本發明屬于煤層氣藏鉆井技術領域，涉及一種煤層氣藏鉆井用發泡劑及其制備方法和應用。
背景技術：
能源的開發目標是多產出，獲得更大收益，最大程度地獲得產量。保護儲層，最大限度保持儲層的原有狀態是化石能源高效開發的關鍵，然而當外來流體進入儲層后，這些流體不可避免與儲層巖石接觸，而發生一系列物理-化學反應，造成儲層損害，有時甚至延誤對儲層的正確認識。不同類型的儲層，有著不同的儲層特點，煤層氣儲層不同于常規油氣儲層的特點是，它是一種含有無機礦物、裂縫發育的孔隙性有機巖儲層。有機巖特點，表明煤巖具有良好的疏水性；而孔隙性特點，表明具有吸附性。當外來流體進入儲層，疏水性占主導地位時，對煤儲層具有良好的保護作用，而吸附性占主導地位時，對煤儲層造成損害，且吸附能力越強，對儲層損害越嚴重。
欠平衡鉆井是有效保護儲層的方式之一，泡沫鉆井屬于欠平衡鉆井，泡沫流體具有高粘度，低密度，有利于防漏堵漏、儲層保護和保持井眼清潔。然而泡沫流體雖然是欠平衡流體，但它是一種水基流體，在對井眼反復沖刷過程中，會與井壁保持接觸，煤巖孔隙的吸附性仍然在一定時間的條件下占主導地位，對儲層造成損害。煤儲層是以有機巖為主的孔隙性極為發育的油氣儲集層，煤層氣吸附于這些孔隙中，且目前開發的煤層氣儲層埋深通常為1200m以淺。鉆井流體是第一個進入地層的流體，對煤儲層的損害往往是致命，因而要求煤層氣開采過程中的鉆井流體對煤儲層損害最小。目前鉆井用發泡劑均針對高溫或抗油等不同地層環境，因而一種適合煤巖特點的發泡劑形成的泡沫流體更有利于煤儲層保護，大幅度降低煤巖中的孔隙對流體的吸附，減少對煤儲層的損害的發泡劑是煤層氣高效開發所急需。目前常用的發泡劑均來自于日用化學工業，缺乏適合保護煤層氣藏鉆井專用發泡劑。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，開發出一種適合煤層氣藏鉆井用的發泡劑，本發明的目的在于提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑及其制備方法和應用。該煤層氣藏鉆井用發泡劑應用于煤層氣鉆井中，保持鉆井過程中的井眼清潔，可循環重復使用，最大限度保護儲層。
本發明提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑，以重量份計，該發泡劑的原料組分包括：
上述煤層氣藏鉆井用發泡劑中，優選地，以重量份計，該煤層氣藏鉆井用發泡劑的原料組分包括：
上述煤層氣藏鉆井用發泡劑中，優選地，所述脂肪酸可以包括棕櫚酸、月桂酸和油酸中的一種或多種的組合，但不限于此。
本發明還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，將脂肪酸、亞硫酸鈉、乙醇胺、氫氧化鈉和水加入到反應釜中，加熱升溫并攪拌均勻；
步驟二，然后加入甲酰胺和己內酰胺，繼續加熱攪拌，冷卻后得到煤層氣藏鉆井用發泡劑。
上述制備方法中，優選地，在步驟一中，加熱升溫的溫度為120-160℃；在步驟二中，加熱的溫度為120-160℃，攪拌時間為6h。
本發明還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑在煤層氣藏鉆井中作為發泡劑的應用。
上述應用中，優選地，所述應用為將所述煤層氣藏鉆井用發泡劑形成穩定泡沫流體和/或硬膠泡沫流體應用于煤層氣藏鉆井中。
上述應用中，優選地，所述穩定泡沫流體的形成過程為：
通過泡沫泵將所述煤層氣藏鉆井用發泡劑與基液在鉆柱內混合，于鉆頭井眼出形成穩定泡沫流體；其中所述煤層氣藏鉆井用發泡劑與所述基液質量比為(1％-3％)：1。
上述所提到基液主要由水、泥頁巖抑制劑、緩蝕劑和增稠劑等配制而成，根據不同地層情況合理選擇，所采用的泥頁巖抑制劑、緩蝕劑和增稠劑等均為本領域常規處理劑。
上述應用中，優選地，所述硬膠泡沫流體的形成過程為：
在鉆井液基礎上加入上述煤層氣藏鉆井用發泡劑，形成硬膠泡沫流體；其中，所述煤層氣藏鉆井用發泡劑的添加量保證控制鉆井液的密度大于0.7g/cm3。
上述所提到的鉆井液為本領域常規鉆井液，其主要是由鈉基膨潤土、增粘劑、降濾失劑、泥頁巖抑制劑、降粘劑、潤滑劑、殺菌劑、無機鹽和加重材料等中幾種或全部與水配制而成，根據不同地層情況合理選擇，所采用的鈉基膨潤土、增粘劑、降濾失劑、泥頁巖抑制劑、降粘劑、潤滑劑、殺菌劑、無機鹽、加重材料等均為本領域常規處理劑。
本發明煤層氣藏鉆井中的煤層氣主要為煤層甲烷，即瓦斯。富集于高瓦斯煤礦，在煤炭開采過程中，如果提前將這些富集的瓦斯通過地面開采，從能源利用角度，它是一種綠色能源，是能源大家庭中的一員；從安全角度，煤層氣的地面高效開采，將大大有利于煤炭安全生產，更有利于煤礦工作人員的生命安全。然而煤層氣吸附于有機煤巖的孔隙中，有機巖具有一定的疏水性，孔隙性又具有一定的吸附性，當疏水性占主導地位時，對煤儲層具有良好的保護作用，而當吸附性占主導地位時，就會對煤儲層造成煤儲層的損害。當水基外來流體進入儲層中，通常是疏水先占主導地位，隨著水基流體與孔隙性煤層接觸時間的增加，孔隙性會逐漸占主導地位，因而通過本發明煤層氣藏發泡劑形成的泡沫鉆井流體，從而提高鉆井速度和減少流體對煤層氣損害層面，能夠大大提高煤層氣的開采效率。
本發明提供的發泡劑泡沫性能良好，將其應用于煤層氣藏鉆井中，能夠循環重復使用，且能夠保持較佳的發泡體積和半衰期，最大限度保護儲層，具有良好的保持井壁清潔和上部地層防漏堵漏的作用。
具體實施方式
為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
實施例1
本實施例提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑中，以重量份計，該煤層氣藏鉆井用發泡劑的原料組分包括：
本實施例還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，按照上述原料添加量，將月桂酸、亞硫酸鈉、乙醇胺、氫氧化鈉和水加入到搪瓷襯底的反應釜中，在不斷攪拌的條件下升溫至130℃；
步驟二，然后按照上述原料添加了加入甲酰胺和己內酰胺，繼續于130℃加熱攪拌6h，冷卻至90℃時，停止攪拌，自然冷卻至室溫，得到黃色或淡黃色液體，即為煤層氣藏鉆井用發泡劑。
本實施例還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑在煤層氣藏鉆井中的應用。在本領域常規鉆井液基礎上加入上述煤層氣藏鉆井用發泡劑，形成硬膠泡沫流體；其中，所述煤層氣藏鉆井用發泡劑的添加量保證控制常規鉆井液的密度為0.78g/cm3。將該硬膠泡沫流體用于某地煤層氣現場的某一平臺的5口井。
實驗表明該平臺上部地層的漏失減少率、下鉆遇阻和卡鉆等事故發生率平均低于該區塊其它平臺53％以上，增產率高于該區塊其它平臺32％以上。同一區塊對比，漏失發生率降低67.3％，未遇下鉆遇阻和卡鉆事故。
實施例2
本實施例提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑中，以重量份計，該煤層氣藏鉆井用發泡劑的原料組分包括：
本實施例還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，按照上述原料添加量，將月桂酸、亞硫酸鈉、乙醇胺、氫氧化鈉和水加入到搪瓷襯底的反應釜中，在不斷攪拌的條件下升溫至130℃；
步驟二，然后按照上述原料添加了加入甲酰胺和己內酰胺，繼續于130℃加熱攪拌6h，冷卻至90℃時，停止攪拌，自然冷卻至室溫，得到黃色或淡黃色液體，即為煤層氣藏鉆井用發泡劑。
實施例3
本實施例提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑中，以重量份計，該煤層氣藏鉆井用發泡劑的原料組分包括：
本實施例還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，按照上述原料添加量，將棕櫚酸、亞硫酸鈉、乙醇胺、氫氧化鈉和水加入到搪瓷襯底的反應釜中，在不斷攪拌的條件下升溫至130℃；
步驟二，然后按照上述原料添加了加入甲酰胺和己內酰胺，繼續于130℃加熱攪拌6h，冷卻至90℃時，停止攪拌，自然冷卻至室溫，得到黃色或淡黃色液體，即為煤層氣藏鉆井用發泡劑。
實施例4
本實施例提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑中，以重量份計，該煤層氣藏鉆井用發泡劑的原料組分包括：
本實施例還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，按照上述原料添加量，將油酸、亞硫酸鈉、乙醇胺、氫氧化鈉和水加入到搪瓷襯底的反應釜中，在不斷攪拌的條件下升溫至130℃；
步驟二，然后按照上述原料添加了加入甲酰胺和己內酰胺，繼續于130℃加熱攪拌6h，冷卻至90℃時，停止攪拌，自然冷卻至室溫，得到黃色或淡黃色液體，即為煤層氣藏鉆井用發泡劑。
實施例5
本實施例提供一種煤層氣藏鉆井用發泡劑中，以重量份計，該煤層氣藏鉆井用發泡劑的原料組分包括：
本實施例還提供上述煤層氣藏鉆井用發泡劑的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，按照上述原料添加量，將油酸、亞硫酸鈉、乙醇胺、氫氧化鈉和水加入到搪瓷襯底的反應釜中，在不斷攪拌的條件下升溫至130℃；
步驟二，然后按照上述原料添加了加入甲酰胺和己內酰胺，繼續于130℃加熱攪拌6h，冷卻至90℃時，停止攪拌，自然冷卻至室溫，得到黃色或淡黃色液體，即為煤層氣藏鉆井用發泡劑。
實施例6
本實施例提供上述實施例1-5制備的煤層氣藏鉆井用發泡劑發泡性能評價實驗。向煤層氣藏鉆井中按照本領域常規鉆井液體積的2％分別添加實施例1-5制備的煤層氣藏鉆井用發泡劑，發泡性能如表1所示。
表1
由表1實驗數據可知，本發明上述實施例提供的煤層氣藏鉆井用的發泡劑性能良好，循環使用5次仍然保持較好的發泡體積和半衰期，其中，實施例1為最佳實施例。
綜上所述，本發明提供的發泡劑泡沫性能良好，將其應用于煤層氣藏鉆井中，能夠循環重復使用，且能夠保持較佳的發泡體積和半衰期，最大限度保護儲層，具有良好的保持井壁清潔和上部地層防漏堵漏的作用。