如何使用優(yōu)質(zhì)鉆井液提高固井質(zhì)量

  性能優(yōu)異的鉆井液能夠改善固井膠結質(zhì)量。而通過(guò)新型鉆井液技術(shù)的研究,把鉆井液作為提高固井二界面封固質(zhì)量的新手段,以此提高固井質(zhì)量是近年來(lái)越來(lái)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(cháng)期開(kāi)發(fā)造成的多壓力地層狀況,研制出了多元硅鉆井液,通過(guò)室內實(shí)驗和5口井的現場(chǎng)試驗,證明這種鉆井液可以有效地改進(jìn)二界面膠結強度,有利于提高二界面固井質(zhì)量。通過(guò)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(guò)程中能以液態(tài)或微顆粒態(tài)吸附在濾餅中,通過(guò)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(fā)生吸附、膠結,增強濾餅與水泥環(huán)、圍巖的親合力,改進(jìn)水泥環(huán))濾餅)圍巖的膠結狀況,就可達到提高二界面固井質(zhì)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(shuō)明該鉆井液具有明顯提高二界面固井質(zhì)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(xué)成分等也都在一定程度上影響著(zhù)二界面的膠結。將強度實(shí)驗后所形成的濾餅進(jìn)行了掃描電鏡(JSM-5600 LV型)分析,并對水泥環(huán)養護過(guò)程中在濾餅內外表面出現的一些晶狀物進(jìn)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(huán)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(lèi)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(zhì)量的觀(guān)點(diǎn),他們通過(guò)鉆井液添加劑GSN來(lái)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(wú)機高分子化合物的乳化液。

 

  在鉆井液中破乳時(shí),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(yè)巖膨脹。固井時(shí),水泥漿中的二價(jià)和多價(jià)離子與套管外微濾餅和地層濾餅中的GSN發(fā)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(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是含有活化材料,在固井過(guò)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(shù)難題,并能預防或解決固井過(guò)程中出現的循環(huán)漏失、液柱回落等問(wèn)題。完鉆后采用泥漿轉化為水泥漿技術(shù)轉變?yōu)榭晒袒牟牧?顯著(zhù)提高第二界面的膠結質(zhì)量和整個(gè)井筒固井質(zhì)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(huán)空間隙固井而言,穩定的井壁是需要的,換句話(huà)說(shuō),良好、穩定、具有一定強度、耐沖蝕、能防止循環(huán)漏失、能與固井液相容的濾餅是至關(guān)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(huán)空固井技術(shù)和方法,并賦予實(shí)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(jìn)行了高爐水淬礦渣在鉆井液中應用特性的實(shí)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(lèi)似水泥的物質(zhì),阻止了水分子的侵入,改變了泥餅的結構,加固了地層頁(yè)巖的膠結,使之趨于穩定,同時(shí)堵塞了地層孔隙。因此,改善了泥餅質(zhì)量,起到防塌、防漏的作用。董偉等人重點(diǎn)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(zhì)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(zhì)量的關(guān)系。

 

  將API失水的泥餅放在鉆井液中浸泡(70e?

 

  3e、24 h),通過(guò)實(shí)驗發(fā)現,無(wú)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(zhù)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(zhì)(泥漿一般都含有)和地層溫度作用下,逐漸活化形成類(lèi)似水泥的物質(zhì),這種物質(zhì)加固了地層頁(yè)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(fā)生。因此可得出推論:對于含有礦渣的泥餅中形成這種類(lèi)似水泥的物質(zhì)會(huì )提高地層與水泥之間的膠結強度,從而能夠提高固井質(zhì)量。為驗證推論是否正確,進(jìn)行了現場(chǎng)試驗。試驗表明高爐水淬礦渣鉆井液較為顯著(zhù)地改善了泥餅質(zhì)量,有利于防塌、防漏,重要的是對提高固井質(zhì)量十分有利?，F場(chǎng)試驗的8口井固井質(zhì)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(zhì)量的提高至關(guān)重要,是一個(gè)重要的技術(shù)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(yōu)良的環(huán)保型防塌體系,是國內外重點(diǎn)研究的鉆井液體系。Cardno D G等人[18]

 

  發(fā)現硅酸鹽鉆井液對完井固井的膠結質(zhì)量有較大的改善,他們用研究改進(jìn)的硅酸鹽鉆井液鉆水敏性地層,改進(jìn)了固井界面的膠結質(zhì)量,解決了LiverpoolBay油田存在的固井后發(fā)生氣竄和環(huán)空壓力增加的問(wèn)題。他們認為這種改進(jìn)的硅酸鹽鉆井液通過(guò)固化加固井壁的機理實(shí)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(yè)巖的水化作用。

 

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

 

  由此可見(jiàn),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(guò)具有新型功能的鉆井液才能實(shí)現,也是通過(guò)鉆井液優(yōu)化固井質(zhì)量的技術(shù)潛力和優(yōu)勢所在。