提高煤层气水平井固井质量技术措施

杨 亿 刘蒙蒙

(新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队,新疆 830009)

1 影响水平井井固井质量的因素

根据新疆大倾角低阶煤不同完井方式实际的产气效果研究对比，得出套管固井射孔完井具有普遍适应性。在L型井中采用水泥固井时，自由水成分较直井降低得更多，这是因为L型井中由于密度关系，自由水在井筒顶部即分离，密度较高的水泥就沉在底部，其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生，进行了相应的试验。

影响大斜度井、L型井固井质量的因素，主要有：

(1)钻井液在井眼低边的固相沉积易形成钻井液滞留而影响水泥环质量；

(2)由于拉力和自身重量作用，套管总是靠向井眼的上井壁或下井壁而形成管柱偏心，严重影响水泥浆的顶替效率；

(3)水泥浆析出的自由水在井眼高边聚集，形成通道，而导致水泥浆窜槽；

(4)水泥浆的稳定性差导致颗粒沉淀，井眼高边水泥浆变稀，低边水泥浆变稠，凝固后高边水泥石强度低，低边强度高，不能充分分隔层间，导致井内流体在环空中流动。

2 提高水平井固井质量的主要方法

2.1 调整钻井液性能

钻井液性能是影响注水泥顶替效率的关键参数。只有破坏钻井液胶凝强度，克服钻井液的屈服应力，才能驱走井眼环空窄边间隙中的钻井液。以隔离液替换钻井液为例，隔离液首先倾向于向上流进环空宽边间隙，而窄边间隙流体保持静止或缓慢流动。窄边间隙的流体产生流动的前提是摩擦压力降与水泥浆或隔离液和钻井液密度差产生的剪切应力之和大于钻井液的屈服值，而降低钻井液的屈服值可以提高窄边间隙中钻井液的替浆率，但同时必须满足钻井液悬浮固相颗粒的要求，防止在井眼底边形成沉积床。所以竭力降低屈服值是不现实的，只能把屈服值降低到合适的范围。

2.2 套管居中度

现场试验结果表明，要从环空窄边间隙中把钻井液充分驱走，套管居中度必须大于67%。提高居中度的方法是合理加放双弓扶正器、刚性旋流扶正器，并由套管重量、井斜角大小和扶正器启动力决定扶正器最佳安置位置。多加扶正器往往会增加套管串在井眼中的阻力，套管下行困难，要合理计算扶正器间距和数量，其原则是：

(1)狗腿度大的井段，扶正器数量要多；

(2)斜度大的长井段多加双弓弹性扶正器或与刚性扶正器组合加放；

(3)L型井段合理加放刚性旋流扶正器或刚性和弹性扶正器隔加；

(4)为保证水平段套管顺利下入也可采用“龙台头”方式加扶正器，即浮鞋处连续加两只弹性扶正器；

(5)致密岩层的倾斜井段，可适当多加扶正器；

(6)疏松砂岩段少加扶正器；

(7)“糖葫芦”井眼处合理加放旋流发生器或旋流刚性扶正器。

(8)除了加放扶正器让套管居中外，还可以用套管漂浮法，提高居中度。要点是顶替水泥浆时采用密度较低的钻井液，碰压后，管内较轻的流体在压差作用下产生向上的浮力，减轻套管对扶正器的负荷，使套管更居中。

2.3 隔离液与冲洗液的优化

冲洗液密度要求小于或接近钻井液密度，这样有利于克服钻井液的屈服应力，同时还要优选流动性好的冲洗液，这样易于达到紊流。

隔离液密度要大于冲洗液而小于后续水泥浆的密度，紊流接触时间一般要求8～10min。

2.4 水泥浆的优选

水平井施工除了要求水泥浆有足够的稠化时间、较高的水泥石强度和较好的流变性外，还必须做好如下试验：

(1)水泥浆自由水含量试验

室内试验证明，在倾斜45°条件下自由水为零，则在大斜度井段、水平段高边也不会有自由水析出，这样可以防止在井眼高边部位形成水窜槽。

(2)水泥浆失水量试验

大斜度井、L型井中失水量控制在50mL/(6.9MPa(30min)以内，加入降失水剂不仅达到降低失水的目的，也有助于分散固相和稳定水泥浆。

(3)水泥浆固相沉降试验

如果静置水泥浆后，容器中上中下三部分密度差过大的话，会使在大斜度井段形成上稀下稠的现象，使井眼高边条带水泥石强度较低。因此优选抗沉浮分散剂的最佳浓度，不但能稀释水泥浆降低摩擦阻力，形成紊流顶替，而且能较好地防止固相沉淀，提高封固质量。

(4)水泥浆的低温早强微膨胀性

从已知煤层气井下测井数据看，井底静止温度大都在25°至35℃范围，对水泥浆的低温体系提出了更高的要求，充分考虑低温水泥浆的触变性和胶凝期间的微膨胀和早期强度，保证了在水泥浆失重期井下层间的有效封隔，抑制了流体的窜通。

3 配方与实验报告

通过室内实验与现场施工采样检测不断优化水泥浆配方，改良水泥浆性能参数，优选出了具有足够的稠化时间、较高的水泥石强度、较好的流变性、低温适应性好的水泥浆配方，具有较好的胶结质量和强度的水泥浆体系。具体性能参数详见表1。

表1 水泥浆大样实验报告