晉城煤層氣井固井漏失機理研究

高小波 王洪洲 代磊 薛太彬 趙書鍇

摘 要：煤層氣因熱值高、無污染且儲量豐富，故應用前景廣闊。但受多種因素的影響致使煤層氣井固井難、漏失率高，制約了產量的提升。對此，筆者以晉城煤層氣井為例，就其固井漏失機理作了研究，并提出了合理的改進措施，以供參考。

關鍵詞：煤層氣井;固井漏失;低密度水泥漿

較之普通的油氣層，煤層氣往往埋藏較淺，若控制不當則易因低孔隙度和低機械強度引發(fā)坍塌，其中固井質量問題的存在，使得漏失現象變得更為突出，并對煤層氣開發(fā)和產量的提升構成了威脅。因此為安全起見，我們十分有必要對晉城煤層氣井固井漏失機理進行研究。

1 晉城煤層氣井固井漏失機理研究

1.1 煤層氣井固井概況

已知煤層氣井與常規(guī)油氣井有著明顯的特征差異，包括井深較淺，井底壓力和溫度遠遠低于油氣井，在基巖孔隙表面含有大量處于吸附狀態(tài)的天然氣，孔隙壓力梯度通常低于0.01MPa/m，且微孔隙發(fā)育、不均質、穩(wěn)定性差，通常伴有滲透滯后的情況。要想順利開采煤層氣，就必須以優(yōu)質、合理、長壽命的固井為保障。而晉城地區(qū)的主力煤層含有較多大厚度的含煤層系，內部裂縫發(fā)育、可解吸率高，埋深為600-800m，含氣量在15-30m3/t之間。其中中高階煤層氣石盒子組巖性以淺灰色粗砂巖、灰綠色粉砂質泥巖和紫紅色泥巖為主，存在漏層問題，而且經CBL測井發(fā)現，固井質量合格率在40%左右，顯然不理想。

1.2 固井漏失機理研究

煤層氣井固井井漏原因復雜多樣，如特殊的地質條件、不合理的鉆井液、高密度水泥漿、不當的固井技術等都可能導致固井漏井。后結合實際情況發(fā)現，晉城煤層氣井固井漏失的原因包括：一是水泥漿密度明顯偏高;即水泥漿在高密度和高壓差的共同作用下，在流至高滲透地層的過程中嚴重失水，加之低溫影響致使下部水泥難以膠結;而是不合理、不明確的施工參數，導致低返現象時有發(fā)生，甚至降低煤層滲透率、破壞煤層。三是“U”型管效應的存在使得上部水泥難以膠結;四是水泥漿密度變化明顯，與高溫條件相比，低溫環(huán)境下水灰比對水泥石強度的作用更為明顯，密度和稠化時間分別降低和延長了0.05/cm3和1-2h，早期抗壓強度減少幅值在15-20%之間等。這些問題的存在不同程度上降低了固井質量，進而為固井漏失埋下了隱患，因此亟待解決。

2 晉城煤層氣井固井漏失改進措施

2.1 選擇合適的低密度水泥

鑒于我國煤層氣井固井普遍面臨低壓易漏、稠化時間長、強度發(fā)展慢、失水量大等一系列難題，建議在加強低溫低密度水泥漿體系研究的同時，立足實際選擇合適的低密度水泥，為提高固井質量和保護煤層奠定良好的基礎。目前可供選擇的低密度水泥漿有很多，如選擇穩(wěn)定微硅和輕質漂珠作為減輕劑，配以固相顆粒配比和外加劑優(yōu)化的超低密度水泥漿，不僅析水率低、失水量小、稠化時間可調節(jié)，而且具有良好的流變性、懸浮穩(wěn)定性和抗壓強度，可有效預防固井漏失和儲層損害;再者快凝早強油井水泥可在低溫條件下更好的匹配水泥添加劑縮短水泥凝結時間，而且微膨脹、抗壓強、綜合性能顯著，能夠滿足固井質量各項指標。當然具體應視情況而定，還需從晉城煤層氣井固井需要出發(fā)，基于合適的低密度水泥漿配比設計增強水泥漿整體性能，但值得注意的是，低密度水泥漿適用于固井先導階段，為進一步達到壓裂作業(yè)要求，針對產層位置則要選擇高密度水泥漿。同時考慮到低密度水泥漿的使用會在一定程度上若將花密度驅替作用，還應采取措施適當加強水泥漿粘切效果。

2.2 加強水泥漿失水量控制

失水量的控制通常需要借助優(yōu)質外加劑來實現，如高早強、低失水、凝結快、傷害小的TG早強降失水劑，在低溫條件下可形成穩(wěn)定的漿體，且失水控制效果優(yōu)于普通的降失水劑。這是因為水泥漿與地層因存在一定的壓差而在交界面形成低滲透率失膜，加入適量的TG后，水泥漿可以良好的狀態(tài)快速凝固，并伴有微膨脹用于排擠留于套管外部的鉆井液，配以濾餅壓實作用確保水泥環(huán)與井壁、與套管壁能夠順利膠結，待其凝固后TG中的降失水劑可堵塞孔隙降低滲透率，更重要的是，可調整早強劑用量延長或縮短水泥漿的稠化時間，進而適應井深不同的固井作業(yè)?；谏鲜鲈恚杩刂茣x城煤層氣井固井水泥漿失水量低于50mL，并在候凝過程中盡量延長其對地層的壓力，以防造成滲透層上部水泥漿回落。

2.3 優(yōu)化固井工藝參數設計

在固井工藝設計方面，除了嚴格控制水泥漿失水量外，還應結合煤儲層和煤層氣井特點加強技術創(chuàng)新，如選擇高效的隔離液體系、塞流注水泥工藝、綜合固井工藝等。同時選擇低返速頂替方式，畢竟在淺井固井期間難以達到紊流固井的條件，所以為獲得理想的黏度驅替效果，可采用低返速頂替作業(yè)的方法，不過需控制水泥漿上返速度在0.5m/s以下或者施工排量低于300L/min，且注意保持水泥漿密度均勻，以免因變化幅度過大而影響水泥石強度性能。此外對于晉城中低階煤層氣井固井，應在繼續(xù)降低水泥漿密度和施工排量的基礎上盡量選用粘性沖洗液，以免環(huán)空被沉砂堵塞，并重視大肚子井段施工。

總之，晉城煤層氣井固井漏失問題的防治，關鍵在于切實提高固井質量，這就要求我們結合實際情況從水泥漿密度、水泥失水量、固井工藝及其參數等角度著手予以解決，以期促進煤層氣安全、有序、高效的開采。

參考文獻：

[1]楊福苗，李鵬飛.保德區(qū)塊煤層氣漏失井固井工藝技術研究與應用[J].內蒙古煤炭經濟，2018（07）：14+24.