13钻井工程固井胶结界面研究现状.docVIP

PAGE 1 PAGE 11 钻井工程固井胶结界面研究现状 杨振杰1 李家芬2 苏长明2 (1.西安石油大学石油工程学院，西安 710065；2.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083) 摘要 固井质量一直是石油勘探开发中备受关注的问题，对特殊工艺井钻井、油水井开采寿命和勘探开发效益有直接的影响。而对固井胶结界面的研究是从根本上提高固井质量急需开展的一项基础研究工作。为了推动固井胶结界面研究工作的开展，本文对国内外近年来有关固井界面研究的文献进行了分析，着重分析了这一研究领域目前所采用的研究方法手段和对提高固井界面胶结强度的基本认识。在文献分析的基础上，提出了作者对今后深入开展固井界面研究工作的观点。 主题词 固井 胶结界面 微观结构 界面胶结强度 机理研究 作者简介 杨振杰，1958年6月生。1982年毕业于西南石油学院钻井工程专业。毕业后长期在报告油田从事现场钻井泥浆技术工作和科研工作，现在西安石油大学石油工程学院从事科研教学工作，教授级高级工程师，2002年获西南石油学院油气开发工程工学博士学位。 联系电话：029界面即两相的接触面，对于复合材料而言，界面胶结历来被认为是整体结构的薄弱环节。界面的结构、性质及改善，对复合材料的宏观行为有重要影响。复合材料由于其优异的性能在建筑材料中得到越来越广泛的应用，对界面的研究也就越来越成为重要的课题，目的是弄清界面的性质，对其进行改性，以改善材料的整体性能1。特别是混凝土和砂浆，由于浆体和集料之间有一个过渡区，其特点是多孔、疏松、晶体粗大且定向排列2。因此，水泥浆体和集料之间的反应及界面的物理状态对混凝土的力学性能和耐久性有重要的影响，界面胶结强度往往是整体结构强度的关键3。吴中伟教授4认为，在混凝土中，集料或钢筋等增强材料与水泥石之间的界面，一直被认为是薄弱环节，阻碍着混凝土性能的进一步提高；强度、抗渗、抗冻和耐蚀等重要性能常常因界面上存在的缺陷而受到损失，甚至受到严重的破坏。因此，要想大幅度地提高水泥基复合材料的性能，为这一大类材料开阔新的用途，且能达到节能、经济和耐久等目的，首先必须深入研究界面问题，并有所突破。 对石油工程中的固井作业来说，界面环境更加复杂，影响因素更多，界面胶结强度对工程质量的影响就更大。固井的双界面胶结质量及强度，直接影响油井的使用寿命和开发效益已是一个不争的事实。特别是在开发后期的调整区块，层系细分，产层薄、隔层薄，通常还要采取增产措施后才能进行生产，对固井界面的胶结质量要求更高。因此，随着油田开采强度的加大，对封固界面抗冲蚀破坏性能要求越来越高，迫切需要解决影响界面胶结质量的各种问题，特别是流体渗流条件下的界面胶结强度的建立和保持问题。 越来越多的工程实践表明，对于石油工程中的固井和挤堵作业涉及的界面胶结质量和强度问题，仅仅局限于固井液体系的改进完善是很不够的，要想真正实现技术上的突破，就必须开展胶结界面微观结构的基础研究工作5。国内外已越来越重视固井界面的研究工作，认为界面胶结质量是影响油气井使用寿命的关键因素。固井界面封固失效，会降低开发效益，引起环保（污染地下水源）和安全（天然气窜到地面）的危害12。深入开展固井界面的研究工作，能够透过新的视点研究固井胶结质量问题，创新性地提出强化界面胶结强度的途径，在相关领域发展新型的工艺技术，这对全面提高固井工程和油水井堵漏的界面胶结质量，适应油田开发的各种特殊要求，提高油气井使用寿命、保护油气层和提高开发效益有重要意义。 1 钻井工程固井界面研究的方法 1)功能材料动态性能测试装置和模拟固井射孔综合试验装置 哈尔滨建筑大学和大庆钻井工艺研究所王详林，钟启刚等人6为了研究在一定温度和压力下固化体的动态力学性能，他们和中科院力学研究所合作，研制了一台带围压和温度的多功能材料动态性能测试装置，可分别进行材料的拉伸，压缩和扭转试验。拉压试验可在三向应力状态下进行，能够测定出动静态弹性模量，动态断裂韧性和破碎吸收能等参数。模拟固井射孔综合试验装置模拟固井条件进行射孔试验，以检验射孔时各种改性配方制作的水泥环的实际力学状态，通过验窜压力能够测定出界面胶结强度。 2) HTHP剪切胶结强度试验仪 界面的胶结强度比较能够直接地反映出固化体的韧性和强度，脆裂严重的固化体往往表现出低的胶结强度，甚至不能形成界面封隔能力。J．J．Nahm 和R . N . Romero 7为研究矿渣MTC 固化体的界面封隔性能使用了带一个长剪切管和两个短剪切管的HTHP剪切胶结强度试验仪，能够测出剪切胶结强度，剪切破坏后活塞与固化体表面的摩擦力，更重要的是能够测出剪切破坏后再养护两周的剪切胶结强度。实验发现矿渣MTC 固化体不仅具有较高的剪