1.2 国内外研究现状

1．国内研究现状

1984年，新疆油田在9143浅井中进行探索性泡沫钻井时，成功钻穿了60m的低压油层；而后，又分别在夏47和9625两口井中使用泡沫钻井技术，从而证明了泡沫钻井技术的可行性和优越性。

1994年，吐哈油田恰102井进行泡沫钻井试验时，起钻后井下井壁发生坍塌，最后失败，平均机械钻速为8.61m/h，比转换泡沫前（平均机械钻速为2.63m/h）增强了2倍多。但是，钻井过程中泡沫流体气相含量已超过97%，导致雾化严重、携岩能力不足。

1999年，四川石钻柱理局七里坝-1井二开钻进到123m时发生井漏失返，然后决定使用空气泡沫流体进行钻井。基液排量为20～25 L/s，空气排量为14m3/min，钻进井段为205.70～752.00m，平均机械钻速为7.98m/h，有效解决了泡沫大量漏失的问题。

2003年，四川石钻柱理局核桃1井从井深76.80m处开始使用空气泡沫流体进行钻井，钻进井段为76.80～300.00m，空气排量为40～43m3/min，基液排量为360～480L/min，总进尺达到223.20m，平均机械钻速达到10.10m/h。

2003年，汪志明等根据质量守恒定律和动量定理，建立了颗粒传输的数学模型，并对岩屑床中流体的附加压力降、井斜角、环空返速和岩屑体积分数等情况进行了数值模拟。最终结果表明：随着井斜角的增加，悬浮层中的岩屑颗粒浓度减小；环空返速的提高、岩屑床分布的增大，皆有助于固体颗粒的悬浮。如果岩屑床的面积较大，在进行水力设计时应当考虑流体压力下降的情况。

2005年，吐哈油田窿14井在2430.20～2670.02m井段使用空气泡沫流体进行钻井，空气排量为60m3/min，基液排量为80～100L/min，膨胀率达到450%，半衰期为75 min，钻进过程中接单根进行顺利，泡沫流体携岩能力强。

2006年，杨肖曦等提出：泡沫流体具备低滤失量、低密度、低伤害、强助排和强携砂性等优点，可以被广泛用于漏失地层、低压地层和水敏性地层。以泡沫流体是否具备较强的携砂性作为重要参考指标，通过使用Fluent软件对泡沫流体的携砂性进行数值模拟分析，得到结论：①砂粒直径为0～0.45mm时，携砂率不随井斜角变化；砂粒直径为0.55～1.0mm时，井斜角增大，携砂率增大；砂粒直径为1.1～1.8mm时，携砂率随井斜角的增大先变小再变大，当井斜角为45°时最小。②当井斜角相同时，大直径砂粒的携砂率小于小直径砂粒的携砂率，所以砂粒直径越小，越容易被携带。③当砂粒直径较小时，砂粒漂浮在泡沫上不易下沉，随泡沫流体一起在井筒中流动，井斜角对携砂性基本没影响；当砂粒直径很大时，由于垂直作用面上的力是重力的一个分量，垂直作用面上的力越大，摩擦力越大，所以井斜角越大，携砂率也就越大。通过分析模拟结果，证明泡沫流体的携砂性适合于水平井的应用。同时，将泡沫流体的携砂性与清水的携砂性做了对比模拟实验，通过定性分析证明泡沫流体的携砂性远远高于清水的携砂性。

2007年，新疆油田在白22井三开井段采用空气泡沫流体进行钻井，进尺达到489.36m，平均机械钻速达到11.70m/h，与临井相同层位对比，机械钻速增强了5.7倍。

2007年，氮气泡沫流体在川东北分1井的首次应用获得成功。川东北分1井一开始使用空气钻井，后遇出水，无法继续钻进，而泡沫钻速慢，不能满足钻进需要。氮气泡沫流体有效解决了空气钻井遇出水、携岩困难而导致泡沫钻速慢的技术难题，并且其机械钻速比泡沫增强3～4倍，取得了明显的经济效益。

2007年，大庆油田在徐深43井成功应用了氮气泡沫流体进行钻井，其钻进井段为3306～3635m，机械钻速为3.73m/h。

2007年，李岩松等针对漏失井水基钻井不返液和漏失量较大的问题，采取不添加任何堵漏剂，并使用低密度泡沫成功地降低了低压井钻井液严重漏失的问题。同时以流体力学为理论基础，建立了水平井泡沫钻井的气-液-固流动数学模型。

2008年，中国石油化工股份有限公司西南油气分公司QX-2井从253.64m井段处开始使用空气泡沫流体钻进，到井深1311.74m时，总进尺1058.10m，钻时共计12.79d，创造了应用空气泡沫流体在该地区的进尺记录。平均机械钻速为5.74m/h，是转换泡沫流体前机械钻速（0.57m/h）的10倍，有效解决了该工区存在的硬、斜、漏三大技术难题。

2009年，空气泡沫流体分别在大湾405-2H井、元坝10井、普陆1井等三口井中进行了试验与应用，取得了良好效果。其中，普陆1井地层出水量为15m3/h，在一开320mm井眼、80～137m井段，泡沫致密均匀，携水、携岩能力较好；元坝10井在准660.40mm导眼、30～703 m井段，日进尺最高达138m，最高钻时达4 min/m，有效解决了大井眼携岩问题。

另外，国内研究者围绕泡沫流体及性能评价开展了一系列的工作。

西南石油大学采用近红外扫描分散稳定性扫描仪（MA-2000 Turbi Scan）对泡沫稳定性进行了测定。测量原理是不同流体对光线有不同的透射率和反射率，流体的稳定性随时间的变化会反映在透射率和反射率的变化上。该测量方法精确、自动，并且可以从所得图中观察到衰变过程。

青西油田优选出以FP-1作为发泡剂，XC、KPAM作为泡沫抑制剂的泡沫流体配方。该配方在携岩、防塌和抑制地层出水方面均达到了要求，但是对钻具的腐蚀较严重。

中原油田研制了一种抗高温、抗污染、抑制性和携水能力强的空气泡沫流体。其特点为：基液在90℃下老化16 h，半衰期仍保持在30min以上；体系的抗钙浓度达到了500mg/L；在泡沫中浸泡的岩心24 h内没有变形；通过合理使用化学消泡剂，可循环利用。

大庆油田通过对发泡剂、稳泡剂、抑制剂进行优选，研制出了适合大庆油田地层的氮气泡沫流体配方。在温度恒定状态下，随着压力的增加，泡沫流体密度不断增加，然而增加率逐渐减小为零。此泡沫流体已在徐深43等多口井中成功应用。

2．国外研究现状

泡沫钻井技术始于20世纪50年代中期，美国、加拿大最初将其应用于干旱缺水地区，并取得了良好的效果。此后，美国又将其扩展应用于盐水、油层及永冻地区，使泡沫钻井成为开发低压油气的一种有效手段。

20世纪60年代，苏联在尼古拉耶夫油田引入了泡沫钻井技术，在钻开生产层时加入由0.5%的磺烷油和0.05%的羧甲基纤维素液所组成的泡沫，结果证明了该技术的可行性和高效性。之后，加拿大、伊朗、德国、英国、保加利亚、日本等国家的泡沫钻井技术也都得到了迅速发展。

进入20世纪80年代，泡沫钻井技术逐步完善，泡沫钻井设备实现了系列化，钻井工艺达到了计算机控制的水平。例如，伊朗应用稳定泡沫成功解决了钻井过程中的漏失和卡钻等复杂问题；加拿大Mobile公司使用稳定泡沫作为冲洗介质成功进行了永冻地层的钻井工作；美国雪佛龙股份有限公司成功研制了由计算机设计和控制的泡沫钻井系统，操作人员只需输入基本的井身结构参数和其他相关技术参数，就能得出不同井段的气液比、泡沫流速及压力变化图，从而及时了解井内压力状况，指导地面技术参数的控制。

总体而言，国内对于泡沫钻井的研究和发展没有国外成熟，在其应用上也缺乏足够的经验。因此，对于泡沫钻井多相流的研究和实验有助于增强国内的科学化泡沫钻井，有利于我国石油开采技术的发展。