张恩宾 徐善军
中石化胜利石油工程公司黄河钻井总公司，山东 东营257000
摘要：随着川渝地区天然气油气地质勘探开发面临问题的复杂化，钻井过程中新型的钻井液处理剂和新型的固井混合材质层出不穷，导致部分钻井液处理剂和混合材质之间的化学兼容性较差，引起固井工程施工进度的延误、钻探成本的增加，严重时诱发固井安全事故，并最终严重影响水泥环对地层的层问封隔。基于此，本文主要对钻井液处理剂对固井水泥浆的污染影响进行分析探讨。
关键词：钻井液处理剂；固井水泥浆；污染影响
前言
在固定操作当中，由于受到井眼的形状以及施工过程当中，使用的水泥浆和钻井液的性能不同，在固定操作当中水泥浆经常会和钻井液之间进行混合，进而形成了严重的接触性污染问题。在混合泥浆当中产生流动性巨变的现象，在一些深井和大斜度的矿井当中比较常见。产生这种接触性污染的问题，经常产生的危害在于混浆的流动性下降，造成了实际的固井操作效率的下降，同时还可能造成水泥泵在工作过程当中的压力升高，进而在薄弱层的地带造成水泥溢出或者是路的问题。
1、固井水泥浆和钻井液接触污染的问题表现
混合水泥浆当中产生的凝结程度不足，或者是在混合当中产生明显的筹划问题，进而在施工当中出现了“插旗杆”的不良事故或者是钻头被卡死在水泥当中。水泥浆当中产生大量的凝聚物，造成了水泥浆的凝结质量严重下滑。通过对接触性污染所产生的原理分析和探索，除了钻井液当中受到了钙化问题的影响，同时相关的研究人员认为在一些无离子化合物和聚合物的凝结之下，会对钻井液当中的性能产生影响；有人认为在钻井液的处理剂和添加剂当中的相互作用，会造成混合水泥浆的粘稠程度明显上升；有的研究人员认为在一些钻井液处理剂当中，对于水泥浆所起到的促凝性作用比较明显。钻井液很容易会受到钙化问题的影响，在一些钻井液中通过加入活性剂或者是水泥浆的方式，并且在隔离液的使用过程当中和水泥浆之间的接触性污染问题，仍然没有得到有效的解决。
在接触性污染的解决措施方面，主要分为了调整钻井液的性能，使用隔离液或者是在固井操作之前，对于两者液体之间的相容性进行准确的测试。上述的研究方法存在的问题在于，在原本的作用和机理问题方面，缺少了水泥浆和钻井液相互之间的交互性作用，同时在实际操作过程当中很有可能站井液和水泥浆之间会存在大量的聚合物聚合物，在两者混合液体当中受到的基础离子聚合的影响比较明显，而水泥化合物当中会存在多种金属离子和金属离子对金属化合物的凝聚效果的研究还比较浅显，污染程度主要是针对流动浆体的凝时间，作为评判的指标，通过反复调节工作液体，使其达到最低的安全标准性能，这种操作方式具有较强的盲目性。
2、钻井液与水泥浆接触污染作用机理
2.1接触污染作用机理
钻井液与固井水泥浆接触污染作用机理如下：①水泥砂浆未添加分散剂时，水泥颗粒以“多级絮凝结构”的形式存在，并可根据絮凝结构的紧密程度和水泥颗粒之间的孔隙大小，分为1-5级。因为水泥颗粒和水泥浆内部的水泥水化粒处于非永久性连接，所以一旦在水泥浆中加分散剂，就会破坏这个非永久性连接，释放絮凝结构内部的水分子，增加自由水分子，提升水泥浆的流动性；②如果固井水泥浆出现水化现象，水泥砂浆内将产生Al3+、Mg2+、Fe3+、Ca2+离子，钻井液成为由膨润土、水和各类处理剂构成的多相分散体系，维持该体系性能的制剂是KPAM、XC、磺化单宁等；③钻井液内部的Na+离子与水泥浆内部的Ca2+、Mg2+离子发生离子交换，使粘土内钠离子变为钙离子，使钻井液粘土颗粒变粗，加大网状结构，降低钻井液的流变性；④产生“假凝”现象，即增加凝胶稠度，缩短稠化时间。
通过分析接触性污染产生的原理，除了有在钻井液中受到钙化问题的影响外，相关研究人员认为：①某些无离子化合物与聚合物的凝结，也会对钻井液中的性能产生影响；②某些钻井液的添加剂和处理剂相互作用，会导致混合水泥浆的粘稠度上升；③一些钻井液处理剂中，对水泥浆的促凝性作用较强。
2.2钻井液与固井水泥浆污染作用解决措施
从钻井液与固井水泥浆接触污染的作用机理入手，运用红外光谱、X-射线衍射仪、扫描电镜对水泥浆混合前后的物象与微观形貌进行对比，针对钻井液与水泥浆接触产生的污染，制定出以下解决方案：①使用“抗钙”导浆，降低钙化，这一措施在固井钻井中早有应用；②结合水击砂浆受到钻井液影响的评价结果，选择替代钻井液的处理器；③降低钻井液和固井水泥浆内的高价金属离子（如Fe3+、Al3+等）的浓度，利用螯合剂与高价金属离子反应，形成螯合环，以降低金属离子的浓度。在固井过程中可以采用GYW隔离液或先导浆，并加入优选的掩蔽剂螯合金属离子，以此降低混浆中Al3+、Fe3+和Ca2+的浓度，抑制“钙侵”和“Fe3+与Al3+”引起的交联效应，保证固井施工的效率与安全性。
3、实际应用
这些解决接触污染的技术在多次固井作业中都有着成功的尝试，以下论述运用解决接触污染技术的实例。四川MX17井是西南油气田中的一口预探井，通过技术钻至5040m后，采用∮168.3mm的尾管固封2150～5039m的井段；该井井底的循环温度是114℃，静止温度为134℃，井底压力约为100MPa，水泥浆密度为2.20g/cm3。这口井固井的困难点在：空间隙小，很难下套管；高温高压，上下温差较大；高密度的钻井液与高密度的水泥浆之间接触污染严重；泵压高，固井施工摩擦力、阻力大。在固井过程中，采用下列解决接触污染的措施：①配制20.7m3抗钙能力较强、黏度和切力较低的先导浆；②使用GYW隔离液，隔离液中加入了掩蔽剂；一共使用了12.6m3的前隔离液和7.5m3的后隔离液；③固井作业过程中，先泵注先导浆，再泵注前隔离液，最后在中心馆附近泵注后隔离液，此操作是为了防止污染。经过以上措施以后，MX17井∮168.3mm尾管的固井施工就顺利完成，其中施工时间约为250min，成功碰压，水泥浆、钻井液、隔离液和先导浆返出界面清晰，没有严重接触污染。
该实例证明了以上解决举措的正确性，证明了针对接触污染的作用机理所作出的应对措施是正确的。
结语
①水泥浆加入分散剂后具备流动性，是因为打破了非永久性连接的水泥絮凝结构，使其中的水分子被释放，增加水泥浆体中的自由水，因此使水泥浆具备良好的流动性；②水泥浆在水化过程中产生Fe3+、Al3+等高价金属阳离子，混浆后KPAM和XC处理剂与Fe3+、Al3+反应生成胶态分散凝胶或者若凝胶，凝胶会吸附混浆中的自由水；KPAM和XC等聚合物的吸附架桥作用也导致水泥颗粒絮凝结构生成永久性连接，加强絮凝结构。这些作用最终使混浆流动性急剧变差；③使用抗钙类先导浆、以及把掩蔽剂加入到隔离液中等措施能够缓解或消除接触污染。
总之，在一些比较复杂的井下水泥浆施工当中，井体的钻井液面所产生的接触性污染问题，对井下的施工操作形成了非常明显的影响，相关的生产企业需要针对这方面的问题加以充分的重视，通过实验理论有效的运用在实际的问题实践当中，保证井下操作的稳定进行。
参考文献：
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