油水井固井的二界面是一個變化極大的界面,影響因素包括井下溫度、壓力、井下壓力的動態變化、封固段巖性、固井液體系與性能、鉆井液體系與性能、鉆井時間等等,其中能夠人為控制的因素有固井液體系與性能、鉆井液體系與性能。固井液體系與性能對固井二界面的影響及機理研究較為深入,技術比較成熟,而鉆井液體系與性能對固井二界面的影響及機理的研究是目前尚未深入的研究領域,因為人們認為鉆井液的主要功能是保證鉆井的正常進行,對固井質量有影響,但影響到那個程度、能不能通過對鉆井液的改進來很好地解決固井二界面長期存在的問題知之甚少。

 

  從理論上說,固井二界面實際上應該是固井液形成的固化體(水化產物)與井壁表面形成的泥餅的膠結界面和泥餅與井壁形成的膠結界面兩個膠結界面形成的復合膠結界面,鉆井液和固井液一樣是構成固井二界面的基本主體。如果只從固井液體系和性能上做文章,忽視鉆井液體系與性能對固井二界面膠結強度的重要影響,在提高面膠結質量方面很難收到根本性的效果。而如果能夠研究鉆井液體系與性能對二界面微觀結構和膠結強度的影響,認識其影響機理,從改進鉆井液性能入手來提高界面膠結質量,應該是一個經濟高效的技術路線,符合鉆井工程服務于完井工程的新理念,對從根本上提高鉆井工程的固井質量和油氣井的耐久性,適應各種高難度特殊工藝井的開發需要,提高石油工業的勘探開發效益具有重要的技術和戰略意義。為此,綜述了國內外近年來有關鉆井液對固井界面膠結質量影響的文獻,目的是引起人們對此問題的重視,加強相關的研究工作。

 

  對于水泥基復合材料的界面理論研究而言,有兩個主要的理論,一個是過渡層理論,一個是中心質假說和中心質效應理論。過渡層理論認為,在集料與水泥漿體之間存在一個孔隙度大、結晶尺寸較大、而且取向生成因而是低密度、低強度的過渡環帶,是水泥基復合材料的薄弱環節。

 

  中國混凝土學科專家吳中偉教授則提出了混凝土中不同層次的中心質假說和中心質效應的概念,把混凝土中的骨料(或鋼筋)看作大中心質,認為骨料界面的相互作用是多種性質作用的綜合表現。在大中心質和介質(集料和水泥漿體)之間存在一個效應圈,其厚度(可達毫米級)比過渡層的厚度(約50~100Lm)大,而且隨集料品種、水泥漿體組成和齡期的不同而變化。

 

  兩種理論的不同之處在于,過渡層理論的觀點認為界面過渡層結構疏松,對混凝土性能不利,是有害的因素,應當減少其厚度,以提高混凝土的性能;而中心質假說和中心質效應理論則希望通過大中心質有利的效應來改善或提高混凝土的均勻性和力學性能。因此中心質假說和中心質效應理論比過渡層理論更有積極的意義。將對膠結強度不利的因素轉變為有利因素,并成為整體結構強度的一部分是效應圈理論最核心的思想。這是對混凝土中界面問題的積極觀點:不是消極地躲避薄弱的過渡區,而是積極地改善過渡區結構,充分利用有利的效應,變不利為有利,將界面過渡區由整體強度的薄弱環節轉變為增強層。

 

  在固井二界面膠結強度強化理論的研究中,中心質假說和中心質效應理論對我們有重要的啟示作用,如何改進鉆井液技術,通過新型鉆井液體系的研究,發揮其對固井二界面膠結強度積極的增強作用,將鉆井液泥餅由固井膠結質量的薄弱層轉變為增強層,是鉆井和完井工作者應該認真思考和研究的問題,也是今后復雜特殊工藝井改進固井質量的一個新的研究方向。