提高山西煤层气固井质量研究及应用

梁志平 周建国 李彤

【摘要】 山西煤层气从2019年开始，甲方调整钻井技术方案，固井需全井水泥封固煤层气井。该区块主要开发3#煤层和15#煤层，一般布置为丛式井。该区块煤层埋深较浅，渗透率变化较大，井下温度较低，地层漏失压力低，针对该区块固井难点，采用低密高强和低温高强水泥浆技术、双凝双密度固井技术、井口反灌水泥作业技术解决了水泥浆低返问题，有效的提高煤层气固井质量，现场应用良好。

【关键词】煤层气;固井;水泥浆;双凝双密度;

一、概况

山西煤层气勘探开发分公司在2019年之前只要求水泥封固至煤顶以上300m，但从2019年开始，固井需全井水泥封固煤层气井。该区块主要开发3#煤层和15#煤层，一般布置为丛式井。该区块煤层埋深较浅，基本不超过1000m，内生裂隙和次生割理普遍发育，具中-低孔隙特征，渗透率变化较大，井下温度较低，地层压力变化较大，地层漏失压力低，前期固井出现的问题，下部固井质量较好，上部水泥返高未达到设计值（地面）;采取一系列措施，有效的提高煤层气固井质量。

一、固井技术难点

1、水泥浆要求返至地面，与往年相比，固井期间环空液柱压力大大增加，漏失几率随之增加;

2、地层压力系数低：山西组以上地层孔隙压力系数1.01-1.03，煤层压力系数0.85-1.0左右，而水泥浆密度在1.85，远远高于地层压力系数;

3、煤层结构不稳定，渗漏现象普遍存在;井眼上部石千峰、石盒子组（200-600米左右）存在易漏层;

4、井眼钻进过程中，钻井队没有采取有效措施进行堵漏，固井作业缺乏有效措施防止水泥低返。

二、低密早强水泥浆技术

满足煤层气井全封固井漏失的问题，上部水泥浆要求低失水、早期强度，浆体稳定性好，稠度适宜，同时对煤层的伤害小。经过大量的室内化验和以往在煤层气固井的经验，我们采用低密早强水泥浆体系水泥浆体系。

根据井底地层压力，确定水泥浆密度为1.40 g/cm3-1.30g/cm3 。在水泥中加入减轻材料（漂珠和微硅），由于漂珠不吸水，只需少量水润湿表面，可以降低水灰比，减少水泥石形成时由于水泥浆的过量水而形成的毛细孔道，降低水泥石的渗透性，加入适量的增强剂，提高水泥石的强度，同时，适量硅粉的加入，改善了漂珠与水泥颗粒的颗粒级配，增加水泥石的致密性和热稳定性。低密度水泥浆的最优配方：G级高抗水泥+微硅+漂珠+降失水剂密度+增强剂：1.30-1.40g/cm³;流动度22-23.5cm，稠化时间（40℃）260-280min，抗压强度7-8 MPa。

三、低温高强水泥浆技术

针对煤层气藏井特点，优选出聚乙烯醇类降失水剂DRF-3S。降失水剂DRF-3S是一种固体降失水剂。用这种降失水剂配制出的水泥浆具有降滤失、防漏、防窜等多种功能，再配以配套的早强剂和分散剂，即可使水泥浆达到固井施工要求的各项指标。

四、双凝双密度技术 ：针对该地区地层特点，结合国内外先进固井工艺，决定采用双凝双密度水泥浆体系进行固井，即使用常规水泥浆和低密度水泥浆分段封固的方式固井，尾浆先凝固，首浆后凝固，通过添加不同的外加剂来调节各段水泥浆的凝固时间，使水泥将自下而上逐渐凝固，当尾浆速凝段凝固失水造成失重状态时，首浆缓凝段仍保持传递压力的能力，从而可以解决水泥浆凝固过程中的失重问题，同时也能解决低压地层漏失问题。

五、井口返灌水泥作业技术 ：水泥浆液柱压力大大高于地层孔隙压力，固井过程中水泥浆返出地面后又發生下沉或漏失，为避免浆体发生收缩、下沉，采取固井侯凝后12小时进行反灌措施，反灌水泥浆中加上2%以上早强速凝剂，确保水泥浆返高达到地面。

五、现场应用情况

郑4平1-4L施工情况

郑4平1-4L井，由渤海钻探钻井四公司SDLG-202队承钻，井斜最大98.9°，井底水平位移860.7m，垂深764m，注前置液4m³，低密度水泥浆17m³，高密度水泥浆10m³，后置液2m³，替清水8m³，排量0.5m³/min，碰压20MPa，水泥浆返出地面。12小时后井口返灌水泥作业2.3m3。

目前已顺利完成郑4平1-4L、郑4平8-1L、郑试34平10-3L共计三口井施工，固井质量合格，水泥返至地面。

六、认识及结论

1.根据煤层气井地层疏松、易漏等特点，选择合适的低密度高强水泥是提高固井质量的关键。

2.高、低密度双凝水泥浆体系是关系固井质量的成败，是该区浅固井关键技术，可有效防止固井施工中发生漏失，确保封固井段，提高固井质量。

3、对于煤层气井应严格控制失水和析水，析水接近于零为宜。

4.井口12小时返灌水泥作业能有效的防止水泥浆下沉和侯凝期间漏失而未达到设计返高要求的填充作用。

参考文献：

[1]张德润 张旭等 《固井液设计及应用》上册、下册 北京：石油工业出版社 2000.10

[2]屈建省 许树谦 郭小阳 等《特殊固井技术》北京：石油工业出版社 2006.11

第一作者简介：梁志平，男，高级工程师，1974年1月31日生，2002年7月毕业于天津职业技术师范学院机械设计制造及其自动化专业。地址：河北省任丘市渤海钻探工程有限公司第一固井分公司;邮政编码062552，电话15631722852。Email：LZP1618@126.com.

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