提高第二界面固井质量的钻井液与前置液研究

针对提高第二界面固井质量的问题．研究出了多功能钻井液和SF-1冲洗前置液。对这两种体系的性能评价表明：加入矿渣后多功能钻井液的滤失量大大降低．泥饼的胶结强度提高，从而降低了钻井液对地层的损害；加有活性组分的SF-1前置液具有较强的稀释钻井液、降低粘度和切力的作用，提高了钻井液和水泥浆的相容性。现场应用表明．多功能钻井液须与MTC固井液配合使用．才具有提高第二界面固井质量的效果；SF-1前置液改善了水泥环与套管和水泥环与井壁的胶结环境．增强胶结力，提高了水泥浆的顶替效率．有效地提高了固井质量。密度介于钻井液与水泥浆之间的加重前置液在现场使用效果良好．固井质量优质，钻井液与水泥浆界面清晰。     

两种评价钻井液对固井质量影响的实验方法

钻井液对固井质量的影响是多方面、多因素的。为了考察钻井液对固井质量的综合影响，在室内确定了以端面胶结和侧面胶结为基础的2种实验方案。经过检测，2种实验方案具有很好的可操作性和可靠性，并在此基础上建立了较为完善的实验评价方法，可用于评价钻井液对固井质量的影响或者检测前置液对滤饼的冲洗情况及前置液对二界面胶结质量的影响。     

提高水泥环第二界面胶结质量的固井技术

分析了苏北小油田固井水泥环第二界面胶结质量的影响因素,并从井眼准备和使用套管扶正器、泥饼刷、膨胀水泥、前置液等方面探讨了提高水泥环第二界面胶结质量问题。现场数十口井的应用表明,采用合理的固井技术措施后,该地区固井合格率达１００％、良好率达９０％以上,第二界面胶结质量合格率达７６％、良好率达４７％。     

固井用隔离液材料对界面胶结质量的影响

优良的固井界面胶结质量是防止环空气窜的关键性保障之一。围绕固井用隔离液研究存在的诸多技术难题,利用X衍射和扫描电镜测试等方法,开展了矿渣、重晶石等不同固相材料形成的隔离液对固井界面胶结质量的影响评价,并从界面胶结机理的角度,对不同材料影响的实质进行了分析。结果表明:含有矿渣类水硬性材料的前置液与钻井液的相容性良好,提高了固井二界面的胶结强度,而含有重晶石等惰性材料的前置液对界面胶结强度的提高作用不明显;含有矿渣类水硬性材料的前置液能够显著地抑制被前置液污染后水泥石抗压强度的衰退;在界面处矿渣类水硬性材料与水泥发生水化反应,降低了界面处氢氧化钙的含量,而且生成胶凝材料填充界面胶结的空隙,从而提高了界面胶结质量。研究结果为川渝油气田固井用隔离液的评价及优选提供了支撑,为固井质量的提高提供了重要参考。     

MTA防窜固井技术原理及现场应用分析

泥饼仿地成凝饼(MTA)法防窜固井,是针对MTC固井技术的不足、为更好地提高固井二界面胶结质量而提出的新技术。该方法是钻开封固段前50~200 m,在钻井液中加入0.5%~3.0%的泥饼改性剂并维持该比例至完井,固井时以凝饼形成剂为基础配置3~4 m3前置液,注入该前置液后随之注入水泥浆,不改变油井水泥浆体系,但对钻井液泥饼进行了处理。其整体固化胶结机理是,用凝饼形成剂对泥饼界面进行修饰、处理并使其与泥饼改性剂初步反应生成凝饼胶结物,再逐渐形成致密凝饼。为了验证MTA方法的实际固井效果,在大庆油田、胜利油田和河南油田的23口老区调整井(常规油井16口,稠油井7口)中进行了现场应用。应用结果表明,固井一、二界面质量合格率100%,其中大庆油田应用井固井质量优质率和合格率分别提高13.01百分点和1.15百分点,胜利油田应用井固井二界面质量合格率提高约30百分点,河南油田应用井平均总井段优质率达到90.48%。      

页岩气高密度固井前置液实验研究及优化

在页岩气固井作业中,通常会采用前置液来解决由于水泥浆与钻井液不相容引起的浆体稳定性差、地层漏失及固井质量差等问题,但是由于前置液加重剂颗粒级配不合理和清洗井壁效果不理想,会导致井内混浆多,水泥与井壁胶结质量差,进而影响前置液防漏堵漏效果和水泥石的强度。因此,室内研究了一种清洗型隔离液（C21L）,对高密度加重C21L与水泥浆、泥浆之间的配伍性研究,抗高温性等性能进行了评价。实验结果显示,C21L具有良好的抗温性,在水泥浆和泥浆中加入该前置液有效改善了混浆的流动性,且清洗效果好,为页岩气高密度固井作业奠定了技术基础。     

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由于受外在条件的限制水泥浆流态性能常常无法达到紊流顶替要求，而井眼状况、钻井液性能调整对界面胶结质量的影响又常被固井作业者所忽视； 文章结合大港油田现场作业结果提出的固井前钻井液性能地面调整可以降低固井施工紊流顶替对水泥浆流态性能的过高要求以及使用前置液紊流低返速顶替固井技术提高二界面胶结质量，充分体现了固井工程“一体化”系统设计思想；固井前调整、优化钻井液流变性能，可降低钻井液屈服值、塑性粘度、初终切力和流动摩阻压力，防止固井顶替过程中泵压过高压漏薄弱地层，并能有效除去大块钻屑及附着在井壁的虚滤饼，预防固井后声幅测井电测遇阻下小钻杆通井等复杂工况，有利于改善滤饼质量并提高第二界面胶结质量；在水泥浆返速无法达到紊流流态性能下采用前置液紊流冲洗及水泥浆低返速顶替技术，并结合流速剖面梯级匹配顶替技术，能够有效提高顶替效率，适合窄安全压力窗口防漏注水泥的施工要求，提高固井质量。     

适用于油基钻井液的高效前置液的研究与应用

中国适用于油基钻井液的前置液品种较单一，可选性差，且它们的冲洗效果、与油基钻井液的相容性等性能尚有待完善。因此，研制出了用于油基钻井液完钻井的高效前置液。介绍了前置液的组成及作用机理并对其性能进行了评价。该前置液在现场应用了10口井，其中2口井固井质量为合格，8口井固井质量为优质。现场应用表明：该前置液能够提高界面亲和程度，解决了前置液与油基钻井液和水泥浆的相容性问题，提高了油基钻井液完钻井的固井质量。     

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。     

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。     

表面活性剂型可加重固井前置液作用机理及应用

表面活性剂型可加重固井前置液是摈弃常规固井前置液中使用的无机和有机聚合物类悬浮剂，直接利用表面活性剂通过形成胶束进行增稠，使其溶液具有一定的黏度和切力，从而达到悬浮固相颗粒的目的。对该前置液的悬浮机理进行了详细的阐述，该表面活性剂型可加重固井前置液体系，适应密度范围宽、悬浮稳定性能好，最高抗温可达150℃，具有良好的流动性能，流变性能可调，与钻井液和水泥浆具有良好的相容性；可针对不同工况，改变前置液的流变性能，使体系保持较低的黏度，实现紊流或塞流顶替，最大程度地提高冲洗顶替效果；能够改善环空界面的胶结环境，兼具有隔离作用。对应用该前置液的2口具有代表性的大位移水平井及特殊工艺井进行介绍，经现场验证，该体系可依据实际井况进行流变性能调节，实现最佳的顶替流态，冲洗顶替效果好，且具有良好的抗高温沉降稳定性能，有助于固井质量的提高和确保固井施工的安全性。      

固井前置液冲洗效率评价方法——改进的旋转黏度计法

冲洗效率是评价固井前置液性能的关键指标，直接影响着前置液优选、用量与排量设计，进而影响固井质量。为了克服评价前置液冲洗效率的传统旋转黏度计法存在的结果误差大、重复性差等方面的不足，改进了转筒结构和残留钻井液质量确定方法，实验分析了改进措施的有效性和适用性，并利用改进后的评价方法对Y井区页岩气水平井固井前置液洗油剂类型进行了优选，优化了前置液冲洗时间。研究结果表明：①改进后的方法避免了转筒内壁无法被有效冲洗与转筒上残留冲洗液或清水的影响，大幅度提高了实验结果的准确性和可重复性，多次平行实验结果的标准偏差均在3%以内；②准确性和可重复性的提高，使得不同实验条件下的实验结果具有可对比性；③对Y井区页岩气水平井固井而言，S80洗油剂具有最高的冲洗效率，前置液用量按照冲洗时间8～10 min时设计具有较高的冲洗效率和经济性。结论认为，改进后的旋转黏度计法能够准确评价前置液冲洗效率，可以为前置液优选和应用工艺参数优化提供依据。     

威远区块页岩气水平井固井技术难点及其对策

针对四川盆地威远一长宁国家级页岩示范区威远区块页岩气水平井固井中所面临的油基钻井液与水泥浆不相容、高密度油基钻井液驱替困难、水泥环在大型体积压裂条件下易破坏等问题,有针对性地开展了水泥环密封力学参数理论依据、保证界面胶结的驱油前置液、满足压裂条件的韧性水泥石和有利于井筒密封的固井工艺技术等研究,取得了如下成果:①建立了考虑水泥环塑性特征及界面胶结强度的水泥环密封完整性理论模型,可指导页岩气水平井水泥石力学性能设计,减小微间隙的发生;②开发了驱油前置液,其对油基钻井液的冲洗效率超过90%且与油基钻井液及水泥浆相容性好;③根据水泥环密封完整性理论模型所开发的韧性水泥石,在保证相对较高抗压强度的同时杨氏模量降低30%;④确定了清水顶替等适用于页岩气井的固井技术,有利于保证井筒的密封性能。该研究成果应用于现场的12口井,水平段平均固井优质率达到92%,后期压裂效果良好,有效地保证了井筒的密封完整性,为页岩气高效开发提供了技术支撑。     

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。     

低滤失双膨胀水泥浆体系的室内研究与应用

油井水泥浆体固有的体积收缩和高滤失量是造成固井窜槽事故的根本原因。针对江苏油田老区调整井地层压力系统紊乱、固井质量无法保证的技术难题，研制开发出了油井水泥低滤失双膨胀材料(F17C)，对其在不同条件下的膨胀量、滤失量、胶结强度和工程性能进行了评价。结果表明：F17C可使油井水泥浆产生足够的塑性膨胀和硬化膨胀，还能有效控制水泥浆的滤失量。掺入该材料后水泥浆的其它性能也满足现场施工的技术要求。低滤失双膨胀材料的双膨胀性能来自于多膨胀源的综合作用，其膨胀驱动力源于膨胀性成分反应产物的结晶生长压；其优异的降滤失效果得益于对滤饼渗透能力的控制。江苏油田138口调整井的固井实践证明：低滤失双膨胀水泥浆具有显著的抗窜作用，能够大幅度提高固井优质率。     

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川涂地区碳酸盐岩地层，由于强烈的地质运动和地下水的溶蚀作用，存在着许多裂缝和溶洞。在钻井过程中，常因钻遇裂缝和溶洞而发生恶性井漏失返，此时井内有一定动、静液面但不在井口。针对这种恶性井漏，常采用水泥或水泥混合其它材料堵漏。在注水泥堵漏施工作业中，由于水泥浆与钻井液密度值相差较大等多种原因，往往形成较多的混浆，影响水泥胶结质量，甚至难以形成有效的水泥塞，致使水泥堵漏失败。章在水泥堵漏施工工艺方面对开成混浆的原因进行了定量的分析，提出了确定合理的堵漏钻具下入深度、控制水泥浆密度、注前置高密度钻井液等减少水泥混浆的预防措施。     

W/O型微乳酸前置冲洗液的制备及其性能研究

页岩气水平井钻井过程中,因使用油基钻井液而产生的油基泥饼往往难以被冲洗,进而造成固井时顶替效率低、固井二界面胶结强度差。为解决上述难题,基于前人的研究成果,提出了以土酸、长链季铵盐C-223、聚氧乙烯醚Z-15等为主要原料配制出W/O型柴油—土酸微乳固井前置冲洗液的设计及配方,并通过室内实验对其冲洗性能开展评价及微观机理分析。研究结果表明:(1)以C-223∶Z-15=3∶2的复配比作为主表面活性剂、正丁醇∶正辛醇=1∶2的比例作为助表面活性剂、柴油∶土酸=5∶4的比例配置的微乳酸稳定性良好,与油基钻井液相容性好,冲洗效率可达96.86%;(2)微乳酸冲洗后的界面接触角发生明显改变,套管壁的水相润湿性大幅度提高,套管无明显腐蚀现象;(3)微乳酸在形成过程中,随酸液浓度的不断增加,体系呈现由澄清向混浊的相态变化,增溶酸量多且预留油空间大;(4)微乳酸中布朗运动的微粒平均粒径在21.2 nm左右;(5)土酸、柴油的单相横向弛豫时间均为单一的时间峰,且土酸的弛豫时间分布在柴油的弛豫时间分布范围之内,有利于二者溶合成稳定的微乳酸。结论认为,该冲洗液体系能有效提高第一、第二界面的润湿性,将亲油性界面转变为亲水性界面,有利于提高固井顶替效率和固井质量。     

陆相页岩气水平井固井技术——以延长石油延安国家级陆相页岩气示范区为例

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的上三叠统延长组及下二叠统山西组具有良好的页岩气成藏条件,陕西延长石油(集团)有限责任公司采用水平井分段压裂技术对该区页岩气进行开发。针对水平井固井过程中存在的油基钻井液清洗困难、长水平段套管难以居中、固井过程中易发生漏失、水平井及分段压裂对水泥环要求高、长封固段固井附件易失效等技术难题,开展了相关技术研究,获得了解决上述问题的技术措施:1在该示范区通过采用清油型前置液多级冲洗工艺,有效地冲洗界面残留油膜,提高油基钻井液冲洗效率;2新研制的水平井专用扶正器能有效降低管柱下入摩擦阻力,保证套管的居中度;3通过提高地层承压能力、优化浆柱结构实现平衡压力固井;4优选韧性材料提高水泥环的耐冲击能力,较好地满足了页岩气水平井分段压裂工艺对水泥石性能的要求;5研制的高性能固井附件,保证了长封固段水平井施工安全。所获成果已在该示范区的4口页岩气水平井中进行了应用,固井一次成功率达100%,固井质量优良率达100%,取得了良好的固井效果。     

油基钻井液性能与固井质量研究

为了研究油基钻井液性能和固井质量之间的直接关系，采用新建立的评价方法--人工岩心法，考察了油基钻井液体系及其主要组分对固井作业中第一、第二界面剪切胶结强度的影响规律，以及不同混浆比例下对水泥浆胶凝强度、初凝时间、终凝时间和水泥石抗压强度的影响规律。研究表明：对两界面胶结强度的影响由大到小依次是体系、乳状液、主乳化剂、降滤失剂、白油；前置液清洗后，胶结强度成倍提高，尤其对体系、乳状液和降滤失剂清洗效果最佳；随混浆比的增大，水泥浆初凝和终凝时间明显延长，水泥石抗压强度明显下降，甚至不凝。