固井二界面窜流问题是目前长期困扰石油工程且急需解决的一个复杂性工程技术难题,固井后二界面窜流问题的发生,其实质就是固井二界面封隔失效,形成环空帘流通道,无法对地层圈闭流体(地层水和气)进行有效隔离,出现含水率剧增和油气水层间互窜等问题,严重时甚至出现水淹,这样致使花巨资建立的油气井通道失效,造成巨大的经济损失和资源浪费。固井二界面泥饼的存在对钻井施工而言是不可或缺的,是降滤失、维持井壁稳定和保护油气储层所必须的,然而对固井却是有百害而无一利,其阻碍了井壁与固井水泥浆之间的直接接触,固井后难以与水泥环形成一个有效的胶结整体,易被地层水及压裂液溶蚀破坏形成微裂缝,故泥饼成为井壁和水泥环之间封隔的薄弱环节,在开发过程中极易形成窜流通道使固井二界面封隔失效,导致油气井流体窜流问题频发。如今随着我国经济建设的快速发展,油气资源的短缺已成为可持续发展的主要瓶颈,如何有效解决固井二界面封隔失效问题,提高油气采收率,具有重大的经济价值和现实意义。针对这一固井难题,创新性地提出了在不改变钻井液及水泥浆体系的条件下,运用泥饼固化剂作为固井前置液的泥饼固化防气窜固井新技术,该技术的核心理念就是通过泥饼固化和界面交联实现固井二界面的整体固化胶结,对实现这一理念的基础研究——固井二界面泥饼活化机理的研究就显得尤为迫切。本文以固井二界面泥饼活化机理的研究为重点,进行了大量的相关实验研究。首先分析了泥饼固化剂的基本物化性能；研究了现技术体系和泥饼固化体系㈣井二界而胶结强度的变化规律,并对固井二界面胶结情况进行宏观形貌对比观察；然后结合XRD组分、TG-DSC测试分析和ESEM-EDX形貌观察等现代微观分析测试技术,获得固井二界面胶结强度提高的微观证据,为泥饼固化剂对泥饼的化学活化机理研究奠定基础；结合MAS-NMR分析测试,帮助我们深层次探索粘土矿物的化学激发活化机理：最后以矿物学角度出发,总结得出泥饼化学激发活化的化学反应方程,推导出致使固井二界面泥饼㈣化的动态物理化学变化过程,揭示其固化过程中生成产物结构、状态及晶形转变的变化规律,为深井㈣井二界面整体固化胶结解决层间帘问题的研究提供了重要的科学依据和理论基础。本论文获得的主要结论如下：1、通过固井二界面胶结强度实验可知,在水浴养护3大、7天和15天后,固井二界面胶结强度分别提高了657.10%～2565.00%、421.74%～3067.83%和288.96%～2581.61%,泥饼固化体系均比现技术体系固井二界面胶结强度有较大幅度提高,说明泥饼固化剂对固井二界面胶结质量提高效果显革。2、经宏观形貌对比观察,现技术样固井二界面泥饼与水泥柱脱离,且疏散多孔,无法实现泥饼与水泥柱体和地层的整体固化胶结；泥饼固化样固井二界面泥饼与水泥柱紧密胶结在一起,且在泥饼固化剂的作用下泥饼已固化成凝饼,实现了泥饼与水泥柱和地层的整体固化胶结。3、固井二界面组分微观分析表明,随着养护时间的延长,现技术体系固井二界面泥饼本体中没有新物质的生成；泥饼㈣化体系㈣井二界面泥饼本体及泥饼-水泥柱体界面均出现了明显的新物质,从XRD、TG-DSC和ESEM-EDX综合分析可知,此新物质为钙矾石、类沸石水化硅酸钙(C-S-H)等胶凝物质,这些凝胶物质覆盖在泥饼颗粒表层及充填在孔隙裂缝中,起到“桥连”泥饼内矿物颗粒及泥饼相与水泥柱体的作用,使泥饼最终变成具有密实网状结构的胶结整体行与水泥柱体紧密相连,实现了固井二界面的整体固化胶结。4、通过MAS-NMR对比分析可知,随着养护时间的延长四配位Al呈现先增大后降低的趋势,相反六配位Al呈现先降低后增大的趋势；泥饼固化方法固井二界面泥饼与现技术方法的相比,以上变化趋势更加显著。这说明固井二界面泥饼在水泥浆滤液的作用下,发生剧烈的化学溶蚀作用,而泥饼固化剂的作用使得这一过程更加剧烈。随着养护时间的延长,胶凝物质的生成使溶液持续消耗,溶蚀反应逐渐停止,这时大量的四配位Al活性单体与溶液体系中存在的硅酸活性单体结合,形成具有胶凝性质的胶结物,将部分未溶蚀的蒙脱石等粘土矿物和钻井岩屑粘结起来,形成二维网络状的胶凝结构,实现泥饼的整体固化胶结。5、泥饼固化剂对固井二界面泥饼的活化主要就是对粘土矿物的解聚,主要机理为碱激发溶蚀粘土矿物,生成具有化学反应活性的低聚体,这些活性低聚体为后续胶凝固化反应提供了原材料,将固相颗粒有机的粘结在一起,实现固井二界面泥饼的整体固化胶结。粘土矿物活化反应过程是一个复杂的物理化学反应过程,活化反应机制主要分5个步骤：溶蚀解聚阶段、溶解产物扩散迁移、活性单体的聚集、胶凝物质的生成和胶凝物质晶型转变。