水基钻井液用固井界面亲和剂的研制

王广雷

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

1 主要的评价方法

为了更真实地模拟并定量评价固井二界面胶结质量，建立一种新型固井二界面评价方法，此种评价方式以泥饼性能检测、二界面胶结强度及等效渗透率为评价手段。研究结果表明，该评价方法简单适用、数据重复性好、对比性强，能够较为真实地模拟了二界面与水泥浆的胶结情况。此评价方法一方面可以直接量化泥饼性能和二界面胶结强度；另一方面可以间接地表征出界面的渗透率，为界面亲和剂的研制提供定性定量的数据参考。

1.1 泥饼性能检测方法

利用泥饼厚度强度自动测量仪（如图1所示）来测定钻井液滤失后其滤饼的各项参数。该仪器由不锈钢的测量台和智能多功能测量仪两大部分组成。其工作原理是通过流水自动加压，迫使滤饼在外力逐渐增加后发生变形，施加于滤饼上的外力与变形量的关系，从而计算出滤液的虚厚、真厚及强度。

图1 泥饼厚度强度自动测量仪示意图

1.2 等效渗透率检测方法

利用中压钻井液滤失仪形成滤饼，冲掉浮泥饼后再将滤饼烘干并挤压成碎片（大约0.15～0.25cm2），然后把水泥浆与滤饼碎片混拌均匀后放入水泥渗透率养护模具中，带温养护48h后取出60℃烘干直到样品无质量变化，待其冷却至室温后测定其渗透率（如图2所示），即为二界面等效渗透率。

图2 等效渗透率样品

1.3 第二界面胶结强度检测方法

首先模拟井下条件在环形人造岩芯的内壁上形成滤饼，然后把水泥浆与附有滤饼的岩芯内壁进行固结并养护一定龄期，最后测定岩芯与水泥环柱间的胶结强度，即为二界面胶结强度。

1.3.1 人造岩芯的制备

利用特种的胶粘材料，把石英砂制成高160mm、内径120mm、外径160mm的环形人造岩芯（如图3所示），其渗透率为（10～100）×10-3μm2。

图3 环形人造岩芯

1.3.2 滤饼的形成

首先将钻井液在常压稠化仪进行加温搅拌30min，取出之后及时倒入环形人造岩芯中，然后利用岩芯加持器在钻井液面上施加0.7MPa的压力并维持30min，使得钻井液只能从岩芯内壁向岩芯外壁滤失，从而也就真实地模拟了井下滤失的实际情况。

1.3.3 二界面的固结与养护

滤饼形成后将钻井液倒掉，再将内壁浮泥饼冲掉，然后将一定体积的水泥浆倒入岩芯中加盖进行常压加温候凝养护48h。养护结束后，取出岩芯，待其冷却至室温后测定人造岩芯与水泥浆的胶结强度。

2 界面亲和剂的组成及评价试验

根据界面增强机理以及相关功能评价试验需求，对界面亲和剂体系的单剂进行优选和评价试验，从而研选出LP用于削弱泥饼厚度及降低钻井液粘度切力；FS用于增强泥饼强度及提高界面胶结强度。针对硅基阳离子水基钻井液体系和钾盐共聚物水基钻井液体系，开展了相关的复配评价及加量配比试验，并已初步形成体系配方0.2%DN+0.5%LP。

2.1 泥饼厚度、强度评价试验

2.1.1 降低泥饼厚度

图4实验数据表明：LP、FS对水基钻井液体系的泥饼厚度的削减均能起到了一定作用，协同作用效果更明显。针对不同的钻井液体系，实泥饼厚度削减范围在35%～45%，虚泥饼厚度削减范围在30%～60%。

图4 不同配方界面亲和剂泥饼厚度检测

2.1.2 提高泥饼强度

图5实验数据表明：LP、FS对水基钻井液体系的泥饼均能起到了一定的增强作用。针对不同的钻井液体系，泥饼强度增加范围在100%～200%。

图5 不同配方界面亲和剂泥饼强度检测

2.2 等效渗透率评价试验

按照上述的方法进行操作及养护，利用渗透率测试仪测出不同样品的绝对渗透率，试验数据如表1所示。

从表1可以看出：①同种钻井液体系滤失时间越长，虚泥饼厚度越厚，等效渗透率也逐渐变大，说明胶结界面处也就越疏松。②不同的钻井液体系在相同滤失条件下所形成的滤饼也不尽相同，这取决于钻井液固相含量及性能；一般来说，虚泥饼越厚等效渗透率越高，说明虚泥饼厚度是影响等效渗透率的主要因素。

表1 二界面等效渗透率数据表

2.3 第二界面胶结强度评价试验

按照上述的方法进行操作及养护，利用抗压强度测试仪测出不同样品的二界面脱模力，然后再通过换算公式计算出其二界面胶结强度，原始数据如表2所示。

从表2可以看出：①当无泥饼存在时，胶结强度较好；当有泥饼形成时，胶结强度都大大降低，说明泥饼的存在严重影响了固井二界面的胶结强度。②相同钻井液体系在不同渗透率岩芯的滤失作用下，形成滤饼的厚度也有所不同。一般来说，渗透率较低的岩芯内壁形成滤饼厚度也相对较薄。③相同钻井液体系下，泥饼越厚二界面胶结强度越低；不同钻井液体系所形成相同厚度的滤饼，二界面胶结强度也不尽相同，说明二界面的胶结强度不仅和滤饼厚度有关，而且和滤饼结构强度以及钻井液体系也存在着必然的关系。

表2 二界面胶结强度数据表

3 结论

（1）推出了一种固井二界面胶结质量评价新方法，此评价方法一方面可以直接量化泥饼性能和二界面胶结强度；另一方面可以间接地表征出界面的渗透率，为定量研究钻井液类型和性能对第二界面胶结质量的影响奠定了试验基础。

（2）研制了一种新型固井界面亲和剂。该亲和剂的引用不但可以削减泥饼厚度、增强泥饼强度；而且亲和剂中的纤维镶嵌在第二界面交界处与水泥形成“拖曳效应”，提高界面胶结强度，为进一步提高固井质量提供技术保障。