沁水盆地南部煤層氣問題井原因分析及技術(shù)探討

薛志亮

( 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 048000)

沁水盆地南部煤層氣問題井原因分析及技術(shù)探討

薛志亮

( 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 048000)

隨著沁水盆地南部煤層氣的大規(guī)模開發(fā)，目前已完鉆井和已進(jìn)行煤儲層改造的井中有多口井發(fā)生不同程度的套管損壞和固井質(zhì)量等問題。針對不同問題提出了不同的處理思路，水泥漿返高在目的煤層頂界以上50m，采用擠水泥二次固井方式處理；水泥漿返高不足50m、目的煤層以下替空和水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)，采用壓裂新工藝進(jìn)行儲層改造；定向井中漏點(diǎn)在造斜點(diǎn)以上采用換套技術(shù)；漏點(diǎn)在直井封固段以上或定向井中封固段以上造斜點(diǎn)以下采用水泥封堵技術(shù)；漏點(diǎn)在封固段以下采用下4寸套管。

煤層氣井 套管損壞 固井質(zhì)量問題 原因分析 解決思路

1 背景介紹

目前沁水盆地南部煤層氣開發(fā)井型為直井、定向井和水平井，其主要井型為直井和定向井，井身結(jié)構(gòu)為二開井身結(jié)構(gòu)，一開采用套管外徑244.5mm，鋼級J55(壁厚8.94mm、LTC扣型)套管完井，二開生產(chǎn)套管采用套管外徑139.7mm，鋼級J55/N80(壁厚7.72mm、LTC扣型)套管完井(見圖1、2)。其定向井占總問題井的67.7%，直井占總問題井的33.3%，定向井問題較突出；未進(jìn)行儲層改造的問題井占總問題井的61.9%，已進(jìn)行儲層改造和排采生產(chǎn)的問題井占總問題井的38.1%，未進(jìn)行儲層改造的井問題較突出。問題井主要為固井質(zhì)量問題和套管問題，固井質(zhì)量問題井分為以下四類：①水泥返高不夠；②井內(nèi)留塞；③目的煤層以下水泥漿替空；④水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)。套管問題井分為以下兩類：套管變形和套管刺漏。

圖1 直井井身結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 定向井井身結(jié)構(gòu)示意圖

2 固井質(zhì)量問題

隨著沁水盆地煤層氣的大規(guī)模開發(fā)，目前固井質(zhì)量問題日益突出，由于固井質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，水泥漿返高不夠，水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)，混漿、頂替效率低等因素和作業(yè)操作不規(guī)范等人為因素影響，導(dǎo)致出現(xiàn)套管固井質(zhì)量問題。

2.1 水泥返高不夠

為了使固井質(zhì)量能經(jīng)受合理的射孔、壓裂考驗(yàn)和滿足正常情況下排采生產(chǎn)需要，結(jié)合DZ/T 0250—2010《煤層氣鉆井作業(yè)規(guī)范》和工區(qū)實(shí)際情況，規(guī)定水泥漿返高超過最上目的煤層頂界以上200m。其中部分水泥返高不夠的問題井水泥返高未超過30m。

以XX-X1井為例，該井在鉆井過程中出現(xiàn)井漏情況，未充分堵漏便實(shí)施固井作業(yè)，煤層段平均井徑擴(kuò)大率超標(biāo)(58.45%)，煤層垮塌嚴(yán)重。在固井過程中，替漿至6.4m3時(shí)，壓力突升至8MPa，井口泥漿失返，至替漿結(jié)束時(shí)壓力升高至25MPa；由固井測井質(zhì)量圖顯示水泥漿返高至目的煤層頂界以上24m處，返高以上環(huán)空內(nèi)無水泥漿掛漿跡象。原因分析：出現(xiàn)井漏情況未進(jìn)行充分堵漏作業(yè)便實(shí)施固井作業(yè)；煤層坍塌嚴(yán)重導(dǎo)致固井過程中憋壓。

從現(xiàn)場作業(yè)和事故原因分析，出現(xiàn)水泥返高不夠的井具有以下特點(diǎn)：鉆井過程中出現(xiàn)井漏情況，未進(jìn)行充分堵漏作業(yè)便實(shí)施固井作業(yè)；井徑擴(kuò)大率超標(biāo)(全井段平均井徑擴(kuò)大率≤25%合格，煤層段平均井徑擴(kuò)大率≤40%合格)，井壁穩(wěn)定性差，出現(xiàn)井壁坍塌，致使在固井過程中憋壓導(dǎo)致水泥漿返高不夠；固井過程中，現(xiàn)場施工操作不當(dāng)導(dǎo)致水泥漿返高不夠。

對于水泥漿返高不夠的問題井解決思路：若水泥漿返高在目的煤層頂界以上50m且該井段水泥環(huán)質(zhì)量為優(yōu)，則采用射孔擠水泥二次固井方式進(jìn)行修井作業(yè)，二次固井質(zhì)量合格后采用卡封壓裂對儲層進(jìn)行改造；若水泥漿返高在目的煤層頂界30m以上50m以下且該井段水泥環(huán)質(zhì)量為優(yōu)，由于該井段二次固井后還需要采用水力噴射工藝對儲層進(jìn)行改造，不建議對該井段進(jìn)行二次固井作業(yè)，直接采用水力噴射壓裂工藝對儲層進(jìn)行改造；若水泥漿返高在目的煤層頂界以上不足30m且該井段水泥環(huán)質(zhì)量為優(yōu)，不建議進(jìn)行二次固井作業(yè)，可采用壓裂新工藝對儲層進(jìn)行改造或作棄井處理。

2.2 井內(nèi)留塞

固井作業(yè)井中部分井浮箍以上留有20m左右的水泥塞。從現(xiàn)場作業(yè)和事故原因分析，出現(xiàn)井內(nèi)留塞的井具有以下特點(diǎn)：全井平均井徑擴(kuò)大率超標(biāo)，井壁不穩(wěn)定出現(xiàn)井壁坍塌；固井前未充分循環(huán)泥漿，井內(nèi)有掉塊憋壓導(dǎo)致井內(nèi)留塞。

對于井內(nèi)留塞的問題井解決方法是下鉆進(jìn)行掃塞作業(yè)。

2.3 目的煤層以下水泥漿替空

固井作業(yè)井中部分井浮箍以下水泥漿替空，導(dǎo)致浮箍以下套管與下部地層貫通。從現(xiàn)場作業(yè)和事故原因分析，出現(xiàn)水泥漿替空的井有以下原因：膠塞入井前未檢查膠塞質(zhì)量，由于膠塞質(zhì)量問題導(dǎo)致碰壓失敗，及現(xiàn)場計(jì)量不準(zhǔn)確導(dǎo)致替漿過程中多替入替漿。

對于目的煤層以下水泥漿替空的問題井，目前沒有成熟的技術(shù)可以解決此類問題，不建議對該類型的問題井進(jìn)行修井作業(yè)。對該類型問題井作如下處理：對于出現(xiàn)底部替空且目的煤層底界以下有不少于20m的優(yōu)質(zhì)水泥環(huán)，采用壓裂新工藝對儲層進(jìn)行改造。

2.4 水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)

固井作業(yè)井中部分井目的煤層頂界以上水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)。從現(xiàn)場作業(yè)和事故原因分析，出現(xiàn)水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)的井有以下原因：鉆井過程中地層出現(xiàn)多次井漏情況，未充分堵漏便實(shí)施固井作業(yè)。

對于目的煤層以上水泥環(huán)膠結(jié)不連續(xù)的問題井，目前沒有成熟的技術(shù)可以解決此類問題，不建議對該類型的問題井進(jìn)行修井作業(yè)。對該類型問題井作如下處理：若煤層頂?shù)装迳舷赂饔胁簧儆?0m的優(yōu)質(zhì)水泥環(huán)，采用水力噴射壓裂工藝對儲層進(jìn)行改造。

隨著沁水盆地南部煤層氣的開發(fā)，固井質(zhì)量問題日益突出，提高施工固井質(zhì)量顯得尤為重要。根據(jù)作業(yè)區(qū)出現(xiàn)的固井質(zhì)量問題，可采取提高固井質(zhì)量預(yù)防措施：鉆井過程中若出現(xiàn)井漏情況，封堵漏層后再實(shí)施固井作業(yè)；固井作業(yè)前充分循環(huán)泥漿，保證井壁光滑和井底干凈；套管入井前檢查膠塞等套管附件，嚴(yán)格把控入井套管附件質(zhì)量；下入套管時(shí)注意扶正器的位置和適當(dāng)間距，盡量使套管居中；注水泥漿作業(yè)時(shí)，保持注水泥漿的連續(xù)性、完整性和密封性；施工人員具備較強(qiáng)的責(zé)任心和較高的套管下放和注水泥施工水平。

3 套管問題

目前套管問題也是制約著煤層氣井網(wǎng)局部整體排水降壓的主要問題。檢泵作業(yè)中探砂面管串遇阻和沖砂作業(yè)中管串遇阻問題，通過打鉛印分析是由套管變形所引起的；固井作業(yè)結(jié)束后試壓不合格，通過找漏作業(yè)分析是由套管存在漏點(diǎn)所引起的。

3.1 套管變形

套管變形問題主要是探砂面遇阻和沖砂遇阻，通過打鉛印分析，套管變形深度在目的煤層段。對進(jìn)行排采作業(yè)的井探砂遇阻，分析認(rèn)為是隨著目的煤層內(nèi)氣體、液體的產(chǎn)出導(dǎo)致地層內(nèi)壓力的變化和蠕變變形引起套管變形。通過對沖砂遇阻的井分析其具有以下特點(diǎn)：該類井在壓裂施工時(shí)，施工壓力較高，超過套管施工限壓經(jīng)放噴，導(dǎo)致儲層與井筒之間產(chǎn)生高壓差，套管抗壓強(qiáng)度減弱引起套管射孔段井眼周圍套管壁向井筒內(nèi)凸，導(dǎo)致射孔段套管變形；該類井生產(chǎn)套管使用的是J55的生產(chǎn)套管。

對于套管變形的問題井解決思路：首先進(jìn)行打鉛印作業(yè)，詳細(xì)描述套管變形程度，再確定其處理方式。套管變形量≤12%，根據(jù)具體變形程度采用沖脹類梨形脹管器整形或液壓滾壓整形工藝整形，但整形后目的煤層段有可能發(fā)生二次變形；或采用磨銑擴(kuò)徑方式，磨銑擴(kuò)徑后井眼周邊煤層可能垮塌，導(dǎo)致后期泵掛管串無法下入。套管變形量大于12%，目前還沒有較好的處理方法，目前的處理方式是磨銑修整井眼后下入4寸套管，但這類井已經(jīng)進(jìn)行射孔作業(yè)，目前固井問題較難解決。

3.2 套管刺漏

為了能使套管柱滿足后續(xù)正常施工需求，根據(jù)NB/T 10003—2014《煤層氣鉆井工程質(zhì)量驗(yàn)收評級規(guī)范》要求，規(guī)定生產(chǎn)套管試壓壓力20MP，在30min內(nèi)壓降≤0.5MP合格。部分問題井在試壓過程中均出現(xiàn)不同程度的壓降(見表1)。

從現(xiàn)場作業(yè)和事故原因分析，出現(xiàn)套管刺漏的井具有以下特點(diǎn)：①下套管前未仔細(xì)檢查套管質(zhì)量，套管本體有損傷；②下套管作業(yè)中未準(zhǔn)確對扣就進(jìn)行緊扣作業(yè)，導(dǎo)致套管絲扣損壞；③整改井口過程中，施工人員操作失誤損傷套管。

表1 5口井試壓壓力數(shù)據(jù)

對于套管刺漏的問題井解決思路：首先對其進(jìn)行找漏作業(yè)，認(rèn)真分析套管漏點(diǎn)位置，再確定其處理方式。定向井中漏點(diǎn)在造斜點(diǎn)以上，采用取換套修井工藝；漏點(diǎn)在直井封固段以上或定向井中在封固段以上造斜點(diǎn)以下，采用水泥封堵技術(shù)；漏點(diǎn)在封固段可采用套管補(bǔ)貼技術(shù)或下4寸套管。

以XX-X2井為例，該井試壓不合格，采取下4寸套管措施進(jìn)行補(bǔ)救。該井下4寸套管作業(yè)完成后經(jīng)儲層改造，于2012年12月8日投產(chǎn)，2013年3月13日見氣，截止到2016年7月10日累計(jì)產(chǎn)氣13.8萬m3。該技術(shù)在現(xiàn)場的應(yīng)用效果較好。

目前沁水盆地南部煤層氣井作業(yè)區(qū)套管問題比較突出，如何解決和預(yù)防套管問題尤為重要。根據(jù)作業(yè)區(qū)出現(xiàn)的套管問題，可采預(yù)防套管問題的措施：套管出廠前檢查、套管出料場前檢查和套管入井前檢查，嚴(yán)格把控入井套管質(zhì)量；施工人員在下套管作業(yè)時(shí)嚴(yán)格按照下套管作業(yè)流程操作；提高生產(chǎn)套管鋼級。

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(責(zé)任編輯 黃 嵐)

Cause Analysis and Technical Discussion of CBM Problem Wells in Southern Qinshui Basin

XUE Zhiliang

(Jincheng Branch，China United Coalbed Methane Corporation，Shanxi 048000)

With the large-scale development of CBM in southern Qinshui Basin, the problems such as varying degrees of casing damage and cementing quality have appeared in many of the drilled wells and the coal reservoir reconstruction wells at present. Different processing ideas are proposed for different problems. If cement return height reaches up to 50m above the top boundary of the target coal seam, cement squeeze in the secondary cementing is used. If cement return height is less than 50m and over-displacement of cement paste is below the target coal seam and discontinuous cementation of cement sheath, the new fracturing technology is applied to reservoir reconstruction. If the leakage point is above the isolation section in the vertical well or above the isolation section and below the kickoff point in the deviated well, the cement plugging technology is applied. If the leakage point is blow the isolation section, 4 inch casing is used.

CBM well; casing damage; cementing quality problem; cause analysis; resolving ideas

薛志亮，男，助理工程師，現(xiàn)從事煤層氣鉆井工程方面工作。