晋城煤层气井固井漏失机理研究

高小波 王洪洲 代磊 薛太彬 赵书锴

摘 要：煤层气因热值高、无污染且储量丰富，故应用前景广阔。但受多种因素的影响致使煤层气井固井难、漏失率高，制约了产量的提升。对此，笔者以晋城煤层气井为例，就其固井漏失机理作了研究，并提出了合理的改进措施，以供参考。

关键词：煤层气井;固井漏失;低密度水泥浆

较之普通的油气层，煤层气往往埋藏较浅，若控制不当则易因低孔隙度和低机械强度引发坍塌，其中固井质量问题的存在，使得漏失现象变得更为突出，并对煤层气开发和产量的提升构成了威胁。因此为安全起见，我们十分有必要对晋城煤层气井固井漏失机理进行研究。

1 晋城煤層气井固井漏失机理研究

1.1 煤层气井固井概况

已知煤层气井与常规油气井有着明显的特征差异，包括井深较浅，井底压力和温度远远低于油气井，在基岩孔隙表面含有大量处于吸附状态的天然气，孔隙压力梯度通常低于0.01MPa/m，且微孔隙发育、不均质、稳定性差，通常伴有渗透滞后的情况。要想顺利开采煤层气，就必须以优质、合理、长寿命的固井为保障。而晋城地区的主力煤层含有较多大厚度的含煤层系，内部裂缝发育、可解吸率高，埋深为600-800m，含气量在15-30m3/t之间。其中中高阶煤层气石盒子组岩性以浅灰色粗砂岩、灰绿色粉砂质泥岩和紫红色泥岩为主，存在漏层问题，而且经CBL测井发现，固井质量合格率在40%左右，显然不理想。

1.2 固井漏失机理研究

煤层气井固井井漏原因复杂多样，如特殊的地质条件、不合理的钻井液、高密度水泥浆、不当的固井技术等都可能导致固井漏井。后结合实际情况发现，晋城煤层气井固井漏失的原因包括：一是水泥浆密度明显偏高;即水泥浆在高密度和高压差的共同作用下，在流至高渗透地层的过程中严重失水，加之低温影响致使下部水泥难以胶结;而是不合理、不明确的施工参数，导致低返现象时有发生，甚至降低煤层渗透率、破坏煤层。三是“U”型管效应的存在使得上部水泥难以胶结;四是水泥浆密度变化明显，与高温条件相比，低温环境下水灰比对水泥石强度的作用更为明显，密度和稠化时间分别降低和延长了0.05/cm3和1-2h，早期抗压强度减少幅值在15-20%之间等。这些问题的存在不同程度上降低了固井质量，进而为固井漏失埋下了隐患，因此亟待解决。

2 晋城煤层气井固井漏失改进措施

2.1 选择合适的低密度水泥

鉴于我国煤层气井固井普遍面临低压易漏、稠化时间长、强度发展慢、失水量大等一系列难题，建议在加强低温低密度水泥浆体系研究的同时，立足实际选择合适的低密度水泥，为提高固井质量和保护煤层奠定良好的基础。目前可供选择的低密度水泥浆有很多，如选择稳定微硅和轻质漂珠作为减轻剂，配以固相颗粒配比和外加剂优化的超低密度水泥浆，不仅析水率低、失水量小、稠化时间可调节，而且具有良好的流变性、悬浮稳定性和抗压强度，可有效预防固井漏失和储层损害;再者快凝早强油井水泥可在低温条件下更好的匹配水泥添加剂缩短水泥凝结时间，而且微膨胀、抗压强、综合性能显著，能够满足固井质量各项指标。当然具体应视情况而定，还需从晋城煤层气井固井需要出发，基于合适的低密度水泥浆配比设计增强水泥浆整体性能，但值得注意的是，低密度水泥浆适用于固井先导阶段，为进一步达到压裂作业要求，针对产层位置则要选择高密度水泥浆。同时考虑到低密度水泥浆的使用会在一定程度上若将花密度驱替作用，还应采取措施适当加强水泥浆粘切效果。

2.2 加强水泥浆失水量控制

失水量的控制通常需要借助优质外加剂来实现，如高早强、低失水、凝结快、伤害小的TG早强降失水剂，在低温条件下可形成稳定的浆体，且失水控制效果优于普通的降失水剂。这是因为水泥浆与地层因存在一定的压差而在交界面形成低渗透率失膜，加入适量的TG后，水泥浆可以良好的状态快速凝固，并伴有微膨胀用于排挤留于套管外部的钻井液，配以滤饼压实作用确保水泥环与井壁、与套管壁能够顺利胶结，待其凝固后TG中的降失水剂可堵塞孔隙降低渗透率，更重要的是，可调整早强剂用量延长或缩短水泥浆的稠化时间，进而适应井深不同的固井作业。基于上述原理，需控制晋城煤层气井固井水泥浆失水量低于50mL，并在候凝过程中尽量延长其对地层的压力，以防造成渗透层上部水泥浆回落。

2.3 优化固井工艺参数设计

在固井工艺设计方面，除了严格控制水泥浆失水量外，还应结合煤储层和煤层气井特点加强技术创新，如选择高效的隔离液体系、塞流注水泥工艺、综合固井工艺等。同时选择低返速顶替方式，毕竟在浅井固井期间难以达到紊流固井的条件，所以为获得理想的黏度驱替效果，可采用低返速顶替作业的方法，不过需控制水泥浆上返速度在0.5m/s以下或者施工排量低于300L/min，且注意保持水泥浆密度均匀，以免因变化幅度过大而影响水泥石强度性能。此外对于晋城中低阶煤层气井固井，应在继续降低水泥浆密度和施工排量的基础上尽量选用粘性冲洗液，以免环空被沉砂堵塞，并重视大肚子井段施工。

总之，晋城煤层气井固井漏失问题的防治，关键在于切实提高固井质量，这就要求我们结合实际情况从水泥浆密度、水泥失水量、固井工艺及其参数等角度着手予以解决，以期促进煤层气安全、有序、高效的开采。

参考文献：

[1]杨福苗，李鹏飞.保德区块煤层气漏失井固井工艺技术研究与应用[J].内蒙古煤炭经济，2018（07）：14+24.