浅谈煤层气井固井存在的问题及技术措施

2022-12-05

一、煤层气井固井存在的问题

1. 煤层气井的缺点

煤层一般埋的深度都是300-1500m, 相对油气井来说比较浅, 导致井底的温度和压力偏低, 远远不及油气井底的温度和气压。煤层的孔隙和割理发育都是双重孔隙结构, 它的超微孔与微孔体积超过50%, 在吸水后, 容易发生井壁垮塌、漏失等情况, 导致孔隙堵塞。

还有, 煤层孔隙的压力梯度一般不会超过0.01MPa/m, 是低压地层压力系数的一种, 它的变化规律没有特性, 难以进行预测, 很难平衡压力固井。

煤层的微孔隙发育, 割理较多, 有较强的非均质性, 且机械强度不高, 力学的稳定性较差, 一旦有外力来袭极易破碎。这个缺点很容易导致煤层坍塌。破碎还会扩大井径的系数。

煤储层的渗透性滞后。煤层有较低的渗透性, 较低的孔隙压力, 这难以让钻井与固井的压力平衡, 容易引起煤层受伤。

2. 煤层气固井的难点

一般情况下, 煤层的破损压力梯度与孔隙压力梯度都较低, 而钻井液密度比水泥浆密度低很多。一般煤层气井封固段是600-1200m, 一般水泥浆因为封固段长需要反出地面, 在固井过程中很容易出现高的过平衡压力, 引起漏失。这不仅会因为水泥浆低返影响固井质量, 还会因为水泥浆渗入煤储层, 给煤层带来极大的损伤。

煤层气井大都是二开结构, 它利用0215.9mm的钻头钻开煤层, 在下面进入0139.7mm的生产套管。固井过程中, 替浆的量较少, 不包括压塞液, 井潜浆一般只有5-11立方米, 注水泥完工后会有水泥浆进入环空。因为替浆量太少, 根本无法让固井实现紊流顶替。固井因为设备和井下条件的限制, 一般无法达到稳流顶替的排量。

煤层的埋藏较浅, 而且井底的温度较低, 尤其上部井段的温度, 在低温的情况下, 水泥浆水化的速度很慢。水泥浆有较难的配方设计, 而且水泥石的强度在早期过低。

水泥浆向地层流失的水量过大, 容易给煤层带来伤害。水泥浆极其容易流失到地层, 失去原有的性能。这不仅会影响到煤层的封固性, 还会给煤层带来伤害。影响这些情况发生的因素有:在固井过程中, 平衡压力过大, 导致水泥浆流向地层, 即使水泥浆使用了降失水剂, 也无法阻止水泥浆流向地层;固井因为地层上部疏松, 吸水性强, 所以煤储层遇水后, 会在毛细管的强力作用下加强煤层的吸水作用;还有, 因为煤层气井较浅, 井底的温度过低, 所以在候凝过程中使水泥浆常处于液态, 加大向地层的流失。

3. 煤层气井固井存在的问题

缺乏关于煤储层特点的合理设计体系。和普通的油气井不一样, 煤层的埋藏较浅, 孔隙的压力较低, 破裂压力也低还有渗透度也低。所以, 针对煤储层的这个特点我们需要设计一个科学合理的煤层的固井技术。

水泥浆的性能差。现在煤层气井固井时, 我们还没有针对煤储层埋藏较浅、井底温度和压力较低、易损伤等问题, 还未研究出适用于煤层气固井的水泥浆体系和外加剂。

在固井过程中, 对煤层的保护措施不够完善。煤储层的渗透性较低, 是低渗储层的一种, 每一环节的污染都会给煤层带来永久性伤害。

二、针对所出现的问题采取的技术措施

1. 选择适宜的外加剂

合格煤层气固井的水泥外加剂特点是:低温快凝、低失水、高早强, 同时还要减少对煤层的伤害。通过多次试验研究, 得到了适合煤层气固井的早强降失水剂, 它是把早强剂和降失水剂搅拌在一起起来得到的, 早强剂和降失水剂的配和较好, 这样就不会损坏降失水剂的流失性能。在温度较低时, 浆体较稳定, 失水量一般不会超过30m L (6.9MPa, 30min) , 它的性能高于一般的降失水剂。在低温下, 水泥石有较强的发展速度, 而且带有膨胀作用, 可以排出套管外面剩余的钻井液, 把非韧性滤饼压实, 让水泥石、第一界面和第二界面的胶结性能保持一个良好的状态。在水泥浆与地层间压差的作用下, 会在界面处形成一个致密性较好的低渗透滤失膜, 保证水泥浆体系中的失水量适度。在水泥凝固以后, 水泥基质中的孔隙会被降失水剂堵塞, 水泥石的渗透率会降低。我们可以通过调整早强剂的用量进而调整水泥浆稠化时间, 来满足不同井深的固井需求。

2. 注水泥的工艺

下面介绍三种注水泥工艺。首先, 我们可以常规的密度水泥浆来封固煤层和煤层150m以上的井段, 用高强度、致密性强的水泥石紧凑地封固产层, 来达到射孔、压裂和长期采气的要求。然后, 可以把煤层气井全井封固, 用低密度水泥浆把煤层以上的充填段封固起来, 用低密度水泥浆和常规密度水泥浆配制来改变平衡压力过强的情况, 提高固井质量和保护煤储层的结合度。最后, 还可以考虑塞流注水泥技术。在塞流注水泥时, 两相界面上会出现聚集物质, 在井眼的扩大段与不规则段, 会有类似活塞一样的顶替作用产生, 这样也能起到好的顶替效果。在注水泥和替浆时, 能控制环空返速不超过0.45m/s。