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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,埋藏浅,微孔隙和裂继发育,煤层的机械强度和孔隙度低,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井固井的区别、煤层气固井的特点及难点,总结了目前煤层气井固井存在的主要问题。根据煤储层的特点,提出了固井技术对策及外加剂的选择。应用上述技术后,在山西ＪＣ地区共固井３口,固井质量全优,基本解决了该地区存在固井质量差的问题,并探讨了当前煤层气固井所要研究解决的问题。     

我国煤层气固井技术难点及对策

我国煤储层与美国煤储层特性不同,与常规油气储层特性及产出特点也有较大的差异,由于在制定适合我国煤层气储层特性及开采特点的固井技术上缺乏针对性,导致后期开采存在诸多难题。从煤层地质及工程因素的角度出发,对国内固井技术及存在的问题进行深入调研分析,指出了我国煤层气固井的难点、固井工艺及水泥浆体系应具备的特性,并提出了从煤层特性及开采角度出发,研究满足后期压裂以及储层改造的固井工艺及水泥浆体系,优选出煤岩吸附量少、早期强度高、保护储层,对渗透率影响小且外加剂在低温下配伍性好的水泥浆体系;建立固井工艺及水泥浆对煤层压裂裂缝影响的诊断与评估技术体系,合理设计水泥浆密度,实现近平衡压力固井,保护煤层等建议。     

中国煤层气井固井技术发展现状

介绍了中国煤层气资源概况及发展前景,分析了煤储层及煤层气井的特点、固井的难点以及前期固井存在的问题,提出了固井技术对策.指出固井时不能照搬国外的成功经验,应考虑中国不同煤阶及煤储层的特性以及后期开采的需求,设计合理的水泥浆体系,采用综合的固井工艺:采用提高固井质量与保护煤层相结合的固井工艺;采用低失水、高早强、胶结性能优良的水泥浆.目前,控制水泥返高、常规密度与低密度相结合及变密度固井及与绕煤层固井作用机理相似、保护煤层的固井新工艺与水泥浆技术已有成功应用.     

适合煤层气井固井的低密度水泥浆体系

煤层气井固井与常规天然气井固井有一定区别,前者的难点主要表现在：①低温低压下水泥浆强度发展缓慢;②水泥浆中的微颗粒对煤层割理与裂缝易造成充填与堵塞;③井壁稳定性差;④煤层属低压多压力系统剖面,地层压力系数变化规律性差,难以平衡压力固井;⑤煤层流体pH值呈酸性,易和水泥浆滤液反应产生沉淀污染储层。为提高煤层气井的固井质量,根据煤层气井的特点,确定了适用于煤层气井固井的低密度水泥浆体系的设计思路：①选择密度较低、粒径合适、抗压强度适当的减轻剂;②开发减轻剂和活性矿物微粉,利用其填充作用、级配调节作用和晶核作用来提高体系的力学性能;③选择性能良好的成膜型降失水剂和早强剂,控制水泥浆失水并提高早期强度;④确定合适的减轻剂、水泥、矿物微粉的加量比例和粒度分布,根据固井要求选定水固比配制水泥浆。据此开发出了水泥浆密度在1.20～1.50 g/cm³范围内可调,水泥浆失水量低,水泥浆在25～50 ℃条件下早期强度发展迅速,力学性能稳定,流动性良好,施工性能良好的低密度水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆体系能满足煤层气井固井的要求。     

浅谈煤层气井固井技术

煤层气是储集于煤层孔隙中的天然气。煤层与一般的油气层相比,埋藏浅,微孔隙和裂缝发育。煤层的机械强度和孔隙度低,易坍塌、易污染。文中根据煤层气井的特点,介绍了一般油气井固井与煤层气井固井的区别,总结了国内目前煤层气井固井技术现状及存在的问题,提出了几个在以后煤层气井固井中应研究解决的问题。     

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分析了复杂条件下浅煤层气井固井作业的技术难点及现用水泥浆体系存在的问题，提出了浅煤层气井固井水泥浆体系应具备的特性，据此设计了高早强低滤失膨胀水泥经浆体系的配方并进行了室内性能评价，现场应用结果表明：以F17C油井水泥低滤失膨胀剂为主的水泥浆体系能够解决浅煤层气井固井施工中的技术难题，可显提高煤层气井的固井质量。     

浅层煤层气井固井技术

煤层气是储集于煤层孔隙中的天然气。煤层与一般的油气层相比，埋藏浅，微孔隙和裂缝姨育。煤层的机械强度和孔隙度低，易坍塌，易污染。文中根据煤层气井的特点，介绍了一般油气井固井与煤层气井固井的区别，总结了国内目前煤层气井固技术现状及存在的问题，提出了几个在以后煤层气井固井中应研究解决的问题。     

漂珠水泥浆在煤层气井中的应用

为了解决降低固井作业对煤层伤害程度与提高固井质量的矛盾,通过合理匹配漂珠及增强剂中剂的比例,优选出一套高强度低密度的漂珠水泥浆配方。室内与现场实验表明,该水泥浆体系稳定,添加剂配伍性好,流动性能好,密度可调范大,强度能达到ＡＰＩ标准要求。漂珠水泥浆应用于煤层气井有利于保护煤层,满足施工需要。     

固井水泥浆对裂缝割理发育型煤层气储层的伤害机理

我国滇东黔西地区煤层气储层割理、裂缝发育,破裂压力低,固井水泥浆(以下简称水泥浆)容易侵入煤层气储层,造成储层伤害以及储层改造破裂压力异常升高等现象。为了揭示水泥浆伤害该类煤储层的机理,在分析煤岩的理化性能和潜在伤害方式的基础上,通过CT扫描、电镜扫描等技术手段,直观分析煤心内部污染前后裂缝、孔隙结构发育情况与水泥浆在裂缝、孔隙中的侵入、堵塞情况,进而计算得到水泥浆和裂缝在煤心中的体积占比关系,建立了水泥浆伤害煤储层的定量评价方法。研究结果表明:(1)水泥浆及其滤液在压差作用下沿煤储层的裂缝侵入储层内部,其侵入程度随裂缝、孔隙发育程度变化,裂缝、孔隙越发育,侵入程度越高;(2)侵入储层内部的水泥浆经胶结固化后,形成的水泥产物在裂缝、孔隙中致密填充,并致密覆盖煤心表面,严重堵塞煤层气流通通道,表现出固化后的水泥产物使煤心渗透率降低、煤岩抗压强度升高,使后续压裂破裂压力异常升高,影响压裂改造效果;(3)水泥浆滤液对煤岩的碱敏、速敏影响程度远小于水泥浆侵入对煤岩的伤害程度。结论认为,所建立的水泥浆污染煤储层的定量评价方法对提高煤储层固井质量、保证煤层气高效开发等都具有指导作用。     

相国寺储气库注采井固井技术

相储7井是相国寺储气库区块上第一口先导注采试验井。固井有以下难点:①地层破裂压力低,易发生漏失;②产层压力系数低,易伤害;③储气库注采井要经受周期性高低压变化,注采管柱承受交变应力对层间封隔要求高;④井斜度大,套管不易居中,影响顶替效率。采取了以下措施:①采用正注反打工艺,防漏堵漏水泥浆、双凝双密度水泥浆、变排量施工等措施减少漏失、降低储层伤害;②优化水泥浆和水泥石性能,技术套管采用防漏增韧水泥浆体系,油层尾管采用双密度弹性水泥浆,确保固井质量长期稳定;③模拟套管在井下实况,优化扶正器安放、使用螺旋大倒角刚性扶正器,改变流场,提高顶替效率;④采用裸眼封隔器措施,延长注采井的使用寿命。通过采取以上措施,全井取得优异电测固井质量。     

GJT25-09型煤层气专用固井半挂车研制

煤层气勘探开发井的钻井深度浅、固井作业压力低、水泥浆用量少,使用常规固井设备时操作复杂、经济性不高。采用一体化结构设计,实现固井车的混浆单元、泵送单元、供灰单元、供气单元的集成设计。利用“双泵合流-双马达串/并联切换”技术,实现设备全液压驱动,开发了煤层气专用固井半挂车,并介绍了该车的技术参数、技术与结构特点、测试应用情况。可对煤层气固井作业起到较好的降本增效作用,对煤层气的大力开发提供支持。     

沁水盆地煤层气井固井技术

沁水盆地煤层厚,主力煤层分布稳定,储集性好,含气量高,保存条件好,煤层气资源丰富。但是该地区煤层气井固井质量一直不高,影响了煤层气的勘探与评价工作。介绍了沁水盆地煤层气井固井的特点,提出了适合煤层气井的固井技术,筛选出了TG早强降失水剂。在沁水盆地、鄂尔多斯盆地应用上述技术后,到2002年底为止共固井10口,固井优质率90%,合格率100%,解决了煤层气井长期存在固井质量差的问题,并探讨了以后煤层气井固井所要研究解决的问题     

化学充氮泡沫水泥浆制备原理与应用

水泥浆漏失低返是国内外低压易漏、裂缝性油气藏固井普遍存在且尚未完全解决的技术难题,泡沫水泥浆是解决固井漏失的一项重要技术。针对化学充氮泡沫水泥浆制备原理尚不清楚、化学发气剂效率低等问题,根据化学热力学和电化学理论,揭示了化学法充氮的原理,研发出高效发气剂LTPN体系。该体系具有发气率高、对水泥浆稠化时间和抗压强度基本无影响的特点,与动物蛋白复合稳泡剂、纳米增强剂等配合使用,可使泡沫水泥浆密度降低至0.95 g/cm3。通过探讨发气剂在水泥浆中的化学充氮规律,研发出高性能化学充氮泡沫水泥浆NFLC体系,经过30余口井固井试验表明,NFLC体系解决了煤层气井固井面临的低压、裂缝性漏失难题,保证了煤层气井水泥浆返高,提高了固井质量,一次性上返到设计高度,固井优质率大于90%,对山西沁水盆地的低压、裂缝性煤储层具有优良的防漏堵漏效果,为低压、裂缝性油气藏固井提供了一种有效的解决方法,具有良好的应用推广价值。      

水泥浆异位吞吐对调整井油层固井质量的影响及预防

调整井固井质量往往不高,这是由于长期大量的注水采油,使地层压力、温度和水泥浆的吸热环境发生了变化。再由于固井工艺的特点,决定了返至环空水泥浆的温度最高点不在井底油层段,而在距井底一定距离的地方。返至环空后,温度高的水泥浆优先进入初凝期,并开始失重,使下部未凝固的水泥浆吸纳较高压力地层的流体,同时加速向低压层失水,这就是水泥浆的"异位吞吐",结果使水泥浆固井质量不高。文中分析了水泥浆"异位吞吐"的原因,并提出了预防措施。经数十口井试验,只要采取优选水泥浆降失水剂的类型和剂量的措施,对提高固井质量十分有效。     

垦东油田固井水泥浆技术

胜利垦东油田地层压力系数低,一般为0.9～1.0,600～700 m井段间还有浅气层,要求水泥浆返至地面,固井面临着封固段长、水泥用量大、易漏失憋泵、地温梯度低、水泥石强度发展慢、施工压力高、油气水易侵入造成窜槽等难题.该区块2003年固井30口(其中5口井经补救合格),合格率为93.3%,优质率为60%,固井质量严重威胁着油田的合理开采和产能建设.经室内实验研究和分析对比,优选出了水泥浆配方,并采取了相应的技术措施.现场应用表明,优选出的水泥添加剂相容性好,配伍性强,浆体性能优良,能防止对油层的污染,延长油井寿命;水泥石的渗透率低、强度高、韧性强,大大提高了固井优质率,现场固井20口,合格率达100%,优质率为80%.     

西部地区复杂深井固井技术

西部地区深井固井难题主要包括盐膏层固井、高压防气窜固井，长封固段固井和小间隙固井，在详细分析上述主要固井问题的基础上，提出了针对性的固井工艺措施，并指出应针对不同地质条件选用不同的综合性能良好的水泥浆及隔离液体系：对于盐膏层固井，应选用高早强抗盐水泥浆体系；对于高压气层固井，应选用防气窜水泥体系；对于长封固段固井，应选用优质高强低密度水泥体系；对于小间隙固井，应选用抗高温MS-R前置液体系。以T914井盐膏层固井、DLK3井高压气层固井以及永1井小间隙固井为例，介绍了深井固井配套技术在西部地区的应用情况。     

国内外国井技术现状及发展趋势

阐述了国内外近几年来在油井水泥外加剂、固井工艺技术、固井工具及附件、固井设计模拟与分析软件、水泥浆顶替技术、注水泥设备等方面的新进展，主要是油井基本水泥由一两种发展到13种；注水泥设备普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化、大能量和大功率方向发展；复杂地层固井技术日趋完善，开发了适应高压气井、塑性地层、低压易漏失井、多压力系统以及深井超深井高温固井配套技术；固井计算机模拟、仿真与监控技术，极大地提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性；小井眼固井、水平井固井、分枝井固和大位移固井等特殊工艺井固井技术；研制了尾管悬挂器、双级（多级）注水泥器、扶正器。通过分析中国固井技术现状及与国外的差距，提出了中国今后要重点加强抗高温、抗盐系列外加剂的研究与开发，不断拓宽油井水泥外加剂的适用范围，进一步加大油井水泥外加剂的现场使用力度。     

利用矿渣MTC技术解决复杂地层固井难题

分析了矿渣MTC浆失水、稠化时间、抗压强度、流变性、静胶凝强度发展等性能特点及技术优势，并与常规水泥浆进行了对比分析，认为矿渣MTC体系大部分性能指标优于水泥浆体系，可以满足现场固井技术要求。应用矿渣MTC固井技术解决了低压易漏失井、高压气井、调整井、长裸眼长封固段及复杂压力体系固井等固井技术难题，固井质量明显优于常规水泥浆固井。     

胶乳水泥浆体系在剑门1井尾管悬挂固井中的应用

剑门1 井是四川石油管理局承钻的一口重点预探井，该井井底压力高达120 MPa，多次发生气侵、井漏。鉴于此种情况，现场决定四开钻至5004 m 中途完钻，下?177.8 mm 尾管固井。为解决深层高压井尾管固井问题，选用了胶乳水泥浆体系，对该体系的失水控制和防漏失性能、防窜性能、水泥石性能，水泥浆流变性，水泥浆的稳定性、水泥浆稠化时间进行了室内试验。工艺方面采用正注反挤、间歇式低压挤水泥的固井工艺，以减少一次注替静液柱压力过大造成的漏失，易于建立挤水泥压力。经优选水泥浆体系和采用适合该井井况的固井工艺，成功地封隔了 4584~4930 m 4 个严重漏失层，取得了较好的作业效果。剑门1 井?177.8 mm 尾管悬挂固井的成功经验可供此类复杂井固井参考。