使用优质钻井液提高固井二界面胶结质量

钻井液对固井界面胶结质量的影响是近年来国内外日益关注的问题。从胶结界面的基本观点、钻井液对固井质量的不良影响和新型钻井液体系对固井界面胶结质量的增强作用等方面对相关文献进行了综述分析，得出结论如下：①钻井液不仅仅是钻井工程的一个重要部分，而且也是完井工程的一个重要组成部分，与固井质量息息相关，直接影响到油气井的勘探开发效益；②在认识钻井液对固井质量的影响方面，不仅要认识到钻井液对固井质量的不良影响，更要看到新型钻井液技术的发展可能会有效地改善和强化固井质量的积极的一面；③应该注意研究新型的能够增强固井二界面胶结质量的钻井液技术，做为固井技术的一个有益的补充，以此更加高效经济地提高特殊工艺井和各种复杂井的固井质量；④由于钻井液在钻井和完井工程中的特殊地位，为了提高油田建井质量和勘探开发效益，应适当加大对钻井液的投入，以保证在钻井的全过程钻井液性能优异，同时为提高固井质量创造有利条件。     

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料，其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确，为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理，利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度，利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时，硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%；微观分析结果表明，套管表面聚集着大量Al元素(AH₃凝胶)，其高聚合度可以降低界面处的孔隙率，从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。     

镶嵌屏蔽钻井液滤饼对固井二界面胶结质量的影响与提高措施

固井质量的好坏是决定后期开采作业能否顺利进行的关键,钻井过程中形成的滤饼会影响固井二界面的胶结质量,因此通过固井二界面胶结强度的评价方法,分析镶嵌屏蔽钻井液滤饼对固井二界面胶结质量的影响,结合SEM和EDS进一步说明钻井液形成的虚滤饼因为其疏松的凝胶状态导致固井二界面质量降低。针对以上问题,选用脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、脂肪酸山梨醇酐聚氧乙烯醚60（T60）、聚氧乙烯烷基酚醚（OP）3种渗透剂对镶嵌屏蔽钻井液滤饼进行冲洗,实验结果表明,AEO对镶嵌屏蔽钻井液滤饼的冲洗效果最好,滤饼通过AEO冲洗后,固井二界面胶结强度增大33.34%～166.67%,提高了固井二界面的胶结质量。      

钻井液性能对水淹层固井质量的影响

重点研究了钻井液性能对水淹层固井胶结质量的影响规律，试图通过强化钻井液的相关性能、改善钻井液技术的途径来提高水淹层的固井质量。通过研究，得出的基本结论是：①钻井液性能对于水淹层固井界面胶结质量的控制至关重要；②影响水淹层固井质量的主要性能是钻井液的滤失造壁性能。在水淹层封固段形成致密坚韧、渗透率低的泥饼能够有效减轻水淹层对固井质量的不利影响；③为了保证水淹层的固井质量，应在水淹层区块钻井和完井的全过程使用抑制性强，造壁性能好的优质钻井液体系，精心维护性能；④水淹层固井时，通过使用特殊的胶乳冲洗隔离液对封固表面进行预处理，能够减轻钻井液对封固界面胶结质量的不利影响，增加封固表面的反应活性，密实胶结界面，从而提高水渣层的固井质量．     

新型胶乳冲洗隔离液试验

如何有效地提高各种高难度复杂井的固井界面胶结质量，特别是固井二界面的胶结质量，是钻井工程需要解决的重大技术难题之一。为经济有效地提高固井界面胶结质量，研究了新型的胶乳冲洗隔离液。试验研究表明，在冲洗隔离液中引入特制的胶乳处理剂后，能够使冲洗隔离液同时具有冲洗、隔离和胶结界面预处理三种功能。通过直接对胶结界面的预处理，能够增强固井液对套管，特别是井壁滤饼的胶结能力，形成致密的胶结层，从根本上提高界面胶结强度。该胶乳冲洗隔离液配方简单，配制成本低，便于现场推广使用。     

提高二界面胶结强度的多元硅钻井液

根据大庆油田3次加密调整钻井的需要，以及油田长期开发造成的多压力地层状况，研制出了多元硅钻井液，通过室内实验和5口井的现场试验，证明这种钻井液可以有效地改进二界面胶结强度，有利于提高二界面固井质量。     

LPS多元硅钻井液提高二界面胶结强度的研究

针对大庆油田三次加密区多压力层系薄油层，差油层的二界面固井质量问题，通过对井壁围岩，泥饼，水泥石的物理和化学结构，组成和成分的分析，研制了一种多元硅界面增强剂LPS。LPS主要由硅醇，低分子量聚合物，有机成膜剂组成。以LPS为主要处理剂研制出一种新型钻井液体系，研究结果表明，LPS多元硅钻井液体系具有液变必合理，抑制剂强，油气层保护性好，能够提高水泥环－泥饼－地层的胶结能力等优点，经5口三次加密调整井的现场试验证明，LPS多元硅钻井液对井壁有较好的稳定作用，在一定程度，有效地提高了二界面胶结强度，利于提高二界面固井质量；钻井液性能优良，保护油气层效果好，井径扩大率较小，满足大庆油田加密调整井钻井要求。     

干井筒固井技术及在元坝区块陆相井的应用

通过元坝区块１０口已完钻陆相井的固井实践发现,干井筒固井技术在一开、二开气体钻井井眼中应用效果良好。分析了元坝陆相井的地质概况和气体钻井井眼的固井难点,介绍了干井筒固井的适用条件和主要技术措施,以元陆９井为例详细分析了２４４．５ｍｍ技术套管干井筒固井的现场施工工艺。对１１井次干井筒固井的作业时间和胶结质量进行统计,并与常规固井进行对比,发现表层套管平均固井时间节省８．６９ｄ,技术套管节省６．７９ｄ;表层套管第一、二界面胶结质量分别提高１５．２％和２１．８％,技术套管第一、二界面分别提高９％和１３．７％, 在提高第二界面胶结质量上效果更明显,认为干井筒固井技术是元坝区块陆相井值得推荐的固井方式。     

提高固井第二界面质量的技术研究与应用

为了提高水泥环的层间封隔能力,利用ESEM、Zeta电位仪、FTIR及钻井液滤饼模拟等方法,研究了钻井液及其滤饼对固井第二界面质量的影响,并提出了一种滤饼清除技术。研究结果表明:钻井过程的钻井液性能不满足提高固井第二界面胶结质量的要求,该钻井液容易在井壁上形成虚厚的滤饼,将严重恶化水泥石与地层间的界面胶结,降低固井第二界面质量,室内模拟水泥石与岩心间界面的7 d胶结强度仅为0.12 MPa。在固井前调整钻井液的p H值≈11、流性指数n0.75、动切力YP≈5 Pa,通过提高钻井液的pH值和流变性以破坏钻井液中聚合物的化学结构、增加钻井液中高分子处理剂的亲水性,并提高钻井液中黏土颗粒表面的ζ电位、增加黏土颗粒间的分散作用,可提高对滤饼的清除程度及水泥浆的顶替效率,水泥石与岩心界面间7 d的胶结强度由0.12 MPa提高到了1.18 MPa。同时,固井前调整钻井液性能并结合配套浆柱结构技术,已在大港油田连续应用14井次,固井第二界面优质率从23.1%提高至71.6%。     

超声反射波频谱分析的模拟研究

半波层原理和多层介质反射波理论是固井质量检测方法研究的依据。对套管井各介质参数进行了模拟，分析了多层介质反射波的频谱特性，研究了识别第一界面（水泥与套管）和第二界面（水泥与地层）特征信息的方法。结果表明，采用满足套管谐振频率的超声反射波频谱分析技术，可以区别和提取两个界面胶结状态的特征信息，从而达到检测水泥胶结质量的目标。     

库车山前固井质量风险评价研究

塔里木山前构造油气资源丰富,但其气藏埋深在7 000 m左右,应用油基钻井液可有效地解决盐膏岩、泥页岩层段钻进过程中井下复杂问题,但在此环境下油基钻井液影响了水泥石与井壁/套管的胶结能力。为此,以已施工井的相关数据为参考依据,分别从液固界面润湿反转能力、防漏条件下提高顶替效率的施工排量、固井井筒浆体性能匹配以及套管扶正器安放情况为研究对象,系统分析影响固井质量的主要因素。研究结果表明,在用隔离液中表面活性剂/水大于30%可实现胶结界面处于亲水状态、在未发生漏失条件下排量达到塞流流量以上均有助于提高顶替效率,每2个套管安放一个扶正器能确保套管居中度大于67%;综合分析表明,影响部分井固井质量不理想的主要原因是套管居中度差与部分井段井筒内的浆体匹配性差。基于本论文理论与现场相结合的针对性研究,为提高区域固井质量提供了切实可行的方法与依据。      

一种高效清除井壁滤饼的新型固井冲洗液

为有效清除水基钻井液滤饼,提高固井界面胶结强度和固井质量,基于水溶性纤维的强冲刷原理和滤饼氧化分解原理,研究出一种新型的固井冲洗液（WD-C） ：0.5%WF-H纤维+2.2%WF-O氧化剂+0.35%FeSO₄ +1.8%KCl+3.0%膨胀珍珠岩粉+水,密度为1.03 g/cm³。为此,系统地测试评价了该冲洗液对水基钻井液滤饼的清洗效率和改善固井界面胶结强度的性能,并通过红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）和元素分析（EDS）等方法分析了其对界面胶结物的理化特征和微观结构的影响。结果表明,该冲洗液对水基钻井液滤饼具有良好的冲洗作用（冲洗干净时间在10 min内）,且界面胶结处的水泥颗粒能够正常水化,生成水化硅酸钙凝胶、Ca（OH）₂和棒状钙矾石（AFt）晶体,并相互交织并形成致密网络结构,能显著提高固井二界面胶结强度,进而提高固井质量。该研究成果为解决高效快速清除水基钻井液滤饼、提高固井二界面胶结强度技术难题提供了又一种新的技术方法。     

提高定向井第二界面胶结质量的钻固一体化技术

定向井由于其井眼轨迹复杂、套管不易居中,导致固井顶替效率低、泥饼清除困难。而顶替不干净的钻井液和未清除的井壁泥饼与水泥浆不相溶是固井第二界面胶结质量差的主要原因。钻固一体化技术的实质是在钻井液中引入一种可固化的潜活性胶凝材料,在井壁形成可固化的泥饼,固井时通过补充潜活性材料和加入激活剂可将其转换做为固井液,有效解决了钻井液与固井液不相溶的难题。该技术在两口定向井成功应用,有效提高了油层段的第二界面胶结质量,有效防止了各种流体层间窜流的可能性。     

煤层气近井煤缝壁面滤饼的结构与硬度特征及工程意义

煤层气近井部位钻完井液侵入形成的煤缝壁面滤饼结构,对压裂裂缝的起裂和延展具有较为复杂的制约关系。为了弄清煤缝壁面滤饼的结构与力学性状及其对压裂裂缝起裂延展的控制作用机制,基于矿井解剖、界面区微观结构SEM及元素EDS分析、矿相XRD测试以及界面硬度压痕法试验等手段,分析研究了煤层气近井煤缝壁面滤饼的组合方式、界面搭接结构、界面力学性状等制约压裂裂缝延展的关键因素。研究结果表明:①煤层气近井煤缝壁面与滤饼界面主要有煤岩—固井水泥滤饼搭接型、固井水泥滤饼—钻完井液滤饼—煤岩搭接型两种形式,前者界面结合相对更为紧密;②上述两种滤饼界面区的基材没有发生显著的物理化学变化,界面清晰、分界明显,均属于惰性接触界面;③压痕结果显示,煤岩—固井水泥滤饼搭接型界面材料维氏硬度规律为固井水泥滤饼煤岩搭接界面,而固井水泥滤饼—钻完井液滤饼—煤岩搭接型界面材料维氏硬度规律为固井水泥滤饼钻完井液滤饼搭接界面,硬度值能够较好地指示界面组合中的力学薄弱面;④从矿井解剖现场采集的样品证实,水力压裂期间压裂裂缝优先突破煤岩—钻完井液滤饼的界面。结论认为,该研究成果可以为煤储层水力压裂裂缝延展机制理论深化、压裂裂缝起裂延展模式的精准构筑、压裂效果评价等提供新的思路。     

高温高压下油井水泥环胶结强度测试新方法

固井注水泥完成后,水泥环与套管(Ⅰ界面)、与地层(Ⅱ界面)的胶结强度是影响固井质量的重要因素,但目前的水泥环胶结强度测量方法不能很好地模拟井下条件水泥环的形成以及泥饼的冲洗过程,致使测量出的胶结强度数据不能很好地为现场施工提供参考。为此,在分析现有测量水泥环胶结强度方法的基础上,提出了一种能够模拟井下条件的水泥环胶结强度的测量新方法,并且研制了相应的测量装置。该装置能够模拟高温高压环境下不同钻井液在岩心上形成泥饼、钻井液泥饼的动态冲洗、水泥环的养护形成过程,并测量出水泥环与岩心、水泥环与模拟套管的界面胶结强度等。结论认为,利用该装置能够开展水泥环动态冲洗与高温高压养护实验,还能测量第一界面与第二界面的胶结强度,较之于以前的方法更能贴合现场的实际,更具有实用价值;但要评价地层岩性、冲洗液体系等因素对胶结强度的影响还需要利用该装置做进一步的深入研究。     

固井顶替界面研究方法分析

稳定平齐的顶替界面可以有效地防止钻井液对水泥浆的污染,降低环空钻井液的迟流和滞留现象,提高固井界面的胶结质量和环空封隔的效果.文中首先总结了固井顶替界面的主要影响因素,然后分析了3种固井顶替界面研究方法的优缺点,最后根据目前固井顶替界面研究的不足提出了今后的研究方向及相应建议：以二维Hele-Shaw模型为基础,深化稳定顶替界面的形成机理及条件研究,并通过数值模拟和室内实验的方法进行验证,建立相应的注水泥稳定顶替界面参数设计方法及标准,并开发相应的通用软件,以便于现场应用.     

厚层状砂砾岩油藏优快钻井关键技术

临河坳陷JH2X断块适于大型丛式井开发，针对地层低成熟、低渗透、低强度和高黏土含量特点，开展了大井丛平台设计、一趟钻提速、高效储层保护液及弱界面增强固井等方面的技术研究，形成了以大井丛井口位置优化、高效PDC钻头优选、两疏成膜储层保护剂以及低温韧性防窜水泥浆等技术为核心的JH2X断块厚层状砂砾岩油藏优快钻井配套技术。现场应用结果表明，钻井、试油及投产同步进行，建产效率提升40%；19口井实现二开“一趟钻”完钻，平均钻井周期缩短16.27%；单井日产提高30%~36%；二界面固井优质率77.2%，提高10个百分点。该技术满足了JH2X断块优快钻井需求,为该区块后续钻井提供了技术支撑，可对国内其他同类地区的开发提供借鉴。     

固井、钻井液添加剂室内实验研究

替净是提高固井质量的一个重要前提。然而目前所具有的方法,还不能将钻井液,尤其是不能把滤饼清除干净,严重影响了水泥环的胶结强度。既然不能把它们清除干净,那是否可以利用它们,于是研究试验出了GSN添加剂。它的主要作用是随钻存在于井壁滤饼中,固井时可与水泥中的离子反应,提高滤饼与水泥环的胶结强度,从而提高水泥环界面强度。本文对这种新方法的作用机理进行了初步探讨,并在大量试验的基础上证明了它的实用性。     

油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用

油基钻井液完钻井井壁及套管壁上附着的油浆、油膜会影响固井界面的胶结性能。为了改善水泥环与环空界面的亲合性,提高界面胶结强度,研发了BCS-020L冲洗液体系。实验结果表明,BCS-020L冲洗液与钻井液、隔离液均有较好的相容性,对井壁和套管壁上附着的油基钻井液具有良好的冲洗效果,冲洗效率达到80%以上;对环空界面具有良好的润湿改性作用,可以有效促进水泥环与环空界面的胶结。该冲洗液体系在玉门油田柳平1井取得成功应用,固井质量优良。