泡沫修井液在低压漏失井中的应用与案例分析

引言；

泡沫修井液是一种气-液两相分散体系，由气相（通常为氮气、二氧化碳或空气）、液相（水基或油基）和表面活性剂组成的三元体系。其典型特征是具有可调控的低密度和良好携砂能力。本文介绍了泡沫修井液的技术原理及适用条件，对应用案例详细分析。该技术特别适用于地层压力系数 _<0.8 、漏失严重的井况，在储层保护要求高的开发中后期油田具有显著优势。

1.低压漏失井的特点与挑战

低压漏失井通常具有以下特征：地层压力系数低于 0.8，常规修井液漏失严重(漏速 >5m³/h^⋅ )，储层敏感性强(水敏、速敏等)，井壁稳定性差。

传统修井液在这些井中应用面临的主要问题包括：大量漏失导致修井液浪费、储层伤害严重、井控风险增加以及作业效率低下。

近年来随着技术发展，修井液技术快速创新。针对低压漏失地层研制出泡沫修井液。泡沫修井液在低压漏失井中的应用优势有：防漏堵漏效果显著，低密度减少井底压力，泡沫结构具有自封堵效应；储层保护性能好，液相含量低(通常 <30% )，滤失量小，可添加抑制剂增强保护效果；作业效率高，可实现负压作业，减少漏失导致的非生产时间；环境友好，可生物降解表面活性剂的应用，无固相污染。

2.泡沫修井液组成和特性

2.1 泡沫修井液组成

泡沫修井液是一种由气相(通常为氮气或空气)、液相(水或油基液体)和表面活性剂组成的低密度流体体系。主要组成成分包括气相、液相和添加剂。

2.1.1 气相

气相占 55%-97% 体积，主要气体为氮气（最常用，惰性安全）、二氧化碳（兼具解堵作用）和空气（成本低但易燃）。

2.1.2 液相

占 3%45% 体积，包括清水、盐水（KCl、NaCl 等）和油基液体（柴油、矿物油）。

2.1.3 添加剂

有发泡剂（如十二烷基硫酸钠）、稳泡剂（聚合物类）、抑制剂（针对储层特性）和增粘剂（提高携砂性）。近年来随着技术发展，研制出了多种泡沫修井液添加剂。比如温度响应型稳泡剂，聚 N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM），相变温度 32^∘C ，温敏区间粘度变化达 10 倍；纳米增强材料，疏水改性纳米 SiO₂ （粒径 20-50nm ），添加 0.5% 可使半衰期延长 300% 。

2.2 技术特点

泡沫修井液具有以下特性：低密度特性，密度可低至 0.3-0.8g/cm³ ，静液柱压力比常规修井液低 30%-70% ；良好携砂能力，泡沫结构可有效携带井筒内固相颗粒，携砂能力达 15%-25% （体积比），摩阻降低 20%40% ；低压循环特性，可在井底压力低于地层压力下实现循环，可实现负压作业（井底压力<地层压力）；低滤失性，液相侵入量减少 60%90% ，滤失量 <50mL/30min （API 标准）减少对地层的伤害。

2.2.1 超低密度泡沫技术

（1）微纳米气泡技术：气泡直径 <50μm （常规泡沫 100-500μm⋅ ），稳定性提升 5-8倍，可实现密度 0.15⋅0.3g/cm³ 。

（2）超临界 CO₂泡沫：临界条件 T=31.1^∘C ， P=7.38MPa ，密度可调范围 0.2⋅0.8g/cm³ ，扩散系数比氮气高 10⁴ 倍。

2.2.2 智能调控技术

（3）PH 响应系统：基于氨基羧酸酯的智能破胶， PH>9 时半衰期从4h 骤降至 15min 。磁响应泡沫：Fe3O₄纳米颗粒（ 10-20nm ）修饰，磁场强度 0.5T 时粘度可调范围30-120mPa.s。

2.3 物理特性与工艺流程

2.3.1 物理特性

泡沫修井液密度为 0.3-0.8g/cm³ ，粘度 30-150MPa.s ，泡沫质量在 55%-85% ，半衰期2-8 小时，可根据实际条件进一步调整参数范围。

2.3.2 工艺流程

[气源系统] $$ [泡沫发生器] $$ [注入系统] $$ [井筒]↑ ↑[液体系统] $$ [添加剂系统]

3.现场应用

（1）应用案例:曙 2-4-34 井

该井位于曙光油田曙54 断块，该断块属于低渗油藏，该井生产井段3172.7-3268.1m，生产层位杜家台油层组，地层压力系数0.52，远远低于地层饱和压力系数，作业历史显示漏失量 >5m³/h 。

效果：检泵作业中用泡沫修井液代替以往的水基修井液，使用后漏失量从 15m³/h 降至 0.5m³/h ，作业开井后排水期由 7 天降低至 2 天，提高了油井生产有效时率。

（2）应用案例:曙 2-4-27 井

该井位于曙光油田曙 54 断块，该断块属于低渗油藏，该井生产井段 2398.5-2470m，生产层位大凌河油层组，压力系数 0.61，水敏指数>0.7，速敏临界流速 <0.5m/d 。

效果：转注作业中采用泡沫修井液，伤害率可控制在 5% 以内，修井周期由6 天缩短 3 天。

4.成本构成及效益

4.1 成本构成

4.1.1 直接材料成本

包括发泡剂：核心添加剂，占成本 30%-50% （如氟碳类发泡剂价格较高，但可复用；常规表面活性剂成本低但稳定性差）。稳泡剂（如聚合物或纳米材料）：占比10%-20% ，影响泡沫寿命。基液（水或低矿化度盐水）：成本可忽略，但水质要求可能增加预处理费用。气体（氮气/二氧化碳）：若需外购气源，占成本 20%40% （氮气价格约 0.5-1 元/m³，二氧化碳更低但腐蚀性强）。

4.2.2.设备与运维成本

（1）专用设备：泡沫发生器、增压泵等初始投资较高（约50-100 万元），但可长期复用。

（2）气源设备：若自备制氮车，日租赁费约1-2 万元。

（3）人工与技术培训：需熟练操作人员，培训成本增加 5%-10%

4.2 效益对比（以 3000m 井为例）

与常规修井液作业相比，泡沫修井液减少水锁/固相伤害，单井产能可提升 10%-30% （尤其对致密气藏）。使用泡沫修井后日增产油量0.5-1 吨，按油价价 2600 元/吨计算，月增收益 3.9-7.8 万元。

作业周期缩短：泡沫冲砂效率比常规高 40% ，减少占井时间（日作业费节省 2-5 万元）。