提高山西煤層氣固井質量研究及應用

梁志平 周建國 李彤

【摘要】 山西煤層氣從2019年開始，甲方調整鉆井技術方案，固井需全井水泥封固煤層氣井。該區塊主要開發3#煤層和15#煤層，一般布置為叢式井。該區塊煤層埋深較淺，滲透率變化較大，井下溫度較低，地層漏失壓力低，針對該區塊固井難點，采用低密高強和低溫高強水泥漿技術、雙凝雙密度固井技術、井口反灌水泥作業技術解決了水泥漿低返問題，有效的提高煤層氣固井質量，現場應用良好。

【關鍵詞】煤層氣;固井;水泥漿;雙凝雙密度;

一、概況

山西煤層氣勘探開發分公司在2019年之前只要求水泥封固至煤頂以上300m，但從2019年開始，固井需全井水泥封固煤層氣井。該區塊主要開發3#煤層和15#煤層，一般布置為叢式井。該區塊煤層埋深較淺，基本不超過1000m，內生裂隙和次生割理普遍發育，具中-低孔隙特征，滲透率變化較大，井下溫度較低，地層壓力變化較大，地層漏失壓力低，前期固井出現的問題，下部固井質量較好，上部水泥返高未達到設計值（地面）;采取一系列措施，有效的提高煤層氣固井質量。

一、固井技術難點

1、水泥漿要求返至地面，與往年相比，固井期間環空液柱壓力大大增加，漏失幾率隨之增加;

2、地層壓力系數低：山西組以上地層孔隙壓力系數1.01-1.03，煤層壓力系數0.85-1.0左右，而水泥漿密度在1.85，遠遠高于地層壓力系數;

3、煤層結構不穩定，滲漏現象普遍存在;井眼上部石千峰、石盒子組（200-600米左右）存在易漏層;

4、井眼鉆進過程中，鉆井隊沒有采取有效措施進行堵漏，固井作業缺乏有效措施防止水泥低返。

二、低密早強水泥漿技術

滿足煤層氣井全封固井漏失的問題，上部水泥漿要求低失水、早期強度，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，我們采用低密早強水泥漿體系水泥漿體系。

根據井底地層壓力，確定水泥漿密度為1.40 g/cm3-1.30g/cm3 。在水泥中加入減輕材料（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。低密度水泥漿的最優配方：G級高抗水泥+微硅+漂珠+降失水劑密度+增強劑：1.30-1.40g/cm3;流動度22-23.5cm，稠化時間（40℃）260-280min，抗壓強度7-8 MPa。

三、低溫高強水泥漿技術

針對煤層氣藏井特點，優選出聚乙烯醇類降失水劑DRF-3S。降失水劑DRF-3S是一種固體降失水劑。用這種降失水劑配制出的水泥漿具有降濾失、防漏、防竄等多種功能，再配以配套的早強劑和分散劑，即可使水泥漿達到固井施工要求的各項指標。

四、雙凝雙密度技術 ：針對該地區地層特點，結合國內外先進固井工藝，決定采用雙凝雙密度水泥漿體系進行固井，即使用常規水泥漿和低密度水泥漿分段封固的方式固井，尾漿先凝固，首漿后凝固，通過添加不同的外加劑來調節各段水泥漿的凝固時間，使水泥將自下而上逐漸凝固，當尾漿速凝段凝固失水造成失重狀態時，首漿緩凝段仍保持傳遞壓力的能力，從而可以解決水泥漿凝固過程中的失重問題，同時也能解決低壓地層漏失問題。

五、井口返灌水泥作業技術 ：水泥漿液柱壓力大大高于地層孔隙壓力，固井過程中水泥漿返出地面后又發生下沉或漏失，為避免漿體發生收縮、下沉，采取固井侯凝后12小時進行反灌措施，反灌水泥漿中加上2%以上早強速凝劑，確保水泥漿返高達到地面。

五、現場應用情況

鄭4平1-4L施工情況

鄭4平1-4L井，由渤海鉆探鉆井四公司SDLG-202隊承鉆，井斜最大98.9°，井底水平位移860.7m，垂深764m，注前置液4m3，低密度水泥漿17m3，高密度水泥漿10m3，后置液2m3，替清水8m3，排量0.5m3/min，碰壓20MPa，水泥漿返出地面。12小時后井口返灌水泥作業2.3m3。

目前已順利完成鄭4平1-4L、鄭4平8-1L、鄭試34平10-3L共計三口井施工，固井質量合格，水泥返至地面。

六、認識及結論

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

2.高、低密度雙凝水泥漿體系是關系固井質量的成敗，是該區淺固井關鍵技術，可有效防止固井施工中發生漏失，確保封固井段，提高固井質量。

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.井口12小時返灌水泥作業能有效的防止水泥漿下沉和侯凝期間漏失而未達到設計返高要求的填充作用。

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

第一作者簡介：梁志平，男，高級工程師，1974年1月31日生，2002年7月畢業于天津職業技術師范學院機械設計制造及其自動化專業。地址：河北省任丘市渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司;郵政編碼062552，電話15631722852。Email：LZP1618@126.com.

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