：本发明涉及煤层气井固井质量增强技术，具体为一种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法。
背景技术
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背景技术：
1、煤层气也称煤层甲烷，是一种非常规资源，与天然气相比，煤层气具有热值大、绿色清洁的特点，是天然气的良好替代燃料，逐渐成为油气资源开采的热点。
2、煤层气以吸附的形态赋存在煤岩储层中，与常规天然气相比，其地质条件更加复杂，加之煤层孔渗性低、塑性强、人工裂缝延伸难等因素使得其储层改造更加困难、开发难度更大。而为了实现良好的储层改造、保证煤岩气后期具有良好的压裂、排采、产气量以及较长的井的使用寿命，固井质量这一指标在煤岩气开采过程中尤为重要。目前，现场施工过程中大多是通过改善水泥浆的性能和改变固井施工工艺的方式来提升煤岩段的固井质量，忽略了煤岩本身特性对固井质量的影响，而煤岩自身特性是影响煤岩段固井质量的重要因素。煤岩中有机质含量达90％以上，其表面呈现强烈的亲油性，这导致其与亲水性的水泥浆无法有效亲和；煤层段井壁局部光滑，水泥水化产物附着力低，界面胶结力差；煤岩节理、页理发育、脆性大，易形成不规则井眼，总体上呈现凹凸不平状，容易残存大量的死泥浆，冲洗效率差，导致裂缝处及不规则井眼处水泥固化胶结效果差，界面胶结质量下降。针对上述分析，仅从改变水泥浆的性能和改变固井施工工艺并不能有效改善煤岩-水泥胶结问题。
3、针对煤岩表面亲水性差而导致其与水泥浆无法良好胶结的问题，目前有文献报道可采用表面活性剂配制成清洗液对井壁进行润湿改性的途径来提高煤岩表面的亲水性，进而增强煤岩-水泥界面的胶结效果。该方法主要是在煤岩表面覆盖一层两亲性的表面活性剂，类似于“相似相容”的机理，表面活性剂的亲油基团吸附在油润湿的煤岩表面，而亲水基团则裸漏在煤岩表面外侧，从而使得煤岩表面由亲油性转化成亲水性，煤岩与水泥浆之间的物理作用力随之增强，即亲和力增大。该方法在固井初期有一定的界面增强效果，但其仅是通过增强煤岩-水泥之间的物理作用力来提高二者的亲和性，因此该方法的时效性有待于进一步研究和考证。此外，该方法忽略了裂缝处及不过规则井眼处残存钻井液对界面胶结的影响，并没有全面的解决煤岩-水泥界面的胶结问题。
4、针对煤岩与水泥浆表面润湿性不同以及煤岩裂缝、不规则井眼处残存钻井液而引起的煤岩-水泥界面胶结强度低、封隔质量差的问题，本发明提供了一种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明的目的是提供一种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，这种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法用于解决煤岩-水泥界面胶结强度低、封隔质量差的问题,以及光滑裸露的煤岩表面和残存钻井液的煤岩表面与水泥浆的胶结问题。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法为，
3、步骤一、制备煤岩-水泥界面亲和剂，煤岩-水泥界面亲和剂由无机矿物基料改性产物的一种或者几种混合组成，任意一种无机矿物基料改性产物制备方法如下：
4、将无机矿物基料与适量的无水乙醇混合在一起，接着将混合物倒入三口烧瓶中，置于恒温水槽内，加热至50℃-100℃，按照无机矿物基料的质量百分比1％-5％添加改性剂进行反应，反应20-50分钟后，提纯烘干，得到无机矿物基料改性产物；无机矿物基料改性产物从分子结构上具有两亲结构，包含亲水性si-o、ca-o和亲油性的c-h；
5、步骤二、确定煤岩-水泥界面亲和剂在现场钻井液中的添加量：
6、从现场取一定质量的钻井液，并均分成多份，将煤岩-水泥界面亲和剂以不同的添加量分别加入到相应的钻井液中，搅拌均匀，得到多份a混合液；向每份a混合液中放入煤岩岩心，在井深温度下静态浸泡一定时间后取出煤岩岩心，此时煤岩岩心表面包括裂缝处附着有钻井液，将附着钻井液的煤岩岩心竖直置于圆柱形模具中心，在环形空间灌注水泥浆，模拟井下煤岩-水泥的二界面胶结；室温下固化，然后置于井深温度下恒温养护，养护完成后，测试煤岩岩心柱从水泥环中被压出的最大力，该被压出的最大力除以煤岩岩心与水泥胶结面积，即得到煤岩-水泥界面胶结强度，与空白样进行对比，界面胶结强度增大倍数最大时所对应的添加量，即为煤岩-水泥界面亲和剂在现场钻井液中的适宜添加量；
7、步骤三、钻井钻至煤岩层前50-100m，将煤岩-水泥界面亲和剂按照步骤二确定的加量通过加料漏斗加入到现场钻井液中，在泥浆池中充分混和后，随钻井下循环至钻井结束，后续冲洗液冲洗井筒后，注水泥浆固井。
8、上述方案中无机矿物基料选自二氧化硅细粉或硅灰石细粉，二氧化硅细粉和硅灰石细粉的粒径均为微纳米级。
9、上述方案中改性剂选自硅烷偶联剂类或硬脂酸类。
10、上述方案中二氧化硅细粉的粒径≥1250目或硅灰石细粉的粒径≥1250目。
11、上述方案中在煤层气井钻井液中加入煤岩-水泥界面亲和剂的量为0.5％-5％，优选1％-3％。待充分搅拌混合均匀后随钻井液井下循环即可。
12、上述方案中在煤层气井钻井液中加入煤岩-水泥界面亲和剂的量为1％-3％。
13、有益效果：
14、1、本发明所提供的提高煤岩-水泥界面亲和力的方法在20-140℃温度下均体现出良好的界面亲和增强效果，可使煤岩-水泥界面的胶结强度提高3-5倍，界面增强效果显著。
15、2、本发明所提供的煤岩-水泥界面亲和力增强机理为：无机矿物基料为亲水性物质，经过改性后，其分子结构中的部分亲水基团被亲油性的有机碳链覆盖，使其具有两亲性。当其加入到钻井液后，亲油性的一端自动吸附到亲油性的煤岩表面，而亲水性的一侧则伸展在钻井液中。实现了亲油性煤岩表面的润湿改性，提高煤岩表面的亲水性。固井过程中，煤岩-水泥界面亲和剂分子中未被改性的-si-o-在水泥滤液中-oh作用下断开活化，生成具有胶结作用的水化硅酸盐及其凝胶类物质，这些物质填充在煤岩-水泥界面处，起到粘结的作用，提高了煤岩裂缝处固相颗粒堆积带的强度和致密性，使得固相颗粒堆积带的矿物组成相似于水泥水化后的产物，增强了固相颗粒堆积带与水泥石之间的结合力。该方法基于同时提升煤岩-和固相颗粒堆积带-水泥两个界面的亲和力增强了煤岩-水泥二界面的亲和力。
16、3、本发明提供的一种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，主要是基于界面处的物理化学耦合作用，实现界面亲和力的有效提升，实施简单，解决煤岩-水泥界面胶结强度低、封隔质量差的问题，同时解决了光滑裸露的煤岩表面和残存钻井液的煤岩表面与水泥浆的胶结问题。
17、4、本发明提供了一种煤岩-水泥界面亲和剂，该界面亲和剂是由无机矿物基料经过改性剂有机改性后制备而成，其分子结构上具有两亲结构，包含亲水性si-o、ca-o和亲油性的c-h。在煤层气井钻井液中加入0.5％-5％的本发明所提供的煤岩-水泥界面亲和剂，充分搅拌混合均匀后随钻井液井下循环即可，该方法基于界面处的物理化学耦合作用，可有效提高煤岩-水泥界面亲和力。
1.一种提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，其特征在于：所述无机矿物基料选自二氧化硅细粉或硅灰石细粉，二氧化硅细粉和硅灰石细粉的粒径均为微纳米级。
3.根据权利要求2所述的提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，其特征在于：所述改性剂选自硅烷偶联剂类或硬脂酸类。
4.根据权利要求3所述的提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，其特征在于：所述二氧化硅细粉的粒径≥1250目或硅灰石细粉的粒径≥1250目。
5.根据权利要求4所述的提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，其特征在于：在煤层气井钻井液中加入煤岩-水泥界面亲和剂的量为0.5%-5%，优选1%-3%。待充分搅拌混合均匀后随钻井液井下循环即可。
6.根据权利要求5所述的提高煤岩-水泥界面亲和力的方法，其特征在于：在煤层气井钻井液中加入煤岩-水泥界面亲和剂的量为1%-3%。
