低密高強防漏水泥漿在煤層氣吉頁平01井應用

梁志平 鄧裕 周四兵 劉寧澤 李彤

摘要：山西大寧-吉縣區塊屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部構造，地質條件復雜，煤層的孔隙壓力和破裂壓力低，鉆井過程中均發生不同程度的井漏問題，針對該地區固井難點，滿足煤層氣井固井的水泥漿體系，要求低密高早強，漿體穩定性好，稠度適宜，同時對煤層的傷害小。為此在水泥漿中加入微硅、漂珠、降失水劑、增韌劑、多功能纖維堵漏劑等，形成低密高強防漏水泥漿體系，有效的防止油氣水侵，防止煤層漏失，提高水泥漿的封固質量，現場在吉頁平01井應用效果良好。

關鍵詞：煤層氣;固井;水泥漿體系;防漏;低密度水泥

一、概況

大寧-吉縣區塊屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東部構造，地層承壓較低，此區塊漏層主要為地表黃土層淺層漏失，劉家溝組底部為區域漏失層，石千峰奧陶系頂部裂縫、孔洞發育易漏失，鉆井過程中均發生不同程度的井漏問題。煤層多且地破壓力低，封固段長，水泥漿防漏、防氣竄等性能要求高，煤層段膠結穩定性差，固井施工時易發生坍塌憋堵，憋漏地層。

二、主要地層序列及巖性簡述：

和尚溝組：棕紅、紫紅色泥巖夾同色砂礫巖

劉家溝組：灰紫、灰白色塊狀砂巖

山西組：深灰、灰色泥巖，淺灰、灰白色砂巖，夾煤

太原組：深灰、褐灰色灰巖，深灰、灰黑色泥巖，淺灰色砂巖夾煤

本溪組：灰黑、深灰色泥巖，淺灰、灰色砂巖，煤

馬家溝：褐灰、灰褐、深灰、灰色云巖、灰質云巖、泥質云巖、深灰色灰巖

三、固井技術難點

煤層孔隙壓力低，固井時易漏失。煤層的孔隙壓力和破裂壓力低，水泥漿密度比鉆井液密度（1.15-1.25g/cm3）高很多，且要求水泥漿返到地面，因此固井過程中易形成高的過平衡壓力，很容易發生漏失，并導致水泥漿低返，影響固井質量。

四、低密度水泥漿技術

滿足煤層氣井吉頁平01井固井漏失的問題，上部水泥漿要求低失水、高早強，漿體穩定性好，稠度適宜，同時對煤層的傷害小。經過大量的室內化驗和以往在煤層氣固井的經驗，我們采用低密高強防漏水泥漿體系水泥漿體系。

1、優選新型堵漏纖維材料，它是一種惰性材料，呈單纖維絲形態，密度約0.91g/cm3，抗拉強度高（≥270MPa）、長度規格5-19mm。其具有高分散性、高懸浮性、安全環保的特點。調配出的纖維堵漏水泥漿，可有效封堵2mm裂縫和3mm孔徑漏失，提高地層承壓能力。

纖維水泥抑制裂縫發生的能力比無纖維的水泥要高90%～100%，水泥石的滲透系數可降低33%～44%，變形能力增加10%。纖維材料的增韌作用在于：纖維材料能夠阻止水泥石中微裂縫的發展，顯著增強水泥石的抗裂抗滲能力;纖維水泥中的纖維能與水泥基體共同承受外力。

2、水泥漿密度的調整。根據井底地層壓力，確定水泥漿密度為1.40 g/cm3-1.35g/cm3。在水泥中加入漂珠和微硅，由于漂珠不吸水，只需少量水潤濕表面，可以降低水灰比，減少水泥石形成時由于水泥漿的過量水而形成的毛細孔道，降低水泥石的滲透性，加入適量的增強劑，提高水泥石的強度，同時，適量微硅粉的加入，改善了漂珠與水泥顆粒的顆粒級配，增加水泥石的致密性和熱穩定性。

3、失水與析水。通過多次試驗可以觀察到，防漏防竄低密度水泥漿體系在失水試驗開始后的前60s，濾失量約占30min的60%～70%，這是因為濾液在很短的時間內大量濾出，使得靠近濾網處的非滲透劑濃度急劇增大，形成一層厚度約為0.1～0.3mm的堅韌薄膜，限制了自由水的進一步濾出。因此，水泥漿在流經滲透性地層時，開始瞬間會有少量失水，但隨著失水薄膜的迅速形成，控制了后續水泥漿的失水，一方面避免了因失水造成的液注壓力損失，也減少了對儲層的污染，同時濾餅中的薄膜能起到一定的防氣侵作用。通過優選，采用QS-14S降失水劑。該降失水劑呈白色粉末狀，不溶于水，夠較好的控制水泥漿失水。

4、水泥漿配方及性能：

（1）水泥配方：G級水泥+微硅+漂珠+增強劑+降失水劑+分散劑+漏纖堵漏劑+緩凝劑

（2）試驗條件：養護溫度75℃ 升溫時間34min?壓力25MPa

（3）水泥漿性能：密度1.40kg/cm3?流動度23cm?稠化時間216min?失水量42 ml

抗壓強度10.6MPa/48h*75℃

5、低密高強防漏水泥漿體系的抗壓性能

水泥中摻入一定比例的漂珠后，相同體積水泥漿內可水化膠結材料也就相應減少了。在上西大寧地區，保證水泥的抗壓強度是提高固井質量的關鍵環節。

在水泥漿體系中加入增強劑，在水泥漿硬化期間，增強水泥顆粒與晶體及漂珠之間的聯結，是水化產物盡快形成網架結構，提高水泥石抗壓強度。

五、吉頁平01井應用情況

吉頁平01井是大寧吉縣區塊區塊首口頁巖重點水平井。該井為三開井，設計井深3293m，一開用φ445mm鉆頭鉆至450m;二開用φ311.1mm鉆頭鉆至2223m下φ244.5mm套管，三開開用φ215.9mm鉆頭鉆至3293m完鉆，下139.7mm套管，要求一次全封返地面。

13：33 -13：48?注前隔液10方;

13：48 -14：40?注低密度水泥50方;

14：40 -15：22?注常規密度水泥41方;

15：22-15：25?壓膠塞2方;

15：25-16：05?替清水32.3方碰壓20MPa;

現場水泥漿返出地面，經測升幅固井質量優質，得到甲方好評。

六、認識及結論

1.根據煤層氣井地層疏松、易漏等特點，選擇合適的低密度水泥是提高固井質量的關鍵。

2.纖維堵漏劑既能提高水泥石韌性，又具有防漏功能，同時解決了固井過程中的水泥漿漏失和水泥石脆性的技術難題，有利于提高固井質量，延長油氣井壽命。

3、對于煤層氣井應嚴格控制失水和析水，析水接近于零為宜。

4..水泥漿中加入微硅、漂珠、降失水劑、增強劑、堵漏劑等，形成低密高強防漏水泥漿體系，能夠實現山西大寧-吉縣區塊一次上返及后期甲方開采作業要求。

參考文獻：

[1]張德潤 張旭等 《固井液設計及應用》上冊、下冊 北京：石油工業出版社 2000.10

[2]屈建省 許樹謙 郭小陽 等《特殊固井技術》北京：石油工業出版社 2006.11