钻井液造壁性对固井质量的影响

第２４卷第２期　２００７年３月　钻　井　液　与　完　井　液　ＤＲＩＬＬＩＮＧ　ＦＬＵＩＤ＆ＣＯＭＰＬＥＴ１０Ｎ　ＦＬＵＩＤ　Ｖｏ１．２４　ＮＯ．２　Ｍａｒ．２００７　文章编号：１００１—５６２０（２００７）０２－００３７—０２　钻井液造壁性对固井质量的影响　马勇　崔茂荣　郭小阳　（１．油气藏地质及开发工程国家重点实验室・西南石油大学，Ｎ　Ｊ　ＪＩ成都；２．西南石油大学ＣＮＰＣ钻井液重点研究室，￣ｔ　ＪＩＩ成都）　摘要　为更真实地考察水基钻井液与固井质量的关系，建立了评价固井第二界面胶结强度的新方法——人造　岩心法。通过测定在聚磺钻井液中浸泡２４　ｈ形成吸附层的铁棒和高温高压滤失实验后形成滤饼的人造岩心经３　种不同方式处理后形成的第一、第二界面胶结强度，得出了造壁性影响固井质量的一般规律。研究表明，对铁棒上　的吸附层和人造岩心上的滤饼进行部分清除后，两界面的胶结强度均高于未处理的铁棒和岩心与水泥浆的胶结强　度；对铁棒和岩心采用特制的冲洗液进行冲洗后，两界面的胶结强度大为改善，比清除部分吸附层和虚滤饼的铁棒　和岩心与水泥浆的胶结强度还高。　关键词　聚磺钻井液　造壁性　人造岩心法　胶结强度　中图分类号：ＴＥ２５４．２　文献标识码：Ａ　对于钻井液与固井质量的关系，国外尚未见到　失实验（９０　ｏＣ／３．５　ＭＰａ），滤失时间为３０　ｍｉｎ。另　相关报道，国内仅有文献［１］通过研究钻屑与油井水　外，将直径为２５　ｍｍ、长为５０　ＩＴｌｍ的小铁棒在聚磺　泥的胶结特性来模拟地层与水泥浆的胶结，但是其　钻井液中浸泡２４　ｈ，以在其表面形成吸附层。其中　操作方法明显与井下的真实情况不相符合，因此很　岩心用于模拟水泥浆与地层的胶结，铁棒模拟水泥　有必要对此开展深入研究，为以后的固井作业提供　浆与套管之间的胶结。将已形成吸附层的小铁棒和　强有力的技术支持。钻井液对固井质量的影响主要　带滤饼的人造岩心分别进行３种不同方式的处理：　体现在套管的吸附层和井壁岩石滤饼与水泥浆的胶　①不进行任何处理，直接取出铁棒和岩心与水泥浆　结强度上。本文采用自行设计的岩心夹持器并结合　进行胶结；②将岩心上的虚滤饼和铁棒上的吸附层　高温高压滤失仪考察了聚磺钻井液对固井质量的影　小心地用试管刷进行部分清除，再与水泥浆进行胶　响，较真实地模拟了井下实际情况，现仅从造壁性这　结；③将岩心和铁棒分别在特制的冲洗液中冲洗５　一角度研究其对第一、第二界面胶结强度的影响。　ａｒｉｎ、１０　ｒａｉｎ和２０　ｒａｉｎ后，再与水泥浆进行胶结。　１　实验部分　铁棒和人造岩心与水泥浆进行胶结时，候凝３０　ｒａｉｎ　后再放入恒温水浴锅中在９Ｏ℃下养护２４　ｈ。养护　１．１实验器材及药品　结束后取出固化模冷却至室温，采用液压强度测试　ＺＮＮ—Ｄ６型六速旋转黏度仪、ＷＺ一３Ａ型五轴高　仪分别测定岩心和铁棒与水泥浆的胶结强度。　速搅拌机、ＪＢ５ｏ—Ｄ型增力搅拌机、ＨＴＨＰ滤失测定　１．３聚磺钻井液体系基本性能　仪、恒温水浴锅、岩心夹持器（自制），膨润土、　采用的聚磺钻井液基本配方如下。　ＫＰＡＭ、ＮＨ４一ＨＰＡＮ、ＫＨＩｎ、ＨＬ—ＩＩ、ＳＭＰ—Ｉ、ＮａＯＨ。　６　９／５原浆＋０．２　ＫＰＡＭ＋１　９，６　ＮＨ　一ＨＰＡＮ＋　１．２实验方法　１　９，６ＫＨＩｎ＋３　ＨＬ一１１＋２　９，６ＳＭＰ—Ｉ＋０．３　９，６ＮａＯＨ　采用自制岩心夹持器将人造岩心固定好，岩心　室温下测定性能：密度为１．０３　ｇ／ｃｍ。，表观黏　长为５０　ｍｍ，直径为２５　ｍｍ，渗透率为５００×１０　～　度为４６．７　ｍＰａ・Ｓ，塑性黏度为３９．５　ｍＰａ・Ｓ，动切力　６００×１０～　ｍ　，正中央钻有一长４０　ｍｍ、直径为１Ｏ　为７．２　Ｐａ，静切力为３．５／３．５　Ｐａ／Ｐａ，滤失量为４．２　ｍｍ的未连通圆孔。将岩心夹持器装入高温高压滤　ｍＬ，高温高压滤失量为７．２　ｍＬ，流性指数为０．７７，　失仪中，并倒入配好的聚磺钻井液，进行高温高压滤　稠度系数为０．２２　Ｐａ・Ｓ　。　第一作者简介：马勇，１９８２年生，西南石油大学在读博士研究生，主要从事固井工艺、油气井工作液化学、井壁稳定方面　的研究。地址：成都市新都区西南石油大学研究生院；邮政编码６１０５００。　维普资讯 http://www.cqvip.com

３８　钻　井液与　完　井液　２００７年３月　２　实验结果及分析　２．１聚磺钻井液与水泥浆的相容性　在高速搅拌的条件下向聚磺钻井液中分别加入　５　、２５　和５０　的水泥浆，充分搅拌后用旋转黏度　大的影响。对于未清除部分滤饼和吸附层以及未进　行冲洗的岩心和铁棒而言，第一、第二界面的胶结强　度较低，其原因为：①聚磺钻井液中的高分子量聚合　物及其它有机成分（如沥青）吸附在铁棒表面形成一　层吸附层，从而妨碍了水泥浆与铁棒表面的有效胶　仪测试其性能，以考察钻井液与水泥浆的配伍性，并　结，降低了第一界面的胶结强度；②聚合物体系形成　据此判断钻井液在固井作业时抵抗水泥浆污染的能　的滤饼疏松，含吸附水较多，抗钙能力差。该类滤饼　力。混浆实验结果见表１。　的存在妨碍了水泥浆在岩心壁面的正常水化结晶，　表１　不同混浆比下聚磺钻井液的性能　由表１可以看出，聚磺钻井液中混入５　的水泥　浆时，其流动性大大降低，呈现出胶凝状态，随着混　浆比的增大，钻井液的流变性先变好后变差，滤失量　急剧增加，滤饼厚度亦明显增厚。这是由于Ｃａ抖侵　人后，按照离子交换吸附原理，Ｃａ抖要置换吸附在黏　土表面上的Ｎａ　，使钠质土转变为钙质土，而Ｃａ抖　的水化能力比Ｎａ　要弱得多，使得阻止黏土颗粒聚　结合并的斥力减少，聚结分散平衡即向着有利于聚　结的方向变化，蒙脱石的絮凝程度增加，其　电势也　减小，钻井液中的黏土颗粒变粗，网状结构加强和加　大，致使失水量、黏度、切力增大。　２．２第一、第二界面胶结强度实验　未经任何处理和清除部分吸附层和虚滤饼的铁　棒和岩心与水泥浆的胶结强度见表２。　表２第一、第二界面胶结强度　处理方法　第一界面／ＭＰａ第二界面／ＭＰａ　由表２可以看出，对铁棒和岩心分别清除部分　吸附层和虚滤饼后，铁棒和岩心与水泥浆的胶结强　度显著提高，但还是低于空白岩心和铁棒直接与水　泥浆进行胶结的界面强度，表明了钻井液在套管上　形成的吸附层和井壁上形成的滤饼对固井质量有较　大大降低了水泥浆与岩心的胶结强度。　将高温高压滤失实验后的岩心和浸泡２４　ｈ的　铁棒牢牢地夹持在搅拌机上，以５００　ｒ／ｍｉｎ的转速　在特制的冲洗液中分别冲洗５、１０和２０　ｍｉｎ，以模拟　固井作业之前先注入前置液以清除附着在井壁上的　滤饼和套管外壁上的钻井液吸附层。岩心和铁棒与　水泥浆的胶结强度见表３。冲洗液基本配方如下。　４８０　ｍＬ水＋７　增黏剂ＧＹＷ＋０．３　稀释剂　ＸＷ＋０．２　９／５ＮａＯＨ　表３铁棒和岩心经冲洗后的第一、第二界面胶结强度　实验时发现，铁棒和岩心经冲洗后，铁棒上的吸　附层厚度大幅度减薄，而岩心上的虚而厚的滤饼大　部分脱落。结合表２和表３可以看出，铁棒和岩心　经冲洗后，两界面的胶结强度均高于清除部分吸附　层和虚滤饼的胶结强度。随着冲洗时间的延长，界　面胶结强度进一步提高，然而冲洗１０　ｍｉｎ和２０　ｍｉｎ　后第一、第二界面胶结强度变化不大，这就表明岩心　上虚滤饼被清除后，其致密层难于被清除掉，固井作　业时前置液的洗井时间应有一个合适的值。　３　结论及建议　１．聚磺钻井液对第一、第二界面胶结强度的影　响很大，但对铁棒上的吸附层和岩心上的滤饼采取　一定措施后其胶结强度可得到改善。　２．对铁棒和岩心分别清除部分吸附层和虚滤　饼后，铁棒和岩心与水泥浆的胶结强度显著提高，但　还是明显低于空白岩心和铁棒直接与水泥浆进行胶　结的界面强度。　（下转第４７页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２４卷第２期　赵静等：影响调整井固井质量的主要因素及计算方法　４７　表４子Ｌ隙流体渗流速度与小层声幅值　井号　井位坐标　＊盛　井别　＊　层位　一　，　渗流速度声幅值　…纵坐标横坐标　ｍ　ｍ／ｈＸ５一Ｊ１一Ｐ９２７注入井２９３７２　Ｘ５一Ｊ１一Ｐ９３１注入井２９１０１　Ｘ５一Ｊ３一Ｐ９３０注入井２８２８４　Ｘ５—３０一Ｐ９３２注入井２８４１５　Ｘ５一儿一Ｐ９２６采出井２９４１７　Ｘ５—３１—７２９采出井２８０６９　图３　中７２一Ｐ３７井压力预测值与ＲＦＴ实测值的对比曲线　Ｘ４一Ｊ４—７０４注入井３０７３０　ＶｙＡ＝６．６３５　Ｌｓｉｎａ　（３）　Ｘ５－Ｊ３一Ｐ９２７采出井２８５６２　ｉ一＝１几Ａ　Ａ　７．　Ａ一￣／　＋　２ＹＡ　（４）　２．给出了地层孑Ｌ隙压力和孑Ｌ隙流体渗流速度　式（２）～（４）中，　为Ａ点的流速在ｘ轴上的分量，　的计算方法，利用该计算方法可以准确计算地层孑Ｌ　ｍｍ／ｈ；　为Ａ点的流速在Ｙ轴上的分量，ｍｍ／ｈ；　隙压力和孑Ｌ隙流体渗流速度，为选择合理的钻井液　为第ｉ井距待钻井Ａ点的距离，ｍ；ｑ　为第ｉ井单　和水泥浆密度，提高调整井固井质量提供可靠依据。　层的产液量或注入量，ｍ。／ｄ；ｈ　为油层有效厚度，　ｍ；　为油层有效孑Ｌ隙度，　。应用该方法对大庆　参考文献　油田４９口油水井进行了实例计算，结果见表４。从　［１］姚晓．调整井固井水窜的根源及现行防窜技术评价．钻　表４可以看出，当地层孑Ｌ隙流体渗流速度超过５０　井液与完井夜，２００１，１８（５）：１３—１６　ｍｍ／ｈ时，声幅值均超过２０　，固井质量变差。　对其中３７口渗流速度超过５０　ｍｍ／ｈ的井进行　３一　０　一∞　Ｏ　　一　９　一　；　～　７∞　；　　～　７　Ｅ２３郭小阳，杨远光，李早元，等．提高复杂井固井质量的关　键因素探讨．钻井液与完井液，２００５，２２：５３—５８　停、关，同一井场相关油水井控制渗流速度均达到了　［３］纪宝华，王明升．大庆长垣北部影响固井质量的地质因　优质固井。　∞　弘　素分析．断块油气田，１９９９，６（６）：４９—５１　６　２　９　９　５　９　３　８　Ｅ４３齐奉中，袁进平．提高调整井固井质量的技术与认识．　３　结论　钻采工艺，２００２，２５（５）：６－８　１．从井径扩大率、钻井液性能、水泥浆密度、地　孙　Ｅ５３　肖志兴，梁宏权，纪宝华，等．多压力层系下固井液密度　确定方法的研究．石油钻采工艺，１９９９，２１（６）：２０—２４　层孑Ｌ隙压力和孑Ｌ隙流体渗流速度等方面分析了影响　调整井固井质量的因素。　（收稿日期２００６—０９－２０；ＨＧＦ＝０７２Ｌ８；编辑　李晓岚）　（上接第３８页）　３．铁棒和岩心经冲洗后，其界面胶结强度均高　量和形成滤饼的成分，以利于后续固井作业的顺利　于清除部分吸附层和虚滤饼的胶结强度，且随着冲　进行并提高固井质量。　洗时间的延长，界面胶结强度进一步提高，但冲洗时　６．模拟人造岩心在高温高压下形成滤饼时应　间应有一个合适的值。　在动失水仪中进行，从而更真实地模拟井下情况。　４．固井作业前，应采用适当的方法尽量清除虚　参考文献　滤饼和吸附层以提高第一、第二界面胶结强度，但其　Ｅ１３赵黎安，孟宪宝，杜卉，等．钻屑与油井水泥的胶结特　前提是保证井壁稳定。　性．大庆石油学院学报，１９９６，２０（２）：９０—９３　５．在以后的钻井作业中，应重视形成滤饼的质　（收稿日期２００６—０７—１７；ＨＧＦ一０７１Ａ４；编辑　张炳芹）