舒小波, 孟英峰, 萬里平, 李 皋, 劉厚彬, 張宇睿

(油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室(西南石油大學)，四川成都 610500)

氣體鉆井作為鉆井提速的有效手段，因地層出水而受到限制[1]。泡沫鉆井作為其有效的補充，在攜巖、攜水、提高機械鉆速上具有獨特的優(yōu)勢。然而，泡沫鉆井過程中返出泡沫的處理問題，以及泥頁巖地層的井壁失穩(wěn)問題，同樣是泡沫鉆井亟待解決的問題[2-3]。泡沫的循環(huán)利用是解決井場泡沫大量堆積、實現(xiàn)環(huán)保節(jié)約的有效途徑，但是目前的研究主要集中于微泡沫鉆井液[4-6]，較少研究穩(wěn)定泡沫鉆井液。此外，微泡沫鉆井液處理地層出水的能力要遠低于穩(wěn)定泡沫鉆井液。目前，穩(wěn)定泡沫鉆井液抑制劑的選擇主要集中于一些高分子聚合物或無機鹽類，但這些抑制劑的抑制性能弱，且抑制性能不持久[2,7-11]。為此，筆者從發(fā)泡劑與泥頁巖抑制劑出發(fā)，開展了可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液研究。

1 泡沫鉆井液循環(huán)與抑制機理

1.1 FPH泡沫的循環(huán)機理

液態(tài)泡沫是氣體分散于液體中，在添加發(fā)泡劑的條件下實現(xiàn)氣液界面的穩(wěn)定。發(fā)泡劑按其性能可分為非離子發(fā)泡劑、陰離子發(fā)泡劑、陽離子發(fā)泡劑以及兩性發(fā)泡劑，不同類型的發(fā)泡劑復配可實現(xiàn)酸堿泡沫的循環(huán)利用。

FPH發(fā)泡劑由兩性發(fā)泡劑與陰離子發(fā)泡劑組成，其中兩性發(fā)泡劑通過接受或給予質子實現(xiàn)陽離子與非離子之間的轉變，而陰離子發(fā)泡劑則不受酸堿影響。因此，在堿性條件下，F(xiàn)PH發(fā)泡劑由非離子發(fā)泡劑與陰離子發(fā)泡劑復配而成，展現(xiàn)出良好的發(fā)泡性能；在酸性條件下，F(xiàn)PH發(fā)泡劑則是由陽離子發(fā)泡劑與陰離子發(fā)泡劑復配而成，兩者相互作用，消除發(fā)泡能力。圖1為酸堿條件下FPH發(fā)泡劑形成的泡沫液膜特征。從圖1可以看出，在堿性條件下，非離子插入2個陰離子之間，減弱了陰離子間的電排斥性，更有利于增強界面膜的強度，從而促進泡沫的穩(wěn)定。當酸液侵入液膜以后，首先與H+相接觸的兩性發(fā)泡劑轉變?yōu)殛栯x子，由于陰陽離子之間強烈的電性互相作用產生固態(tài)沉淀，導致液膜破裂，實現(xiàn)消泡。因此，通過酸堿調節(jié)可實現(xiàn)泡沫的循環(huán)利用。

機能實驗室重組后，在人員方面僅剩實驗室技術人員，而教師負責實驗教學，在編制上不屬于實驗室。教師和實驗技術人員缺少溝通和理解，實驗室教學與管理出現(xiàn)了脫軌，工作銜接不上，給日常實驗教學順利進行增加許多困難[6]。實驗技術人員必須具有整體觀念和團結協(xié)作精神，在工作上與教研室教師互相配合，遇到問題及時溝通、商討，凡事從整體利益出發(fā)，保證工作順利進行。實驗技術人員和教師在專業(yè)分工、職業(yè)規(guī)劃、工作價值追求等方面都不盡相同，合理地對待這種差異，用平等的態(tài)度看待彼此的工作，有利于營造全體教職人員團結和諧的工作氛圍，符合整個學校教學體系建設的初衷。

圖1 酸堿條件下循環(huán)泡沫的液膜特征Fig.1 Liquid film characteristics of foam in alkaline and acid conditions

1.2 泡沫流體的抑制作用機理

水基泡沫流體自身的結構特點能在一定程度上減緩泥頁巖的水化速度，但并不能完全阻止泥頁巖水化的進程。因此，隨著鉆井時間的增長，泥頁巖地層水化加劇，進而引發(fā)井壁失穩(wěn)。目前，解決泡沫鉆井中井壁失穩(wěn)的辦法主要是添加化學處理劑，降低泥頁巖的水化作用，實現(xiàn)泥頁巖井壁的穩(wěn)定。

優(yōu)良的泡沫鉆井液必須具備一定的抗溫、抗污染能力，可以采用泡沫的發(fā)泡體積以及泡沫半衰期進行衡量評價。針對可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液的基本配方，采用Waring-Blender法評價了不同條件下的泡沫性能，結果見表3。由表3可知，該泡沫鉆井液具有優(yōu)良的泡沫性能和較好的抗溫、抗污染能力。在鉆井過程中，可根據實際需要調節(jié)泡沫基液黏度，保證出口泡沫的連續(xù)性。

圖2 胺類抑制劑作用機理Fig.2 Inhibition mechanism of amine inhibitors

2 泡沫鉆井液配方的研制

2.1 FPH發(fā)泡劑性能評價

膨潤土水化后，黏土層間距可從1.0 nm左右增至2.2 nm左右[15]，由于膨潤土在清水中熱滾后的層間距超出了儀器測量范圍，為此，測定了膨潤土水化0.5 h后的層間距。從表4可以看出，膨潤土水化0.5 h以后其特征峰(2θ)降低了2.913°，黏土層間距增加了0.502 nm。對比A樣、B樣可知，泡沫鉆井液中的抑制劑能嵌入黏土晶層結構，使B樣中干樣的層間距增加了0.333 nm。對比B樣中干樣和濕樣的層間距可知，干樣和濕樣間的層間距相差不大，說明該泡沫鉆井液具有較強的抑制能力，能抑制黏土的水化膨脹，有利于泡沫鉆井時的井壁穩(wěn)定。對比B樣和C樣中的層間距可知，經泡沫鉆井液處理后的膨潤土樣品，再次放入清水中處理以后，無論是干樣還是濕樣，其層間距與B樣中干樣的層間距相差不大。這說明該泡沫鉆井液具有長久的抑制性能，其對黏土的吸附具有不可逆性，這一特性對于處理泡沫鉆井地層出水以及泡沫鉆井轉換為常規(guī)鉆井時的井壁穩(wěn)定具有積極作用。

圖3 pH值對FPH發(fā)泡劑性能的影響Fig.3 The effect of pH value on FPH foam performance

2.2 穩(wěn)泡劑性能評價

膨潤土是以蒙脫石為主要成分的黏土礦物，具有極強的水化能力。采用Innov-X Terra便捷式X射線衍射儀對新疆中非夏子街膨潤土進行膨潤土抑制性分析，測定其在清水水化前后的干濕樣(A樣)，經泡沫鉆井液熱滾后的干濕樣(B樣)和經泡沫鉆井液熱滾、隨后再用清水熱滾后的干濕樣(C樣)的層間距，結果見表4。其中熱滾條件為溫度65 ℃下滾動16 h。

表1 穩(wěn)泡劑對FPH發(fā)泡劑性能的影響Table 1 The effect of foam stabilizer on FPH foam performance

注：FPH的質量分數為0.8%，溶液的pH值為9，試驗溫度為室溫。

2.3 抑制劑性能評價

針對泡沫鉆井中的井壁失穩(wěn)問題，選用季銨鹽高聚物PPVA與胺類低聚物 DA-1 作為抑制劑，并采用滾動回收試驗和硬度測試進行性能評價[14]，結果見表2和圖4。其中，將泥頁巖巖樣在不同處理液中的滾動回收率定為一次回收率；將經不同處理液熱滾后的干樣(60 ℃下烘干)在清水中的滾動回收率定為二次清水回收率。采用硬度測試儀測定硬度，取采用特定處理液滾動回收后的泥頁巖巖樣(濕樣)放入硬度測試儀容器中(巖樣的加量與刻度線齊平)，旋轉扳手擠壓測試巖樣，觀察巖樣被擠壓時儀器的旋轉圈數與壓力表讀數。

表2 滾動回收試驗結果Table 2 Test results of hot rolling dispersion

注：熱滾時間16 h，熱滾溫度65 ℃。

圖4 泥頁巖經不同處理液處理后的硬度測試結果Fig.4 Bulk hardness test results of shale treated by different treatment fluids

從表2可以看出：PPVA與 DA-1 能有效抑制泥頁巖水化分散，具有較高的一次回收率和較高的二次清水回收率，表明PPVA與 DA-1 能使泥頁巖保持長久穩(wěn)定，不因處理液介質的改變而加劇泥頁巖的水化程度。

本實驗主要探討中國英語學習者是否會將漢語兼語句中第二動詞可帶有時體特征這一特點遷移到對英語非限定動詞做賓補的實時加工中，在多大程度上會把母語加工的傾向用于二語加工，是否會受到二語水平的影響。我們采用自測步速閱讀實驗，在實驗中設計通過控制賓補動詞的形態(tài)(非限定動詞形態(tài)vs．帶過去時的動詞形態(tài))來檢測學習者是否將母語中第二動詞帶有時間特征(“了”)的加工方式遷移到第二語言加工中。

3.3.2 泥頁巖滾動回收試驗

大會在嘹亮的國歌、隊歌聲中拉開帷幕，鮮艷的紅領巾映紅大家的臉龐。在這次大會召開之前，學校67個中隊上交了100多項提案。這些提案都出自少先隊員之手，涉及實踐活動、學校課程、運動健身、學習環(huán)境等諸多方面，體現(xiàn)出少先隊員濃厚的小主人翁意識。大會上，校長也對大家提出的各項提案作出回復，表示學校將會以此為出發(fā)點繼續(xù)努力，爭取早日實現(xiàn)大家的想法。

3 泡沫鉆井液綜合性能評價

通過對發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑以及泥頁巖抑制劑進行性能評價，形成了可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液體系，其基本配方為0.80%FPH+0.25%XC+0.40%PPVA+5.00% DA-1，pH值為9。

3.1 基本性能評價

連續(xù)梁橋的倒裝施工控制。為了減少連續(xù)梁橋線性誤差，多會設置橋梁預拱度，以使連續(xù)梁橋施工與設計要求相符合。應用倒裝方法時，主要是將正裝中關于連續(xù)梁橋變形和受力等計算方法進行反向計算和設計，得出在不同施工階段內連續(xù)梁橋的位移和受力情況。但倒裝法在非線性因素的影響下無法實現(xiàn)對混凝土徐變和伸縮的計算。因此，該工程施工技術人員在選擇施工控制方法時，要根據鐵路工程連續(xù)梁橋施工的實際情況，如連續(xù)梁橋的受力情況和移位情況等，合理選擇可以降低鐵路工程連續(xù)梁橋施工誤差的控制方法[2]。

表3 泡沫鉆井液的基本性能Table 3 Basic properties of foam drilling fluid

3.2 循環(huán)性能評價

可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液實現(xiàn)泡沫循環(huán)的實質在于FPH發(fā)泡劑對酸堿的敏感性。利用自制泡沫循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)泡系統(tǒng)生成泡沫以后，注入酸液可以實現(xiàn)泡沫消泡，將消泡后的泡沫基液調至堿性可以恢復發(fā)泡性能。圖5為消泡前后返出流體的情況。從圖5可以看出：未注入酸液時，返出泡沫細膩均勻，泡沫質量好；當注入酸液以后，返出流體基本為液體，消泡效果極佳。圖6為每次泡沫循環(huán)時采用Waring-Blender法測定的泡沫性能。從圖6可以看出，隨著循環(huán)次數的增加，發(fā)泡體積略有增大，而泡沫半衰期呈遞減趨勢。因此，在實際鉆井過程中，可根據現(xiàn)場需要適當添加穩(wěn)泡劑，維持泡沫性能穩(wěn)定。

3.3 抑制性能評價

泡沫鉆井過程中，泥頁巖水化影響著井壁的穩(wěn)定性，因此要求泡沫鉆井液具有良好的抑制性能，且抑制性持久，保證泡沫鉆井過程中的井壁穩(wěn)定，避免因鉆井液被地層水稀釋或鉆井液體系改變而加劇泥頁巖水化。為此，采用膨潤土抑制性能測試、巖屑滾動回收試驗以及硬度測試評價可循環(huán)穩(wěn)定泡沫鉆井液的抑制性能[14]。

圖5 注酸前后的返出流體情況Fig.5 Returned fluids before and after acid injection

圖6 泡沫鉆井液泡沫循環(huán)試驗結果Fig.6 Foam circulation test results of foam drilling fluid

3.3.1 膨潤土抑制性分析

FPH發(fā)泡劑雖然具有較強的發(fā)泡能力，但泡沫的半衰期較短，不能滿足鉆井要求。為此，采用增黏型聚合物作為穩(wěn)泡劑，一方面可以延長泡沫半衰期，另一方面可降低泥頁巖的吸水速度。表1為FPH發(fā)泡劑溶液加入XC與CMC后發(fā)泡性能的變化。從表1可以看出：XC與CMC的加入均降低了發(fā)泡體積，但兩者對發(fā)泡體積的影響差別較小，均可以滿足鉆井的要求；在相同加量條件下，XC對于提高泡沫的穩(wěn)定性更明顯，且XC的抗鹽能力明顯強于CMC。為此，選用XC作為穩(wěn)泡劑。

表4膨潤土經不同方法處理后的XRD分析結果

Table4XRDanalysisresultsofbentonitetreatedbydifferenttreatmentmethods

試樣類別2θ/(°)層間距/nmA樣干樣8.7581.009濕樣5.8451.511B樣干樣6.5831.342濕樣6.5051.358C樣干樣6.5051.358濕樣6.3891.382

室內采用Waring-Blender法[13]，測試了0.8%FPH發(fā)泡劑溶液的發(fā)泡性能及其與pH值的關系，結果如圖3所示。從圖3可知，當pH值小于5時，F(xiàn)PH發(fā)泡劑基本無發(fā)泡能力；當pH值大于7時，F(xiàn)PH發(fā)泡劑表現(xiàn)出良好的發(fā)泡性能并趨于穩(wěn)定。因此，可通過酸堿調節(jié)實現(xiàn)泡沫的循環(huán)利用。對于隨后的泡沫循環(huán)試驗，堿性pH值定為9，酸性pH值定為3。

從圖4可以看出，PPVA雖然具有較高的泥頁巖滾動回收率，但并不能維持較高的泥頁巖硬度。這主要是因為PPVA聚合物分子量大，不易進入黏土晶層結構中，但 DA-1 分子量小，易進入黏土晶層結構中，因此隨著其加量的增加，泥頁巖硬度增加。

選用清水、白油、5%聚合醇+10%KCl以及0.5%KPAM作為對比，通過泥頁巖巖樣回收試驗評價可循環(huán)穩(wěn)定泡沫鉆井液的抑制性，結果見表5。由于5%聚合醇+10%KCl的一次回收率低于60%，所以未進行二次清水滾動回收評價。

從表5可以看出:1)白油、0.5%KPAM、可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液的一次回收率都在95%以上，顯示出較強的泥頁巖穩(wěn)定性能；2)從二次清水滾動回收率可以看出，可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液表現(xiàn)出持久的抑制性能，其在清水中的二次回收率仍高于90%，而經白油、0.5%KPAM熱滾后的試驗巖樣，其二次清水滾動回收率與巖樣在清水中直接熱滾后的回收率基本相同，表明白油與KPAM聚合物無持久抑制性能。

表5泥頁巖在不同處理液中的滾動回收試驗結果

Table5Hotrollingdispersiontestresultsofshaleindifferenttreatmentfluids

試驗條件一次回收率,%二次清水回收率,%清水15.72白油98.2514.685%聚合醇+10%KCl53.700.5% KPAM95.4015.12泡沫鉆井液97.4396.35

3.3.3 硬度測試

假設目標在大地坐標系中的坐標為(xr,yr,zr)，按照圖1所示坐標系關系，大地坐標系下M點(xrm,yrm,zrm)在機體坐標系下的坐標為(xtm,ytm,ztm)：

滾動回收試驗中泥頁巖回收率較高，但回收的泥頁巖并不一定具有較高的硬度，因此，進行了硬度測試，結果見圖7。從圖7可以看出，可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液在穩(wěn)定泥頁巖作用上與白油較為接近，遠強于0.5%KPAM。因此，該泡沫鉆井液能有效保持泥頁巖硬度，維持泥頁巖地層的穩(wěn)定。

實際工作中審計與資產評估相結合尤為重要。在進行資產評估時一般會采用與審計方法相同或相似的程序，主要在于審計師怎樣進行審計？進行審計時，我們需要使用公允價值的方法來計算資產的價值，然后確定結果。計提資產減值準備或確定公允價值變動損益等，相比之下與資產評估有共同之處。正是因為如此，審計與資產評估才有了千絲萬縷的聯(lián)系。但是問題也接踵而來，在實際操作中如何處理好評估與審計的關系，將直接影響到評估和審計結果以及過程中的質量問題。在閱讀一些相關資料后，我認為資產評估與審計存在著相輔相成的關系，具有相互包容、相互協(xié)作的內涵。

圖7 泥頁巖經不同處理液處理后的硬度測試結果Fig.7 Bulk hardness test results of shale treated by different treatment fluids

采用膨潤土抑制性能測試、泥頁巖滾動回收試驗以及硬度測試相結合的方法評價可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液的抑制性能，可彌補以往單一采用滾動回收試驗評價抑制性能的缺陷。測試結果表明，該泡沫鉆井液能有效抑制黏土礦物水化膨脹，泥頁巖經其處理后的硬度與經白油基處理后的硬度相近，因而有利于泡沫鉆井過程中的井壁穩(wěn)定。同時，酸堿調節(jié)不會破壞抑制劑的分子結構，但是外加酸液和堿液會改變泡沫鉆井液中發(fā)泡劑的發(fā)泡性能，因此在現(xiàn)場施工中可根據酸液和堿液加量對鉆井液進行維護。

電源模塊主要是采用LM7812CT和LM7805CT集成芯片[2]。LM7812CT是一個線性直流穩(wěn)壓器。其中，C1、C2 是濾波電容，為 2200μF；C3、C4 是用來改善輸入紋波，為1μF；C5、C6用來消除模塊輸出。

4 結 論

1) 通過對發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑以及泥頁巖抑制劑的性能進行評價，研制了可循環(huán)強抑制性穩(wěn)定泡沫鉆井液。在堿性條件下，該泡沫鉆井液表現(xiàn)出優(yōu)良的泡沫性能，具有較好的抗溫、抗污染能力。

2) 利用復配發(fā)泡劑FPH對酸堿的敏感性，通過調節(jié)pH值可實現(xiàn)泡沫鉆井液發(fā)泡—消泡—再發(fā)泡的多次循環(huán)利用，能避免鉆井過程中地面泡沫的大量堆積，有助于降低鉆井成本。

3) 低分子胺類抑制劑易進入黏土晶層，阻止水分子進入黏土使其水化，高分子胺類抑制劑則吸附于黏土表面形成保護膜，將高分子與低分子胺類抑制劑復配，發(fā)揮協(xié)同增效作用，可實現(xiàn)良好的抑制效果。同時，胺類抑制劑具有持久抑制能力，因此有利于泡沫鉆井過程中的井壁穩(wěn)定。

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