提高二界面膠結(jié)質(zhì)量的礦渣鉆井液濾餅可固化技術(shù).pdf

第 3 3卷 第 1期 2 0 1 6年 1月 鉆井液與完井液 DI ULL I NG F L UI D CoM P L ET I ON F LUI D 0 1 3 3 No 1 J a n 2 0l 6 d o i 1 0 3 6 9 6 8 i s s n 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 6 0 1 0 1 4 提高二界面膠結(jié)質(zhì)量的礦渣鉆井液濾餅可固化技術(shù) 梅雨壟 李明 劉璐 張冠華 郭小陽 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 成都 6 1 0 5 0 0 梅雨望等 提高二界面膠結(jié)質(zhì)量的礦渣鉆井液濾餅可固化技術(shù) J 鉆井液與完井液 2 0 1 6 3 3 1 6 8 7 2 摘要 難以固化的濾餅直接導(dǎo)致固井第二界面膠結(jié)質(zhì)量差 為提高第二界面膠結(jié)質(zhì)量 基于礦渣受堿激發(fā)特性 提出 礦渣鉆井液濾餅可固化技術(shù) 并進行 了研究 考察 了礦渣鉆井液濾餅對第二界面膠結(jié)性能的影響 對該技術(shù)配套沖洗液進 行研究 通過XR D測試分析濾餅物相組成及作用機理 結(jié)果表明 礦渣鉆井液濾餅可固化技術(shù)有助于提高第二界面膠結(jié)強度 改善第二界面膠結(jié)形貌 配套沖洗液顯著提高上述技術(shù)效果 礦渣鉆井液濾餅具有潛在固化活性 經(jīng)沖洗液滲透 預(yù)激活 并與水泥漿成分交換 共同水化 生成c s H凝膠 包覆 連接固相顆粒 填充結(jié)構(gòu)孔隙 實現(xiàn)濾餅 水泥環(huán)整體固化 第二界面膠結(jié)強度提高 研究表明 礦渣鉆井液濾餅可固化技術(shù)與配套沖洗液技術(shù)有助于提高第二界面膠結(jié)質(zhì)量 該研究 對無機礦物凝膠材料在鉆井液中的應(yīng)用 特別是工業(yè)廢料的環(huán)境保護再利用 具有科學(xué)的理論指導(dǎo)意義 關(guān)鍵 詞礦渣鉆井液 濾餅可 固化技術(shù) 沖洗液 中圖分類號 T E 2 5 6 6 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1 0 0 1 5 6 2 0 2 O l 6 o 1 0 0 6 8 0 5 S o l i d i fi c a t i o n o f S l a g Mu d Ca k e t h a t I mp r o v e s Ce me n t a t i o n Qu a l i t y o f t h e S e c o n d Bo n d i n g I n t e r f a c e M E I Yu lam LI Mi n g L I U L u ZHANG Gu a n h u a GUO Xi a o y a n g S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o fO i l a n d G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n S o u t h w e s t Pe t r o l e u m U n i v e r s i t y C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 5 0 0 Ch i n Ab s t r a c t P o o r s o l i d i fi c a t i o n o f fi l t e r c a k e r e s u l t s i n p o o r c e me n t a t i o n q u a l i t y o f t h e s e c o n d b o n d i n g i n t e r f a c e b e t we e n fi l t e r c ake a n d c e me n t s h e a t h T e c h n o l o g y f o r t h e s o l i d i fi c a t i o n o f s l a g mu d c ake i s p r e s e n t e d t o t r y t o i m p r o v e t h e c e me n t a t i o n q u a l i ty o f t h e s e c o n d b o n d i n g i n t e r f a c e Th i s t e c hn o l o g y i s b a s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s l a g wh i c h c a n b e a c t i v a t e d b y a a l i S e v e r a l s t u d i e s h a v e b e e n c o n d u c t e d i n c l u d i n g e ff e c t s o f s l a g mu d c ak e o n the c e me n t a t i o n p e r f o r ma n c e o f the s e c o n d b o n d i n g i n t e rfa c e fl u s h i n g fl u i d for t hi s t e c hn o l o g y a n d p h a s e c o mp o s i t i o n a n d f u n c t i o n i n g me c h a n i s m o f fi l t e r c a k e i n s p e c t e d u s i n g XRD T h e s tud i e s s h o w tha t t h e s l a g mu d c ak e s o l i d i fi c a t i o n t e c h n o l o g y h e l p s i mp r o v e t h e c e me n t a t i o n q u a l i t y a n d the c e me n t a t i o n mo r p h o l o gy o f t h e s e c o n d b o n d i n g i n t e rfa c e T h e fl u s h i n g fl u i d f u r t h e r i mp r o v e s the c e me n t a t i o n q u a l i ty S l a g mu d c ake h a v i n g the p o t e n t i a l o f b e i n g s o l i d i fi e d a f t e r p e n e t r a t i o n a n d p r e a c t i v a t i o n b y the fl u s h i n g fl u i d e x c h ang e s ma t t e r s wi th c e me s l u r r y Bo t h the s l a g mu d c ake a n d t h e c e me m d u r i n g thi s c o u r s e h y d r a t e s i mu l t a n e o u s l y p r o d u c i n g C S H g e l s wh i c h e n c a p s u l a t e a n d l i n k s o l i d p a r t i c l e s a n d fi l l t h e s p a c e s a mo n g c e me n t p a r t i c l e s mak i n g th e fi l t e r c a k e a n d c e me n t s h e a th s o l i d i f y a s a wh o l e I t h a s b e e n p r o v e d t h a t t h i s t e c hn o l o g y wh e n u s e d i n c o mb i n a t i o n wi t h the d e s i g n e d fl u s h i n g fl u i d i s b e n e fi c i a l t o t h e i mp r o v e me n t o f t h e c e me n t a t i o n q u a l i ty o f t h e s e c o n d b o n d i n g i n t e rfa c e Th e s e s tud i e s are o f i mp o r t a n c e t o t h e u s e o f i n o r g a n i c g e l ma t e r i a l s i n d r i l l i n g fl u i d s e s p e c i a l l y the r e c y c l i n g o f i n d u s t r i a l wa s t e s Ke y wo r d s S l a g d r i l l i n g fl u i d Fi l t e r c a k e s o l i d i fi c a t i o n t e c h n o l o g y F l u s h i n g fl u i d 鉆井液 中的固相在循環(huán)過程中經(jīng) 吸附 沉積作 用附著在井壁 形成濾餅 濾餅不能固化 是 阻隔 水泥漿與井壁形成一體化膠結(jié) 導(dǎo)致第二界面膠結(jié) 強度下降的主要原因 為降低濾餅對第二界面膠結(jié) 質(zhì)量的影響 目前通常采用物理沖洗 化學(xué)清除 生物降解等清洗技術(shù) 但清除效果差 效率低 且 基金項目 塔里木油田公司局級項目 工藝安全與鉆完井工程基礎(chǔ)研究 T L M2 0 1 1 J T 0 5 o 第一作者簡介 梅雨壟 碩士研究生 1 9 9 0年生 畢業(yè)于西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè) 現(xiàn)從事固井工程材料 及技術(shù)研究工作 電話 1 8 5 8 1 8 3 9 4 3 0 E ma i l 3 9 3 6 1 6 4 8 8 q q c o m 學(xué)兔兔 w w w x u e t u t u c o m 學(xué)兔兔 w w w x u e t u t u c o m 7 0 鉆 井 液與 完 井 液 2 0 1 6年 1月 S j Ca i Na 0H 2 iS i Na C a 0 H 2 S i O S i H O H 2 S i OH 蘭S i 一 0H Na OH E S i 一 0 Na H0H 2 H 3 S i 0 4 一 2 C a 2 4 O C a z S i 2 O 3 H2 0 2 H2 0 3 礦渣鉆井液可 固化濾餅第二界面膠 結(jié)強度 考察礦渣鉆井 液可固化濾餅第二界面膠結(jié)強 度 分別考察不同循環(huán)時間下普通鉆井液和礦渣鉆 井液濾餅對第二界面膠結(jié)強度的影響 結(jié)果見表 2 通過 X R D分析濾餅物相組成 結(jié)果見圖 3 表 2 不 同循環(huán) 時間下鉆 井液濾餅 對二界面膠結(jié)強度的影響 濾 餅 一三 墮 塑 2 0mi n 4 0mi n 6 0mi n 注 養(yǎng)護條件為 7 O 4 8 h 一 I 一 J I lI 1I 蘢 滓 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 2 o 圖 3 鉆井液 礦渣鉆井液濾餅 X R D分析 由表 2和圖 3 可知 普通鉆井液濾餅第二界面 膠結(jié)強度隨時間增加變化不大 礦渣鉆井液濾餅第 二界面膠結(jié)強度較普通鉆井液濾餅有一定提高 且 隨循環(huán)時間增加而增加 未經(jīng)沖洗液沖洗的礦渣鉆 井液濾餅 其組分與普通鉆井液基本相同 主要成 分為 S i O 2 為2 6 C a S i O 2 為 3 0 3 3 等 和 B a S O 2 為 2 5 2 6 2 9 4 3 等 這說明 礦渣水化需在強堿環(huán)境 中進行 鉆井液不能滿足其 充分水化的條件 僅靠水泥漿水化產(chǎn)生的堿性環(huán)境 激活效果也不明顯 4 滲透型沖洗液 為提高可固化濾餅的固化性能 使濾餅在固井 作業(yè)接觸水泥漿之前就具有較高的水化活性 為此 設(shè)計一種沖洗液 在鉆井液循環(huán)后 先于水泥漿注 入井筒 對井壁可固化濾餅進行沖洗激活 為進一 步提高激活效率 在沖洗液中加人滲透劑 以提高 濾餅表面活性 擴大物質(zhì)交換孔道 4 1 激活劑和滲透劑的優(yōu)選 選 用礦渣常用激活劑 Na 2 S i O Na O H C a C 1 以及 滲透劑 S DS AE O一 9進行研究 結(jié)果見表 3 由表 3 可知 3 種激活劑復(fù)配加人沖洗液后 第二 界面膠結(jié)強度顯著提高 激活效果依次為 N a O H C a C I N a 2 S i O 綜合考慮工作液外加劑配伍性 激 活效 果 等 因素 確定 Na S i O N a O H和 C a C 1 加量分別為 1 0 2 和 5 表 3 沖洗液中激活劑對濾餅第二界面膠結(jié)強度的影響 注 鉆井液循環(huán) 2 0mi n 沖洗液 沖洗 2 0mi n 在 7 0 養(yǎng)護 4 8 h 選 用 了 S DS A E O 9滲透劑 考察 了滲透劑 對濾餅第二界面膠結(jié)強度的影響 結(jié)果見表 4 由 表 4可知 加人不 同 比例 的 S D S AE O一 9后 膠 結(jié)強度提高 增幅為 2 9 6 9 當(dāng) S DS A E O一 9 加量分別為 0 6 0 4 時 第二界面膠結(jié)強度提 升效果最好 學(xué)兔兔 w w w x u e t u t u c o m 學(xué)兔兔 w w w x u e t u t u c o m 7 2 鉆 井 液與 完 井 液 2 0 1 6年1 月 結(jié)強度 但鉆井液難以有效激活濾餅中的礦渣 有 必要配合使用沖洗液 沖洗液中的激活劑能夠直接 或問接對礦渣進行預(yù)先激活 使濾餅在接觸水泥漿 之前就具有較高的活性 激活劑 N a S i O N a O H C a C 1 的加量分別為 1 0 2 5 沖洗液中的 滲透劑能夠擴大濾餅表面的物質(zhì)交換孔道 提高 激活劑向濾餅 內(nèi)部遷移的滲透率 滲透劑 S D S A E O 9 加量分別為 0 6 O 4 2 可固化濾餅的固化分為 2個階段 與水泥漿 接觸前 濾餅 中的礦渣與沖洗液 中的激活劑反應(yīng) 與水泥漿接觸后 組分相互滲透 水泥漿 自 發(fā)水化 硬化的同時 礦渣與其水化產(chǎn)物發(fā)生水化反應(yīng) 產(chǎn) 物均為 C S H凝膠 C S H凝膠對 固相顆粒 包覆 連接 形成網(wǎng)狀膠連 增強界面結(jié)構(gòu) 強化 界面過渡區(qū) 顆粒狀 c s H凝膠填充結(jié)構(gòu)骨架 實現(xiàn)第二界面膠結(jié)強度的提高 參 考 文 獻 1 孫劍 崔茂榮 馬勇 等 水平井鉆井完井液濾餅清 除技術(shù) J 鉆井液與完井液 2 0 0 9 2 9 5 7 3 7 5 S un J i a n Cu i M ao r o n g M a Y o ng e t a 1 M ud c a k e r e mo v a l i n h o r i z o n t a l we l l s J Dr i l l i n g F l u i d C o m p l e t i o n F l u i d 2 0 0 9 2 9 5 7 3 7 5 2 張順平 可固化鉆井液的濾餅固化技術(shù)研究 D 成都 西南石油大學(xué) 2 0 1 3 Zh a n g S h un p i n g M u d c a k e s o l i d i f y t e c hn o l o g y o f s o l i d i fi a b l e d r i l l i n g f l u i d D C h e n g d u S o u t h we s t P e o l e u m Un i v e r s i t y 2 0 1 3 3 劉威 可固化工作液二界面膠結(jié)質(zhì)量評價方法的研究 D 成都 西南石油大學(xué) 2 0 1 3 L i u W e i Re s e a r c h o n e v a l u a t i o n me t h o d o f t h e s e c o n d i n t e r f a c e c e me n t i n g q u a l i t y o f s o l i d i f i a bl e w o r k i n g fl u i d D C h e n g d u S o u t h we s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y 2 01 3 4 彭志剛 何育榮 馮茜 礦渣 MT C固化泥餅?zāi)芰捌?行為原 因分析 J 鉆井液與完井液 2 0 0 5 2 2 5 2 0 2 3 P e n g Z h i g a n g He Y u r o n g F e n g Qi a n e t a 1 An a l y s i s o n c a p a b i l i ty a n d b e h a v i o r r e a s o n o f s l a g mt c s o l i d i f y i n g c a k e J Dr i l l i n g F l u i d C o m p l e t i o n F l u i d 2 0 0 5 2 2 5 2 O 一 2 3 5 曾欣 李早元 李明 等 影響井壁泥餅 固化質(zhì)量的 因素分析 f J 鉆井液與完井液 2 0 1 2 2 9 5 6 1 6 4 Z e n g Xi n L i Z a o y u a n L i M i n g e t a 1 Af f e c t i n g f a c t o r s ana l y s i s o n mu d c ake c e me n t i n g q u a l i t y J Dr i l l i n g F l u i d C o m p l e t i o n F l u i d 2 0 1 2 2 9 5 6 1 6 4 6 6 趙啟陽 鄧慧 王偉 等 一種可固化堵漏工作液的 室內(nèi)研究 J 鉆井液與完井液 2 0 1 3 3 0 1 4 1 4 4 Z h a o Qi y a n g De n g H u i Wa n g We i e t a 1 L a b o r a t o r y s t u d y o n c u r i n g l o s t c i r c u l a t i o n c o n t r o l fl u i d J D r i l l i n g F l u i d C o m p l e t i o n F l u i d 2 0 1 3 3 0 1 4 1 4 4 7 尚建麗 劉琳 礦渣 粉煤灰地質(zhì)聚合物制備及力學(xué) 性能研究 J 硅酸鹽通報 2 0 1 1 3 0 3 7 4 1 7 4 4 Sh a n g J i a nl i Li u Li n St ud y o n p r e p a r a t i o n a n d me c h a n i c a l p r o pe r t i e s of s l a g a nd f l y a s h ba s e d g e o p o l y me r i c J B u l l e t i n o ft h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y 2 0 1 1 3 0 3 7 4 1 7 4 4 8 聶軼苗 馬鴻文 蘇玉柱 礦物聚合材料固化過程中 的聚合反應(yīng)機理研究 J 現(xiàn)代地質(zhì) 2 0 0 6 2 0 2 3 4 0 3 4 6 Ni e Yi m i a o M a Ho n g we n S u Yu z h u M e c h a n i s m o f p o l y me r i z a t i o n d u rin g t h e s o l i d i fic a t i o n o f f l y a s h b a s e d g e o p o l y me r s J Ge o s c i e n c e 2 0 0 6 2 0 2 3 4 0 3 4 6 9 張雄 魯輝 張永娟 等 礦渣活性激發(fā)方式的研 究進展 J 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版 2 0 1 1 4 3 3 3 7 9 3 8 4 Z h a n g Xi o n g Lu Hu i Z h a n g Yo n g j u a n e t a 1 R e s e a r c h p r o g r e s s o f s l a g a c t i v a t i o n J X a n U n i v o f A r c h T e c h N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n 2 0 1 1 4 3 3 3 7 9 3 8 4 1 0 馬勇 崔茂榮 郭小陽 鉆井液造壁性對固井質(zhì)量 的 影響 J 鉆井液與完井液 2 0 0 7 2 4 2 3 7 3 8 4 7 M a Yo n g Cu i M a o r o n g Gu o Xi a o y an g Ef f e c t o f wa l l b u i l d i n g o f d r i l l i n g mu d s o n t h e c e me n t j o b q u a l i t y J Dr i l l i n g Fl u i d C o m p l