31-泥浆转化为水泥浆技术及多功能钻井液技术

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1、泥浆转化为水泥浆技术及多功能钻井液技术吴达华（中国石油天然气集团公司工程技术研究院）摘要：泥浆转化为水泥浆技术和多功能钻井液技术是新型固井技术，由于它具有的技术、环保和经济优势引起了固井界的广泛重视，上世纪90年代我国系统地开展了该技术的研究，已在我国各油田广泛地推广应用，尤其在调整井固井、长封固段固井、热采井固井、用钻井设备进行固井和漏失井固井中形成了明显的特色。本文对泥浆转化为水泥浆技术和多功能钻井液技术的国内外现状及发展趋势进行较为详细的综述。主题词：泥浆转化为水泥浆多功能钻井液矿渣水泥一、概要波特兰水泥一直是地层封隔和支撑套管的主要固井手

2、段，人们在提高泥浆的顶替效率上一直进行着不懈的努力，但未能达到期望的目标，原因是泥浆和水泥浆不相容，残存在环空内和挂在套管上的泥浆及附着于裸眼表面的泥饼很难完全清除干净，它们将严重影响着水泥浆的各项性能，如流变性、凝结时间和强度发展等，尤其残存在冲刷层或井眼扩大部分的泥浆与泥饼，在周围水泥浆固化后，由于水泥石的吸水使之粉化、龟裂易形成流体窜通的通道（图1左）。泥浆转化为水泥浆技术与多功能钻井液技术（UF）的开发就是为了解决由于这种泥浆窜槽引起的固井失败。早在上世纪五十年代，开始研究用钻开地层的钻井液转化为水泥浆进行固井的方法，因为转化的钻井液和基

3、础泥浆的相容性好，提高了泥浆的顶替效率，减少了泥浆窜槽，得到了较好的地层封隔(图1中)。至九十年代初，国际社会对环保要求越来越高，废弃泥浆的处理费用日趋升高；性能优异的分散剂和有机促凝剂的开发，以及高炉矿渣泥浆固化技术的采用；形成了以Wilsion为代表的波特兰水泥转化技术和Cowan为代表的矿渣转化技术（slag-mix），使MTC技术所具有的技术、经济和环境优势得以在工业实践中真正体现。尤其是矿渣MTC技术具有:游离CaO含量甚低，对泥浆钙侵少，泥浆体系适用围广；强度发展快，不影响测井；在较宽的温度范围内固化，可应用于长封固段固井的特点，更引

4、起了广泛关注。但是泥浆转化为水泥浆技术只提高了泥浆的顶替效率，而残存在环空内的泥浆及泥饼仍不能固化，未能彻底改变水泥环与地层的界面胶结，因此Shell公司在九十年代中期又开发了多功能钻井液技术，它和MTC技术的有机结合，显著提高了二界面胶结强度。319在国内，MTC技术的开发及广泛应用始于九十年代中期，许多研究院所和油田开展了这项工作的研究，几乎全部采用矿渣MTC技术，并于1995年在胜利油田（临盘）中试了矿渣MTC技术，1998年在长庆油田中试了多功能钻井液和MTC相结合的技术，经过这几年在矿渣水泥石的力学性能和长期性能的不断深入研究，固井工艺

5、的不断探索和改善，使该技术基本上在我国的所有油田都进行了应用，并在长庆、大港、胜利、中原、吐哈和滇黔桂等油田已经成为主要的固井技术之一。二、MTC技术和多功能钻井液技术的特点利用废弃的完井泥浆的降失水性和悬浮性，通过加入廉价的高炉水淬矿渣、激活剂，将泥浆转化为性能完全可以和油井水泥浆相媲美的泥浆固化液。该泥浆固化液的稠化时间任意调节；具有降失水、防气窜和微触变性能；渗透率低；抗高温性、沉降稳定性、与泥浆的相容性均优于油井水泥浆。由于无需额外添加剂即可保证良好的固井液性能，直接成本要明显低于同等性能的油井水泥浆；它既可用常规的注水泥工艺进行施工，也

6、可用井场的钻井设备直接进行固井作业，施工灵活，特别适合于边缘地区和海上固井作业；由于矿渣的密度较水泥轻，配浆量大，特别适合于灰量较大的低密度水泥。319多功能钻井液利用矿渣的潜在活性的的特点，因此在打开目的层前，在钻井液中加入一定浓度的磨细矿渣（研究表明当矿渣浓度超过5%后，可明显改善界面胶结），并通过添加剂调节钻井液的性能，使满足完井要求；固井时采用矿渣MTC技术，在固化液中激活剂的扩散和渗透作用下能使附着于地层的泥饼和未替净的泥浆固化，可实现相当于100%的顶替效率。我们采用高温高压界面胶结强度测试仪，在模拟井下的温度及压力条件，分别对多功能

7、钻井液的钻井-固井方法和常规的钻井-固井方法进行了二界面胶结强度实验，其结果如下：1：在环空内，泥浆失水30min后，常规水泥浆在65℃,21MPa下养护48h，二界面胶结强度为0MPa2：在环空内，泥浆失水30min后，常规水泥浆再失水30min，在同样条件下养护48h，二界面胶结强度为0.44MPa3：在环空内，泥浆失水30min后，MTC泥浆固化液在同样条件下养护48h，二界面胶结强度为0.48MPa4：在环空内，UF失水30min后，MTC泥浆固化液再失水30min，然后在同样条件下养护48h，二界面胶结强度为0.97Mpa。无论从剪切胶

8、结强度的实验结果和水泥环和模拟岩心的剪切面的目测都表明了多功能钻井液和MTC技术的结合可有效提高二界面的胶结强度。三、矿渣泥浆固化液的组