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.     

保护煤储层固井技术的探讨

煤储层与一般的油气层相比,埋藏浅,微孔隙和裂缝发育,煤层的机械强度低,渗透率低,孔隙压力小,易坍塌,易污染,中国目前虽然钻了多口煤层气井,由于在钻井完井过程中没有注意加强对煤储层的保护,致使部分井的试气不理相,产量比较低,影响了煤煤层气的开发,探讨了固井过程中保护煤储层的必要性,分析了固井施工对煤层造成的伤害以及保护煤储层方面存在的主要问题,提出了保护煤储层的固井技术措施,即应根据煤层的压力情况,设计合理的固井工艺及水泥浆体系,保征固井质量阿与降低对煤层的伤害相结合,严格控制水泥浆性能,具有低失水,高早强,微膨胀等特点的水泥浆体系不但能提高固井质量,而且能降低对煤储层的伤害,尽量控制水泥浆液柱压力,实现近平衡压力固井,介绍了保护煤储层固井技术在现场的成功应用,并提出了煤层气井固井尚待研究解决的问题。     

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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。     

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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。     

保护煤储层的煤层气井固井技术

国内的煤层气井主要采用注水泥射孔方式完井,研究固井设计和施工的一些关键问题对于避免潜在的生产作业和开采效益风险具有重要意义。简要回顾了国内煤层气井固井施工和研究状况,分析了煤层气井固井的质量要求和保护储层需求,结合室内和现场试验提出了适用于煤层气井固井的水泥浆性能和施工设计方法。研究认为煤层气井固井中最重要的封隔要求是对煤储层顶板的封隔,首要的作业安全问题是防止漏失。综合考虑固井作业和保护储层需要认为:适宜的水泥浆密度范围为1.20~1.60 g/cm3,并应采用黏稠水泥浆在0.5~0.8 m/s的低返速下固井施工。现场应用的固井质量合格率达到100%,证明该研究结论适用于煤层气井固井。     

煤层气压裂井裂缝参数优化及效果评价

因煤层复杂渗流机理及低孔低渗特征,煤层气均需采取压裂改造措施进行开采。为了正确认识压裂参数对煤层气井产能、采出程度及井网部署的影响规律,从储层应力形变及煤层气解吸、扩散、渗流流固耦合分析出发,建立压裂井气水两相非线性渗流模型,研究裂缝参数、储层非均质性对井距及井网类型优化的影响,并且采用注入压降试井解释对压裂工艺参数进行评价。研究结果表明：煤层流体以非线性渗流为主,物性呈现先下降后上升的特征,存在启动压力梯度的影响;井距优化应考虑裂缝方向、裂缝穿透比、裂缝导流能力等因素的影响;矩形与菱形井网选择要参考储层各向异性系数的临界值;避免注入压降测试中井筒液面的变化及测试段的选择对试井解释结果的影响,提高压裂效果解释评价准确性。研究对煤层气压裂井裂缝、井网参数优化及提高压裂效果评价准确性具有较好的指导意义。     

固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50～9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。     

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。     

页岩气井固井水泥浆体系研究

页岩气井固井对目前固井技术提出了新的要求,通过分析页岩气开采过程中对水泥浆体系的特殊要求,研究了弹性水泥浆体系(SFP)配方的基本性能,并对弹性材料和增韧材料进行了研究和优选,分析了水泥浆外加剂和外掺料的加量对水泥浆各项性能的影响,阐明了其机理,并对弹性水泥石的弹性模量及抗折性能进行了评价和分析。研究的水泥浆体系成功应用于黄页1井页岩气储层段,固井质量优秀,满足了该井的压裂要求。     

水泥浆对强敏感性砂岩储层损害评价

以南堡油田Ed1强敏感性砂岩储层为研究对象,结合固井作业特点和水泥浆特性,利用浊度法、观察法及岩心流动实验评价方法,分析评价了固井水泥浆与强敏感性储层流体及岩石的配伍性,同时考察了不同井眼条件下水泥浆对储层渗透率的影响,建立了评价水泥浆影响储层渗透性的实验方法,提出了类似区块固井过程中的储层保护建议.     

小井眼开窗侧钻井固井工艺技术

应用小井眼开窗侧钻技术是降低钻井综合成本,提高原油产量的重要途径之一。针对在小井眼开窗侧钻井固井过程中存在的主要技术难题进行了研究,并在吐哈、中原、胜利、辽河等油田的现场应用中取得了成功。应用效果证明,该技术所制定的固井工艺方案合理,适用性强,设计开发的?101.6mm及?88.9mm系列尾管固井工具可靠性好,适用范围广,解决了小井眼开窗侧钻技术发展面临的主要技术难题,提高了固井质量,降低了钻井成本,具有较好的应用推广价值。     

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固井作业对地层的损害不同钻井液引起的损害有相似的原因和规律，也有其特殊的作用机理和损害。水泥浆对川东石炭系碳酸盐岩气层的损害主要表现为滤液和固相颗粒侵入地层，引起地层泥膜及化学反应，堵塞裂缝和孔隙，使油，气通道面积缩小。文章介绍了种东石炭系碳酸盐岩地层的特片及固进水泥浆对油气层造成的各种伤害，并介绍了适合川东保护油气层固井的水泥外加剂，水泥外加剂配方及保护产层的固井方法等。     

裂缝性基岩油藏固井技术在栗2井的应用

栗2井位于泌阳凹陷南部陡坡栗园断鼻构造带上,其下部基岩岩性主要为大理岩,裂缝、缝洞发育,是较好的储层。针对该井地下岩层情况和固井封固段较长,固井施工压力大,易造成水泥浆漏失低返和水泥浆易污染油藏等技术难题,开展了相应研究与分析工作,采用了分级注水泥器、管外封隔器和防漏增韧低密度高强度水泥浆体系相结合的固井技术。该技术降低了固井施工安全风险,提高了固井质量,有效地保护了裂缝性基岩油藏,经济效益明显。     

川西地区须家河组气藏深井固井的难点及对策

川西地区上三叠统须家河组气藏具有埋藏深，目的层断层多，地层破碎，泥页岩易坍塌掉块，同一裸眼井段压力系数差别大（须五段至须三段地层压力系数接近2.0，目的层须二段地层的压力系数为1.5左右），天然气显示活跃且气层多，固井防气窜难度大等固井难点。针对上述问题，提出了安全固井的对策：①对于易漏失地层的固井，可采用连续正注反挤固井作业；②对于长裸眼井段固井，如果地层承压能力不能满足单级注水泥，可采用多级注水泥方式，在条件允许的情况下可用双胶塞注水泥；③对于表层大尺寸套管固井，采用内插管固井；④对于油气层尾管固井，尽量采用旋转尾管固井，优化设计水泥浆性能，以达到替净井内钻井液进而提高固井质量的目的。     

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。     

保护石炭系气层的固井技术

固井作业对地层的损害不仅同钻井液引起的损害有相似的原因和规律，也有其特殊的作用机理和损害。水泥浆对川东石炭系碳酸盐岩气层的损害主要表现为滤液和固相颗粒侵入地层，引起地层泥膜及化学反应，堵塞裂缝和孔隙，使油、气通道面积缩小。文章介绍了川东石炭系碳酸盐岩地层的特征及固井水泥浆对油气层造成的各种伤害，并介绍了适合川东保护油气层固井的水泥外加剂、水泥外加剂配方及保护产层的固井方法等。     

吉林油田低密度水泥浆体系的研究与应用

吉林油田开发的新区块中,多数井井深为1500～2500 m,井下情况复杂,井漏、井塌现象时有发生、地层油气水活跃,给固井施工造成了很多困难,也严重影响了固井质量.为解决这些区块的固井技术难题,研究出并且应用了低密度水泥浆体系.本文论述了吉林油田针对各地区的不同特点,使用不同低密度水泥浆体系的情况,如在英台地区使用复合型低密度水泥浆体系,乾安地区使用降失水低密度水泥浆体系.同时配套使用冲洗液等不同的固井施工工艺,使吉林油田在固井质量方面有了较大的突破,为油田的增产创效做出了较大的贡献.     

伊朗阿扎德干复杂碳酸盐岩油气藏钻井提速技术

伊朗阿扎德干复杂碳酸盐岩油气藏储层埋藏深,非均质性强,裂缝发育并存在多套地层压力体系;钻井液密度窗口窄,漏失频繁;高压盐水侵、溢流、卡钻等事故复杂多发;井眼环空间隙小及封固段长导致固井质量难以保证;钻井速度慢,钻井周期长,针对上述问题,开展了以提速为目标的关键技术研究,形成了以井身结构优化、个性化钻头优选、漏涌同层防漏治漏、当量密度有控固井为主体的钻井提速技术,解决了复杂事故多、固井质量差、机械钻速慢、钻井周期长等技术难题,现场应用效果显著,机械钻速提高70%以上,非生产时间控制在2%以内,固井质量合格率达100%,为中石油海外油气合作项目快速上产提供了有力的技术支撑,对国内外同类大型复杂碳酸盐岩油气藏的勘探开发也具有借鉴和指导作用。