固井水泥漿與鉆井液接觸污染作用機理

劉朝勁

摘 要：固井水泥漿與鉆井液接觸時容易發(fā)生污染，影響到注水泥憋泵的質量與安全性。為此，本文將針對固井水泥漿與鉆井液接觸污染作用機理開展研究與分析，比較固井水泥漿和鉆井液接觸前期與后期水泥漿的性能，并利用掃描電鏡、X-射線衍射儀、紅外光譜對水泥漿混合前與混合后的物相與微觀形貌對比，確定固井水泥與鉆井液接觸后對水泥的影響。

關鍵詞：固井水泥漿；鉆井液；接觸污染；作用機理

受水泥漿、鉆井液、井眼狀況等因素的影響，一旦固井水泥漿與鉆井液發(fā)生接觸會產(chǎn)生污染，混漿段產(chǎn)生流動性的急流變差，這一現(xiàn)象在水平井、固井中十分常見。

1 水泥漿與鉆井液接觸污染

在固井中水泥漿與鉆井液一旦發(fā)生接觸，將會出現(xiàn)以下現(xiàn)象：其一，水泥漿與鉆井液進行混合，其流動性快速下賤，直接影響到鉆井液的頂替效率，使泵壓快速升高，使薄弱底層的注水泥呈現(xiàn)“漏封”、“低反”現(xiàn)象；其二，混漿出現(xiàn)“早凝”現(xiàn)象，導致鉆具被水泥封固卡死；其三，水泥漿與鉆井液發(fā)生混合后所傳神的絮凝物質，均黏附在第1界面和第2界面上，降低水泥環(huán)膠結質量。

固井水泥漿與鉆井液接觸污染作用機理除了鉆井液受到“鈣侵”之外，國內(nèi)外不少研究學者通過運用掃描電鏡、X-射線衍射儀、紅外光譜對水泥漿混合前與混合后的物相與微觀形貌對比，得出以下結論：

其一，在固定加量范圍之內(nèi)，SHR、HPS、KR102、MG-1、RLC-101、LS-2型號的鉆井液處理劑可以延長固定水泥漿的稠化時間，并且對固定水泥漿的流動速度不會造成任何的影響；SMT、JN-A、SMP-1型號的鉆井液處理劑可以縮短固井水泥漿的稠化時間，對水泥漿的流動度具有一定的影響，但是可以運行一些技術手段對其進行控制，其中SMT型號鉆井液處理劑用量應控制在百分之零點五以內(nèi)，JN-A和SMP-1型號的鉆井液處理劑用量均要控制在百分之零點三以內(nèi)；SMC、YHS、KHM型號的鉆井液處理劑能夠影響常規(guī)密度水泥漿的流變性，其中SMC型號鉆井液處理劑用量應控制在百分之二，YHS和KHM型號鉆井液處理劑用量應控制在百分之一以內(nèi)；KPAM型號的鉆井液處理劑或者是生物增粘劑可以縮短固井水泥漿的稠化時間，能夠影響水泥漿的流動性，且水泥漿流動性無法控制。

其二，生物增黏劑和聚丙烯酰胺鉀鹽KPAM添加劑自身具有長鏈分子物理吸附固井水泥漿內(nèi)部水泥離子的能力，并形成具有混合性的網(wǎng)狀結構，對水泥漿的性能造成一定的影響，增加固井水泥漿的顆粒團粘稠程度，導致固井水泥漿三是可泵性。

2 水泥漿與鉆井液接觸污染作用機理

2.1 接觸污染作用機理

固井水泥漿與鉆井液接觸污染作用機理如下：其一，水泥砂漿中沒有添加分散劑時，水泥砂漿中的水泥顆粒是以“多級絮凝結構”存在，并可將其分為一級、二級、三級、四級、五級等，級別越高的水泥其顆粒之間的孔隙越小，絮凝的結構就越緊密。因水泥漿內(nèi)部水泥水化粒和水泥顆粒通常處于非永久性連接，一旦往水泥漿中添加分散劑，漿會破壞水泥漿內(nèi)部水泥水化力和水泥顆粒的非永性連接，釋放絮凝結構內(nèi)部的水分子，增加水泥漿中自由水分子，增強水泥漿的流動性。其二，固井水泥漿發(fā)生水化現(xiàn)象，水泥砂漿中將產(chǎn)生Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+離子，鉆井液由水、膨潤土和各類處理劑所構成的多相分散體系，維持體系性能的制劑為磺化單寧、XC、KPAM等。其三，水泥漿內(nèi)部Mg2+、Ca2+離子與鉆井液內(nèi)部Na+離子發(fā)生離子交換反映，將黏土中鈉離子轉變成鈣離子，使鉆井液中黏土顆粒由細變粗，加大網(wǎng)狀結構，從而降低鉆井液流變性。其四，增加凝膠稠度，使其產(chǎn)生“假凝”現(xiàn)象，加大程度上縮短稠化時間。

2.2 固井水泥漿與鉆井液污染作用解決措施

從固井水泥漿與鉆井液接觸污染作用機理入手，運用掃描電鏡、X-射線衍射儀、紅外光譜對水泥漿混合前與混合后的物相與微觀形貌對比，針對水泥漿與鉆井液產(chǎn)生接觸污染，制定出以下幾種解決辦法：其一，固井水泥漿與鉆井液發(fā)生接觸之強，應對其行“抗鈣”導漿處理；其二，結合水機砂漿受鉆井液的影響評價結果，選擇能夠代替鉆井液的處理劑，然而這種方法可行性較低；其三，降低固井水泥漿與鉆井液中高價金屬離子濃度，例如Fe3+、Al3+等，利用螯合劑，使其與高價金屬離子發(fā)生反應，形成螯合環(huán)，從而達到降低水泥漿與鉆井液混合液中金屬離子的濃度。

3 總結

綜上所述，在固井水泥漿中添加分散劑能夠打破水泥的絮凝結構，釋放絮凝結構中的水分子，使水泥溶液具有一定的流動性，通過運用掃描電鏡、X-射線衍射儀、紅外光譜等技術對固井水泥漿與鉆井液接觸污染機理進行研究與探索，分析混合溶液的污染源，并制定出相應的解決對策。

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