環(huán)空擾動固井二界面膠結(jié)性能評價裝置及方法

柳華杰， 步玉環(huán)， 梁 巖， 郭勝來， 王 巖

（1．中國石油大學(xué)（華東）a．山東省油田化學(xué)重點實驗室，非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點實驗室；b．石油工程學(xué)院，山東青島266580；2．中石化勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司，山東東營257000；3．中國石油山東威海銷售分公司，山東威海264200）

0 引 言

目前，多數(shù)老油田已處于注水開發(fā)中后期，長期注水開發(fā)使儲層進(jìn)入高含水階段，油水關(guān)系十分復(fù)雜，為挖掘剩余產(chǎn)能并提高最終采收率進(jìn)行加密調(diào)整鉆井時，由于周邊注采井停注、停采措施的制定較為盲目且執(zhí)行不力，導(dǎo)致地層水處于流動狀態(tài)，這會對調(diào)整井固井二界面（即水泥環(huán)與井壁膠結(jié)界面）的膠結(jié)產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而惡化其固井質(zhì)量［1］。本文把水泥漿候凝狀態(tài)下二界面膠結(jié)質(zhì)量受到流動的地層水產(chǎn)生的干擾和破壞稱之為地層水的擾動條件下固井（簡稱為地層水?dāng)_動）。

影響固井二界面膠結(jié)性能的不利因素主要有［2-8］：① 地層因素。包括巖性、孔滲特性、溫度、壓力及地層流體等。② 井眼情況。不規(guī)則的井眼條件會降低頂替效率，窩存“死泥漿”，降低膠結(jié)質(zhì)量。③ 沖洗液性能。沖洗液的潤濕性及對浮泥餅的沖洗性能也是影響膠結(jié)的重要因素。④ 泥餅。泥餅的存在對固井二界面的膠結(jié)來說是不利的。⑤ 水泥漿性能。水泥漿性能不達(dá)標(biāo)是導(dǎo)致固井二界面膠結(jié)差的直接原因。

綜合來看，當(dāng)前考慮地層水對固井二界面膠結(jié)質(zhì)量影響的研究較少，且大多只考慮靜止條件下地層水對水泥漿的腐蝕，未考慮水泥漿在井下侯凝時所處的動態(tài)環(huán)境會使研究失去很大價值［9］，因為靜態(tài)地層水對水泥的腐蝕是一個長期過程，且主要取決于水中腐蝕離子的類型及濃度［10］，這種影響大多在注水開發(fā)后期的高含水區(qū)塊，而不會在固井作業(yè)完成后的測井中顯現(xiàn)。地層水?dāng)_動對固井二界面膠結(jié)性能的影響更加直接，可以直接在固井候凝后的固井質(zhì)量檢測中顯示，并且沒有可靠的辦法進(jìn)行固井質(zhì)量的補救。

關(guān)于固井二界面膠結(jié)性能的評價，目前未見有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)室內(nèi)研究一般通過測試其剪切膠結(jié)強度和水力膠結(jié)強度來進(jìn)行，但由于固井二界面水力膠結(jié)強度的測試相對困難，以至在筆者所見的研究中鮮有涉及，前人多數(shù)是基于壓出法測試剪切膠結(jié)強度來評價固井二界面的膠結(jié)性能，較典型的有羅長吉等［11］設(shè)計制作的水泥環(huán)界面膠結(jié)強度儀，中國石油工程技術(shù)研究院［9］研發(fā)的水泥環(huán)界面剪切膠結(jié)強度測試儀等，但是這不足以表征固井二界面的水力封隔能力。顧軍等［12］根據(jù)固井二界面的失效機理，制作了固井二界面封隔能力仿真評價裝置，通過直接向固井二界面施加氣、液壓力，計算求得氣侵或水侵條件下固井二界面的當(dāng)量滲透率，其值越小就證明固井二界面的封隔能力越好，但該裝置未對巖心端面形成有效密封，只適用于評價低滲泥質(zhì)粉砂巖隔層的固井二界面膠結(jié)性能，不具有普適性，所以亟需找到一種適用性更廣的固井二界面水力膠結(jié)強度測試方法。

本文從固井二界面膠結(jié)的角度弄清地層水?dāng)_動對固井質(zhì)量產(chǎn)生的影響入手，設(shè)計并加工制作了一套擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置，根據(jù)設(shè)計原理及思路，探索出實驗研究的操作步驟及擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價方法。該裝置的研制及評價方法可以用于開展動靜態(tài)、不同礦化度地層水、二界面氣密性條件下研究，為減弱地下擾動對固井二界面的影響、提高老油田調(diào)整井固井質(zhì)量提供實驗保證，為確定合理的候凝注采措施奠定基礎(chǔ)。

1 裝置設(shè)計思路

室內(nèi)模擬實驗的基礎(chǔ)和關(guān)鍵是對水泥漿在井下候凝時受到地層水?dāng)_動的實際情況進(jìn)行模擬。根據(jù)對實際固井候凝條件的分析認(rèn)為，實驗中需要模擬的因素主要有：地層滲透特性、水泥漿體系類型、井下溫度及地層孔隙壓力、水泥漿候凝過程中的受壓狀態(tài)等，其中：①地層滲透特性，主要是對地層滲透率、孔隙度以及地層水流動狀態(tài)的模擬，重點是對地層水流動狀態(tài)的模擬。流過巖心的流量可以轉(zhuǎn)化為流速（單位時間內(nèi)流過巖心的水量的大?。?，即通過改變流過巖心的流量來模擬不同的地層水?dāng)_動程度，也就是說出水口流量的大小決定了水流速的快慢，這也就對應(yīng)了不同的擾動程度。對地層滲透率和孔隙度的模擬可以使用不同孔滲特性的圓環(huán)形模擬巖心來實現(xiàn)。②壓力模擬主要是對水泥漿受壓狀態(tài)和地層孔隙壓力的模擬。其中水泥漿受壓狀態(tài)是指水泥漿受到的上部漿柱壓力，且隨著水泥漿的膠凝失重，這個壓力是逐漸減小的，室內(nèi)實驗時可通過動態(tài)壓力變化來控制上部漿柱壓力，使實驗更加接近現(xiàn)場實際；地層孔隙壓力可以將養(yǎng)護(hù)釜出水口與回壓裝置連通從而控制模擬巖心內(nèi)的水壓來實現(xiàn)。③溫度的模擬可以通過釜體外加熱的自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，以便模擬地層的溫度條件。

養(yǎng)護(hù)完成后，主要通過測試剪切膠結(jié)強度和水力膠結(jié)強度這兩個指標(biāo)來評價固井二界面的膠結(jié)性能，這種評價方式克服了剪切膠結(jié)強度不能表征固井二界面的抗水壓滲透能力及密封性能的缺點，因為從水泥環(huán)有效封隔地層的角度來說，水力膠結(jié)強度比剪切膠結(jié)強度更重要。

2 裝置的構(gòu)成

根據(jù)上述設(shè)計思路對裝置各部分及功能的實現(xiàn)方式進(jìn)行了設(shè)計，設(shè)計后的裝置主要由養(yǎng)護(hù)釜、壓力系統(tǒng)、評價系統(tǒng)、加熱控溫系統(tǒng)等組成，如圖1所示［13］。

（1）養(yǎng)護(hù)釜。養(yǎng)護(hù)釜是實驗裝置的主體，由釜體、上封蓋、下封蓋和螺栓等組成。實驗時使用圓環(huán)形人造巖心模擬井下滲透性地層，由上端蓋內(nèi)筒將配制好的水泥漿灌入巖心內(nèi)筒中，從而模擬形成固井二界面，并且在上端蓋內(nèi)筒中預(yù)留一段水泥漿，目的是在養(yǎng)護(hù)過程中隨著水泥漿向巖心中失水導(dǎo)致巖心內(nèi)漿柱高度下降時這部分水泥漿可以補充到巖心中去，從而保證巖心內(nèi)的水泥漿自始至終處于充滿狀態(tài)。下端蓋中心有一深為5 mm的凹槽，凹槽中心開有下打壓孔，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時，凹槽內(nèi)放置一個鋼制墊片，目的是防止水泥漿流入下打壓孔將其堵塞，養(yǎng)護(hù)完成后，取出鋼制墊片，將平流泵與下打壓孔連通來測試固井二界面的水力膠結(jié)強度。在釜體下部設(shè)置進(jìn)水口，而在上部對面設(shè)置出水口，以便使得擾動模擬過程中模擬流動水可以流過二界面形成擾動。

圖1 環(huán)空擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置結(jié)構(gòu)示意圖

養(yǎng)護(hù)釜封蓋與圓環(huán)形巖心端面之間設(shè)有圓環(huán)形密封板，其大小與圓環(huán)形巖心端面尺寸匹配，這樣上緊上、下封蓋后通過螺栓提供的巨大連接力可以將密封板緊緊地壓在巖心端面上，從而實現(xiàn)了對巖心端面的密封。

（2）壓力系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對地層水流動狀態(tài)的模擬，實驗時需要在圓環(huán)形模擬巖心內(nèi)形成定向流動，以多排井中產(chǎn)液井周圍的滲流情況為模型，使用圓環(huán)形巖心來模擬井下滲透性地層，通過平流泵驅(qū)動水由進(jìn)水口進(jìn)入巖心，流經(jīng)巖心后由出水口流出，裝置出水口與回壓裝置連通，只有當(dāng)巖心中水壓大于回壓才會有水流出，模擬的地層孔隙壓力值與回壓值相等。

在養(yǎng)護(hù)釜內(nèi)壁與圓環(huán)形巖心之間設(shè)計了環(huán)壓膠套，通過手搖泵對環(huán)壓膠套加壓來實現(xiàn)圓環(huán)形巖心與膠套之間的密封，保證由進(jìn)水口流入的水不從膠套與巖心之間的縫隙流走，只能經(jīng)巖心由出水口流出，進(jìn)而保證了上述定向流動的實現(xiàn)。

對上部漿柱壓力的模擬則通過氣瓶推水裝置對柱塞加壓來實現(xiàn)，使用柱塞可以保證壓力傳遞的較為徹底，使用氮氣瓶通過中間容器對水加壓的好處是可以保持壓力恒定，壓力的控制是通過調(diào)壓閥來完成的。回壓裝置回壓值的大小是通過與之連通的手搖泵來控制的。各壓力數(shù)值均可由對應(yīng)的精密壓力表直接讀出。

（3）評價裝置。目前評價固井二界面膠結(jié)性能未見有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，通常采用壓出法測試剪切膠結(jié)強度，但為了更好地表征二界面的水力封隔能力，還需要測試其水力膠結(jié)強度。但由于巖心的滲透性使得水力膠結(jié)強度的測試較為困難，更多的是自行設(shè)計儀器和方法進(jìn)行測試。

本裝置以界面抗水壓滲透能力為標(biāo)準(zhǔn)，通過對固井二界面施加水壓來評價其水力膠結(jié)強度。將平流泵與養(yǎng)護(hù)釜下端打壓孔連通后，由于圓環(huán)形巖心的下端面已經(jīng)被密封板完全密封且水泥石滲透率極低，所以由平流泵經(jīng)下打壓孔施加的水壓只可能從固井二界面處形成突破，測試過程中具體表現(xiàn)為壓力持續(xù)上升的過程中突然下降，這時表明固井二界面的膠結(jié)已被水突破，記錄此時平流泵的壓力為固井二界面的水力膠結(jié)強度。

（4）加熱控溫系統(tǒng)。在養(yǎng)護(hù)釜側(cè)壁凹槽內(nèi)均勻填充加熱絲和石棉，并與由探頭、溫度感應(yīng)器、控制器等組成的加熱控溫系統(tǒng)連接，實驗時控制器可根據(jù)預(yù)設(shè)溫度，對養(yǎng)護(hù)釜內(nèi)的溫度進(jìn)行實時調(diào)控，從而保證釜內(nèi)部溫度恒定，以此來模擬井下地層溫度。

（5）儀器參數(shù)的確定。綜合標(biāo)準(zhǔn)巖心的高徑比要求和現(xiàn)場水泥環(huán)厚度情況，選定圓環(huán)形巖心外徑為120 mm，高為240 mm，內(nèi)徑為30 mm；同時考慮到使用相對壓差進(jìn)行實驗，所以確定裝置最高工作壓力為20 MPa；考慮不同區(qū)域地溫梯度的不同以及不同井深下溫度的差異，將裝置的最高實驗溫度設(shè)計為200℃。

加工成型的環(huán)空擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置如圖2所示。

圖2 環(huán)空擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置實物圖

3 圓環(huán)形模擬巖心的制備

環(huán)空擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置實驗裝置完成后，就需要制作實驗所需要的巖心，如何模擬地層孔滲特性是巖心制作的關(guān)鍵。為此進(jìn)行了環(huán)形巖心制備裝置的設(shè)計和巖心的制備。

由于天然巖心獲取成本高且尺寸較小、規(guī)格單一，因此使用人造巖心來進(jìn)行實驗，但目前常規(guī)的人造巖心多為圓柱狀且尺寸較小，且未見有現(xiàn)成的、尺寸適宜的圓環(huán)形巖心制備裝置。為了實驗研究的順利開展，作為環(huán)空擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置的配套裝置，又設(shè)計了圓環(huán)形巖心制備裝置。該裝置由巖心模具和壓制裝置兩部分組成，使用該裝置可以制作滿足實驗要求的圓環(huán)形模擬巖心。

（1）巖心模具。由兩個弓形對開半模、模具底座、組合式中心軸、緊固螺栓及固定擋板等組成，如圖3所示。兩個弓形對開半模為鏡像對稱，大小形狀完全相同，目的是保證制備的巖心外形為規(guī)則的圓柱狀，同時減輕模具重量、方便搬運及操作。制備巖心時，兩個對開半模通過6條均布的緊固螺栓拉緊閉合，這樣的設(shè)計一方面是為了保證給砂料加壓時緊固螺栓能提供足夠的閉合力；另一方面是為了組裝拆卸方便。

中心軸是一空心軸，作用是形成圓環(huán)形模擬巖心內(nèi)筒，空心軸的目的在于可以通過下端孔插在模具底座的居中軸上實現(xiàn)居中、固定，實驗時可以根據(jù)具體需要選擇不同外徑的中心軸，中心軸的外徑?jīng)Q定了圓環(huán)形模擬巖心的內(nèi)徑。模具底座是一邊長為150 mm、厚度為15 mm的正方形平板，四周有固定擋板，其中兩個平行擋板及巖心對開半模的對應(yīng)位置分別開有連接孔，目的是通過螺釘將對開半模與底座連接。底座中心有居中軸，直徑與中心軸下端孔內(nèi)徑相等。

（2）壓制裝置。主要作用是對砂料加壓，從而模擬實際地層巖石形成時的壓實作用使砂料之間通過外表黏附的膠結(jié)劑相互連接，形成一定的空間形狀和孔隙結(jié)構(gòu)，主要由底座、升降平臺、加壓平臺、巖心壓塊、手壓泵等模塊組成（見圖4）。

圖3 圓環(huán)形巖心模具

圖4 圓環(huán)形巖心壓制裝置

底座起支撐固定作用，是整個壓制裝置的基礎(chǔ)；升降平臺通過滑套以4根立軸作為導(dǎo)軌上下移動，滑套既降低了升降平臺移動時的摩擦力，同時也保證了升降平臺移動時能不發(fā)生傾斜；加壓平臺位于壓制裝置最上端，中心開孔，孔直徑稍大于巖心模具中心軸外徑；巖心壓塊為圓環(huán)形柱狀，外徑120 mm，內(nèi)徑略大于巖心模具中心軸外徑0．5～1 mm，配有不同高度的巖心壓塊，可根據(jù)實際需要靈活搭配從而制作不同長度的模擬巖心。手壓泵放置于底座中心，可施加的最大壓力為100 MPa。

除手壓泵外，上述各模塊均采用40CrMnV制作，表面精車、拋光后進(jìn)行淬火熱處理，處理后的材料硬度極高、表面光滑且耐磨。裝置整體具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、操作簡便、拆卸脫模方便、巖心高度內(nèi)徑可調(diào)等優(yōu)點，使用該裝置可制備直徑120 mm，長度260～280 mm，內(nèi)徑30 mm的圓環(huán)形模擬巖心，很好地滿足了實驗需求。

（3）圓環(huán)形模擬巖心的制備方法。根據(jù)現(xiàn)場巖樣的粒徑分析結(jié)果，按粒徑比例將過篩分選后的河砂均勻混拌配成基準(zhǔn)砂作為人造巖心的骨架材料，這個過程主要遵循粒徑的相似性原則。將作為黏結(jié)劑的環(huán)氧樹脂及固化劑在混拌容器內(nèi)攪拌均勻后倒入基準(zhǔn)砂，快速研搓后過篩［14］，解離聚團的砂料，提高混拌的均勻度，保證環(huán)氧樹脂均勻粘附在河砂顆粒表面，避免出現(xiàn)“膠心”。通過調(diào)整分次裝填、分次加壓的填砂方式，目的是保證壓實的均勻性。每次填砂后快速加壓至所需壓力后泄壓，然后將壓實后的砂料表面用針狀物均勻劃毛，目的是使前后裝填的砂料充分接觸，避免因出現(xiàn)明顯的分割面降低人造巖心強度［15］，最后一次填砂后，在所需壓力下持續(xù)加壓適當(dāng)時間后泄壓，常溫下帶模放置24 h后脫模，脫模后的巖心放入烘箱（50～60℃）烘干24 h后備用。

4 實驗步驟及評價方法

根據(jù)實驗裝置的設(shè)計原理，經(jīng)過實驗探索、分析和總結(jié)，確定了如下的實驗步驟：

（1）模擬巖心飽和水處理。使用全直徑巖心切割機將制備的圓環(huán)形模擬巖心切為240 mm長后放入相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)介質(zhì)中，使用真空飽和裝置進(jìn)行飽和水處理至少4 h。

（2）裝好實驗儀器。在下打壓孔上端的鋼制墊片均勻涂抹凡士林后，將養(yǎng)護(hù)釜下封頭裝好，放入下圓環(huán)形密封板后將飽和水處理后的模擬巖心放入養(yǎng)護(hù)釜內(nèi)，放入上圓環(huán)形密封板，緊接著裝好上封頭，然后將配制好的現(xiàn)場水泥漿通過漏斗由上封頭內(nèi)筒灌注進(jìn)圓環(huán)形巖心內(nèi)筒至要求高度后，用細(xì)銅絲順時針輕輕攪拌20次，目的是為了消除水泥漿中的氣泡，然后調(diào)整好柱塞位置，裝好密封蓋。

（3）調(diào)整壓力，開始實驗。按要求連接并打開相關(guān)管線流程，打開加熱控溫系統(tǒng)，然后根據(jù)實驗方案，加適當(dāng)環(huán)壓和回壓，接著打開平流泵（參數(shù)提前設(shè)定），當(dāng)出水口有水流出時，在回壓作用下模擬巖心內(nèi)的孔隙壓力值等于回壓值，此時動態(tài)養(yǎng)護(hù)開始，在這個過程中要根據(jù)實驗需要不斷調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，使得調(diào)壓閥壓力與平流泵壓力的差值始終等于模擬環(huán)空壓差。通過圓環(huán)形模擬巖心的水的流量是用量筒定時測量出水口處的水量來計算。

（4）動態(tài)控制水泥漿上部漿柱壓力。液態(tài)時，井下水泥微單元受縱向上部水泥漿柱壓力和徑向地層孔隙壓力的同時作用，但水泥漿在井下會不斷凝結(jié)硬化，隨著上部水泥漿的膠凝失重，水泥微單元受到的上部漿柱壓力會逐漸減小，其變化規(guī)律由膠凝強度決定。本次實驗時根據(jù)水泥漿在相應(yīng)溫度、壓力下的靜膠凝實驗數(shù)據(jù)，由下式近似計算水泥漿的膠凝失重值［16］：

式中：Δp為由膠凝引起的漿柱壓力損失，MPa；SGS為靜膠凝強度，Pa；L為注水泥長度，m；D為水泥柱直徑，m。

（5）固井二界面膠結(jié)性能評價。養(yǎng)護(hù)完成后，將各加壓管路關(guān)閉，待裝置冷卻至室溫后測試固井二界面膠結(jié)強度。

①使用壓出法測試剪切膠結(jié)強度。將養(yǎng)護(hù)后的封固系統(tǒng)從釜內(nèi)取出，放置在一個尺寸與巖心內(nèi)外徑相同的圓環(huán)形墊塊上，水泥柱上對齊放置一個與巖心內(nèi)徑相等的壓柱，使用多功能壓力測試機對壓柱加壓，把界面膠結(jié)破壞時的壓力F記為固井二界面的失效壓力，通過下式計算得到固井二界面的剪切膠結(jié)強度［17］：

式中：G為剪切膠結(jié)強度，MPa；F為固井二界面失效壓力，N；D為巖心內(nèi)徑，mm；H為水泥與模擬巖心的膠結(jié)長度，mm。

② 對固井二界面打壓測試水力膠結(jié)強度。裝置自然冷卻至室溫后卸下密封蓋，取出柱塞，放入上圓環(huán)形密封板后裝好上封頭，然后取出下打壓孔上端鋼制墊片，放入下環(huán)形密封板并裝好下封頭，然后將平流泵輸出管線與下打壓孔連通，加上環(huán)壓后打開平流泵對固井二界面施加水壓，在壓力持續(xù)上升的過程中突然下降時，表明固井二界面的膠結(jié)已被水突破，此時平流泵的壓力即為固井二界面的水力膠結(jié)強度。

5 評價裝置功能及應(yīng)用性

使用該實驗裝置可以研究不同地層物性和溫度，不同擾動程度下，不同地層水對固井二界面膠結(jié)性能的影響，并且可以測試固井二界面水力膠結(jié)強度，結(jié)合剪切膠結(jié)強度可以更全面地反映二界面的膠結(jié)性能。通過室內(nèi)模擬實驗可以得到不同地層條件下地層水?dāng)_動對固井二界面膠結(jié)性能產(chǎn)生不利影響的臨界流量，可以通過下式將通過巖心的流量轉(zhuǎn)化為地層水在巖心內(nèi)的流速［18］：

式中：v為流速，mm／h；Q 為流量，mL／h；D 為圓環(huán)形巖心外徑，cm；H為圓環(huán)形巖心長度，cm；φ為圓環(huán)形巖心孔隙度，%。

由式（3）可以得到不同地層條件下地層水?dāng)_動對固井二界面膠結(jié)性能產(chǎn)生不利影響的臨界流速，可為現(xiàn)場固井時周圍注采井的關(guān)井范圍預(yù)測提供參考，即若固井時地層水流速超過該臨界值時就要對周邊注采井采取停注、停采等措施，將地層水流速降至該臨界值以下，從而為該地區(qū)調(diào)整井固井質(zhì)量的改善奠定基礎(chǔ)。

為了檢驗實驗裝置的功能并探究擾動是否會對固井二界面的膠結(jié)性能產(chǎn)生影響，筆者在相同的實驗條件下使用蒸餾水分別在不同的進(jìn)出水口流量下進(jìn)行了室內(nèi)探索實驗。具體的實驗條件如下：實驗巖心采用實驗室制作的長240 mm、直徑120 mm的圓環(huán)形砂巖模擬巖心，其滲透率為300～400 mD，孔隙度15%左右；結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗和室內(nèi)實驗條件，選取水泥漿漿柱壓力與地層孔隙壓力的差值（即模擬環(huán)空壓差）為3 MPa；養(yǎng)護(hù)溫度為90℃；養(yǎng)護(hù)時間為24 h；養(yǎng)護(hù)介質(zhì)為蒸餾水；回壓為0．2 MPa。實驗中通過改變裝置進(jìn)出水口流量來實現(xiàn)對不同擾動程度的模擬。

圖5和圖6分別是在上述實驗條件下養(yǎng)護(hù)后的固井二界面剪切膠結(jié)強度和水力膠結(jié)強度測試結(jié)果。由圖5和圖6可以看出，使用蒸餾水作為養(yǎng)護(hù)介質(zhì)，當(dāng)流量在0～30 mL／h時，對固井二界面的膠結(jié)強度基本不產(chǎn)生影響；當(dāng)流量在30～60 mL／h之間時，固井二界面膠結(jié)強度急劇下降，這是因為擾動對固井二界面的膠結(jié)產(chǎn)生了干擾和破壞，惡化了固井二界面的膠結(jié)性能；當(dāng)流量大于60 mL／h時，由于此時水泥與模擬巖心內(nèi)壁之間的膠結(jié)已經(jīng)很差，所以繼續(xù)增大流量，固井二界面的膠結(jié)強度變化很小，說明其基本已達(dá)下限。

圖5 固井二界面剪切膠結(jié)強度測試結(jié)果

圖6 固井二界面水力膠結(jié)強度測試結(jié)果

實驗結(jié)果表明，該實驗裝置能夠模擬擾動對固井二界面膠結(jié)性能的影響，而且證明所提出的固井二界面水力膠結(jié)強度測試方法是可行的。根據(jù)式（3）可以進(jìn)一步求得該地層條件下地層水?dāng)_動對固井二界面膠結(jié)性能產(chǎn)生不利影響的臨界流速：

即，若固井時地層水的流速超過6．94 mm／h，就會對該井固井二界面的膠結(jié)產(chǎn)生不利影響，這時就需要對周邊注采井采取一定的關(guān)停措施，將地層水流速降至臨界值以下，進(jìn)而使固井質(zhì)量有所提高。

6 結(jié) 語

本文針對老油區(qū)地層壓力和油水分布復(fù)雜，調(diào)整井固井候凝過程中地層水仍處于流動狀態(tài)對固井二界面的擾動行為，設(shè)計并制造了一套擾動條件下固井二界面膠結(jié)性能評價裝置，圓環(huán)形巖心制備裝置以滿足對固井二界面擾動的地層模擬巖心的制作，探討了模擬不同地層孔滲特性的環(huán)形巖心的制作方法。該套實驗裝置可以實現(xiàn)不同孔滲特性地層、井壁泥餅是否存在、井下水泥漿是否受壓差影響、不同井下溫度及地層水流動狀態(tài)等對二界面膠結(jié)影響的模擬，較好地還原了水泥漿體系在井下候凝狀態(tài)受到流動地層水沖刷和侵蝕的過程。實現(xiàn)了對固井二界面水力膠結(jié)強度的測試，豐富了固井質(zhì)量的評價手段。