煤层气井固井工艺新技术

300克=水泥：粉煤灰=1：2 2.5 465 1.39 34 49-50° 4：07 4：28 21 4：08 4：31 23 3：55 4：16 21 3：39 3：58 19 3：22 3：48 26 2：54 3：07 13 2.5 445 1.43 33 2.5 415 1.47 32 2.5 380 1.50 30.5 2.5 350 1.55 29 2.5 320 1.59 27
表7返至300m以上成本核算
水泥成本（元） 7.06×700=4942 水泥+粉煤灰成本（元） 3.74（水泥）×700+3.74（灰）×100=2992 早强剂成本（元） 合计（元） 0.025×8000=200 1750
成本控制
如果全部封固段均采用混浆，上部250m用1：2（水泥：粉煤灰），下部200m用1： 1（水泥：粉煤灰）进行计算，单井可以节约成本5000-7000元左右。 表8
室内试验
表2 粉煤灰室内试验（水泥：粉煤灰=1：1）
编号 水灰比
1 2 3 4 5 6
0.68
0.58
0.51
0.68
0.58
0.51
水泥重量/g 添加剂/% 总液量/ml 比 重/g/cm3 流动度/mm 养护温度 初凝时间/h 终凝时间/h 间隔时间/min
300克=水泥：粉煤灰=1：1 2.5 410 1.50 29 49-50° 4：50 5：10 20 4：25 4：43 18 4：03 4：29 26 2.5 370 1.53 25.5 2.5 345 1.57 22
简介
根据煤层气井的特点，从现场应用 和成本考虑，试验成功了“穿鞋戴帽， 留出煤层”的固井新工艺。该方法是将 常规固井时煤层段的水泥浆用一种高浓 度盐溶液代替，添加一定的隔离液，使 水泥浆结合面无混浆段。固井时，只需 要计算好分段水泥浆量和煤层段盐溶液 量即可。该方法简单易行，极大程度上 保护了煤层，可以在煤层气固井中推广 应用。
煤层气井固井工艺新技术
汇报提煤灰固井技术的成功实验和应用 三、绕煤层固井技术的实验及施工 四、结论
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一、固井工艺的优化和改进 二、粉煤灰固井技术的成功实验和应用 三、绕煤层固井技术的实验及施工 四、结论
韩城地区地层特点
韩城矿区地形复杂，高差 470m—1200m，由东南向西北 渐高；整体上为北东向展布、向 西北倾斜的单斜构造，浅部发育 断层及次级褶曲、深部构造简单。 区内构造类型多样，展布方向及 相互关系复杂。高角度裂隙发育， 部分自营区块地层漏失严重，属 于低渗欠压地层。图1 由于初期对韩城地区地层认 识不足，同时煤层气也是一个新 兴的行业，与油气田开发有很大 的不同。刚开始采用的是油田那 套固井设计，出现了一些问题， 因此，我们对原有的固井方案做 出了一些改进。 图1 韩城地区构造图
水泥类型
水灰比
造浆量
密度(g/cm3)
纯水泥
1.85 水泥+粉煤灰
0.45
0.88
1.85±0.05
3.67
0.51
0.90-1.00
1.75±0.05
6.10
0.25
表6 表层套管成本核算
水泥成本（元） 3.67×700=2545 水泥+粉煤灰成本（元） 1.5（水泥）×700+2.25（灰）×100=1275 早强剂成本（元） 0.025×8000=200 合计 （元） 1070
300克=水泥：粉煤灰=2：1 2.5 410 1.49 31 2.5 375 1.54 28.5 2.5 345 1.58 25.5
4：04 4：29 25
4：56 5：15 19
3：42 4：06 24
室内试验
表3 粉煤灰室内试验（水泥抗压强度） 水泥：粉煤灰 （质量比） 1:2 温度 °C 50 压力 环境 常压 凝固时间 H 24 48 抗压强度 MPa 5.2 11.4
水泥成本（元）
整体成本核算
早强剂成本（元） 合计（元）
水泥+粉煤灰成本（元）
7.06×700=4942 3.67×700=2545 5.98×700=4186
2.49（水泥）×700+4.99（灰）×100=2144 1.50（水泥）×700+2.25（灰）×100=1275 2.99（水泥）×700+2.99（灰）×100=2392
隔离液
煤层
计量顶替液量 井底水泥 图6 简易原理图
物理方法
为避免固井作业对煤层的伤害，目前 绕煤层固井是消除固井作业对煤层伤害最 有效的固井技术，其基本思路是在套管串 中主力煤层部位安装绕煤层固井工具。注 水泥时，水泥浆到达煤层底部时经绕煤层 固井工具进入导流管，并从煤层顶部进入 环空。绕煤层固井时，水泥浆不与煤层接 触，避免了固井水泥浆对煤层的伤害。与 常规套管固井相比，在绕煤层段套管与煤 层间无水泥环，减少了射孔阻力，增进了 射孔弹的穿透深度，有利于后期作业，且 最大程度上保护了近井地带的渗透性 。
规格 钻头
Φ311.1mm×50.00m
成本预算
水泥 粉煤灰 （元/吨） （元/吨） 添加剂 （元/吨）
规格 套管
Φ215.9mm×862.00m
700 Φ244.5mm×50.00m Φ139.7mm×860.00m
100
8000
成本控制
表5 表层套管纯水泥浆固井水泥用量对比
环容 (m 3) 水泥/水泥+ 粉煤灰用 早强剂（%） 量（t）
1:1
50
常压
24
48
9.8
15.4
图4 水泥石样品胶结图
现场应用
根据实验室研究成果，结合韩城地 区地质条件，选取了几口井作现场实 验，平均密度可降至1.40g/cm3，声 幅曲线显示第一界面和第二界面胶结 情况良好，岩性的影响也不明显。见 图5。
图5 粉煤灰固井声幅图
成本控制
根据现场实验，表层套管按照封固60m，生产套管水泥返至煤层以上300m 进行计算，单口井固井费用可以节省RMB5000-7000元。 表4
对原固井方案的几点改进
1、减少前置液用量，改变前置液性能，加入适当的化学处理剂（降失水剂 或复合纤维），使其粘度不低于循环时钻井液的粘度，减少其对井壁的冲 刷； 2、进一步降低最上部100-150m水泥浆的密度 。 3、在水泥浆中加降失水剂（1.3-1.5%）和减阻剂（0.2%），尤其在煤层 以上60-80m的水泥浆中加入早强剂，目的是为了保证封固石盒子组底部的 大段砂岩，部分砂岩裂缝发育，容易发生漏失。
粉煤灰水泥浆体系具有3大优势：（1）降低密度，减轻污染；（2） 节约成本；（3）增加固井施工的成功率
室内试验
根据水泥和粉煤灰的不同配比，实验不同的添加剂，测定固井参数及抗压强度 等。试验数据见表1、表2和表3。图4是不同比例样品的胶结图片。 表1 粉煤灰室内试验（水泥：粉煤灰=1：2）
编号 水灰比 水泥重量/g 添加剂/% 总液量/ml 比 重/g/cm3 流动度/mm 养护温度 初凝时间/h 终凝时间/h 间隔时间/min 1 0.84 0.77 2 3 0.68 4 0.60 0.52 5 6 0.44
图3
固井施工现场
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一、固井方案优化和改进 二、粉煤灰固井技术的成功实验和应用 三、绕煤层固井技术的实验及施工 四、结论
来源及优势
从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰。其主要化学成分 有二氧化硅,氧化铝,三氧化铁,氧化钙和三氧化硫,属硅铝型低钙粉煤灰。 韩城粉煤灰资源丰富，价格低廉，只有常规G级油井水泥的1/7。粉煤 灰往往被电厂当做工业废料直接倒掉，因此可以很容易获得原料。 常规水泥浆体系固井成本高，密度只能控制在平均1.60g/cm3以上， 对煤层有较大的压力污染和固相侵入污染。
隔离液
煤层
计量顶替液量 井底水泥 图6 简易原理图
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一、固井工艺的优化和改进 二、粉煤灰固井技术的成功实验和应用 三、绕煤层固井技术的实验及施工 四、结论
结论
本文提到的两种固井新工艺“粉煤灰固井”和“绕煤 层固井”都是从保护煤层，提高固井成功率，降低成本等 角度试验成功的，适合现场做推广应用的方法。
规范现场操作，加强钻井方和固井方的沟通和交底
1、对于钻井过程中漏失 比较严重的井，固井之前 井队进行憋压实验，对于 不同段井深的井采取憋压 相应压力，确保固井时， 水泥浆不压穿地层；憋压 实验见图2
图2
憋压实验现场
规范现场操作，加强钻井方和固井方的沟通和交底
2、前100m封固段水泥浆密度控制在 1.50-1.55g/cm3之间，其余井段控制在 1.60-1.65g/cm3之间，泵入排量小于或 等于循环钻井液时泥浆泵的排量 ； 3、控制好压塞，顶替水泥浆的排量 500L/min，使其达到紊流或塞流流态， 计量顶替，小排量缓慢碰压； 4、每口井都要取小样（用现场水）做 稠化实验 ； 5、固井前检查好施工设备，管汇，闸 阀，确保固井施工的连续性。
成本控制
表6
水泥类型
纯水泥 7.48 水泥+粉煤灰 0.60 0.90-1.00 1.55±0.05 6.78 0.25~0.30 替量 (m 水灰比 3) 0.77
返至300m以上水泥用量对比
密度(g/cm3)
1.65±0.05 水泥/水泥+ 早强剂（%） 粉煤灰 用量（t） 7.06
造浆量
1.06
0.025×8000=200 0.025×8000=200 0.025×8000=200
5262
因此，我们将继续对不同配比的粉煤灰水泥浆体系及添加剂做进一步研究，形 成适合韩城地区及其它分公司地区地层和压力系统的配方，不但可以降低成本而 且可以有效降低常规水泥浆体系对煤层的污染。
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一、固井工艺的优化和改进 二、粉煤灰固井技术的成功实验和应用 三、绕煤层固井技术的实验及施工 四、结论