提高煤層氣水平井固井質量技術措施

楊 億 劉蒙蒙

(新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊,新疆 830009)

1 影響水平井井固井質量的因素

根據新疆大傾角低階煤不同完井方式實際的產氣效果研究對比，得出套管固井射孔完井具有普遍適應性。在L型井中采用水泥固井時，自由水成分較直井降低得更多，這是因為L型井中由于密度關系，自由水在井筒頂部即分離，密度較高的水泥就沉在底部，其結果水泥固井的質量不好。為避免這種現象發生，進行了相應的試驗。

影響大斜度井、L型井固井質量的因素，主要有：

(1)鉆井液在井眼低邊的固相沉積易形成鉆井液滯留而影響水泥環質量；

(2)由于拉力和自身重量作用，套管總是靠向井眼的上井壁或下井壁而形成管柱偏心，嚴重影響水泥漿的頂替效率；

(3)水泥漿析出的自由水在井眼高邊聚集，形成通道，而導致水泥漿竄槽；

(4)水泥漿的穩定性差導致顆粒沉淀，井眼高邊水泥漿變稀，低邊水泥漿變稠，凝固后高邊水泥石強度低，低邊強度高，不能充分分隔層間，導致井內流體在環空中流動。

2 提高水平井固井質量的主要方法

2.1 調整鉆井液性能

鉆井液性能是影響注水泥頂替效率的關鍵參數。只有破壞鉆井液膠凝強度，克服鉆井液的屈服應力，才能驅走井眼環空窄邊間隙中的鉆井液。以隔離液替換鉆井液為例，隔離液首先傾向于向上流進環空寬邊間隙，而窄邊間隙流體保持靜止或緩慢流動。窄邊間隙的流體產生流動的前提是摩擦壓力降與水泥漿或隔離液和鉆井液密度差產生的剪切應力之和大于鉆井液的屈服值，而降低鉆井液的屈服值可以提高窄邊間隙中鉆井液的替漿率，但同時必須滿足鉆井液懸浮固相顆粒的要求，防止在井眼底邊形成沉積床。所以竭力降低屈服值是不現實的，只能把屈服值降低到合適的范圍。

2.2 套管居中度

現場試驗結果表明，要從環空窄邊間隙中把鉆井液充分驅走，套管居中度必須大于67%。提高居中度的方法是合理加放雙弓扶正器、剛性旋流扶正器，并由套管重量、井斜角大小和扶正器啟動力決定扶正器最佳安置位置。多加扶正器往往會增加套管串在井眼中的阻力，套管下行困難，要合理計算扶正器間距和數量，其原則是：

(1)狗腿度大的井段，扶正器數量要多；

(2)斜度大的長井段多加雙弓彈性扶正器或與剛性扶正器組合加放；

(3)L型井段合理加放剛性旋流扶正器或剛性和彈性扶正器隔加；

(4)為保證水平段套管順利下入也可采用“龍臺頭”方式加扶正器，即浮鞋處連續加兩只彈性扶正器；

(5)致密巖層的傾斜井段，可適當多加扶正器；

(6)疏松砂巖段少加扶正器；

(7)“糖葫蘆”井眼處合理加放旋流發生器或旋流剛性扶正器。

(8)除了加放扶正器讓套管居中外，還可以用套管漂浮法，提高居中度。要點是頂替水泥漿時采用密度較低的鉆井液，碰壓后，管內較輕的流體在壓差作用下產生向上的浮力，減輕套管對扶正器的負荷，使套管更居中。

2.3 隔離液與沖洗液的優化

沖洗液密度要求小于或接近鉆井液密度，這樣有利于克服鉆井液的屈服應力，同時還要優選流動性好的沖洗液，這樣易于達到紊流。

隔離液密度要大于沖洗液而小于后續水泥漿的密度，紊流接觸時間一般要求8～10min。

2.4 水泥漿的優選

水平井施工除了要求水泥漿有足夠的稠化時間、較高的水泥石強度和較好的流變性外，還必須做好如下試驗：

(1)水泥漿自由水含量試驗

室內試驗證明，在傾斜45°條件下自由水為零，則在大斜度井段、水平段高邊也不會有自由水析出，這樣可以防止在井眼高邊部位形成水竄槽。

(2)水泥漿失水量試驗

大斜度井、L型井中失水量控制在50mL/(6.9MPa(30min)以內，加入降失水劑不僅達到降低失水的目的，也有助于分散固相和穩定水泥漿。

(3)水泥漿固相沉降試驗

如果靜置水泥漿后，容器中上中下三部分密度差過大的話，會使在大斜度井段形成上稀下稠的現象，使井眼高邊條帶水泥石強度較低。因此優選抗沉浮分散劑的最佳濃度，不但能稀釋水泥漿降低摩擦阻力，形成紊流頂替，而且能較好地防止固相沉淀，提高封固質量。

(4)水泥漿的低溫早強微膨脹性

從已知煤層氣井下測井數據看，井底靜止溫度大都在25°至35℃范圍，對水泥漿的低溫體系提出了更高的要求，充分考慮低溫水泥漿的觸變性和膠凝期間的微膨脹和早期強度，保證了在水泥漿失重期井下層間的有效封隔，抑制了流體的竄通。

3 配方與實驗報告

通過室內實驗與現場施工采樣檢測不斷優化水泥漿配方，改良水泥漿性能參數，優選出了具有足夠的稠化時間、較高的水泥石強度、較好的流變性、低溫適應性好的水泥漿配方，具有較好的膠結質量和強度的水泥漿體系。具體性能參數詳見表1。

表1 水泥漿大樣實驗報告