钻井液泥饼形成及评价研究综述

钻井过程中钻井液滤失形成地层浅处的内泥饼和井壁表面的外泥饼。形成高质量泥饼可以保证顺利钻进,但也对后期固井和生产造成影响。介绍了泥饼的形成过程和结构特征,调研了泥饼形成的数值模拟研究和实验研究,总结了泥饼评价的常规方法和参数计算经验公式。内泥饼和外泥饼的形成是同时进行、相互影响的过程;目前的研究多局限于外泥饼的形成和评价,且评价结果因技术人员经验和主观认识而有较大差异;研究中通常忽略内泥饼的形成及其对外泥饼的影响。未来研究需要综合考虑影响泥饼形成的地层因素和钻井液因素;基于"数字岩心"技术,研究泥饼的颗粒、孔隙与喉道特征;建立泥饼形成的数值模型,研究各因素对泥饼形成的影响规律。从微观结构揭示泥饼形成机理,并建立泥饼评价方法,对钻井液滤失造壁性能评价和体系优选、评价泥饼对固井质量的影响等工作有重要的意义。     

固井前置冲洗液的研究发展

冲洗液的主要作用是冲刷井壁和套管壁的虚泥饼、油浆和油膜,稀释钻井液使之保持良好的流动性能。从而提高顶替效率并改善界面亲水能力,提高第一、二界面胶结强度,提高固井质量的。所以我们要在使用前要进行合理的设计,要全面了解其种类、性能标准、体系常用组分及作用原理、设计要求以及性能评价手段、方法、标准等,这样才能很好的利用和综合发挥冲洗液的作用。     

PZJ型多功能冲洗液的室内研究

在钻井施工中,钻井液形成的泥饼直接影响后期的固井质量,如何有效地冲刷泥饼,提高界面的胶结能力,对提高固井质量至关重要。在前期对复配型表面活性剂的冲洗效果及其作用机理研究的基础上,经室内实验,确定了PZJ多功能冲洗液配方。实验结果表明:该冲洗液具有良好的流变性和耐温性,接近于牛顿型流体;对低固相泥浆、油基泥浆的冲洗效率均达到了88%以上,同时使界面胶结强度提高50%以上。通过扫描电镜,对胶结强度提高原因进行了微观分析。     

侧钻小井眼固井顶替效率数值模拟

保证小井眼固井质量的关键是如何用固井液把环空中的钻井液及井壁泥饼顶替干净。小井眼本身井况的复杂性（如井眼不规则、套管偏心）、顶替液与被顶替液的流体性质以及固井施工参数都是影响小井眼固井顶替效率的主要因素,因此需要开展相关研究,以认识各因素对固井质量的影响规律,并对固井参数进行优化。本文首先基于计算流体力学相关理论与方法,建立了侧钻小井眼固井顶替数值模型,分析了固井顶替过程中顶替液与被顶替液之间的两相界面变化特征,揭示了小井眼固井的顶替机理;其次,基于小井眼固井顶替数值模型,模拟了幂律流体在小井眼固井顶替过程中顶替界面的发展过程,得到了顶替界面长度与顶替效率随顶替时间的变化规律。根据数值模拟结果分析了顶替液与被顶替液流性指数与稠度系数、顶替液与被顶替液之间的密度差、套管偏心度和固井顶替排量对顶替界面长度与顶替效率的影响规律。研究结果指导了长庆苏里格气田首口侧钻水平井固井施工成功。     

海上压力衰竭储层长水平井砾石充填泥饼性能研究与应用

泥饼承压及抗冲刷能力是压力衰竭储层砾石充填作业成功的关键因素。南海西部A气田压力衰竭储层长水平井砾石充填具有充填窗口小、充填压差高、充填时间长等特点。前期使用的无固相钻井液(PRD)形成的泥饼承压能力低,无法满足长时间砾石充填冲刷。针对PRD钻井液泥饼面临的问题,室内对PRD钻井液进行了改良,增强了泥饼承压能力,并对改良型PRD钻井液防漏能力、泥饼抗砾石充填液冲刷能力及泥饼破胶后储层保护能力进行研究。实验结果表明改良型PRD钻井液具有较强的堵漏性能;充填速度、砂比对泥饼影响较小;充填压差对泥饼影响较大;泥饼容易破胶,不会对储层油气通道造成堵塞,储层保护效果好。现场使用改良型PRD钻井液,A气田三口长水平井砾石充填作业均顺利完成,无漏失发生,三口井测试产量整体超配产要求。     

泥浆泥饼压缩性评价方法对比研究

本文通过对现行评价泥浆泥饼压缩性的三种方法:“泥饼渗透率法”、“泥饼针入度法”、“两次失水法”进行对比实验研究,考察了在常温静(动)态和高温静(动)态四种实验条件下泥浆泥饼可压缩性之间的对比关系。结果表明:以“两次失水法”,且以不倒泥浆两次失水法作为评价泥饼压缩性,方法简便,数据可信;得出泥饼的可压缩性是由弹性变形和塑性变形共同作用的结果。     

泥饼厚度影响因素研究

使用ＦＣＰ－２０００泥饼针入度仪，对埕哈油田常用泥浆体系进行系统评价实验，建立了反映泥饼不同力学特征的泥饼层状结构理论模型。     

MTC固井液二界面胶结强度实验研究

常规水泥浆体系固井二界面胶结强度较低，为了解决这一问题，进行了MTC固井液二界面胶结强度实验研究。结果表明，MTC固化体的体积收缩率远小于水泥石的体积收缩率。与低密度水泥浆体系相比，MTC固化体系与泥饼之间能够实现整体固化胶结，MTC固化体二界面胶结强度受井壁界面性质影响较小，尤其在有一定泥饼存在的情况下更是如此。但由于MTC固化体的抗压强度较低，在地层压力或注入压力较高的井中应谨慎使用。     

泥饼厚度影响因素研究

使用 Ｆ Ｃ Ｐ ２０００ 泥饼针入度仪,对吐哈油田常用泥浆体系进行系统评价实验,建立了反映泥饼不同力学特征的泥饼层状结构理论模型．认识到影响泥饼实厚的最主要因素是钻井液的固相含量,但只有增加级配合理的惰性粒子而不是膨润土才能切实提高泥饼的综合质量,聚合物稀释剂和包被剂对泥饼实厚有重要影响,但影响规律视其种类和加量的不同而有很大的变化,主要取决于不同条件下聚合物分子与固相颗粒的不同作用机理．对水基钻井液体系而言,泥饼实厚为０．５ ～ １．５ｍ ｍ 是较合适的．     

MTC固井液二界面胶结强度实验研究

常规水泥浆体系固井二界面胶结强度较低,为了解决这一问题,进行了MTC固井液二界面胶结强度实验研究.结果表明,MTC固化体的体积收缩率远小于水泥石的体积收缩率.与低密度水泥浆体系相比,MTC固化体系与泥饼之间能够实现整体固化胶结,MTC固化体二界面胶结强度受井壁界面性质影响较小,尤其在有一定泥饼存在的情况下更是如此.但由于MTC固化体的抗压强度较低,在地层压力或注入压力较高的井中应谨慎使用.     

温敏清洗剂原位乳化清洗油基钻井液室内研究

对井筒中残留油基钻井液的高效清除,是实现优质固井、保证井筒完整性的关键。为适应耐温耐盐清洗要求,采用温控乳液转相效应与浊点效应相协同原理,将清洗液直接接触井内油污,原位生成微/纳米乳液以高效清除油污。通过模拟井下温变规律以及浊点、电导率测试,确定了清洗剂配方及其温敏特性,即脂肪醇聚氧乙烯醚与异构羰基聚氧乙烯醚以3： 2复配,在75℃附近从水溶液中开始析出并富集在油污表面,促进油污脱落;油污与清洗液充分混溶,混合液在降温过程中通过形成微/纳米乳液从而促进油污增溶。通过清洗率、润湿角、胶结强度测试,评价了清洗液浓度、温度、盐度及时间对清洗效果的影响,结果表明,50～90℃及含20%钙盐条件下,10 min内5%清洗剂能够高效地清除壁面附着的油基钻井液,清洗效率高达99%以上;除污后壁面可由油润湿状态恢复为水润湿状态,固井胶结强度显著提高。     

固井二界面泥饼仿地成凝饼与凝灰岩成岩的关联性

为了解固井二界面泥饼仿地成凝饼(MTA)的地质成岩作用,采用XRD、TG、SEM+EDX和XRF荧光分析测试技术对MTA与凝灰岩火山沉积作用成岩反应的关联性进行研究。结果表明:泥饼改性剂在MTA成岩反应中所起的作用与火山碎屑物质在凝灰岩成岩反应中所起的作用相类似,且物相和化学组成基本一致;凝饼形成剂将凝灰岩火山沉积作用成岩流体的缓慢形成过程直接化为一种现存成岩流体,加快了成岩反应速度,控制了反应产物的类型,二者的特征成岩现象和反应产物均有相似性,且均存在FeS2垃圾矿物析晶现象;随着养护时间延长,MTA凝饼的硅和铝含量均降低,而钙含量增加,即MTA的固化反应过程与火山灰质材料被碱激发后发生的"脱铝—结硅—吸钙"化学反应模式相一致。     

无自由套管情况下固井质量评价方法与研究

本文论述了固井质量评价的两种常用的方法，并对它们进行比较，选择CBL／VDL测井方法对无自由套管井进行固井质量评价，提出了无自由套管井中的固井质量评价标准，并对实际资料进行了处理，处理结果良好。     

考虑温度影响的摩阻扭矩计算模型及应用

管柱在井下受热,产生的热应力会改变管柱轴向力,影响摩阻扭矩的计算。通过实验测量钻井液在不同温度下的润滑系数和泥饼黏滞系数,拟合出其随温度变化关系,结合热应力的作用,建立考虑温度影响的摩阻扭矩计算模型。实验结果表明,KCl聚合物润滑钻井液和油基钻井液的润滑系数和泥饼黏滞系数随温度升高而增大。应用该模型对涪陵页岩气焦石坝区块X井进行摩阻扭矩计算,得出考虑温度影响的计算模型顶驱扭矩误差为3. 7%,大钩载荷误差为4. 4%,计算精度较高。     

泥饼抗冲刷能力强弱的机理研究

本文提出,在有压差作用时,泥饼颗粒之问的粘结力由两部分组成;一部分是以范德华力为主的内聚力;另一部分则足与泥饼上压差有关的附加粘结力。泥拼的宏观特性如渗透率、孔隙度、厚度、压缩性以及泥饼上的压差等都将影响这两种粘结力的大小,从而形响泥饼的杭冲刷能力,以及滤失量的大小。     

评价钻井液完井液对裂缝性地层封堵效果的新方法

泥页岩比表面积测定方法,泥页岩水化膨胀测定方法、钻井液泥饼压缩性评价方法等现有诸多评价方法,都是针对泥页岩地层垮塌进行的研究,而对如何稳定破碎性地层及裂缝发育地层,目前还没有一种可行性的评价的方法。探讨了利用387-42型泥浆失水仪来评价钻井液、完井液的封堵效果,实验结果表明:该法是现场评价钻井液、完井液封堵的评价方法。     

声波测井套管胶结质量模拟检测

根据固井质量刻度实验井群的设计要求，介绍了在实验室内制作不同密度、不同声速下地导模拟试块的制作方法，在室内对套管水泥界面质量进行了模拟检验实验，并进行了Ｌａｍｂ波和纵波的测试试验。     

连铸初始凝固传热系数的测定

本文建立了一套热模拟试验方法，获得了初始凝固过程３ｓ之内的坯壳；提出了考虑固液界面热流的等效凝固潜热计算方法，并据此用一维凝固传热解析法计算出了初始凝固过程的热流分布和传热系数分布，比较和探讨了热顶结晶器材质对初始凝固传热的作用。     

鹤岗煤层气固井顶替流态选择及压力计算方法

鹤岗煤层气井井身质量差,存在大段"糖葫芦"井眼,严重地影响了该地区固井的固井质量。针对这一难题,提出了塞流顶替固井技术。结合褐煤1井和3井测井数据,分析了固井过程中塞流和紊流的形成条件和判别标准,建立了不同浆体性能和不同流态下的循环压耗和环空压力计算模型,并计算了注、替过程中井底压力变化情况,确定注水泥和顶替过程中合理的顶替速度、排量。     

板料成形过程中拉延筋抗力的实验测试

针对理论计算拉延筋抗力的复杂性 ,借助一套拉深实验测试系统 ,以盒形件拉深过程为研究对象 ,提出了一种通过实验方法简便测试拉延筋抗力的方法 ,即通过测定有、无拉延筋前后的总拉深力可以简便地计算出拉延筋抗力的大小 .将实验结果与数值模拟结果进行了对比计算 ,表明试验方法得到的结果与数值模拟的结果相吻合 ,说明了实验方法的正确性 .