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(tài)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(jī)理研究較為深入,技術(shù)比較成熟,而鉆井液體系與性能對固井二界面的影響及機(jī)理的研究是目前尚未深入的研究領(lǐng)域,因?yàn)槿藗冋J(rèn)為鉆井液的主要功能是保證鉆井的正常進(jìn)行,對固井質(zhì)量有影響,但影響到那個程度、能不能通過對鉆井液的改進(jìn)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(shí)際上應(yīng)該是固井液形成的固化體(水化產(chǎn)物)與井壁表面形成的泥餅的膠結(jié)界面和泥餅與井壁形成的膠結(jié)界面兩個膠結(jié)界面形成的復(fù)合膠結(jié)界面,鉆井液和固井液一樣是構(gòu)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(jié)強(qiáng)度的重要影響,在提高面膠結(jié)質(zhì)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(jié)構(gòu)和膠結(jié)強(qiáng)度的影響,認(rèn)識其影響機(jī)理,從改進(jìn)鉆井液性能入手來提高界面膠結(jié)質(zhì)量,應(yīng)該是一個經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)路線,符合鉆井工程服務(wù)于完井工程的新理念,對從根本上提高鉆井工程的固井質(zhì)量和油氣井的耐久性,適應(yīng)各種高難度特殊工藝井的開發(fā)需要,提高石油工業(yè)的勘探開發(fā)效益具有重要的技術(shù)和戰(zhàn)略意義。為此,綜述了國內(nèi)外近年來有關(guān)鉆井液對固井界面膠結(jié)質(zhì)量影響的文獻(xiàn),目的是引起人們對此問題的重視,加強(qiáng)相關(guān)的研究工作。

 

  對于水泥基復(fù)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(zhì)假說和中心質(zhì)效應(yīng)理論。過渡層理論認(rèn)為,在集料與水泥漿體之間存在一個孔隙度大、結(jié)晶尺寸較大、而且取向生成因而是低密度、低強(qiáng)度的過渡環(huán)帶,是水泥基復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)。

 

  中國混凝土學(xué)科專家吳中偉教授則提出了混凝土中不同層次的中心質(zhì)假說和中心質(zhì)效應(yīng)的概念,把混凝土中的骨料(或鋼筋)看作大中心質(zhì),認(rèn)為骨料界面的相互作用是多種性質(zhì)作用的綜合表現(xiàn)。在大中心質(zhì)和介質(zhì)(集料和水泥漿體)之間存在一個效應(yīng)圈,其厚度(可達(dá)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(diǎn)認(rèn)為界面過渡層結(jié)構(gòu)疏松,對混凝土性能不利,是有害的因素,應(yīng)當(dāng)減少其厚度,以提高混凝土的性能;而中心質(zhì)假說和中心質(zhì)效應(yīng)理論則希望通過大中心質(zhì)有利的效應(yīng)來改善或提高混凝土的均勻性和力學(xué)性能。因此中心質(zhì)假說和中心質(zhì)效應(yīng)理論比過渡層理論更有積極的意義。將對膠結(jié)強(qiáng)度不利的因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣蛩?并成為整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一部分是效應(yīng)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(diǎn):不是消極地躲避薄弱的過渡區(qū),而是積極地改善過渡區(qū)結(jié)構(gòu),充分利用有利的效應(yīng),變不利為有利,將界面過渡區(qū)由整體強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)樵鰪?qiáng)層。

 

  在固井二界面膠結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)化理論的研究中,中心質(zhì)假說和中心質(zhì)效應(yīng)理論對我們有重要的啟示作用,如何改進(jìn)鉆井液技術(shù),通過新型鉆井液體系的研究,發(fā)揮其對固井二界面膠結(jié)強(qiáng)度積極的增強(qiáng)作用,將鉆井液泥餅由固井膠結(jié)質(zhì)量的薄弱層轉(zhuǎn)變?yōu)樵鰪?qiáng)層,是鉆井和完井工作者應(yīng)該認(rèn)真思考和研究的問題,也是今后復(fù)雜特殊工藝井改進(jìn)固井質(zhì)量的一個新的研究方向。