地層—泥餅—水泥環(固井二界面)膠結機理探索分析

張衛華

（大慶鉆探國際事業部，吉林松原138000）

大慶油田開發以來，特別是鉆調整井以來，油田的固井技術得到了全面的發展，形成了“壓穩、居中、替凈、密封”八字方針，圍繞“八字”方針通過攻關形成了幾十項配套固井技術。其中，在固井頂替效率研究、水泥漿失重與水氣竄規律研究、水滲流與地質因素研究、防竄機理與抗竄水泥外加劑研究、地層壓力預測與鉆關技術研究、射孔對水泥環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，滿足了油田開發的需要。

目前油田老區進入高含水后期開采階段，二次加密、三次加密開發對固井質量提出了更高的要求。如何在固井二界面上進一步保證全封固段特別是隔層的封固質量，減少開發薄差層時層間竄問題的發生，是油田鉆井和開發共同面臨的一個關鍵問題。

地層—泥餅—水泥環膠結機理的研究從一個新的角度研究了固井二界面問題，這對進一步深入研究固井二界面問題，改善二界面的封固質量有著重要的意義。

1 泥餅形成規律實驗

泥餅是固井二界面研究中較為關鍵的一個因素，在泥餅形成規律方面主要考慮了五個方面的影響因素：巖芯的滲透率、壓差、時間、動態程度和鉆井液體系。

圖1給出了動態泥餅形成過程中三種典型濾失關系曲線。

圖1 泥餅形成濾失量與時間關系曲線

曲線1是1mD以上的巖芯在動態條件下形成泥餅過程中的濾失量與時間的關系曲線，呈直線關系，開始很短時間就有濾失液體出現，不同壓力、滲透率、動態程度其關系趨勢都是一樣的，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的隔層巖芯的實驗情況，1.5h后，濾液穿透實驗巖芯，開始濾出，隨時間增加，濾失量穩定增加，呈直線關系。但是，觀察泥餅情況時，發現在巖芯上不存在泥餅，只有吸附的鉆井液，用水一沖即掉。實驗證明了隔層在一定條件下是可以進水的，但是在動態情況下，未形成真泥餅。

曲線3也是0.1mD以下的隔層巖芯的動態泥餅形成過程的曲線。在實驗過程中，既無濾失產生，也無泥餅形成。實驗證明，即使都是隔層的巖芯，也有細微的巖性差別。

2 界面膠結強度實驗

用帶有泥餅的巖芯和無泥餅的隔層巖芯在二界面模擬試驗裝置中在45℃條件下養護水泥環，養護分加壓和不加壓兩種情況，養護24h后，在壓力機上測定二界面的滑脫力，計算出二界面的膠結強度，實驗結果見表1。

表1 二界面膠結強度數據表

對表1的數據進行分析可以得到以下幾點認識：

（1）隔層的巖芯在無泥餅條件下直接養護水泥，在加壓狀態下，界面強度平均為0.61MPa；

（2）GSY鉆井液形成的動態泥餅與水泥環膠結，在加壓狀態下養護，界面膠結強度平均為0.48MPa，與水泥同巖芯膠結的界面強度相差0.14MPa，比較接近，說明該鉆井液體系具有很好的界面膠結性能和界面親和性；其靜態條件下的膠結強度也達到了0.45MPa，進一步說明這種鉆井液與水泥環的親和性比較好。在某種意義上說，該鉆井液與水泥環和地層都有一定程度的膠結能力；

（3）YJG鉆井液動態泥餅條件的膠結強度為0.24MPa，說明也有一定的二界面密封作用，但是靜態泥餅以及不加壓養護條件下，二界面基本沒有膠結強度。

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該進一步考慮的問題。

3 抗竄實驗

（1）泥餅破裂強度實驗。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，泥餅開始破裂，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，泥餅自身的質量較高，抗水侵能力強。

圖2 泥餅破裂強度實驗照片

（2）抗竄實驗。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，養護24h形成滲透層、隔層、泥餅、水泥環的二界面狀態，給滲透層加壓力，考察泥餅、水泥環以及隔層的抗竄能力，記錄抗竄壓力，竄通通道及泥餅、水泥環的變化等。

從實驗結果看出（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，并逐漸向水泥環擴散，繼續加壓，達到一定壓力后，壓力突降，二界面整體狀態被破壞。

表2 抗竄實驗對比表

4 結論及建議

（1）泥餅在井下巖芯上的形成程度與質量以及沖洗后的狀態對二界面的質量有著直接的影響。

（2）實驗證明通過選擇鉆井液，可以提高二界面的膠結強度。

（3）通過對地層—泥餅—水泥環膠結機理的研究，取得了相應的認識，但二界面問題還有待于更進一步深入研究，建議進一步以“八字”方針為基礎，研究一套適合二界面封固質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量的新的工藝技術措施；研制一套評價二界面質量的新裝置，建立二界面評價標準，達到進一步改善固井二界面質量的目的。