如何使用优质钻井液提高固井质量

  性能优异的钻井液能够改善固井胶结质量。而通过新型钻井液技术的研究,把钻井液作为提高固井二界面封固质量的新手段,以此提高固井质量是近年来越来越受到重视的研究课题。谢凤臣等人[12,13]根据大庆油田三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。通过对二界面封固系统的封固机理研究,他们认为如果在钻井液中加入某些处理剂,钻井过程中能以液态或微颗粒态吸附在滤饼中,通过离子置换参与界面上水泥浆的水化、胶结,并可与井壁围岩发生吸附、胶结,增强滤饼与水泥环、围岩的亲合力,改进水泥环)滤饼)围岩的胶结状况,就可达到提高二界面固井质量的目的。

 

  根据此机理研究出的LPS钻井液,其滤饼薄、强度高、渗透率低,二界面胶结强度平均高于0.4 MPa,二次声变数据说明该钻井液具有明显提高二界面固井质量的作用,有利于三次加密调整井的固井。

 

  谢凤臣等人认为滤饼的强度、韧性、压缩性、滤饼的化学成分等也都在一定程度上影响着二界面的胶结。将强度实验后所形成的滤饼进行了扫描电镜(JSM-5600 LV型)分析,并对水泥环养护过程中在滤饼内外表面出现的一些晶状物进行了能谱分析,结果表明,在滤饼内外表面以及岩心外表面、水泥环内表面形成的晶状物多为硅铝酸盐结晶(内滤饼含有一定量钾离子、外滤饼含有较高的钙离子),该类结晶体互相交错,有效提高了界面的胶结强度。

 

  许永志等人[14]提出了利用钻井液滤饼提高固井界面胶结质量的观点,他们通过钻井液添加剂GSN来提高固井一、二界面胶结强度。钻井液添加剂GSN是一种含有无机高分子化合物的乳化液。

 

  在钻井液中破乳时,释放出的高分子化合物有束缚自由水的作用;还可以与粘土结合,生成包被物吸附在井壁上,减小孔隙,降低钻井液失水和抑制泥页岩膨胀。固井时,水泥浆中的二价和多价离子与套管外微滤饼和地层滤饼中的GSN发生反应生成不溶物,可提高水泥界面的胶结强度。室内试验表明,一界面胶结强度由0.34 MPa提高到0.68 MPa,二界面胶结强度由0.58 MPa提高到1.1 MPa。

 

  多功能钻井液的一个显著特点是含有活化材料,在固井过程中能在井壁上形成坚韧的滤饼,有助于井壁稳定[15]。滤饼在一定条件下(激活剂的扩散、井底温度影响)固化,使固井液和井壁间胶结成牢固的整体;地层微裂缝内及不规则井眼内局部窝存的钻井液在一定条件下也能固化,有利于层间封隔,有效地解决了传统固井中钻井液与水泥浆不相溶的技术难题,并能预防或解决固井过程中出现的循环漏失、液柱回落等问题。完钻后采用泥浆转化为水泥浆技术转变为可固化的材料,显著提高第二界面的胶结质量和整个井筒固井质量。

 

  黄柏宗等人[16]认为在小井眼钻井和完井中,对于其它情况出现的窄环空间隙固井而言,稳定的井壁是需要的,换句话说,良好、稳定、具有一定强度、耐冲蚀、能防止循环漏失、能与固井液相容的滤饼是至关重要的。在20世纪90年代,美国首先推出UF和MTC全方位结合的小井眼窄环空固井技术和方法,并赋予实施,取得较好的效果。

 

  为解决易漏、易塌地区的钻井施工难题,董伟等人[17]进行了高炉水淬矿渣在钻井液中应用特性的实验研究。结果表明:利用高炉水淬矿渣在碱性条件下和地层温度作用逐渐活化形成类似水泥的物质,阻止了水分子的侵入,改变了泥饼的结构,加固了地层页岩的胶结,使之趋于稳定,同时堵塞了地层孔隙。因此,改善了泥饼质量,起到防塌、防漏的作用。董伟等人重点研究了加入一定量的高炉水淬矿渣钻井液的流变性、泥饼质量的变化趋势,从而找到利用高炉水淬矿渣为添加剂的钻井液与井眼稳定、井漏和固井质量的关系。

 

  将API失水的泥饼放在钻井液中浸泡(70e?

 

  3e、24 h),通过实验发现,无论分散钻井液还是不分散钻井液,基浆泥饼均被溶蚀,而加入矿渣的泥饼明显有一定的硬度,且随着加量的增大,硬度变大。

 

  由此可以推断,加有水淬矿渣的钻井液在液柱压力作用下失水形成泥饼,水淬矿渣堆集在泥饼上,在碱性物质(泥浆一般都含有)和地层温度作用下,逐渐活化形成类似水泥的物质,这种物质加固了地层页岩的稳定,堵塞了地层孔隙,因此有助于井壁的稳定,防止井塌、井漏的发生。因此可得出推论:对于含有矿渣的泥饼中形成这种类似水泥的物质会提高地层与水泥之间的胶结强度,从而能够提高固井质量。为验证推论是否正确,进行了现场试验。试验表明高炉水淬矿渣钻井液较为显著地改善了泥饼质量,有利于防塌、防漏,重要的是对提高固井质量十分有利。现场试验的8口井固井质量都明显改善。

 

  董伟等人的研究启示我们,泥饼自身的硬化作用和潜在活性的存在,应该对井壁的封固和二界面胶结质量的提高至关重要,是一个重要的技术思路和能够增强固井界面胶结强度钻井液的研究方向。

 

  硅酸盐钻井液是优良的环保型防塌体系,是国内外重点研究的钻井液体系。Cardno D G等人[18]

 

  发现硅酸盐钻井液对完井固井的胶结质量有较大的改善,他们用研究改进的硅酸盐钻井液钻水敏性地层,改进了固井界面的胶结质量,解决了LiverpoolBay油田存在的固井后发生气窜和环空压力增加的问题。他们认为这种改进的硅酸盐钻井液通过固化加固井壁的机理实现对水敏性地层的抑制,保证了井径规则,但也应该形成有利于固井二界面胶结强度提高的泥饼,因此提高了固井界面的胶结强度。

 

  而普通的聚合物钻井液的抑制机理是抑制泥页岩的水化作用。

 

  Dillenbeck R L等人[19]的研究发现含有钾盐和铵盐的固井液体系也对泥页岩段的二界面胶结强度的改善有利。

 

  由此可见,多功能钻井液和硅酸盐钻井液等钻井液体系所具有的固化硬化井壁的性能,能够帮助提高二界面的胶结强度,变二界面的薄弱层为增强层,符合吴中伟教授的思路。这种作用只有通过具有新型功能的钻井液才能实现,也是通过钻井液优化固井质量的技术潜力和优势所在。