浅谈煤层气固井技术

摘　要：我国的煤层气资源十分丰富，但开发利用刚刚起步。煤层与一般的油气层相比，具有埋藏浅，微孔隙和裂缝发育，煤层的机械强度和孔隙度较低，易坍塌，易污染。文章根据煤层气井的特点，介绍了一般油气井固井与煤层气固井的区别、煤层气固井的特点及难点，总结了目前煤层气固井存在的主要问题。

关键词：煤层气　固井　固井质量　水泥添加剂

一、煤层气固井技术研究

1.煤层气井的特点

1.1煤层埋藏浅，一般在300~1500m之间，井底温度及压力低，远远小于油气井的井底温度与压力。煤层孔隙及割理发育且具有双重孔隙结构，其微孔和超微孔的体积约占50％以上(孔隙内表面积高达200~400m2/g煤)，吸水后易产生井壁垮塌、漏失，并造成孔隙堵塞。

1.2煤层孔隙压力梯度一般小于0.01MPa/m,属于低压地层地层压力系数变化规律性差，很难预测，难以平衡压力固井。

1.3煤层微孔隙发育，割理多，非均质性强，机械强度低，力学稳定性差，在外力作用下极易破碎。该特点在钻井上极易引起煤层的坍塌。破碎，导致井径扩大率偏大。

1.4煤储层存在渗透性滞后现象。煤层的渗透性低，孔隙压力低，钻井和固井过程中平衡压力大，煤层极易受到伤害。

2.煤层气固井的特点和难点

2.1煤层的空隙压力梯度和破裂压力梯度低，水泥浆密度比钻井液密度（1.03~1.10g/cm3）高得多。煤层气井封固段一般为600~1200m，水泥浆一般要求返出地面由于封固段长，固井过程中易形成高的过平衡压力，很容易发生漏失。一方面水泥浆低返，影响固井质量；另一方面水泥浆渗入煤储层，对煤层造成很大伤害。

2.2煤层气井一般采用二开结构，用0215.9mm钻头钻开煤层，下入0139.7mm生产套管。固井时替浆量少，除压塞液外，一般井替浆量只有5~11m3，注水泥完毕即有一般体积以上水泥浆进入环空，如此少的替浆量，固井根本无法实现紊流顶替。受设备及井下条件限制，固井时也根本达不到稳流顶替的排量。

2.3煤层埋藏浅，井底温度低，尤其上部井段温度更低，低温下水泥浆特别是低密度水泥浆的水化速度缓慢。水泥浆配方设计困难，水泥石早期强度低。

2.4水泥浆向地层的失水量大，极易造成对煤层的伤害。一是固井过程中如果过平衡压力大，会加大水泥浆向地层的失水，即使在水泥浆假如一般的降失水剂，水泥浆仍然很容易向地层失水；二是由于上部地层疏松，吸水性强，而且当煤储层遇水时，在很强的毛细管作用下，煤层的吸水反应强烈；三是由于煤层气井较浅，井底温度低，候凝过程中水泥浆长时间处于液态，也加大了向地层的失水。在上述三个方面因素影响下，水泥浆很容易向地层失水，使性能发生很大变化。不但影响了对煤层的封固，同时也会对煤层造成伤害。

3.目前煤层气固井存在的主要问题

3.1没有针对煤储层的特点设计合理的注水泥工艺及水泥浆体系。与一般油气井不同，煤层埋藏浅，孔隙压力低、破裂压力梯度、渗透性低。因此应针对煤储层的特点，设计合适于煤层的固井技术。

3.2水泥浆的性能差。目前煤层气井固井时，没有针对煤储层埋藏浅、井底温度及压力低、易伤害等特点，研究适合于煤层气固井的水泥浆体系及外加剂。

3.3固井过程中保护煤层的措施不够。没储层渗透性低，属于低渗储层，任何环节的污染都会对煤层造成永久性伤害。

二、煤层气井固井技术对策

衡量煤层气井注水泥技术的主要标准是固井质量和减少对煤层的伤害。注水泥施工后一方面要形成一个完整的水泥环，第一界面与第二界面的固结好，胶结强度高，对煤层的封固好；另一方面要求水泥浆进入储层的深度浅，伤害小。要满足以上要求，必须改善水泥浆的性能，采用合理的压差固井，提高顶替效率。针对煤储层的特性以及煤层气井的特点，多数专家认为适合于煤储层的固井技术一是良好的水泥浆体系，其次为合适的注水泥工艺。

1.外加剂的选择

满足煤层气固井的水泥外加剂，要求低温快凝、低失水、高早强，同时对煤层的伤害小。经过多次试验，筛选出适合煤层气固井的早强降失水剂，主要由早强剂及降失水剂复配而成，早强剂与降失水剂的配伍性好，不会破坏降失水剂的降失水作用。低温下浆体稳定，失水量小于30ml（6.9MPa,30min），性能优于一般的降失水剂。水泥石低温下强度发展快，并有微膨胀作用，能排挤套管外残留的钻井液，压实非韧性滤饼，保证水泥石与第一界面与第二界面良好的胶结性能。在水泥浆与地层间压差的作用下，在界面处形成致密的低渗透滤失膜，保证了水泥浆体系的低失水量。水泥凝固后，降失水剂能堵塞水泥基质中的孔隙，降低了水泥石的渗透率。水泥浆的稠化时间可以通过调整早强剂的量来调整，以满足不同井深的固井要求。

2.注水泥工艺

一采用常规密度水泥浆封固煤层及煤层以上150m的井段，以高强度和致密性的水泥石可靠地封固产层，满足射孔、压裂及长期采气的需要。二煤层气井一般全井封固，采用低密度水泥浆封固煤层以上的充填段，低密度水泥浆配合常规密度水泥浆来降低环空液柱压力，减少过平衡压力，提高固井质量与保护煤储层相结合。三采用塞流注水泥技术。采用塞流注水泥技术时，在两相界面上形成聚集物质，在井眼扩大段及不规则段，产生类似活塞一样的顶替作用，同样可以取得好的顶替效果。注水泥及替浆过程中，控制环空返速小于0.45m/s。四应用综合固井技术。固井时对影响固井质量的每个环节都进行精心考虑、认真准备，争取将影响固井质量的每项因素都减小到最低限度，提高固井质量与保护煤层相结合。五设计满足封固要求的水泥浆体系。根据煤层的特点及井下条件，设计出满足封固质量要求低失水、低渗透、低温下强度发展快、稳定好的水泥浆体。

参考文献

[1]唐鹏程，郭平，杨素云等编著．国内外煤层气开采利用现状浅谈．矿山机械，2008；24（36）：8～10.

[2]陈道元，罗廷才，姚平均等．快凝早强油井水泥在煤层气固井中的应用．石油钻采工艺，2004年8月，第26卷第4期：27-29页.

[3]齐奉中，刘爱平．保护煤储层固井技术的探讨．钻井液与完井液．2001年第18卷第1期.