沁水盆地南部煤层气问题井原因分析及技术探讨

薛志亮

( 中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西 048000)

沁水盆地南部煤层气问题井原因分析及技术探讨

薛志亮

( 中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西 048000)

随着沁水盆地南部煤层气的大规模开发，目前已完钻井和已进行煤储层改造的井中有多口井发生不同程度的套管损坏和固井质量等问题。针对不同问题提出了不同的处理思路，水泥浆返高在目的煤层顶界以上50m，采用挤水泥二次固井方式处理；水泥浆返高不足50m、目的煤层以下替空和水泥环胶结不连续，采用压裂新工艺进行储层改造；定向井中漏点在造斜点以上采用换套技术；漏点在直井封固段以上或定向井中封固段以上造斜点以下采用水泥封堵技术；漏点在封固段以下采用下4寸套管。

煤层气井 套管损坏 固井质量问题 原因分析 解决思路

1 背景介绍

目前沁水盆地南部煤层气开发井型为直井、定向井和水平井，其主要井型为直井和定向井，井身结构为二开井身结构，一开采用套管外径244.5mm，钢级J55(壁厚8.94mm、LTC扣型)套管完井，二开生产套管采用套管外径139.7mm，钢级J55/N80(壁厚7.72mm、LTC扣型)套管完井(见图1、2)。其定向井占总问题井的67.7%，直井占总问题井的33.3%，定向井问题较突出；未进行储层改造的问题井占总问题井的61.9%，已进行储层改造和排采生产的问题井占总问题井的38.1%，未进行储层改造的井问题较突出。问题井主要为固井质量问题和套管问题，固井质量问题井分为以下四类：①水泥返高不够；②井内留塞；③目的煤层以下水泥浆替空；④水泥环胶结不连续。套管问题井分为以下两类：套管变形和套管刺漏。

图1 直井井身结构示意图

图2 定向井井身结构示意图

2 固井质量问题

随着沁水盆地煤层气的大规模开发，目前固井质量问题日益突出，由于固井质量不达标，水泥浆返高不够，水泥环胶结不连续，混浆、顶替效率低等因素和作业操作不规范等人为因素影响，导致出现套管固井质量问题。

2.1 水泥返高不够

为了使固井质量能经受合理的射孔、压裂考验和满足正常情况下排采生产需要，结合DZ/T 0250—2010《煤层气钻井作业规范》和工区实际情况，规定水泥浆返高超过最上目的煤层顶界以上200m。其中部分水泥返高不够的问题井水泥返高未超过30m。

以XX-X1井为例，该井在钻井过程中出现井漏情况，未充分堵漏便实施固井作业，煤层段平均井径扩大率超标(58.45%)，煤层垮塌严重。在固井过程中，替浆至6.4m3时，压力突升至8MPa，井口泥浆失返，至替浆结束时压力升高至25MPa；由固井测井质量图显示水泥浆返高至目的煤层顶界以上24m处，返高以上环空内无水泥浆挂浆迹象。原因分析：出现井漏情况未进行充分堵漏作业便实施固井作业；煤层坍塌严重导致固井过程中憋压。

从现场作业和事故原因分析，出现水泥返高不够的井具有以下特点：钻井过程中出现井漏情况，未进行充分堵漏作业便实施固井作业；井径扩大率超标(全井段平均井径扩大率≤25%合格，煤层段平均井径扩大率≤40%合格)，井壁稳定性差，出现井壁坍塌，致使在固井过程中憋压导致水泥浆返高不够；固井过程中，现场施工操作不当导致水泥浆返高不够。

对于水泥浆返高不够的问题井解决思路：若水泥浆返高在目的煤层顶界以上50m且该井段水泥环质量为优，则采用射孔挤水泥二次固井方式进行修井作业，二次固井质量合格后采用卡封压裂对储层进行改造；若水泥浆返高在目的煤层顶界30m以上50m以下且该井段水泥环质量为优，由于该井段二次固井后还需要采用水力喷射工艺对储层进行改造，不建议对该井段进行二次固井作业，直接采用水力喷射压裂工艺对储层进行改造；若水泥浆返高在目的煤层顶界以上不足30m且该井段水泥环质量为优，不建议进行二次固井作业，可采用压裂新工艺对储层进行改造或作弃井处理。

2.2 井内留塞

固井作业井中部分井浮箍以上留有20m左右的水泥塞。从现场作业和事故原因分析，出现井内留塞的井具有以下特点：全井平均井径扩大率超标，井壁不稳定出现井壁坍塌；固井前未充分循环泥浆，井内有掉块憋压导致井内留塞。

对于井内留塞的问题井解决方法是下钻进行扫塞作业。

2.3 目的煤层以下水泥浆替空

固井作业井中部分井浮箍以下水泥浆替空，导致浮箍以下套管与下部地层贯通。从现场作业和事故原因分析，出现水泥浆替空的井有以下原因：胶塞入井前未检查胶塞质量，由于胶塞质量问题导致碰压失败，及现场计量不准确导致替浆过程中多替入替浆。

对于目的煤层以下水泥浆替空的问题井，目前没有成熟的技术可以解决此类问题，不建议对该类型的问题井进行修井作业。对该类型问题井作如下处理：对于出现底部替空且目的煤层底界以下有不少于20m的优质水泥环，采用压裂新工艺对储层进行改造。

2.4 水泥环胶结不连续

固井作业井中部分井目的煤层顶界以上水泥环胶结不连续。从现场作业和事故原因分析，出现水泥环胶结不连续的井有以下原因：钻井过程中地层出现多次井漏情况，未充分堵漏便实施固井作业。

对于目的煤层以上水泥环胶结不连续的问题井，目前没有成熟的技术可以解决此类问题，不建议对该类型的问题井进行修井作业。对该类型问题井作如下处理：若煤层顶底板上下各有不少于30m的优质水泥环，采用水力喷射压裂工艺对储层进行改造。

随着沁水盆地南部煤层气的开发，固井质量问题日益突出，提高施工固井质量显得尤为重要。根据作业区出现的固井质量问题，可采取提高固井质量预防措施：钻井过程中若出现井漏情况，封堵漏层后再实施固井作业；固井作业前充分循环泥浆，保证井壁光滑和井底干净；套管入井前检查胶塞等套管附件，严格把控入井套管附件质量；下入套管时注意扶正器的位置和适当间距，尽量使套管居中；注水泥浆作业时，保持注水泥浆的连续性、完整性和密封性；施工人员具备较强的责任心和较高的套管下放和注水泥施工水平。

3 套管问题

目前套管问题也是制约着煤层气井网局部整体排水降压的主要问题。检泵作业中探砂面管串遇阻和冲砂作业中管串遇阻问题，通过打铅印分析是由套管变形所引起的；固井作业结束后试压不合格，通过找漏作业分析是由套管存在漏点所引起的。

3.1 套管变形

套管变形问题主要是探砂面遇阻和冲砂遇阻，通过打铅印分析，套管变形深度在目的煤层段。对进行排采作业的井探砂遇阻，分析认为是随着目的煤层内气体、液体的产出导致地层内压力的变化和蠕变变形引起套管变形。通过对冲砂遇阻的井分析其具有以下特点：该类井在压裂施工时，施工压力较高，超过套管施工限压经放喷，导致储层与井筒之间产生高压差，套管抗压强度减弱引起套管射孔段井眼周围套管壁向井筒内凸，导致射孔段套管变形；该类井生产套管使用的是J55的生产套管。

对于套管变形的问题井解决思路：首先进行打铅印作业，详细描述套管变形程度，再确定其处理方式。套管变形量≤12%，根据具体变形程度采用冲胀类梨形胀管器整形或液压滚压整形工艺整形，但整形后目的煤层段有可能发生二次变形；或采用磨铣扩径方式，磨铣扩径后井眼周边煤层可能垮塌，导致后期泵挂管串无法下入。套管变形量大于12%，目前还没有较好的处理方法，目前的处理方式是磨铣修整井眼后下入4寸套管，但这类井已经进行射孔作业，目前固井问题较难解决。

3.2 套管刺漏

为了能使套管柱满足后续正常施工需求，根据NB/T 10003—2014《煤层气钻井工程质量验收评级规范》要求，规定生产套管试压压力20MP，在30min内压降≤0.5MP合格。部分问题井在试压过程中均出现不同程度的压降(见表1)。

从现场作业和事故原因分析，出现套管刺漏的井具有以下特点：①下套管前未仔细检查套管质量，套管本体有损伤；②下套管作业中未准确对扣就进行紧扣作业，导致套管丝扣损坏；③整改井口过程中，施工人员操作失误损伤套管。

表1 5口井试压压力数据

对于套管刺漏的问题井解决思路：首先对其进行找漏作业，认真分析套管漏点位置，再确定其处理方式。定向井中漏点在造斜点以上，采用取换套修井工艺；漏点在直井封固段以上或定向井中在封固段以上造斜点以下，采用水泥封堵技术；漏点在封固段可采用套管补贴技术或下4寸套管。

以XX-X2井为例，该井试压不合格，采取下4寸套管措施进行补救。该井下4寸套管作业完成后经储层改造，于2012年12月8日投产，2013年3月13日见气，截止到2016年7月10日累计产气13.8万m3。该技术在现场的应用效果较好。

目前沁水盆地南部煤层气井作业区套管问题比较突出，如何解决和预防套管问题尤为重要。根据作业区出现的套管问题，可采预防套管问题的措施：套管出厂前检查、套管出料场前检查和套管入井前检查，严格把控入井套管质量；施工人员在下套管作业时严格按照下套管作业流程操作；提高生产套管钢级。

[1] 闫宝珍, 王延斌, 丰庆泰, 等. 基于地质主控因素的沁水盆地煤层气富集划分[J]. 煤炭学报, 2008(10):1102-1106.

[2] 彭武, 李增清, 郎学军, 等. 卡封分层压裂工艺技术研究与应用[J]. 断块油气田, 2008,15(5):106-108.

[3] 安耀清, 金建国, 董玉玲, 等. 小井眼及套变井压裂工艺研究与应用[J]. 石油钻采工艺, 2009(05):119-123.

[4] 吕清河. 水力喷射压裂技术在特殊井中的应用[J]. 油气田地面工程, 2010,29(12):100-101.

[5] 刘亚明, 黄波, 王万彬, 等. 水力喷射压裂机理分析与应用[J]. 新疆石油科技, 2012(02):45-47.

[6] 蔡文军, 吴仲华, 聂云飞, 等. 水射流径向钻孔关键技术及试验研究[J]. 钻采工艺, 2016(04):1-4.

[7] 傅伟, 张国兴, 杨泽超. 川高561井钻扫塞工艺技术浅析[J]. 钻采工艺, 2008,31(3):138-139.

[8] 万力, 何世明, 刘忠飞, 等. 川东北高压气井YB11井桥塞和水泥塞处理工艺技术[J]. 钻采工艺, 2015(06):99-101.

[9] Liu, He, Yang, Ye, Wang, Qunyi, Jianwen, Yan， et al. Challenges and Countermeasures Facing Casing Damage in Daqing Oil Field[J]. 92292-MS SPE Conference Paper-2005.

[10] 王晓页, 王奎升, 王风祥, 等. 非均匀地应力下套管变形和整形复位分析[J]. 石油矿场机械, 2009(05):9-14.

[11] 江振寅, 刘世奇, 桑树勋. 煤层气井压裂卡钻事故原因与施工建议[J]. 能源技术与管理, 2012(02):125-126.

[12] 陈明. 普光气田套管变形原因分析及技术对策[J]. 特种油气藏, 2010(06):110-112.

[13] 杜光胜, 朱海英, 李秀竹. 扶正磨铣套管整形器的研究与应用[J]. 石油机械, 2013(08):81-82.

[14] 董海峰, 刘啸峰, 范小波, 等. 井口套管取换技术在川西气井中的应用[J]. 西部探矿工程, 2011(05):71-72.

[15] 姚天华. 表层套管内浅部位定点取换套技术应用[J]. 钻采工艺, 2002(03):114.

[16] 胜照平. 套管修复技术在中原油田的应用[J]. 钻采工艺, 2012(01):108-110.

[17] 范军. 水泥返高以上套损井封堵工艺技术[J]. 科技信息, 2012(5):587-588.

[18] 杨雄, 叶文杰, 李世海. 水泥封堵新技术研究与应用[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2012(02):78-79.

[19] 曾俊, 刘欣, 王中华, 等. 超细水泥封堵技术[J]. 石油钻采工艺, 2002(05):66-68.

[20] 张辉, 王锦昌, 王翔, 等. 膨胀波纹管技术在大斜度井易垮塌地层的应用[J]. 断块油气田, 2015(03):394-397.

[21] 薛改珍, 靳彦华, 蔺恒利, 等. 液压式可膨胀金属套管内部补贴技术的开发[J]. 国外油田工程, 2005(11):14-15.

[22] Lan, Zhongxiao, Xia, Yumin, Zhang, Chuanan. The Repairing Technology of Driving Channel on Small Drifting)diameter’s Casing Damage in Daqing Oilfield [J]. 65099-MS SPE Conference Paper-2000.

(责任编辑 黄 岚)

Cause Analysis and Technical Discussion of CBM Problem Wells in Southern Qinshui Basin

XUE Zhiliang

(Jincheng Branch，China United Coalbed Methane Corporation，Shanxi 048000)

With the large-scale development of CBM in southern Qinshui Basin, the problems such as varying degrees of casing damage and cementing quality have appeared in many of the drilled wells and the coal reservoir reconstruction wells at present. Different processing ideas are proposed for different problems. If cement return height reaches up to 50m above the top boundary of the target coal seam, cement squeeze in the secondary cementing is used. If cement return height is less than 50m and over-displacement of cement paste is below the target coal seam and discontinuous cementation of cement sheath, the new fracturing technology is applied to reservoir reconstruction. If the leakage point is above the isolation section in the vertical well or above the isolation section and below the kickoff point in the deviated well, the cement plugging technology is applied. If the leakage point is blow the isolation section, 4 inch casing is used.

CBM well; casing damage; cementing quality problem; cause analysis; resolving ideas

薛志亮，男，助理工程师，现从事煤层气钻井工程方面工作。