短陂橋礦區(qū)煤層氣生產(chǎn)井生產(chǎn)套管固井工藝探討

李常輝

摘 要? 2012年湖南省煤田地質(zhì)局第六勘探隊(duì)承擔(dān)了《湖南省邵陽(yáng)市短陂橋礦區(qū)南段煤層氣抽采關(guān)鍵工藝技術(shù)研發(fā)示范工程》項(xiàng)目，同年8月我隊(duì)在邵陽(yáng)市短陂橋礦區(qū)施工了一處煤層氣生產(chǎn)井，井深540.26m、終孔井徑215.9mm。依據(jù)礦區(qū)1、3煤層為高含氣量、高含氣飽和度煤層，煤儲(chǔ)層低壓，應(yīng)力場(chǎng)較高，中地解比、低滲透率的特征，采用低失水、高早強(qiáng)、膠結(jié)性能優(yōu)良的均勻密度輕漿水泥體系，采取控制水泥返高保護(hù)煤層的固井工藝對(duì)生產(chǎn)試驗(yàn)井（以下稱(chēng)之為生產(chǎn)井）進(jìn)行固井，取得了良好效果，為該地區(qū)的煤層氣開(kāi)發(fā)、固井作業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞? 短陂橋礦區(qū);煤層氣生產(chǎn)井;生產(chǎn)套管;固井工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TD842? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In 2012， the sixth exploration team of Hunan coalfield geology bureau undertook the project of key technology research and development demonstration project of coalbed methane extraction in the south section of Shaoyang City， Hunan Province. In August of the same year， our team constructed a coalbed methane production well in Shaoyang City， with a depth of 540.26m and a final hole diameter of 215.9mm. According to the characteristics of coal seams 1 and 3 in the mining area， such as high gas content， high gas saturation， low pressure of coal reservoir， high stress field， medium to ground solution ratio and low permeability， the uniform density light slurry cement system with low water loss， high early strength and excellent cementation performance is adopted， and the cementing process of controlling cement to return to high coal seam to protect the production test well （hereinafter referred to as production well） is adopted for cementing Good results are obtained， which can provide reference for coalbed methane development and cementing operation in this area.

Keywords： Duanpiqiao mining area; coalbed methane production well; production casing; cementing technology

0? 引言

煤層氣生產(chǎn)井的施工工序?yàn)椋恒@井、測(cè)井、固井、壓前作業(yè)、射孔、壓裂、井下作業(yè)、 排采等，工序環(huán)環(huán)相扣，相互影響。生產(chǎn)套管固井作業(yè)在鉆井、裸眼測(cè)井之后進(jìn)行，目的在于封隔壓裂目的層與上下部的含水層、非力學(xué)穩(wěn)定層之間的聯(lián)系，確保后期排采作業(yè)的安全、高效， 其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到氣井后續(xù)改造、壓裂與排采工藝的成敗，因此在煤層氣生產(chǎn)井施工環(huán)節(jié)中十分關(guān)鍵。

我國(guó)煤層氣井固井作業(yè)依據(jù)煤儲(chǔ)層的特性、后期開(kāi)采需求，一般運(yùn)用提高固井質(zhì)量與保護(hù)煤儲(chǔ)層相結(jié)合的固井工藝：采用低失水、高早強(qiáng)、膠結(jié)性能優(yōu)良的水泥漿體系?？刂扑喾蹈?、運(yùn)用常規(guī)密度與低密度相結(jié)合變密度固井、與繞煤層固井作用機(jī)理相似保護(hù)煤層的固井新工藝與水泥漿技術(shù)在我國(guó)北方已有成功應(yīng)用[1]，但在湖南實(shí)施此工藝尚屬首次。本文作者作為項(xiàng)目主要成員，淺析此次固井工藝流程，并對(duì)固井工藝效果做出評(píng)價(jià)。

1? 概況

1.1區(qū)域地質(zhì)概況

生產(chǎn)井位于湖南省邵陽(yáng)市短陂橋礦區(qū)，礦區(qū)南北長(zhǎng)約3.5km，面積約38.5km2。所在礦區(qū)位于漣邵煤田短陂橋向斜，龍?zhí)督M上段（P2l2）為本區(qū)含煤地層，可采煤層2層（1#煤和3#煤）。礦區(qū)屬華南加里東褶皺帶長(zhǎng)邵斷拗西南部漣邵煤田的西部，走向北東～南西，整體呈現(xiàn)為向南東弧形凸出的含煤向斜，礦區(qū)的構(gòu)造主體以短陂橋含煤向斜和F9等滑脫構(gòu)造體系所組成[2]。礦區(qū)1、3煤層為高含氣量、高含氣飽和度煤層，儲(chǔ)層壓力梯度低，煤層應(yīng)力場(chǎng)較高，有效地應(yīng)力對(duì)煤層氣地面抽采有利，屬中地解比、低滲透率儲(chǔ)層[3]。

1.2 生產(chǎn)井鉆井質(zhì)量評(píng)價(jià)

生產(chǎn)井終孔孔深540.26m、層位為上二疊龍?zhí)督M、巖性為細(xì)砂巖，含煤兩層，井斜角在1.48°～3.46°之間，最大井斜角所在深度為515m，最大井斜角所在方位為147.85°，井底總水平位移6.85m，井底總方位為206.25°，鉆井質(zhì)量控制整體良好[4]。

2? 固井井身結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)井終孔孔深540.26m，其中一開(kāi)使用φ311.15mm鉆頭，鉆至基巖下10m（孔深18：00m）完鉆，下入Φ244.5mm（17.86m）無(wú)縫鋼管，采用常規(guī)水泥固井，完成表層固井工作。二開(kāi)采用φ215.9mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆至3煤層底界以下40.66m完鉆，裸眼測(cè)井、下生產(chǎn)套管、固井。

1#煤埋深471.6～473.8m，含煤2.2m，3#煤埋深496.0～498.40m，含煤2.4m，煤層以下口袋40.66m。生產(chǎn)井無(wú)芯鉆進(jìn)施工過(guò)程存在井底沉砂，雖然在下套管之前經(jīng)過(guò)鉆井液充分循環(huán)，但是當(dāng)循環(huán)液靜止時(shí)，循環(huán)液中攜帶的沙粒就會(huì)沉入井底，為此，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)套管串下入井深時(shí)，在底端預(yù)留一定的空間。同時(shí)考慮到固井過(guò)程水泥漿壓強(qiáng)大，會(huì)對(duì)煤儲(chǔ)層造成一定的傷害，一般情況水泥返高控制在最上一層煤儲(chǔ)層以上200～300m。綜合考慮井底沉砂、減少固井對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害，本次技術(shù)套管下入段、固井水泥返高設(shè)計(jì)如表1和圖1所示：

3? 固井工藝

3.1 施工設(shè)計(jì)及準(zhǔn)備

3.1.1鉆井液性能參數(shù)值

鉆井施工選用的鉆井液性能參數(shù)值見(jiàn)表3。

3.1.2 生產(chǎn)套管串結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次選用生產(chǎn)套管參數(shù)值：鋼級(jí)為J55、外徑139.70（mm）、壁厚7.72（mm）、內(nèi)徑124.26（mm）。生產(chǎn)套管串底部一般由浮鞋、浮箍、套管組成，為了便于施工操作，本次設(shè)計(jì)在浮鞋與浮箍之間安置11.02m套管一根，套管串之間接箍錯(cuò)開(kāi)目標(biāo)煤層。因生產(chǎn)井孔斜度較小，扶正器設(shè)計(jì)安置10個(gè)，在浮箍以上，每10m安置一個(gè)，詳細(xì)情況如下：

套管串結(jié)構(gòu)：Ф139.7mm浮鞋+Ф139.7mm套管1根+Ф139.7mm浮箍+Ф139.7m套管串。

扶正器排放：404.05-514.11m井段每10m放置一只彈性扶正器。

3.1.3 水泥漿體系選用

煤層氣井固井過(guò)程可能出現(xiàn)氣、水的侵蝕，造成水泥漿與地層和套管膠結(jié)不好，因而采用低失水、早期強(qiáng)度高、膠結(jié)性能優(yōu)良的均勻密度輕漿水泥漿體系，材料選用如下：

（1）水泥漿體系：淡水水泥漿體系

（2）水泥漿組成中所用材料為：

1）嘉華G級(jí)水泥;

2）現(xiàn)場(chǎng)淡水;

3）外加劑為：CG610S降失水劑、USZ分散劑、FRY消泡劑。

3.1.4生產(chǎn)套管固井作業(yè)施工設(shè)計(jì)

固井作業(yè)流程、使用材料、設(shè)備（如表4～10）。

3.1.5 生產(chǎn)套管固井消耗材料

3.1.6 生產(chǎn)層套管固井工具附件

3.1.7 生產(chǎn)套管固井施工設(shè)備

3.1.8 固井工藝施工過(guò)程質(zhì)量控制

1）現(xiàn)場(chǎng)水體礦物質(zhì)含量低，水質(zhì)較好，采用現(xiàn)場(chǎng)淡水水泥漿體系，方便簡(jiǎn)潔;

2）根據(jù)電測(cè)實(shí)際井徑確定扶正器的按放，確保套管居中率大于90%;

3）合理設(shè)計(jì)洗井及頂替排量，防止出現(xiàn)井漏、井噴現(xiàn)象;

4）? 鉆井液性能調(diào)配合理，提高固井頂替效率;

5）采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的40-17型水泥車(chē)進(jìn)行施工，保證各項(xiàng)施工參數(shù);

6）嚴(yán)格執(zhí)行下套管過(guò)程各項(xiàng)技術(shù)措施：

a.套管及井下附件入井前使用標(biāo)準(zhǔn)的通徑規(guī)通徑丈量各部分尺寸;

b.確保上扣扭矩符合要求;

c.使用規(guī)定的螺紋密封脂，保證套管的密封性;

d.下套管，根根灌鉆井液每次灌滿(mǎn)，控制下放速度：?jiǎn)胃坠芟氯胨俣瓤刂圃?5秒以上;

e.嚴(yán)格檢查下井的井下附件，確保其性能可靠。

3.2 生產(chǎn)套管固井作業(yè)

2012.8.31? 20：30 下完套管;

21：30– 22：30灌泥漿，循環(huán)泥漿;

23：33– 23：35注前置液4.0 m3，排量1.0m3/min ，壓力2.0MPa;

23：35 –00：00注嘉華G級(jí)水泥漿17 m3，密度1.80-1.90 g/cm3 （平均1.88 g/cm3）， 排量1.2m3/min ，壓力4.0Mpa;

00：04 –00：11 泵替泥漿4.4m3，排量1.0m3/min ， 壓力從0.0Mpa升到 3.0 MPa;

00：13–00：15 車(chē)替清水 1.0 m3? ， 排量0.3-0.5m3/min ， 碰壓至7.0MPa;

00：15- 00：17穩(wěn)壓2分鐘，放回水試開(kāi)井，回水?dāng)嗔鳎_(kāi)井候凝56小時(shí)。

4? 固井工藝評(píng)價(jià)

4.1 固井質(zhì)量測(cè)井評(píng)價(jià)

依據(jù)固井質(zhì)量測(cè)井報(bào)告：生產(chǎn)試驗(yàn)井測(cè)井測(cè)量井段為43.0～520.5m，固井完成日期為2012年09月01日0：15，測(cè)井日期為2012年09月03日，測(cè)量項(xiàng)目為聲幅測(cè)井，測(cè)量曲線(xiàn)有聲幅、套管接箍、自然伽馬，固井質(zhì)量評(píng)價(jià)基于聲幅曲線(xiàn)，以自由套管的聲幅值（100%）為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量評(píng)價(jià)分為三級(jí)。資料顯示固井質(zhì)量總體中等至良好，綜合評(píng)價(jià)為合格井（詳細(xì)解釋結(jié)果如表11與圖2）[4]。

4.2 生產(chǎn)井生產(chǎn)套管固井主要工藝技術(shù)措施評(píng)價(jià)

生產(chǎn)井的井深540.26m，套管串下入深度535.54m，底部留有4m多的空間，保證了套管下入過(guò)程不觸及井底，順利按照設(shè)計(jì)下入套管。生產(chǎn)井的孔斜較小，施工過(guò)程依據(jù)電測(cè)實(shí)際井徑確定扶正器的排放位置，套管串扶正器一共安置了10個(gè)，居中率大于90%，保證了套管串安置質(zhì)量。煤層氣井固井過(guò)程可能出現(xiàn)氣、水的侵蝕，造成水泥漿與地層和套管膠結(jié)不好，本次生產(chǎn)井固井采用低失水、早期強(qiáng)度高、膠結(jié)性能優(yōu)良的均勻密度輕漿水泥漿體系，保證了固井的質(zhì)量。固井施工考慮到水泥漿壓強(qiáng)大，對(duì)煤儲(chǔ)層造成一定的傷害;又兼顧考慮施工水泥膠結(jié)質(zhì)量情況;根據(jù)地質(zhì)資料在埋深165.5m處有F6斷層經(jīng)過(guò)。本次水泥返高在1煤以上309m（埋深162.50m），既保證了固井質(zhì)量，又將水泥漿對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害降至很小，為后期的工藝施工提供了保障。

5? 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

此次生產(chǎn)試驗(yàn)井采取的固井工藝技術(shù)措施比較成熟，洗井效率、頂替效率比較符合井下要求，固井施工過(guò)程控制較好，各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，固井質(zhì)量：162.50～470.70m埋深段，分好、中等、差三種等級(jí);470.70～473.70m1煤層埋深段，以差等級(jí)為主，少量為中等等級(jí);473.70～512.00m3煤層埋深段，質(zhì)量等級(jí)為好;512.00～520.50m埋深段，以中等等級(jí)為主，少量為好等級(jí)?？傮w質(zhì)量為中等至良好等級(jí)，綜合評(píng)價(jià)為合格。

固井質(zhì)量由多種原因共同影響，其中井徑變化、井斜和井壁暴露時(shí)間對(duì)煤層氣井固井效果影響最大，封固段長(zhǎng)度、套管居中情況、鉆井液性能等因素影響次之[5]。根據(jù)測(cè)井資料，生產(chǎn)井井徑分別在埋深367m、392m、442m、467m處明顯變大（如表2）;鉆井液的密度較大，為1.80～1.90g/cm3（平均1.88g/cm3），成為影響此次局部固井質(zhì)量的兩大主要原因。

5.2建議

邵陽(yáng)短陂橋礦區(qū)煤儲(chǔ)層屬于中高含氣量、中高含氣飽和度煤層，具有儲(chǔ)層壓力梯度低，煤層應(yīng)力場(chǎng)較高，中地解比、低滲透率，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，埋藏淺，煤巖破碎、力學(xué)穩(wěn)定性差，微裂縫發(fā)育特征[3]。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征、煤儲(chǔ)層條件、固井過(guò)程泥漿對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害特征，從井徑變化、井斜、封固段長(zhǎng)度、套管居中情況、鉆井液性能、井壁暴露時(shí)間等方面，優(yōu)化固井方案，改善固井質(zhì)量。

在鉆井施工時(shí)，盡量減少擴(kuò)徑和控制井斜;科學(xué)配置扶正器，盡量使生產(chǎn)套管居中;選擇低溫快凝、高早強(qiáng)、低失水、膠結(jié)性能優(yōu)良的水泥漿系統(tǒng);在水泥漿中加入粉煤灰、空心微珠或注入氦氣，達(dá)到降低水泥密度的效果;采用常規(guī)密度與低密度水泥漿相結(jié)合，提高鉆井液頂替效率，同時(shí)減小水泥漿對(duì)煤層的傷害;水泥返高在煤層頂板以上200m;采用“穿鞋戴帽、留出煤層”的固井工藝保護(hù)煤層;鉆井完成，及時(shí)進(jìn)行下套管、固井，減少裸眼暴露時(shí)間。

參考文獻(xiàn)/References

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