梁志平 周建國 李彤

【摘要】 山西煤層氣從2019年開始，甲方調(diào)整鉆井技術(shù)方案，固井需全井水泥封固煤層氣井。該區(qū)塊主要開發(fā)3#煤層和15#煤層，一般布置為叢式井。該區(qū)塊煤層埋深較淺，滲透率變化較大，井下溫度較低，地層漏失壓力低，針對(duì)該區(qū)塊固井難點(diǎn)，采用低密高強(qiáng)和低溫高強(qiáng)水泥漿技術(shù)、雙凝雙密度固井技術(shù)、井口反灌水泥作業(yè)技術(shù)解決了水泥漿低返問題，有效的提高煤層氣固井質(zhì)量，現(xiàn)場應(yīng)用良好。

【關(guān)鍵詞】煤層氣;固井;水泥漿;雙凝雙密度;

一、概況

山西煤層氣勘探開發(fā)分公司在2019年之前只要求水泥封固至煤頂以上300m，但從2019年開始，固井需全井水泥封固煤層氣井。該區(qū)塊主要開發(fā)3#煤層和15#煤層，一般布置為叢式井。該區(qū)塊煤層埋深較淺，基本不超過1000m，內(nèi)生裂隙和次生割理普遍發(fā)育，具中-低孔隙特征，滲透率變化較大，井下溫度較低，地層壓力變化較大，地層漏失壓力低，前期固井出現(xiàn)的問題，下部固井質(zhì)量較好，上部水泥返高未達(dá)到設(shè)計(jì)值（地面）;采取一系列措施，有效的提高煤層氣固井質(zhì)量。

一、固井技術(shù)難點(diǎn)

1、水泥漿要求返至地面，與往年相比，固井期間環(huán)空液柱壓力大大增加，漏失幾率隨之增加;

2、地層壓力系數(shù)低：山西組以上地層孔隙壓力系數(shù)1.01-1.03，煤層壓力系數(shù)0.85-1.0左右，而水泥漿密度在1.85，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層壓力系數(shù);

3、煤層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，滲漏現(xiàn)象普遍存在;井眼上部石千峰、石盒子組（200-600米左右）存在易漏層;

4、井眼鉆進(jìn)過程中，鉆井隊(duì)沒有采取有效措施進(jìn)行堵漏，固井作業(yè)缺乏有效措施防止水泥低返。

二、低密早強(qiáng)水泥漿技術(shù)

滿足煤層氣井全封固井漏失的問題，上部水泥漿要求低失水、早期強(qiáng)度，漿體穩(wěn)定性好，稠度適宜，同時(shí)對(duì)煤層的傷害小。經(jīng)過大量的室內(nèi)化驗(yàn)和以往在煤層氣固井的經(jīng)驗(yàn)，我們采用低密早強(qiáng)水泥漿體系水泥漿體系。

根據(jù)井底地層壓力，確定水泥漿密度為1.40 g/cm3-1.30g/cm3 。在水泥中加入減輕材料（漂珠和微硅），由于漂珠不吸水，只需少量水潤濕表面，可以降低水灰比，減少水泥石形成時(shí)由于水泥漿的過量水而形成的毛細(xì)孔道，降低水泥石的滲透性，加入適量的增強(qiáng)劑，提高水泥石的強(qiáng)度，同時(shí)，適量硅粉的加入，改善了漂珠與水泥顆粒的顆粒級(jí)配，增加水泥石的致密性和熱穩(wěn)定性。低密度水泥漿的最優(yōu)配方：G級(jí)高抗水泥+微硅+漂珠+降失水劑密度+增強(qiáng)劑：1.30-1.40g/cm3;流動(dòng)度22-23.5cm，稠化時(shí)間（40℃）260-280min，抗壓強(qiáng)度7-8 MPa。

三、低溫高強(qiáng)水泥漿技術(shù)

針對(duì)煤層氣藏井特點(diǎn)，優(yōu)選出聚乙烯醇類降失水劑DRF-3S。降失水劑DRF-3S是一種固體降失水劑。用這種降失水劑配制出的水泥漿具有降濾失、防漏、防竄等多種功能，再配以配套的早強(qiáng)劑和分散劑，即可使水泥漿達(dá)到固井施工要求的各項(xiàng)指標(biāo)。

四、雙凝雙密度技術(shù) ：針對(duì)該地區(qū)地層特點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)固井工藝，決定采用雙凝雙密度水泥漿體系進(jìn)行固井，即使用常規(guī)水泥漿和低密度水泥漿分段封固的方式固井，尾漿先凝固，首漿后凝固，通過添加不同的外加劑來調(diào)節(jié)各段水泥漿的凝固時(shí)間，使水泥將自下而上逐漸凝固，當(dāng)尾漿速凝段凝固失水造成失重狀態(tài)時(shí)，首漿緩凝段仍保持傳遞壓力的能力，從而可以解決水泥漿凝固過程中的失重問題，同時(shí)也能解決低壓地層漏失問題。

五、井口返灌水泥作業(yè)技術(shù) ：水泥漿液柱壓力大大高于地層孔隙壓力，固井過程中水泥漿返出地面后又發(fā)生下沉或漏失，為避免漿體發(fā)生收縮、下沉，采取固井侯凝后12小時(shí)進(jìn)行反灌措施，反灌水泥漿中加上2%以上早強(qiáng)速凝劑，確保水泥漿返高達(dá)到地面。

五、現(xiàn)場應(yīng)用情況

鄭4平1-4L施工情況

鄭4平1-4L井，由渤海鉆探鉆井四公司SDLG-202隊(duì)承鉆，井斜最大98.9°，井底水平位移860.7m，垂深764m，注前置液4m3，低密度水泥漿17m3，高密度水泥漿10m3，后置液2m3，替清水8m3，排量0.5m3/min，碰壓20MPa，水泥漿返出地面。12小時(shí)后井口返灌水泥作業(yè)2.3m3。

目前已順利完成鄭4平1-4L、鄭4平8-1L、鄭試34平10-3L共計(jì)三口井施工，固井質(zhì)量合格，水泥返至地面。

六、認(rèn)識(shí)及結(jié)論

1.根據(jù)煤層氣井地層疏松、易漏等特點(diǎn)，選擇合適的低密度高強(qiáng)水泥是提高固井質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.高、低密度雙凝水泥漿體系是關(guān)系固井質(zhì)量的成敗，是該區(qū)淺固井關(guān)鍵技術(shù)，可有效防止固井施工中發(fā)生漏失，確保封固井段，提高固井質(zhì)量。

3、對(duì)于煤層氣井應(yīng)嚴(yán)格控制失水和析水，析水接近于零為宜。

4.井口12小時(shí)返灌水泥作業(yè)能有效的防止水泥漿下沉和侯凝期間漏失而未達(dá)到設(shè)計(jì)返高要求的填充作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德潤 張旭等 《固井液設(shè)計(jì)及應(yīng)用》上冊、下冊 北京：石油工業(yè)出版社 2000.10

[2]屈建省 許樹謙 郭小陽 等《特殊固井技術(shù)》北京：石油工業(yè)出版社 2006.11

第一作者簡介：梁志平，男，高級(jí)工程師，1974年1月31日生，2002年7月畢業(yè)于天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。地址：河北省任丘市渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司;郵政編碼062552，電話15631722852。Email：LZP1618@126.com.

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