煤层气固井特点及技术

煤层气固井特点及技术

我国的煤层气资源十分丰富，开发利用刚刚起步。煤层与一般的油气层相比，藏浅微孔隙和裂缝发育，煤层的机械强度和孔隙度低，易坍塌、易污染。文章根据煤层气井的特点，介绍了煤层气井固井的特点及难点，总结了目前煤层气井固井存在的主要问题。根据煤储层的特点，提出了固井技术对策及外加剂的选择。

标签：煤层；微孔隙；固井

煤层气不同于常规油气，它是以吸附态为主吸附于煤层孔隙中。目前煤层气固井技术需要考虑两个因素：①将储层及相邻的上下岩层封闭，以便建立产区通道；②用优质的水泥和不同作用的外加剂配出性能优良的水泥浆，优质的水泥环保护产层，保障压裂作业，延长每口井的开发寿命。

1 煤层气井固井的特点

煤层埋藏浅，顶替效率低。煤层气井井深浅，固井时替浆量少，注水泥完毕即有一半体积以上的水泥浆进入环空。受设备及井下条件的限制，固井时根本达不到紊流顶替的排量，且紊流顶替时环空返速高，摩阻大，在低压易漏的井中甚至会压漏地层。同时煤岩层光滑、不规则的解理面不利于水泥环二界面的胶结，对水泥浆性能要求较高。

煤层压力低，固井时易发生漏失。煤层气井的封固段长一般为300～1200 m，煤层孔隙压力梯度低，水泥浆密度比钻井液密度高得多（钻井液密度一般在1.03～1.08g/cm3之间）。煤气层地层压力系数变化规律性差，难以平衡压力固井。在固井过程中水泥浆密度高或施工不当，都易形成过平衡压力而导致漏失，一方面导致水泥浆低返，影响封固质量；另一方面使水泥浆渗入煤层，污染煤层。

2 煤层气固井技术

2.1 固井水泥浆体系

满足煤层井固井要求的水泥浆体系，要求适应储层特性，低温快凝、低失水、高早强、浆体稳定性好、稠度适宜，同时对煤层的伤害小。

2.1.1 水泥浆密度

煤层岩心强度和煤储层地应力特征决定了水泥浆密度范围和环空液柱压力系统的设计。按照常规要求，水泥浆密度应大于井眼坍塌压力、小于煤层渗漏压力。在此基础上，在水泥石抗压强度满足要求的条件下，采用密度尽量低的水泥浆。目前，采用常规密度与低密度（1.20～1.65g/cm3）水泥浆相结合的固井方式较多，也可采用变密度固井，即固井注水泥时，水泥浆密度由小向大不断变化，但所有井段的有效密度之和，即全井平均有效密度不超过计算的最大平均密度。

一般要求施工单位采用这样的密度体系：导浆密度为 1.35～1.40g/cm3；基浆密度为1.40～1.55g/cm3；尾浆密度为1.75～1.85g/cm3。

2.1.2 水泥浆滤失性能

能有效控制水泥浆失水量，保持固井过程中的水泥浆性能相对稳定；同时能减少液相伤害，在固井中减小渗漏。这种渗漏可能在地面观察不到，但会造成煤层部位及以上井段胶结不良，并对煤层气开采造成重大影响。

2.2 固井技术措施

2.2.1优化水泥浆参数

①采用配伍性好的降失水剂与早强剂，使水泥浆失水量低、稳定性好、强度发展快、候凝时间短。

②根据煤层割理发育的特点，前置液中应含有堵漏材料，较为经济的办法是在钻井液中加入适量钻井液稀释剂，可有效防止后续流体中的大量固相进入储层。

③隔离液与水泥浆、钻井液的相容性要好，并有利于冲洗、稀释钻井液。

2.2.2优化固井工艺

①采用塞流顶替技术。煤层气井套管下入浅，替浆量少，顶替时很难达到紊流顶替的排量，塞流顶替可以在两相界面上形成聚集物质，在井眼扩大段及不规则段产生类似活塞一样的顶替作用，同样可以取得好的顶替效果。

②采用套管居中技术合理确定顶替参数，保证“大肚子”井段的顶替效果；注水泥及替浆过程中，注入排量为0.3～0.6m3/min，替浆排量为0.8～1.2m3/min，控制环空返速小于0.5m/s。

③煤储层顶板以上200m至井底用常规密度水泥浆封固，保证后期压裂作业的需要；煤储层顶板以上200m至地面用低密度水泥浆封固，防止上石盒子组地层发生漏失；以低密度水泥浆配合常规密度水泥浆来降低环空的液柱压力，或采用变密度水泥浆方案，提高固井质量与保护煤储层相结合。

④控制水泥返高。以往煤層气固井设计中，水泥返高设计要求返到地面，实际上应控制水泥返高，这样可在一定程度上降低水泥浆液柱压力，达到防止固井时井漏和降低固井对煤层的伤害。煤层气固井水泥返到煤层顶板以上200m左右为宜。

3 结语

煤层气固井时不能照搬国外的成功经验，应考虑中国不同煤阶及煤储层的特性以及后期开采的需求，设计合理的水泥浆体系，采用综合的固井工艺，采用提高固井质量与保护煤层相结合的固井工艺，采用低失水、高早强、胶结性能优良的水泥浆。目前控制水泥返高、常规密度与低密度相结合及变密度固井及与绕煤层固井作用机理相似、保护煤层的固井新工艺与水泥浆技术已有成功应用。

参考文献：

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