刘朝劲

摘 要：固井水泥浆与钻井液接触时容易发生污染，影响到注水泥憋泵的质量与安全性。为此，本文将针对固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理开展研究与分析，比较固井水泥浆和钻井液接触前期与后期水泥浆的性能，并利用扫描电镜、X-射线衍射仪、红外光谱对水泥浆混合前与混合后的物相与微观形貌对比，确定固井水泥与钻井液接触后对水泥的影响。

关键词：固井水泥浆；钻井液；接触污染；作用机理

受水泥浆、钻井液、井眼状况等因素的影响，一旦固井水泥浆与钻井液发生接触会产生污染，混浆段产生流动性的急流变差，这一现象在水平井、固井中十分常见。

1 水泥浆与钻井液接触污染

在固井中水泥浆与钻井液一旦发生接触，将会出现以下现象：其一，水泥浆与钻井液进行混合，其流动性快速下贱，直接影响到钻井液的顶替效率，使泵压快速升高，使薄弱底层的注水泥呈现“漏封”、“低反”现象；其二，混浆出现“早凝”现象，导致钻具被水泥封固卡死；其三，水泥浆与钻井液发生混合后所传神的絮凝物质，均黏附在第1界面和第2界面上，降低水泥环胶结质量。

固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理除了钻井液受到“钙侵”之外，国内外不少研究学者通过运用扫描电镜、X-射线衍射仪、红外光谱对水泥浆混合前与混合后的物相与微观形貌对比，得出以下结论：

其一，在固定加量范围之内，SHR、HPS、KR102、MG-1、RLC-101、LS-2型号的钻井液处理剂可以延长固定水泥浆的稠化时间，并且对固定水泥浆的流动速度不会造成任何的影响；SMT、JN-A、SMP-1型号的钻井液处理剂可以缩短固井水泥浆的稠化时间，对水泥浆的流动度具有一定的影响，但是可以运行一些技术手段对其进行控制，其中SMT型号钻井液处理剂用量应控制在百分之零点五以内，JN-A和SMP-1型号的钻井液处理剂用量均要控制在百分之零点三以内；SMC、YHS、KHM型号的钻井液处理剂能够影响常规密度水泥浆的流变性，其中SMC型号钻井液处理剂用量应控制在百分之二，YHS和KHM型号钻井液处理剂用量应控制在百分之一以内；KPAM型号的钻井液处理剂或者是生物增粘剂可以缩短固井水泥浆的稠化时间，能够影响水泥浆的流动性，且水泥漿流动性无法控制。

其二，生物增黏剂和聚丙烯酰胺钾盐KPAM添加剂自身具有长链分子物理吸附固井水泥浆内部水泥离子的能力，并形成具有混合性的网状结构，对水泥浆的性能造成一定的影响，增加固井水泥浆的颗粒团粘稠程度，导致固井水泥浆三是可泵性。

2 水泥浆与钻井液接触污染作用机理

2.1 接触污染作用机理

固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理如下：其一，水泥砂浆中没有添加分散剂时，水泥砂浆中的水泥颗粒是以“多级絮凝结构”存在，并可将其分为一级、二级、三级、四级、五级等，级别越高的水泥其颗粒之间的孔隙越小，絮凝的结构就越紧密。因水泥浆内部水泥水化粒和水泥颗粒通常处于非永久性连接，一旦往水泥浆中添加分散剂，浆会破坏水泥浆内部水泥水化力和水泥颗粒的非永性连接，释放絮凝结构内部的水分子，增加水泥浆中自由水分子，增强水泥浆的流动性。其二，固井水泥浆发生水化现象，水泥砂浆中将产生Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+离子，钻井液由水、膨润土和各类处理剂所构成的多相分散体系，维持体系性能的制剂为磺化单宁、XC、KPAM等。其三，水泥浆内部Mg2+、Ca2+离子与钻井液内部Na+离子发生离子交换反映，将黏土中钠离子转变成钙离子，使钻井液中黏土颗粒由细变粗，加大网状结构，从而降低钻井液流变性。其四，增加凝胶稠度，使其产生“假凝”现象，加大程度上缩短稠化时间。

2.2 固井水泥浆与钻井液污染作用解决措施

从固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理入手，运用扫描电镜、X-射线衍射仪、红外光谱对水泥浆混合前与混合后的物相与微观形貌对比，针对水泥浆与钻井液产生接触污染，制定出以下几种解决办法：其一，固井水泥浆与钻井液发生接触之强，应对其行“抗钙”导浆处理；其二，结合水机砂浆受钻井液的影响评价结果，选择能够代替钻井液的处理剂，然而这种方法可行性较低；其三，降低固井水泥浆与钻井液中高价金属离子浓度，例如Fe3+、Al3+等，利用螯合剂，使其与高价金属离子发生反应，形成螯合环，从而达到降低水泥浆与钻井液混合液中金属离子的浓度。

3 总结

综上所述，在固井水泥浆中添加分散剂能够打破水泥的絮凝结构，释放絮凝结构中的水分子，使水泥溶液具有一定的流动性，通过运用扫描电镜、X-射线衍射仪、红外光谱等技术对固井水泥浆与钻井液接触污染机理进行研究与探索，分析混合溶液的污染源，并制定出相应的解决对策。

参考文献：

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