孫 威

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍 江大慶 163413）

作為鉆井作業(yè)中的一個施工環(huán)節(jié)，油氣井的固井質(zhì)量對油氣資源的有效開發(fā)具有重要的作用。隨著國內(nèi)深井、超深井的持續(xù)開發(fā)，給固井質(zhì)量的進(jìn)一步提高帶來了更多的挑戰(zhàn)。由于水平井、深井、超深井等特殊工藝井的固井封固段長、壓力層系多，固井的每個環(huán)節(jié)都顯得尤為重要。鉆井液處理劑對固井水泥漿的影響與固井質(zhì)量密切相關(guān)，鉆井液對固井水泥漿的污染會導(dǎo)致很多意外事故發(fā)生[1-2]。而鉆井液是由多種處理劑組成，鉆井液對固井質(zhì)量的影響，也可細(xì)化為鉆井液處理劑對固井質(zhì)量的影響。因此，對鉆井液處理劑和水泥漿之間的作用機(jī)理進(jìn)行研究，對進(jìn)一步提高固井質(zhì)量、保障施工安全具有重要的意義。

1 國內(nèi)外研究情況

國外對鉆井液處理劑和水泥漿之間的影響關(guān)系研究開展的較早，早期的研究結(jié)果表明，即使少量的鉆井液用聚合物等有機(jī)化合物也會對固井質(zhì)量產(chǎn)生非常大的影響。哈里伯頓公司在水泥的頂替效率方面最早開展了相關(guān)研究[3]。研究成果表明，在固井過程中，一旦鉆井液和水泥漿發(fā)生直接接觸，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的混漿現(xiàn)象，這種混漿的流變模式對固井質(zhì)量非常不利?？撇毓狙芯堪l(fā)現(xiàn)，使用甲酸鹽鹽水作為隔離液，可以有效避免鉆井液對水泥漿的污染。

隨著國內(nèi)對固井質(zhì)量的越來越重視，各大科研院所及專業(yè)服務(wù)公司也開展了大量的鉆井液與水泥漿之間的影響研究。其中西南石油大學(xué)的研究成果認(rèn)為水泥漿被污染的主要原因是鉆井液中的處理劑和水泥漿發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致水泥漿膠凝，進(jìn)而大幅度影響稠化時間和強(qiáng)度。此外，水泥漿中存在的大量鈣鎂離子，也對鉆井液的性能造成了嚴(yán)重破壞。川慶鉆探公司的研究人員認(rèn)為，水泥漿中的鈣鎂離子作用于鉆井液所含的膨潤土上后，因為鹽侵作用，使粘土顆粒發(fā)生絮凝進(jìn)而失去流動性，而鉆井液中的有機(jī)化合物也會和水泥漿外加劑發(fā)生作用，最終影響水泥漿的稠化和強(qiáng)度[4]。

從施工方面來說，最佳的方法是使用隔離液來避免鉆井液和水泥漿之間的直接接觸。但有必要對鉆井液處理劑和水泥漿之間的影響機(jī)理進(jìn)行分析，從而彌補(bǔ)理論研究的不足，進(jìn)一步提高固井質(zhì)量。

2 常用鉆井液處理劑對水泥漿的污染影響研究

2.1 聚丙烯酸鉀對水泥漿性能的影響

聚丙烯酸鉀是一種常用的鉆井液處理劑，其具有較好的抑制性和降濾失性，其作為一種高分子聚合物，其對水泥漿的各項性能均有很大的影響。

水泥漿的流動度是衡量水泥漿性能的一個重要技術(shù)指標(biāo)，在水泥漿中加入不同質(zhì)量的聚丙烯酸鉀后，其加量對水泥漿流動度（20℃，90℃）的影響見表1。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，隨著聚丙烯酸鉀含量的增加，水泥漿流動度明顯降低，加量達(dá)到0.08%時，水泥漿的流動性非常差，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場固井要求了。

表1 聚丙烯酸鉀對水泥漿流動度的影響

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的聚丙烯酸鉀后，其加量對水泥漿稠化時間的影響見表2。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，隨著聚丙烯酸鉀含量的增加，水泥漿稠化時間明顯縮短，加量達(dá)到0.1%時，稠化時間縮短到110min，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)場固井施工對稠化時間的需求。

表2 聚丙烯酸鉀對水泥漿稠化時間的影響

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的聚丙烯酸鉀后，其加量對水泥漿API失水的影響見表3。

表3 聚丙烯酸鉀對水泥漿API失水的影響

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，隨著聚丙烯酸鉀含量的增加，水泥漿API失水逐步降低，分析原因認(rèn)為是聚丙烯酸鉀和水泥漿形成了交聯(lián)結(jié)構(gòu)，束縛了自由水，從而使失水大幅度降低。

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的聚丙烯酸鉀后，其加量對水泥石抗壓強(qiáng)度的影響見表4。

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，聚丙烯酸鉀含量的增加對短期內(nèi)水泥石的抗壓強(qiáng)度影響較大，但達(dá)到7d以后，聚丙烯酸鉀摻混與否對水泥石的強(qiáng)度沒有明顯影響，說明聚丙烯酸鉀具有一定的早強(qiáng)效果。

表4 聚丙烯酸鉀對水泥石抗壓強(qiáng)度的影響

2.2 褐煤樹脂對水泥漿性能的影響

褐煤樹脂是以褐煤為主要原料，經(jīng)化學(xué)改性制成，在鉆井液中主要用作降濾失劑，是一種抗溫耐鹽用途較為廣泛的鉆井液助劑。

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的褐煤樹脂后，其加量對水泥漿流動度（20℃，90℃）的影響見表5。

表5 褐煤樹脂對水泥漿流動度的影響

從表5中數(shù)據(jù)可以看出，褐煤樹脂對水泥漿常溫流動度的影響呈波浪形式，隨摻混量的增加水泥漿高溫流動度呈減小趨勢，當(dāng)加量達(dá)到1.0%時，水泥漿流動性非常差，不能滿足現(xiàn)場使用需求。

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的褐煤樹脂后，其加量對水泥漿稠化時間的影響見表6。

表6 褐煤樹脂對水泥漿稠化時間的影響

從表6中數(shù)據(jù)可以看出，隨著褐煤樹脂摻混量的增加，水泥漿稠化時間明顯延長，稠化時間的大幅度延長不利于水泥石強(qiáng)度的形成而且有可能引發(fā)油氣竄，最終影響固井質(zhì)量。

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的褐煤樹脂后，其加量對水泥漿API失水的影響見表7。

表7 褐煤樹脂對水泥漿API失水的影響

從表7中數(shù)據(jù)可以看出，隨著褐煤樹脂含量的增加，水泥漿API失水大幅度降低，分析原因認(rèn)為是褐煤樹脂作為一種降濾失劑在水泥漿體系里也能發(fā)揮一定的作用。

在水泥漿中加入不同質(zhì)量的褐煤樹脂后，其加量對水泥石抗壓強(qiáng)度的影響見表8。

從表8中數(shù)據(jù)可以看出，褐煤樹脂含量的增加對短期內(nèi)水泥石的抗壓強(qiáng)度影響較大，當(dāng)加量超過0.8%以后，水泥石失去強(qiáng)度，但達(dá)到7d以后，褐煤樹脂摻混與否對水泥石的強(qiáng)度沒有明顯影響。

表8 褐煤樹脂對水泥石抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論及建議

（1）鉆井液助劑和水泥漿之間的接觸是造成水泥漿性能發(fā)生變化的直接原因，不同的處理劑造成的影響不同。

（2）水泥漿對聚丙烯酸鉀比較敏感，即使加入微量也會大幅度影響水泥漿的流動度。

（3）褐煤樹脂對水泥漿的性能影響相對較小，少量摻混不會影響其性能。

（4）本文僅考察了2種常用鉆井液助劑對水泥漿的影響，下一步應(yīng)該擴(kuò)大研究范圍，并對微觀機(jī)理進(jìn)行深入研究。