性能優異的鉆井液能夠改善固井膠結質量。而通過新型鉆井液技術的研究,把鉆井液作為提高固井二界面封固質量的新手段,以此提高固井質量是近年來越來越受到重視的研究課題。謝鳳臣等人[12,13]根據大慶油田三次加密調整鉆井的需要,以及油田長期開發造成的多壓力地層狀況,研制出了多元硅鉆井液,通過室內實驗和5口井的現場試驗,證明這種鉆井液可以有效地改進二界面膠結強度,有利于提高二界面固井質量。通過對二界面封固系統的封固機理研究,他們認為如果在鉆井液中加入某些處理劑,鉆井過程中能以液態或微顆粒態吸附在濾餅中,通過離子置換參與界面上水泥漿的水化、膠結,并可與井壁圍巖發生吸附、膠結,增強濾餅與水泥環、圍巖的親合力,改進水泥環)濾餅)圍巖的膠結狀況,就可達到提高二界面固井質量的目的。

 

  根據此機理研究出的LPS鉆井液,其濾餅薄、強度高、滲透率低,二界面膠結強度平均高于0.4 MPa,二次聲變數據說明該鉆井液具有明顯提高二界面固井質量的作用,有利于三次加密調整井的固井。

 

  謝鳳臣等人認為濾餅的強度、韌性、壓縮性、濾餅的化學成分等也都在一定程度上影響著二界面的膠結。將強度實驗后所形成的濾餅進行了掃描電鏡(JSM-5600 LV型)分析,并對水泥環養護過程中在濾餅內外表面出現的一些晶狀物進行了能譜分析,結果表明,在濾餅內外表面以及巖心外表面、水泥環內表面形成的晶狀物多為硅鋁酸鹽結晶(內濾餅含有一定量鉀離子、外濾餅含有較高的鈣離子),該類結晶體互相交錯,有效提高了界面的膠結強度。

 

  許永志等人[14]提出了利用鉆井液濾餅提高固井界面膠結質量的觀點,他們通過鉆井液添加劑GSN來提高固井一、二界面膠結強度。鉆井液添加劑GSN是一種含有無機高分子化合物的乳化液。

 

  在鉆井液中破乳時,釋放出的高分子化合物有束縛自由水的作用;還可以與粘土結合,生成包被物吸附在井壁上,減小孔隙,降低鉆井液失水和抑制泥頁巖膨脹。固井時,水泥漿中的二價和多價離子與套管外微濾餅和地層濾餅中的GSN發生反應生成不溶物,可提高水泥界面的膠結強度。室內試驗表明,一界面膠結強度由0.34 MPa提高到0.68 MPa,二界面膠結強度由0.58 MPa提高到1.1 MPa。

 

  多功能鉆井液的一個顯著特點是含有活化材料,在固井過程中能在井壁上形成堅韌的濾餅,有助于井壁穩定[15]。濾餅在一定條件下(激活劑的擴散、井底溫度影響)固化,使固井液和井壁間膠結成牢固的整體;地層微裂縫內及不規則井眼內局部窩存的鉆井液在一定條件下也能固化,有利于層間封隔,有效地解決了傳統固井中鉆井液與水泥漿不相溶的技術難題,并能預防或解決固井過程中出現的循環漏失、液柱回落等問題。完鉆后采用泥漿轉化為水泥漿技術轉變為可固化的材料,顯著提高第二界面的膠結質量和整個井筒固井質量。

 

  黃柏宗等人[16]認為在小井眼鉆井和完井中,對于其它情況出現的窄環空間隙固井而言,穩定的井壁是需要的,換句話說,良好、穩定、具有一定強度、耐沖蝕、能防止循環漏失、能與固井液相容的濾餅是至關重要的。在20世紀90年代,美國首先推出UF和MTC全方位結合的小井眼窄環空固井技術和方法,并賦予實施,取得較好的效果。

 

  為解決易漏、易塌地區的鉆井施工難題,董偉等人[17]進行了高爐水淬礦渣在鉆井液中應用特性的實驗研究。結果表明:利用高爐水淬礦渣在堿性條件下和地層溫度作用逐漸活化形成類似水泥的物質,阻止了水分子的侵入,改變了泥餅的結構,加固了地層頁巖的膠結,使之趨于穩定,同時堵塞了地層孔隙。因此,改善了泥餅質量,起到防塌、防漏的作用。董偉等人重點研究了加入一定量的高爐水淬礦渣鉆井液的流變性、泥餅質量的變化趨勢,從而找到利用高爐水淬礦渣為添加劑的鉆井液與井眼穩定、井漏和固井質量的關系。

 

  將API失水的泥餅放在鉆井液中浸泡(70e?

 

  3e、24 h),通過實驗發現,無論分散鉆井液還是不分散鉆井液,基漿泥餅均被溶蝕,而加入礦渣的泥餅明顯有一定的硬度,且隨著加量的增大,硬度變大。

 

  由此可以推斷,加有水淬礦渣的鉆井液在液柱壓力作用下失水形成泥餅,水淬礦渣堆集在泥餅上,在堿性物質(泥漿一般都含有)和地層溫度作用下,逐漸活化形成類似水泥的物質,這種物質加固了地層頁巖的穩定,堵塞了地層孔隙,因此有助于井壁的穩定,防止井塌、井漏的發生。因此可得出推論:對于含有礦渣的泥餅中形成這種類似水泥的物質會提高地層與水泥之間的膠結強度,從而能夠提高固井質量。為驗證推論是否正確,進行了現場試驗。試驗表明高爐水淬礦渣鉆井液較為顯著地改善了泥餅質量,有利于防塌、防漏,重要的是對提高固井質量十分有利。現場試驗的8口井固井質量都明顯改善。

 

  董偉等人的研究啟示我們,泥餅自身的硬化作用和潛在活性的存在,應該對井壁的封固和二界面膠結質量的提高至關重要,是一個重要的技術思路和能夠增強固井界面膠結強度鉆井液的研究方向。

 

  硅酸鹽鉆井液是優良的環保型防塌體系,是國內外重點研究的鉆井液體系。Cardno D G等人[18]

 

  發現硅酸鹽鉆井液對完井固井的膠結質量有較大的改善,他們用研究改進的硅酸鹽鉆井液鉆水敏性地層,改進了固井界面的膠結質量,解決了LiverpoolBay油田存在的固井后發生氣竄和環空壓力增加的問題。他們認為這種改進的硅酸鹽鉆井液通過固化加固井壁的機理實現對水敏性地層的抑制,保證了井徑規則,但也應該形成有利于固井二界面膠結強度提高的泥餅,因此提高了固井界面的膠結強度。

 

  而普通的聚合物鉆井液的抑制機理是抑制泥頁巖的水化作用。

 

  Dillenbeck R L等人[19]的研究發現含有鉀鹽和銨鹽的固井液體系也對泥頁巖段的二界面膠結強度的改善有利。

 

  由此可見,多功能鉆井液和硅酸鹽鉆井液等鉆井液體系所具有的固化硬化井壁的性能,能夠幫助提高二界面的膠結強度,變二界面的薄弱層為增強層,符合吳中偉教授的思路。這種作用只有通過具有新型功能的鉆井液才能實現,也是通過鉆井液優化固井質量的技術潛力和優勢所在。