高小波 王洪洲 代磊 薛太彬 趙書鍇

摘 要：煤層氣因熱值高、無(wú)污染且儲(chǔ)量豐富，故應(yīng)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(chǎn)量的提升。對(duì)此，筆者以晉城煤層氣井為例，就其固井漏失機(jī)理作了研究，并提出了合理的改進(jìn)措施，以供參考。

關(guān)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(dāng)則易因低孔隙度和低機(jī)械強(qiáng)度引發(fā)坍塌，其中固井質(zhì)量問題的存在，使得漏失現(xiàn)象變得更為突出，并對(duì)煤層氣開發(fā)和產(chǎn)量的提升構(gòu)成了威脅。因此為安全起見，我們十分有必要對(duì)晉城煤層氣井固井漏失機(jī)理進(jìn)行研究。

1 晉城煤層氣井固井漏失機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)、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(zhì)、合理、長(zhǎng)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(nèi)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(zhì)泥巖和紫紅色泥巖為主，存在漏層問題，而且經(jīng)CBL測(cè)井發(fā)現(xiàn)，固井質(zhì)量合格率在40%左右，顯然不理想。

1.2 固井漏失機(jī)理研究

煤層氣井固井井漏原因復(fù)雜多樣，如特殊的地質(zhì)條件、不合理的鉆井液、高密度水泥漿、不當(dāng)?shù)墓叹夹g(shù)等都可能導(dǎo)致固井漏井。后結(jié)合實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，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(yán)重失水，加之低溫影響致使下部水泥難以膠結(jié);而是不合理、不明確的施工參數(shù)，導(dǎo)致低返現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至降低煤層滲透率、破壞煤層。三是“U”型管效應(yīng)的存在使得上部水泥難以膠結(jié);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(duì)水泥石強(qiáng)度的作用更為明顯，密度和稠化時(shí)間分別降低和延長(zhǎng)了0.05/cm3和1-2h，早期抗壓強(qiáng)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(zhì)量，進(jìn)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(jìn)措施

2.1 選擇合適的低密度水泥

鑒于我國(guó)煤層氣井固井普遍面臨低壓易漏、稠化時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度發(fā)展慢、失水量大等一系列難題，建議在加強(qiáng)低溫低密度水泥漿體系研究的同時(shí)，立足實(shí)際選擇合適的低密度水泥，為提高固井質(zhì)量和保護(hù)煤層奠定良好的基礎(chǔ)。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(zhì)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(shí)間可調(diào)節(jié)，而且具有良好的流變性、懸浮穩(wěn)定性和抗壓強(qiáng)度，可有效預(yù)防固井漏失和儲(chǔ)層損害;再者快凝早強(qiáng)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(jié)時(shí)間，而且微膨脹、抗壓強(qiáng)、綜合性能顯著，能夠滿足固井質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)然具體應(yīng)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(shè)計(jì)增強(qiáng)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(dǎo)階段，為進(jìn)一步達(dá)到壓裂作業(yè)要求，針對(duì)產(chǎn)層位置則要選擇高密度水泥漿。同時(shí)考慮到低密度水泥漿的使用會(huì)在一定程度上若將花密度驅(qū)替作用，還應(yīng)采取措施適當(dāng)加強(qiáng)水泥漿粘切效果。

2.2 加強(qiáng)水泥漿失水量控制

失水量的控制通常需要借助優(yōu)質(zhì)外加劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，如高早強(qiáng)、低失水、凝結(jié)快、傷害小的TG早強(qiáng)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?yàn)樗酀{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(shí)作用確保水泥環(huán)與井壁、與套管壁能夠順利膠結(jié)，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(diào)整早強(qiáng)劑用量延長(zhǎng)或縮短水泥漿的稠化時(shí)間，進(jìn)而適應(yīng)井深不同的固井作業(yè)?；谏鲜鲈?，需控制晉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(zhǎng)其對(duì)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(shù)設(shè)計(jì)

在固井工藝設(shè)計(jì)方面，除了嚴(yán)格控制水泥漿失水量外，還應(yīng)結(jié)合煤儲(chǔ)層和煤層氣井特點(diǎn)加強(qiáng)技術(shù)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(shí)選擇低返速頂替方式，畢竟在淺井固井期間難以達(dá)到紊流固井的條件，所以為獲得理想的黏度驅(qū)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(qiáng)度性能。此外對(duì)于晉城中低階煤層氣井固井，應(yīng)在繼續(xù)降低水泥漿密度和施工排量的基礎(chǔ)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(guān)鍵在于切實(shí)提高固井質(zhì)量，這就要求我們結(jié)合實(shí)際情況從水泥漿密度、水泥失水量、固井工藝及其參數(shù)等角度著手予以解決，以期促進(jìn)煤層氣安全、有序、高效的開采。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊福苗，李鵬飛.保德區(qū)塊煤層氣漏失井固井工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（07）：14+24.