鉆井工程固井膠結(jié)界面研究現(xiàn)狀

張建武（石油集團西部鉆探工程有限公司青海鉆井公司，甘肅敦煌 736202）

鉆井工程固井膠結(jié)界面研究現(xiàn)狀

張建武（石油集團西部鉆探工程有限公司青海鉆井公司，甘肅敦煌 736202）

在石油開采中，固井是其中一項重要的施工環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞直接決定了油田能否安全開采以及后期的發(fā)展前景。本文將對固井膠結(jié)面的研究現(xiàn)狀進行相關(guān)討論。

固井；膠結(jié)面；鉆井液；套管；施工工藝

工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展速度越來越快，對石油能源的需求量逐漸增多；石油作為一種不可再生的能源，開采量的增多將逐漸增大對開采技術(shù)的需求。就當前現(xiàn)狀而言，油田開采的重心逐漸轉(zhuǎn)移到中小油田和開采難度較大的油田，如老油田、深井高溫油田等，面對這些高難度油田，傳統(tǒng)的開采技術(shù)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)的需要，熱采技術(shù)、壓裂技術(shù)、射孔技術(shù)、酸化技術(shù)、高壓注水技術(shù)等一系列增產(chǎn)技術(shù)開始大量使用，這就對固井技術(shù)提出了更高的要求，而固井雙界面膠結(jié)問題由此得到了廣泛的關(guān)注。

1 固井膠結(jié)面研究現(xiàn)狀

1.1 固井膠結(jié)面研究分析

鉆井工程固井質(zhì)量由第一和第二界面的膠結(jié)質(zhì)量決定，尤其是第二界面的膠結(jié)質(zhì)量顯得更為重要，得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，對第二界面的膠結(jié)質(zhì)量的研究工作已經(jīng)形成了較為完善的研究體系，而對第一界面的研究工作相對較少，因此本文以第一界面為例，對該領(lǐng)域的研究內(nèi)容進行簡要說明。

1.2 膠結(jié)力分析

固井第一界面的膠結(jié)力是由套管外表面和水泥環(huán)之間相互作用而產(chǎn)生的，主要包括粘結(jié)力、摩擦力和機械咬合力三部分。粘結(jié)力是固井所用水泥漿液固化后，漿液內(nèi)含有的化學物質(zhì)上的某些活性基團發(fā)生變化而結(jié)合在一起，使套管和水泥環(huán)之間結(jié)合的一種化學鍵；摩擦力是水泥固化收縮后與套管緊密結(jié)合產(chǎn)生的一種徑向正壓力；機械咬合力是對套管進行粗糙處理后，凹凸不平的表面與水泥環(huán)之間的作用力。在這三種作用力中，粘結(jié)力只在局部無滑移部位產(chǎn)生作用，影響較小；而摩擦力則可通過改變徑向力和接觸面的粗糙進行控制；機械咬合力與水泥環(huán)的抗剪強度和突起的大小、分布有關(guān)，作用力較大，是影響固井第一界面膠結(jié)力的主要因素。

1.2.1 膠結(jié)力影響因素

固井質(zhì)量的好壞主要取決于膠結(jié)力的大小，而膠結(jié)力則主要受地質(zhì)環(huán)境、鉆井液、水漿液、施工工藝和套管五個因素的影響。①地質(zhì)環(huán)境包括井眼和地層兩個方面，前者主要是指井別、井眼參數(shù)、井眼質(zhì)量、環(huán)空間隙、井內(nèi)溫度和壓力等各項參數(shù)；后者主要是指地層壓力、地層流體特性、地層氣竄潛力等參數(shù)。各個因素的控制都可能對固井質(zhì)量產(chǎn)生直接或間接的影響。②鉆井液是影響固井質(zhì)量的重要因素，鉆井液的類型、密度、流變性和濾餅質(zhì)量都會對固井質(zhì)量產(chǎn)生影響。如油基、水基、脂基類的鉆井液會在在地層和套管表明形成不同的潮濕性，從而對水泥、地層、套管之間的密封能力產(chǎn)生不同影響。③水泥漿的類別、穩(wěn)定性、流變性、稠化時間、防竄能力、強度、穩(wěn)定性、力學和熱學性能、固化過程都會影響膠結(jié)力的大小。如水泥漿對膠結(jié)力中的粘結(jié)力的大小就有直接關(guān)系，對摩擦力和機械咬合力的大小有間接的影響。④施工工藝不同，固井質(zhì)量也不同。固井過程設(shè)計多個環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)的失誤都會對整體質(zhì)量造成影響，并最終決定固井的質(zhì)量。⑤套管的表面越光滑，越容易形成微小孔隙，使油分、氣體、水分互竄，影響固井的質(zhì)量。另外，套管本身的抗壓性能和抗腐蝕性能，同樣會對固井質(zhì)量產(chǎn)生影響。

1.2.2 膠結(jié)力提升方法

根據(jù)膠結(jié)力影響因素，采取相應的措施可提升膠結(jié)力，從而提高固井的質(zhì)量。由于地質(zhì)條件為客觀因素，無法改變，因此以下將對可控因素進行簡要說明。

首先，鉆井液方面。向鉆井液中添加高爐礦渣或其他水化材料后，形成的多功能鉆井液提高了固井成功率，并且還節(jié)省了工程成本，減少了鉆井液的排放，減輕了石油開采對環(huán)境的污染；多元硅鉆井液的固-液相分布合理，這對于油氣層的保護十分有利。

其次，水泥漿方面。使用膨脹水泥漿技術(shù)和磁化水泥漿技術(shù)能不同程度的提升膠結(jié)力。前者是通過添加膨脹劑，增加了水泥對套管的正壓力，從而增加了摩擦力；后者則是利用磁化技術(shù)，使水泥石具有磁性，因此對套管的吸引力更強。

再次，施工工藝方面。振動固井技術(shù)是在下套管、注水泥、頂替水泥和水泥固化過程中通過多種手段產(chǎn)生振動波，增加各部分的密實度，從而提升固井質(zhì)量；分級注水泥技術(shù)是運用分級箍和相應的膠塞組技術(shù)進行水將注入，該技術(shù)的應用能改善傳統(tǒng)一次性注漿技術(shù)中井漏、油氣竄槽的問題，提升了固井質(zhì)量。

最后，套管方面。套管外封隔離技術(shù)利用封隔器提高了套管與井壁之間的密封性能，解決套管外油氣竄冒的問題；粘砂套管固井技術(shù)是利用化學粘結(jié)劑將均勻砂子粘貼到套管表面，以改善套管和水泥之間的膠結(jié)力；套管外表面粗糙化處理技術(shù)，是利用特質(zhì)的模具，直接生產(chǎn)出來具有特殊螺紋的套管，這種技術(shù)增大了套管的表面積，有利于膠結(jié)力的提升。

2 結(jié)語

隨著石油開采難度的增大，新型增產(chǎn)技術(shù)不斷應用，對固井質(zhì)量的要求也逐漸提高。固井質(zhì)量與第一和第二界面的膠結(jié)力大小有直接關(guān)系，且膠結(jié)力受多種因素的影響，如地質(zhì)環(huán)境、鉆井液、施工工藝、套管等，針對以上影響因素采取有效的改進措施，可提升固井質(zhì)量，為油田的安全生產(chǎn)提供保障。

［1］楊丹.影響套管水泥環(huán)界面膠結(jié)性能的因素研究［D］.西南石油大學，2014.

［2］孔凡就.提高固井第一界面膠結(jié)力的研究［D］.長江大學，2013.