泡沫鉆井技術始于20世紀50年代中期的美國，國內(nèi)在80年代開始泡沫鉆井技術的研究和應用，并相繼在新疆、遼河、勝利、大慶、渤海等油田試驗及應用。制約泡沫鉆井技術推廣的瓶頸技術之一是無法實現(xiàn)泡沫循環(huán)利用，以降低成本。機械消泡法是目前比較常用的消泡方法，其消泡原理是依靠機械力引起的強烈振動或壓力變化促進泡沫破裂，實現(xiàn)泡沫循環(huán)利用。本文通過自制的泡沫循環(huán)裝置(其消泡機理屬于機械消泡法)，研究操作參數(shù)(噴射壓力、氣液比)、消泡裝置結構參數(shù)(噴嘴直徑、噴嘴與擋板間距)與消泡率關系，為正確設計機械消泡裝置，同時也為實現(xiàn)機械與化學聯(lián)合消泡提供技術支持。

1、 試驗系統(tǒng)

試驗系統(tǒng)由發(fā)泡系統(tǒng)、泡沫加熱系統(tǒng)和機械消泡裝置系統(tǒng)3部分構成 ，如圖1。泡沫流體通過噴嘴時，利用其沖擊力、剪切力及產(chǎn)生的負壓來實現(xiàn)消泡。破泡后的液體可回流到泡沫基液罐，實現(xiàn)循環(huán)利用。

2、 消泡率定義

消泡是指采用物理、化學或機械的方法使氣、液混合物中的氣體分離出去，故可將消泡率定義為：消泡后的氣體量與消泡前氣體總量的百分比。經(jīng)理論推導得到消泡率計算式為：

式中：P 為消泡后泡沫流體密度；P。為消泡前泡沫流體密度；P，為基液密度。

具體試驗過程是：當消泡過程穩(wěn)定時，從擋板下端量取一定量的泡沫流體，測定其密度(P )；繼續(xù)靜置一段時間，待泡沫流體中的泡沫自然破裂并全部析出基液，測定其密度(P )。消泡前泡沫流體密度(P。)通過理論氣液比換算得到。

3、 試驗結果

3．1 噴射壓力與消泡率關系

通過調(diào)節(jié)噴嘴前面截止閥的開度可改變噴射壓力，噴嘴直徑分別為3 mm和8 mm，噴嘴至擋板間距離為300 mm時(后續(xù)試驗中若未加說明，噴嘴至擋板間距離均取300 mm)，試驗測得不同氣液比下噴射壓力與消泡率關系，如圖2所示。

從圖2可以看出，消泡率隨噴射壓力上升而增加，因為噴射壓力越大，噴嘴內(nèi)外壓差越大，泡沫更容易膨脹破裂。當噴射壓力較小時，隨噴射壓力增加而消泡率增加較快，但當噴射壓力達到一定值后，消泡率隨噴射壓力增加而增加緩慢。在進行機械消泡裝置設計時，設計的噴射壓力不是越高越好，而是處在某一范圍內(nèi)，可避免因提高噴射壓力而消耗過多的能量。本裝置推薦噴射壓力為0．3～O．5 MPa。

3．2 噴嘴直徑與消泡率關系

通過更換不同孔徑的噴嘴，研究氣液比分別為37：1和106：1時，不同噴射壓力下噴嘴直徑與消泡率關系，如圖3所示。

         從圖3可以看出，相同條件下消泡率隨噴嘴直徑增加而降低，但是當噴嘴直徑>5 mm時，消泡率隨噴嘴直徑增大而降低的速度明顯趨緩?？紤]到實際泡沫鉆井中泡沫流體可能攜帶有微小鉆屑顆粒，噴嘴直徑取5～6 mm較合適。

3．3 氣液比與消泡率關系

噴嘴直徑為6 mm，通過改變進氣量和進液量，研究在不同噴射壓力下，氣液比與消泡率關系，如圖4所示。

從圖4可知，相同條件下消泡率隨氣液比的增加而增加。通常，隨氣液比增加，泡沫質(zhì)量相應增加，泡沫越來越黏稠，泡沫中的氣體應該更難除去，即隨著氣液比增加，消泡率應該越低，為何試驗結論與常理相反?分析認為，當氣液比達到49：1時，理論上泡沫質(zhì)量已達0．98，此時泡沫已由穩(wěn)定泡沫區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)殪F區(qū)，泡沫流體的流變特征已發(fā)生變化，普遍認可的泡沫黏度與氣液比間的關系已不適合已霧化的泡沫流體，因此，出現(xiàn)本試驗的現(xiàn)象，即消泡率隨氣液比增加而增加，而不是下降的現(xiàn)象。因此，在滿足鉆井工藝要求的前提下，可以選擇含氣量較高的泡沫。

3．4 噴嘴至擋板間距離與消泡率關系

氣液比分別為43：1和120：1時，在一定的噴嘴直徑和噴射壓力情況下，研究消泡率與噴嘴至擋板間的距離關系，如圖5。

由圖5可知，相同條件下噴嘴至擋板問距離與消泡率基本無關。盡管噴嘴至擋板間的距離基本不影響消泡率，但擋板的作用仍然不容忽視。首先通過設置擋板可以減小消泡裝置的尺寸；其次，有關文獻報道擋板材料及表面粗糙度對消泡率有影響，其影響大小尚需進一步驗證。

4、 結論

1) 通過機械消泡試驗系統(tǒng)研究噴射壓力、噴嘴直徑、氣液比和噴嘴與擋板間距離4個參數(shù)與消泡率關系。

2) 消泡率隨噴射壓力上升而增加；相同條件下消泡率隨噴嘴直徑增加而降低。但是，當噴嘴直徑>5 mm時，消泡率隨噴嘴直徑增大而降低的速度明顯趨緩；消泡率隨氣液比的增加而增加；噴嘴至擋板間距離與消泡率基本無關，但擋板的作用仍然不容忽視。