張衛(wèi)華

（大慶鉆探國(guó)際事業(yè)部，吉林松原138000）

大慶油田開(kāi)發(fā)以來(lái)，特別是鉆調(diào)整井以來(lái)，油田的固井技術(shù)得到了全面的發(fā)展，形成了“壓穩(wěn)、居中、替凈、密封”八字方針，圍繞“八字”方針通過(guò)攻關(guān)形成了幾十項(xiàng)配套固井技術(shù)。其中，在固井頂替效率研究、水泥漿失重與水氣竄規(guī)律研究、水滲流與地質(zhì)因素研究、防竄機(jī)理與抗竄水泥外加劑研究、地層壓力預(yù)測(cè)與鉆關(guān)技術(shù)研究、射孔對(duì)水泥環(huán)損傷與韌性水泥體系研究、固井工藝與工具的研究上取得了重要成果，滿足了油田開(kāi)發(fā)的需要。

目前油田老區(qū)進(jìn)入高含水后期開(kāi)采階段，二次加密、三次加密開(kāi)發(fā)對(duì)固井質(zhì)量提出了更高的要求。如何在固井二界面上進(jìn)一步保證全封固段特別是隔層的封固質(zhì)量，減少開(kāi)發(fā)薄差層時(shí)層間竄問(wèn)題的發(fā)生，是油田鉆井和開(kāi)發(fā)共同面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

地層—泥餅—水泥環(huán)膠結(jié)機(jī)理的研究從一個(gè)新的角度研究了固井二界面問(wèn)題，這對(duì)進(jìn)一步深入研究固井二界面問(wèn)題，改善二界面的封固質(zhì)量有著重要的意義。

1 泥餅形成規(guī)律實(shí)驗(yàn)

泥餅是固井二界面研究中較為關(guān)鍵的一個(gè)因素，在泥餅形成規(guī)律方面主要考慮了五個(gè)方面的影響因素：巖芯的滲透率、壓差、時(shí)間、動(dòng)態(tài)程度和鉆井液體系。

圖1給出了動(dòng)態(tài)泥餅形成過(guò)程中三種典型濾失關(guān)系曲線。

圖1 泥餅形成濾失量與時(shí)間關(guān)系曲線

曲線1是1mD以上的巖芯在動(dòng)態(tài)條件下形成泥餅過(guò)程中的濾失量與時(shí)間的關(guān)系曲線，呈直線關(guān)系，開(kāi)始很短時(shí)間就有濾失液體出現(xiàn)，不同壓力、滲透率、動(dòng)態(tài)程度其關(guān)系趨勢(shì)都是一樣的，不同的只是直線的斜率不一樣。分析曲線的斜率，它的物理意義既是泥餅的滲透率。這種條件下形成的泥餅沖洗時(shí)只能沖掉表面的浮泥餅，真泥餅沖不掉。

曲線2是0.1~1mD的隔層巖芯的實(shí)驗(yàn)情況，1.5h后，濾液穿透實(shí)驗(yàn)巖芯，開(kāi)始濾出，隨時(shí)間增加，濾失量穩(wěn)定增加，呈直線關(guān)系。但是，觀察泥餅情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)在巖芯上不存在泥餅，只有吸附的鉆井液，用水一沖即掉。實(shí)驗(yàn)證明了隔層在一定條件下是可以進(jìn)水的，但是在動(dòng)態(tài)情況下，未形成真泥餅。

曲線3也是0.1mD以下的隔層巖芯的動(dòng)態(tài)泥餅形成過(guò)程的曲線。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，既無(wú)濾失產(chǎn)生，也無(wú)泥餅形成。實(shí)驗(yàn)證明，即使都是隔層的巖芯，也有細(xì)微的巖性差別。

2 界面膠結(jié)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

用帶有泥餅的巖芯和無(wú)泥餅的隔層巖芯在二界面模擬試驗(yàn)裝置中在45℃條件下養(yǎng)護(hù)水泥環(huán)，養(yǎng)護(hù)分加壓和不加壓兩種情況，養(yǎng)護(hù)24h后，在壓力機(jī)上測(cè)定二界面的滑脫力，計(jì)算出二界面的膠結(jié)強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 二界面膠結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)表

對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）隔層的巖芯在無(wú)泥餅條件下直接養(yǎng)護(hù)水泥，在加壓狀態(tài)下，界面強(qiáng)度平均為0.61MPa；

（2）GSY鉆井液形成的動(dòng)態(tài)泥餅與水泥環(huán)膠結(jié)，在加壓狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)，界面膠結(jié)強(qiáng)度平均為0.48MPa，與水泥同巖芯膠結(jié)的界面強(qiáng)度相差0.14MPa，比較接近，說(shuō)明該鉆井液體系具有很好的界面膠結(jié)性能和界面親和性；其靜態(tài)條件下的膠結(jié)強(qiáng)度也達(dá)到了0.45MPa，進(jìn)一步說(shuō)明這種鉆井液與水泥環(huán)的親和性比較好。在某種意義上說(shuō)，該鉆井液與水泥環(huán)和地層都有一定程度的膠結(jié)能力；

（3）YJG鉆井液動(dòng)態(tài)泥餅條件的膠結(jié)強(qiáng)度為0.24MPa，說(shuō)明也有一定的二界面密封作用，但是靜態(tài)泥餅以及不加壓養(yǎng)護(hù)條件下，二界面基本沒(méi)有膠結(jié)強(qiáng)度。

從上述三方面分析看，改善鉆井液的性能，提高鉆井液的界面親和性、改善界面的密封程度是應(yīng)該進(jìn)一步考慮的問(wèn)題。

3 抗竄實(shí)驗(yàn)

（1）泥餅破裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。在泥餅形成后，由巖芯中孔給滲透性巖芯漸加壓，考查泥餅阻滲抗裂能力，對(duì)于三種鉆井液形成的泥餅，YJG和SJ鉆井液的泥餅，在加壓0.1~0.2MPa時(shí)，泥餅開(kāi)始破裂，加壓流體從巖芯中竄出，其泥餅破壞的形式是泥餅分層，并逐層被加壓流體沖擊而大部分脫落，見(jiàn)圖2。GSY鉆井液形成的泥餅，其抗破裂壓力為0.2~0.5MPa，其破壞的形式是隨著壓力的增高，泥餅局部被壓破出裂縫，而其它部分完好。這說(shuō)明GSY鉆井液形成的泥餅與巖芯的親和性較好，泥餅自身的質(zhì)量較高，抗水侵能力強(qiáng)。

圖2 泥餅破裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)照片

（2）抗竄實(shí)驗(yàn)。取一定滲透率的巖芯，非滲透隔層巖芯，將兩巖芯粘接在一起，即模擬滲透性與隔層整合接觸。在3MPa壓力下形成泥餅，再使用不同類型的水泥漿，養(yǎng)護(hù)24h形成滲透層、隔層、泥餅、水泥環(huán)的二界面狀態(tài)，給滲透層加壓力，考察泥餅、水泥環(huán)以及隔層的抗竄能力，記錄抗竄壓力，竄通通道及泥餅、水泥環(huán)的變化等。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出（表2），DSK水泥漿的抗竄壓力高于原漿。GSY鉆井液的抗竄壓力優(yōu)于YJG鉆井液。從竄通通道上看，它們均有相同特性，即水首先從界面竄出，并逐漸向水泥環(huán)擴(kuò)散，繼續(xù)加壓，達(dá)到一定壓力后，壓力突降，二界面整體狀態(tài)被破壞。

表2 抗竄實(shí)驗(yàn)對(duì)比表

4 結(jié)論及建議

（1）泥餅在井下巖芯上的形成程度與質(zhì)量以及沖洗后的狀態(tài)對(duì)二界面的質(zhì)量有著直接的影響。

（2）實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)選擇鉆井液，可以提高二界面的膠結(jié)強(qiáng)度。

（3）通過(guò)對(duì)地層—泥餅—水泥環(huán)膠結(jié)機(jī)理的研究，取得了相應(yīng)的認(rèn)識(shí)，但二界面問(wèn)題還有待于更進(jìn)一步深入研究，建議進(jìn)一步以“八字”方針為基礎(chǔ)，研究一套適合二界面封固質(zhì)量要求的鉆井液新體系；研究一套與地層、泥餅配伍的水泥漿新體系；研究一套提高二界面質(zhì)量的新的工藝技術(shù)措施；研制一套評(píng)價(jià)二界面質(zhì)量的新裝置，建立二界面評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到進(jìn)一步改善固井二界面質(zhì)量的目的。