性能優(yōu)異的鉆井液能夠改善固井膠結(jié)質(zhì)量。而通過新型鉆井液技術(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)量是近年來越來越受到重視的研究課題。謝鳳臣等人[12,13]根據(jù)大慶油田三次加密調(diào)整鉆井的需要,以及油田長期開發(fā)造成的多壓力地層狀況,研制出了多元硅鉆井液,通過室內(nèi)實驗和5口井的現(xiàn)場試驗,證明這種鉆井液可以有效地改進(jìn)二界面膠結(jié)強(qiáng)度,有利于提高二界面固井質(zhì)量。通過對二界面封固系統(tǒng)的封固機(jī)理研究,他們認(rèn)為如果在鉆井液中加入某些處理劑,鉆井過程中能以液態(tài)或微顆粒態(tài)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(jié),并可與井壁圍巖發(fā)生吸附、膠結(jié),增強(qiáng)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(jié)狀況,就可達(dá)到提高二界面固井質(zhì)量的目的。

 

  根據(jù)此機(jī)理研究出的LPS鉆井液,其濾餅薄、強(qiáng)度高、滲透率低,二界面膠結(jié)強(qiáng)度平均高于0.4 MPa,二次聲變數(shù)據(jù)說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(diào)整井的固井。

 

  謝鳳臣等人認(rèn)為濾餅的強(qiáng)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二界面的膠結(jié)。將強(qiáng)度實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(yǎng)護(hù)過程中在濾餅內(nèi)外表面出現(xiàn)的一些晶狀物進(jìn)行了能譜分析,結(jié)果表明,在濾餅內(nèi)外表面以及巖心外表面、水泥環(huán)內(nèi)表面形成的晶狀物多為硅鋁酸鹽結(jié)晶(內(nèi)濾餅含有一定量鉀離子、外濾餅含有較高的鈣離子),該類結(jié)晶體互相交錯,有效提高了界面的膠結(jié)強(qiáng)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(jié)質(zhì)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(jié)強(qiáng)度。鉆井液添加劑GSN是一種含有無機(jī)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(jié)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(fā)生反應(yīng)生成不溶物,可提高水泥界面的膠結(jié)強(qiáng)度。室內(nèi)試驗表明,一界面膠結(jié)強(qiáng)度由0.34 MPa提高到0.68 MPa,二界面膠結(jié)強(qiáng)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(wěn)定[15]。濾餅在一定條件下(激活劑的擴(kuò)散、井底溫度影響)固化,使固井液和井壁間膠結(jié)成牢固的整體;地層微裂縫內(nèi)及不規(guī)則井眼內(nèi)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(tǒng)固井中鉆井液與水泥漿不相溶的技術(shù)難題,并能預(yù)防或解決固井過程中出現(xiàn)的循環(huán)漏失、液柱回落等問題。完鉆后采用泥漿轉(zhuǎn)化為水泥漿技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒袒牟牧?顯著提高第二界面的膠結(jié)質(zhì)量和整個井筒固井質(zhì)量。

 

  黃柏宗等人[16]認(rèn)為在小井眼鉆井和完井中,對于其它情況出現(xiàn)的窄環(huán)空間隙固井而言,穩(wěn)定的井壁是需要的,換句話說,良好、穩(wěn)定、具有一定強(qiáng)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(jì)90年代,美國首先推出UF和MTC全方位結(jié)合的小井眼窄環(huán)空固井技術(shù)和方法,并賦予實施,取得較好的效果。

 

  為解決易漏、易塌地區(qū)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(yīng)用特性的實驗研究。結(jié)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(zhì),阻止了水分子的侵入,改變了泥餅的結(jié)構(gòu),加固了地層頁巖的膠結(jié),使之趨于穩(wěn)定,同時堵塞了地層孔隙。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(wěn)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),通過實驗發(fā)現(xiàn),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(zhì)(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(zhì),這種物質(zhì)加固了地層頁巖的穩(wěn)定,堵塞了地層孔隙,因此有助于井壁的穩(wěn)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似水泥的物質(zhì)會提高地層與水泥之間的膠結(jié)強(qiáng)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(xiàn)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(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(xiàn)場試驗的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(yīng)該對井壁的封固和二界面膠結(jié)質(zhì)量的提高至關(guān)重要,是一個重要的技術(shù)思路和能夠增強(qiáng)固井界面膠結(jié)強(qiáng)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(nèi)外重點研究的鉆井液體系。Cardno D G等人[18]

 

  發(fā)現(xiàn)硅酸鹽鉆井液對完井固井的膠結(jié)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(jié)質(zhì)量,解決了LiverpoolBay油田存在的固井后發(fā)生氣竄和環(huán)空壓力增加的問題。他們認(rèn)為這種改進(jìn)的硅酸鹽鉆井液通過固化加固井壁的機(jī)理實現(xiàn)對水敏性地層的抑制,保證了井徑規(guī)則,但也應(yīng)該形成有利于固井二界面膠結(jié)強(qiáng)度提高的泥餅,因此提高了固井界面的膠結(jié)強(qiáng)度。

 

  而普通的聚合物鉆井液的抑制機(jī)理是抑制泥頁巖的水化作用。

 

  Dillenbeck R L等人[19]的研究發(fā)現(xiàn)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(jié)強(qiáng)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(jié)強(qiáng)度,變二界面的薄弱層為增強(qiáng)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(xiàn),也是通過鉆井液優(yōu)化固井質(zhì)量的技術(shù)潛力和優(yōu)勢所在。