煤層氣井固井技術(shù)現(xiàn)狀與展望

楊昌勇(中石化中原石油工程有限公司固井公司 457001)

煤層氣是存在于煤層中的一種非常規(guī)的天然氣，它不同于普通的天然氣，不僅有著高熱值而其還對環(huán)境不構(gòu)成污染所以有著極其廣闊的市場前景。而固井技術(shù)就是為了實現(xiàn)層間隔離、支撐和保護套管而將水泥漿注入井壁與套管之間環(huán)空的過程。因為煤層氣井固井有著其本身的難點，所以與一般的油氣井固井相比，煤層氣井固井技術(shù)有著其獨有的新問題。

一、煤層氣井固井的難點

1.煤儲層埋藏的一般較淺，溫度也低。由于煤儲層的低溫會使水泥早期強度低而使得固井候凝時間變長。并且由于井較淺，會使注入水泥完畢后有一半進入環(huán)空。與此同時，煤巖層光滑和不規(guī)則的解理面不利于水泥環(huán)二界面的膠結(jié)，對水泥提出較高的要求。

2.煤儲層的壓力低屬于欠壓或者是常壓同屬于低壓的范圍。而且不同地層壓力梯度也存在很大的不同，很難事先預(yù)測。稍有施工不當(dāng)就有可能導(dǎo)致水泥漿低返或者使水泥漿滲入而污染煤層。固井要求低密度水泥漿。

3.煤層的隔理、裂隙發(fā)育等會使得固井即是采用低密度水泥漿也無法有效地解決漏失問題，嚴重的影響了水泥漿設(shè)計返排高度和固井的質(zhì)量。

4.固井對煤層的傷害大，在過平衡壓力的作用下，很容易使水泥漿滲漏，進而對煤層造成永久性的傷害使得保護煤層的難度愈加增大。

二、國外煤層氣井固井技術(shù)現(xiàn)狀

全球的煤層儲量非常豐富，各個主要產(chǎn)煤的國家對本國的煤層氣工業(yè)的開發(fā)工作顯得非常積極。而世界上煤層氣開發(fā)勘探工作最早成功的國家是美國。美國的資源主要存在中低階煤層，煤層孔隙保存較好，隔理發(fā)育、滲透性好，他們在開發(fā)過程中十分注重對煤層的保護。其核心思想就是通過采用高強度低密度水泥、分級固井、泡沫水泥固井等方法實現(xiàn)低壓固井目標。近年來，國外又在低密度固井水泥和減輕劑材料、機械充氮水泥制備與檢測方法上面取得了教導(dǎo)的突破，開創(chuàng)了新一代的超低密度水泥漿。

三、國內(nèi)煤層氣井固井技術(shù)現(xiàn)狀

我們國家是煤炭大國，但是對于煤層氣的開發(fā)仍然處于起步的階段。我們應(yīng)該將我們能源豐富的優(yōu)勢得到有效的利用，使其對我們國家的發(fā)展做出其重大的貢獻。我國經(jīng)過十幾年的勘探開發(fā)總結(jié)相應(yīng)的經(jīng)驗，已經(jīng)取得了一定的成果，初步形成了一套適合我國煤層條件的工藝。雖然我國有了一定得技術(shù)基礎(chǔ)，但是由于政策開發(fā)扶持力度有限投入較低而且缺乏實踐的經(jīng)驗仍然比較少。

四、我國煤儲層的主要特點

與常規(guī)油氣層相比煤儲層主要有以下幾個特點：煤層氣主要吸附于煤層內(nèi)表面，其本身就是主要的儲氣層；煤巖的主要成分是有機質(zhì),膠結(jié)性差,割理和裂隙相當(dāng)發(fā)育，這使煤儲層易碎,成巖性差,給固井帶來難度；我國煤層氣地質(zhì)條件復(fù)雜，煤儲層機械強度弱,易破碎、坍塌、穩(wěn)定性差，應(yīng)該根據(jù)不同地質(zhì)條件選擇合適的固井方案；煤儲層孔隙度和滲透率很低,儲層壓力也低，使得鉆井過程中煤層極易受到傷害，且傷害后極難恢復(fù)；煤儲層是非均質(zhì)的,在同一地區(qū)有不同的儲層特征比如滲透率、壓力、飽和度、含氣量等，同時還有不同的地質(zhì)特征如煤級、煤厚、裂隙等，由于煤層的這些獨有特性,我們要采取適合的固井水泥漿工藝和技術(shù)方案。

針對我國的煤層特點，采用的主要固井技術(shù)有以下幾種：

1.低密度水泥漿

低密度水泥漿主要有兩種，一種是漂珠低密度水泥漿，另一種是粉煤灰低密度水泥漿。由于煤層孔隙壓力梯度低容易被污染，采用低密度水泥漿固井可以降低環(huán)空的液柱壓力，防止固井過程中水泥漿的漏失，減輕對煤層的傷害。

2.雙級固井技術(shù)

井深約1000m左右的煤層氣井固井，有的采用了雙級固井技術(shù)，分級箍位于煤層的頂部。一級水泥凝固以后再注二級水泥。這種技術(shù)減少了一次注水泥的量，降低了環(huán)空液柱壓力，有利于對煤層的保護。但是雙級固井的作業(yè)成本和風(fēng)險都較高。

3.塞流頂替技術(shù)

煤層氣井套管下入淺，替漿量少，而井徑擴大率一般又比較大，頂替時很難達到紊流頂替的排量，采用紊流頂替對設(shè)備和水泥漿性能要求也比較高。塞流頂替是比較理想的頂替方式。這種技術(shù)對工藝和設(shè)備的要求都不高，而且對水泥漿的要求也不十分嚴格。塞流頂替時接觸時間長，頂替效率高，益于施工。

4.超低密度固井技術(shù)

中國石油大學(xué)和遼河石油勘探局鉆井一公司在07年合作研究出適用于煤層固井的低溫超低密度水泥漿體系，比較好的解決了煤層氣固井漏失問題。

五、煤層氣井固井技術(shù)的展望

煤層氣的開發(fā)和利用對于環(huán)保和改善我國的能源結(jié)構(gòu)等方面都有很大的功效，這樣就使得煤層氣的開發(fā)的必要性和緊迫性越來越強。對于煤層氣開發(fā)，應(yīng)該充分認識不同煤儲層的物性特點，根據(jù)不同的情況重視鉆井的新技術(shù)在煤層開發(fā)和提高煤層產(chǎn)量上的推動作用，改變以往對煤層氣井固井不重視的現(xiàn)狀，加強固井技術(shù)的研究與應(yīng)用。今后的固井技術(shù)仍然將堅持低壓固井為基礎(chǔ)，要時刻注意保護煤層的關(guān)鍵性開發(fā)新技術(shù)、新材料提高前置液的防漏、堵漏等綜合性能，以提高固井技術(shù)。未來我們要從固井水泥漿體系：水泥漿的密度，濾失性能，流變性能和雙膨脹性能；固井技術(shù)措施：優(yōu)化水泥參數(shù)，固井工藝：采用塞流頂替技術(shù)，套管居中技術(shù)，控制水泥返高，繞煤層固井等諸多方面加強固井技術(shù)的研究，推動泡沫水泥在煤層氣井固井中的應(yīng)用，使未來的固井技術(shù)達到一個新的高度。

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