煤层气井固井技术现状与展望

2022-12-15

煤层气是存在于煤层中的一种非常规的天然气, 它不同于普通的天然气, 不仅有着高热值而其还对环境不构成污染所以有着极其广阔的市场前景。而固井技术就是为了实现层间隔离、支撑和保护套管而将水泥浆注入井壁与套管之间环空的过程。因为煤层气井固井有着其本身的难点, 所以与一般的油气井固井相比, 煤层气井固井技术有着其独有的新问题。

一、煤层气井固井的难点

1. 煤储层埋藏的一般较浅, 温度也低。

由于煤储层的低温会使水泥早期强度低而使得固井候凝时间变长。并且由于井较浅, 会使注入水泥完毕后有一半进入环空。与此同时, 煤岩层光滑和不规则的解理面不利于水泥环二界面的胶结, 对水泥提出较高的要求。

2. 煤储层的压力低属于欠压或者是常压同属于低压的范围。

而且不同地层压力梯度也存在很大的不同, 很难事先预测。稍有施工不当就有可能导致水泥浆低返或者使水泥浆渗入而污染煤层。固井要求低密度水泥浆。

3.

煤层的隔理、裂隙发育等会使得固井即是采用低密度水泥浆也无法有效地解决漏失问题, 严重的影响了水泥浆设计返排高度和固井的质量。

4.

固井对煤层的伤害大, 在过平衡压力的作用下, 很容易使水泥浆渗漏, 进而对煤层造成永久性的伤害使得保护煤层的难度愈加增大。

二、国外煤层气井固井技术现状

全球的煤层储量非常丰富, 各个主要产煤的国家对本国的煤层气工业的开发工作显得非常积极。而世界上煤层气开发勘探工作最早成功的国家是美国。美国的资源主要存在中低阶煤层, 煤层孔隙保存较好, 隔理发育、渗透性好, 他们在开发过程中十分注重对煤层的保护。其核心思想就是通过采用高强度低密度水泥、分级固井、泡沫水泥固井等方法实现低压固井目标。近年来, 国外又在低密度固井水泥和减轻剂材料、机械充氮水泥制备与检测方法上面取得了教导的突破, 开创了新一代的超低密度水泥浆。

三、国内煤层气井固井技术现状

我们国家是煤炭大国, 但是对于煤层气的开发仍然处于起步的阶段。我们应该将我们能源丰富的优势得到有效的利用, 使其对我们国家的发展做出其重大的贡献。我国经过十几年的勘探开发总结相应的经验, 已经取得了一定的成果, 初步形成了一套适合我国煤层条件的工艺。虽然我国有了一定得技术基础, 但是由于政策开发扶持力度有限投入较低而且缺乏实践的经验仍然比较少。

四、我国煤储层的主要特点

与常规油气层相比煤储层主要有以下几个特点:煤层气主要吸附于煤层内表面, 其本身就是主要的储气层;煤岩的主要成分是有机质, 胶结性差, 割理和裂隙相当发育, 这使煤储层易碎, 成岩性差, 给固井带来难度;我国煤层气地质条件复杂, 煤储层机械强度弱, 易破碎、坍塌、稳定性差, 应该根据不同地质条件选择合适的固井方案;煤储层孔隙度和渗透率很低, 储层压力也低, 使得钻井过程中煤层极易受到伤害, 且伤害后极难恢复;煤储层是非均质的, 在同一地区有不同的储层特征比如渗透率、压力、饱和度、含气量等, 同时还有不同的地质特征如煤级、煤厚、裂隙等, 由于煤层的这些独有特性, 我们要采取适合的固井水泥浆工艺和技术方案。

针对我国的煤层特点, 采用的主要固井技术有以下几种:

1. 低密度水泥浆

低密度水泥浆主要有两种, 一种是漂珠低密度水泥浆, 另一种是粉煤灰低密度水泥浆。由于煤层孔隙压力梯度低容易被污染, 采用低密度水泥浆固井可以降低环空的液柱压力, 防止固井过程中水泥浆的漏失, 减轻对煤层的伤害。

2. 双级固井技术

井深约1000m左右的煤层气井固井, 有的采用了双级固井技术, 分级箍位于煤层的顶部。一级水泥凝固以后再注二级水泥。这种技术减少了一次注水泥的量, 降低了环空液柱压力, 有利于对煤层的保护。但是双级固井的作业成本和风险都较高。

3. 塞流顶替技术

煤层气井套管下入浅, 替浆量少, 而井径扩大率一般又比较大, 顶替时很难达到紊流顶替的排量, 采用紊流顶替对设备和水泥浆性能要求也比较高。塞流顶替是比较理想的顶替方式。这种技术对工艺和设备的要求都不高, 而且对水泥浆的要求也不十分严格。塞流顶替时接触时间长, 顶替效率高, 益于施工。

4. 超低密度固井技术

中国石油大学和辽河石油勘探局钻井一公司在07年合作研究出适用于煤层固井的低温超低密度水泥浆体系, 比较好的解决了煤层气固井漏失问题。

五、煤层气井固井技术的展望

煤层气的开发和利用对于环保和改善我国的能源结构等方面都有很大的功效, 这样就使得煤层气的开发的必要性和紧迫性越来越强。对于煤层气开发, 应该充分认识不同煤储层的物性特点, 根据不同的情况重视钻井的新技术在煤层开发和提高煤层产量上的推动作用, 改变以往对煤层气井固井不重视的现状, 加强固井技术的研究与应用。今后的固井技术仍然将坚持低压固井为基础, 要时刻注意保护煤层的关键性开发新技术、新材料提高前置液的防漏、堵漏等综合性能, 以提高固井技术。未来我们要从固井水泥浆体系:水泥浆的密度, 滤失性能, 流变性能和双膨胀性能;固井技术措施:优化水泥参数, 固井工艺:采用塞流顶替技术, 套管居中技术, 控制水泥返高, 绕煤层固井等诸多方面加强固井技术的研究, 推动泡沫水泥在煤层气井固井中的应用, 使未来的固井技术达到一个新的高度。

摘要：煤层气是储集于煤层孔隙中的天然气, 是一种优质、高效、清洁的能源, 其开发和市场利用价值的前景十分广阔。煤层与一般的油气层相比, 埋藏浅, 微孔隙和裂缝发育。其机械强度和孔隙度低, 易坍塌、易污染。这种特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。本身用气体钻井方式开采煤层就是一种有效的保护储层的手段, 被国内外的油田开采广泛的应用。煤层气井固井技术是煤层气井钻井关键技术之一。为促进我国煤层气井固井技术的发展, 我们要总结国内外煤层气井固井技术研究的进展, 考虑中国不同煤阶及煤储层的特点及后期开采的需求来提高我国煤层气井固井技术。

关键词：煤层气,固井技术,固井工艺,双级固井