煤層氣井固井技術現狀與展望

楊昌勇(中石化中原石油工程有限公司固井公司 457001)

煤層氣是存在于煤層中的一種非常規的天然氣，它不同于普通的天然氣，不僅有著高熱值而其還對環境不構成污染所以有著極其廣闊的市場前景。而固井技術就是為了實現層間隔離、支撐和保護套管而將水泥漿注入井壁與套管之間環空的過程。因為煤層氣井固井有著其本身的難點，所以與一般的油氣井固井相比，煤層氣井固井技術有著其獨有的新問題。

一、煤層氣井固井的難點

1.煤儲層埋藏的一般較淺，溫度也低。由于煤儲層的低溫會使水泥早期強度低而使得固井候凝時間變長。并且由于井較淺，會使注入水泥完畢后有一半進入環空。與此同時，煤巖層光滑和不規則的解理面不利于水泥環二界面的膠結，對水泥提出較高的要求。

2.煤儲層的壓力低屬于欠壓或者是常壓同屬于低壓的范圍。而且不同地層壓力梯度也存在很大的不同，很難事先預測。稍有施工不當就有可能導致水泥漿低返或者使水泥漿滲入而污染煤層。固井要求低密度水泥漿。

3.煤層的隔理、裂隙發育等會使得固井即是采用低密度水泥漿也無法有效地解決漏失問題，嚴重的影響了水泥漿設計返排高度和固井的質量。

4.固井對煤層的傷害大，在過平衡壓力的作用下，很容易使水泥漿滲漏，進而對煤層造成永久性的傷害使得保護煤層的難度愈加增大。

二、國外煤層氣井固井技術現狀

全球的煤層儲量非常豐富，各個主要產煤的國家對本國的煤層氣工業的開發工作顯得非常積極。而世界上煤層氣開發勘探工作最早成功的國家是美國。美國的資源主要存在中低階煤層，煤層孔隙保存較好，隔理發育、滲透性好，他們在開發過程中十分注重對煤層的保護。其核心思想就是通過采用高強度低密度水泥、分級固井、泡沫水泥固井等方法實現低壓固井目標。近年來，國外又在低密度固井水泥和減輕劑材料、機械充氮水泥制備與檢測方法上面取得了教導的突破，開創了新一代的超低密度水泥漿。

三、國內煤層氣井固井技術現狀

我們國家是煤炭大國，但是對于煤層氣的開發仍然處于起步的階段。我們應該將我們能源豐富的優勢得到有效的利用，使其對我們國家的發展做出其重大的貢獻。我國經過十幾年的勘探開發總結相應的經驗，已經取得了一定的成果，初步形成了一套適合我國煤層條件的工藝。雖然我國有了一定得技術基礎，但是由于政策開發扶持力度有限投入較低而且缺乏實踐的經驗仍然比較少。

四、我國煤儲層的主要特點

與常規油氣層相比煤儲層主要有以下幾個特點：煤層氣主要吸附于煤層內表面，其本身就是主要的儲氣層；煤巖的主要成分是有機質,膠結性差,割理和裂隙相當發育，這使煤儲層易碎,成巖性差,給固井帶來難度；我國煤層氣地質條件復雜，煤儲層機械強度弱,易破碎、坍塌、穩定性差，應該根據不同地質條件選擇合適的固井方案；煤儲層孔隙度和滲透率很低,儲層壓力也低，使得鉆井過程中煤層極易受到傷害，且傷害后極難恢復；煤儲層是非均質的,在同一地區有不同的儲層特征比如滲透率、壓力、飽和度、含氣量等，同時還有不同的地質特征如煤級、煤厚、裂隙等，由于煤層的這些獨有特性,我們要采取適合的固井水泥漿工藝和技術方案。

針對我國的煤層特點，采用的主要固井技術有以下幾種：

1.低密度水泥漿

低密度水泥漿主要有兩種，一種是漂珠低密度水泥漿，另一種是粉煤灰低密度水泥漿。由于煤層孔隙壓力梯度低容易被污染，采用低密度水泥漿固井可以降低環空的液柱壓力，防止固井過程中水泥漿的漏失，減輕對煤層的傷害。

2.雙級固井技術

井深約1000m左右的煤層氣井固井，有的采用了雙級固井技術，分級箍位于煤層的頂部。一級水泥凝固以后再注二級水泥。這種技術減少了一次注水泥的量，降低了環空液柱壓力，有利于對煤層的保護。但是雙級固井的作業成本和風險都較高。

3.塞流頂替技術

煤層氣井套管下入淺，替漿量少，而井徑擴大率一般又比較大，頂替時很難達到紊流頂替的排量，采用紊流頂替對設備和水泥漿性能要求也比較高。塞流頂替是比較理想的頂替方式。這種技術對工藝和設備的要求都不高，而且對水泥漿的要求也不十分嚴格。塞流頂替時接觸時間長，頂替效率高，益于施工。

4.超低密度固井技術

中國石油大學和遼河石油勘探局鉆井一公司在07年合作研究出適用于煤層固井的低溫超低密度水泥漿體系，比較好的解決了煤層氣固井漏失問題。

五、煤層氣井固井技術的展望

煤層氣的開發和利用對于環保和改善我國的能源結構等方面都有很大的功效，這樣就使得煤層氣的開發的必要性和緊迫性越來越強。對于煤層氣開發，應該充分認識不同煤儲層的物性特點，根據不同的情況重視鉆井的新技術在煤層開發和提高煤層產量上的推動作用，改變以往對煤層氣井固井不重視的現狀，加強固井技術的研究與應用。今后的固井技術仍然將堅持低壓固井為基礎，要時刻注意保護煤層的關鍵性開發新技術、新材料提高前置液的防漏、堵漏等綜合性能，以提高固井技術。未來我們要從固井水泥漿體系：水泥漿的密度，濾失性能，流變性能和雙膨脹性能；固井技術措施：優化水泥參數，固井工藝：采用塞流頂替技術，套管居中技術，控制水泥返高，繞煤層固井等諸多方面加強固井技術的研究，推動泡沫水泥在煤層氣井固井中的應用，使未來的固井技術達到一個新的高度。

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