式中R-C12+C10+C14C12＝86～90%(重量百分数，下同)C10＝5～7%C14＝5～7%;n-3.0±1.0;M-铵盐(NH4)或钠盐(Na)。
3.一种如权利要求
1中所述的发泡剂，其添加剂有异丙醇(CH3)2CHOH三乙醇胺 N-(CH2CH2OH)3
4.一种如权利要求
1、2或3中所述的发泡剂，其特征是在常温下使用的最佳配比为聚氧乙基烷基硫酸铵C12-O-(CH2CH2O)3-SO3NH4、85～90%。异丙醇7～14%三乙醇胺1～3%
5.一种如权利要求
1、2或3中所述的发泡剂，其特征是在环境温度低于10℃使用的最佳配比为聚氧乙基烷基硫酸铵80～85%异丙醇12～17%三乙醇胺1～3%
专利摘要
本发明提供一种空气水基泡沫钻井用的发泡剂，其特点在于所用配料的组成成分是聚氧乙基烷基硫酸酯盐及添加剂异丙醇、三乙醇胺。在煤田地质钻探施工中使用由本发泡剂产生的泡沫介质流洗井，可提高钻进效率，有效地净化井底岩屑，冷却金刚石钻头，保护井壁，最大限度地减少孔内事故，同时还能提高电测井资料、水文资料及地层资料的可靠性。
文档编号B01F17/02GK85105173SQ85105173
公开日1987年1月14日 申请日期1985年7月8日
发明者庞天福 申请人:东煤公司煤田地质局沈阳测试中心导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan