煤层气固井过程中的储层伤害与保护

如膨润 土 、 硅藻 土 、 胀珍 珠 岩 、 桃 壳 、 炭 、 膨 核 焦 硬沥青 、
孔 喉 中， 堵塞煤层 气孔道 。水泥浆对地层 的损害是 在钻
井 液损害地层之后 ， 钻井液 在井壁上形成 的泥饼能 阻挡 水泥颗 粒的侵入 ， 是煤 层 气井 钻井 液性 能差 ， 井壁 但 在 上形成 的泥饼疏松 ， 因而其 阻挡力较小 。煤 层属于低 压 储层 ， 如果 固井过程 中发 生井 漏 ， 水 泥浆 就会 进 入地 则 层 深部 ， 煤储层造成严 重伤 害。 对 ２ ２ 水 泥浆滤液对煤储 层 的伤 害 ．
膨胀 的性质 ， 同时会导致 储层孔隙度 和渗透 率大幅度降 低， 且煤 吸 收液 体并导致基 质膨胀 和渗透率 降低 的过程
是 近乎不 可逆 的 。 ２ ３ 煤储 层压 力低 ． 固井过程 中易发 生井漏 ． 在 煤层 储层压力 低 ， 固井 时水泥浆密 度过大或施 工不
当时 ， 环空 静液柱 压力与流动 阻力之 和很 容易超过地层 破裂 压力 而造成水 泥浆 的漏失 。水泥 浆 的漏 失 一方 面
西部探矿 工程
破裂 ， 生微 间隙 。以上均不利 于固井质量 的提高 。 产 （ ） 泥浆配方 设计 困难 。煤 层气 井较 浅 ， ６水 井底 温
度低 ， 般 在 ２ ℃ ～ ４ ℃ 之 间 ， 上 部 井 段 温 度 则 更 一 ５ ５ 其
２ １ 年第 ３ ０１ 期
的最 主要 的原 因 。煤本 身 具有 吸 收液 体 和气体 而 产生
３０ ２０ ０ ￣１ ０ ｍ之 间 。固井水 泥封 固段 过 长 ， 在施 工 过 程
煤储层 的保 护不够 ， 使部 分 井 的试 气 不 理想 、 致 产量 比 较低 ， 影响 了煤层气 的开 发 。本 文基 于煤层气 井 固井 的
特点及 难点 总结分 析 了煤 层气 固井 过程 中煤储 层 伤 害 的主要 因素 ， 以此 为依据 提 出了保护煤 储层 的 固井技 并
摘 要： 煤层 气是储 集 于煤层孔 隙中的天 然气 。煤层 与 一般 的 油 气层相 比， 埋藏 浅、 孔 隙和 裂缝发 微
育 。煤层 的机械 强度和孔 隙度低 ， 易坍 塌 、 易污 染 。根 据 煤层 气 井 的特征 ， 绍 了一般 油 气井 固井 与 介 煤层 气井 固井的 区别 ， 总结 出煤层 气井 固井的特 点及 难 点 。总结 分析 了 固井过程 中煤储 层 伤 害的 主
隙 中的天然 气 ， 过排水 降压使其 解 析出来 口 。我 国煤 通 ］
层气 资源丰 富 ， 新一 轮全 国煤层 气 资 源 预 测结 果 ， 据 在 我 国陆上煤 田埋深 ２ ０ ｍ 范 围 内拥 有 的煤层 气 资 源量 ００ 为 ３． １ Ｏ ６ ８ ×１ ｍ３ 与 我 国陆地 和近 海海 域 １ ５个含 油 ， １ 气盆地 天然气 资源 量 （５ ０ ×１ 挖 ） 当［ ３ ． ３ ０ ｍ３相 ｚ 引。 由于我 国含煤 地层 时 代普 遍 偏 老 ， 在其 沉 积 之 后 ，
井施 工 中对 煤层 的伤 害要小 。和一 般油气 井相 比， 煤层
＊ 收稿 日期 ：０ ００ —８ ２ １—５１
（ ） 岩层 光滑 、 ５煤 不规 则 的解理 面 不 利 于水 泥环 二
界 面的胶 结［ 。随着煤层 气 的开 采 ， 层会进 一步 收缩 ７ ］ 煤
第 一 作 者 简 介 ： 哲 （９ ５）男 （ 族 ） 西 南 石油 大 学 石 油 工 程 学 院 油 气井 工 程 专 业 在 读 硕 士研 究 生 ， 究 方 向 ： 气 井 固井 与完 井 工 程 。 腰世 １８ 一， 汉 ， 研 油
少， 水泥流动 性差 ， 但却不 能增大水灰 比或使用分 散剂 。
与裂缝 ， 并在其 中水 化 固结 堵 塞孔 隙或 喉道 ， 成煤 储 造 层 的永 久性堵塞 。
２ ４ 过 平衡压 力大 。 ． 造成 煤储层渗透 率的降低 经过 多次 的加 压 、 卸压 周期 试验 ， 定不 同压力 下 测
固质量 。
经历 了多次构造 运动 的改造 。这样 ， 不仅 使得 我 国煤 层 气遭 受部 分逸散 ， 利于 煤 层气 的保 存 ， 不 而且 也 使 得 我 国广 大地 区煤储 层在 沉 积压 实及 多 期 构 造运 动 的作 用 下， 煤储层 物性 普遍较 差 ， 使 我 国煤 层 气藏 总 体 表 现 致 为低 压 、 渗 、 饱 和度 的特点 。在 我 国 ， 低 低 由于对 低压 、 低产煤 层气 开发 特点 的研 究 较少 ， 钻 井 、 井 作业 大 其 完 部分还 是采 用与石 油 、 然气 开 发基 本 相 同的技 术 ， 天 对
术 措施 。
中不但 易造 成钻井 液 窜槽 、 泥 浆严 重 漏失 等 问 题 ， 水 而 且 对煤 储层 也损 害严 重 。液 柱压 力 高 ， 对地 层 回压 大 ，
会 造成 水泥浆 较大 的失水 ， 同时会 携带水 泥颗粒 进人地 层， 而且 也会 因为液 柱压力 大而造 成地层 漏失 。
缩， 而且 水泥浆体 由化学收缩 而形 成 的孑 隙全部为连通 Ｌ
孔， 易行成 水窜通道 。在低温条件下 水泥浆失 水控制本
会 导致水泥 浆达不 到设计 返 高 ， 影响 封 固质量 ； 一方 另 面水 泥浆渗入 煤层 ， 体中 的固相 颗粒进入煤层 的孔 隙 浆
来就很 困难 ， 而促凝剂 会增 大水 泥浆 的失水 量 ， 得其 使 失水问题更 为复杂 。另外 ， 在低温下 水泥水化 的需 水量
中图分类 号 ： ２ ６ 文献标识 码 ： 文章 编号 ：０ ４ ５ １ （ ０ Ｏ 一 Ｏ ４ 一 Ｏ ＴＥ ５ Ａ ｌ ０ — ７ ６ ２ ¨） ３ ０ ３ ４ 煤层气 （ Ｂ 是 以吸附 或储 集方 式 存 在 于煤 层 孔 Ｃ Ｍ）
气井 固井 的特点及 难点 主要表 现在 以下几个 方面 ：
要 因素 ， 以此为依 据提 出了保 护煤储 层 的 固井技 术措 施 ， 并 即低 密度 水 泥浆体 系、 温膨胀水 泥浆 、 低 双 凝 水 泥浆 、 双级 固井技 术 、 塞流顶 替技 术和绕 煤层 固井技 术 。 关 键词 ： 煤层 气 ； 固井质 量 ； 水泥浆 ； 双级 固井； 塞流 顶替
因为水灰 比增 大 ， 水泥 浆体 积收 缩 也随 之增 大 ， 抗压 强
度 降低 ， 而现有 油井 水泥分散 剂在低 温条 件下都具有 很
强 的缓凝 作用 。
（） ７煤层 易受 到伤 害 ， 护 煤层 的难 度 大 。煤 储层 保
的煤层渗 透率发 现［ ： ９ 加压 使渗 透率 下 降 ， 卸 压时 渗 ］ 但 透 率只能得 到一定 程度的恢复 ， 渗透率降低 。这说 明煤
降。 ３ 保护煤 储层 的固井技术 ３ １ 低 密度水 泥浆体 系 ．
２ １ 水泥浆 中固相对煤储 层的伤害 ．
煤层气储层孔隙结构分为基质孔隙和裂隙孔隙， 具 有双 重孔隙结构 。煤层 中基 质被 天 然裂缝 网分成 许 多 方块（ 基质块体）基质是主要 的储气空间， ： 而裂 隙是主 要 的渗 透通 道［ 。一旦煤 层 的孔 隙和裂缝受 到损 害 ， ８ ］ 煤 层损 害程 度 比常规 油气层严重得 多 ， 不仅使气 体的渗 流
２１ ０ １年第 ３期
西部 探矿 工程
４ ３
煤 层 气 固 井 过 程 中 的 储 层 伤 害 与 保 护
腰 世 哲 ， 文博 刘 强 靳 ，
（． 南石油 大学石 油工 程学 院 ， １西 四川 成 都 ６ ０ ０ ； １ ５ ０
２ 中 国石化 集 团石油工 程西 南 固井分公 司， ． 四川 德 阳 ６００ ） １８０
通 道受损 ， 而且还会影 响煤 层气 的解 析过程 。
高密 度水泥浆 会产生很 大的正压差 ， 造成储层 应力 敏感 ， 时 如 果 滤 失 量 高 也 会 造 成 大 量 滤 液 侵 入 储 同 层＿ ｌ 】 。水泥 浆 滤 液 的 ｐ 值 较 高 ， Ｈ 容易 与 煤层 发 生反 应后 产生沉 淀 ， 堵塞孔 道 。因此应选 用低密 度水泥浆体 系 。低 密度水 泥浆体 系主要有 以下 ４种类型 ：
低 。低温下低 密 度 水 泥浆 体 系凝 结 时 间长 、 期 强 度 早
低； 在低密度水 泥未形 成强 度前 ， 活跃 的地层 流 体 已经 渗入水 泥浆 中 ， 破坏 了水泥浆 体系 的稳定 性 。为加快 水
泥 的水 化速度 ， 提高早期 强 度 ， 须 加入早 强 剂或 促 凝 必 剂 。常用的促凝早 强材料 通 常会 加剧 水 泥浆 体体 积 收
其 上不 仅叠加 了较厚 的成煤 期后 的沉积 ， 并在 成煤 期后
（） １煤层 机械 强度低 ＿ ， ４ 力学稳 定性差 ， ］ 易坍 塌 。煤
层胶结 强度 低 、 散 ， 松 井壁 易坍塌 形成 “ 大肚 子” 对多 煤 ， 层井段 易成 “ 糖葫 芦” 眼 ， 而导致 固井 过程 中水泥 浆 井 从 顶替效 率低 ， 留的滤饼 和钻井 液严重影 响 了煤 层 的封 残
水泥浆 中固相颗 粒直 径较大 ， 仍有一部 分颗粒直 但
径 较小 ， 于煤储层 的孔 隙直 径 。 因此 ， 环空 液 柱与 小 在 地层 压差作用 下这些 细小 的颗 粒仍 ， 并控 制 游离 液 。一般 加入 粘性 固态无机 物和有机 物的高 吸水材 料和轻质 充填物 ，
渗透性 低 ， 属于低渗 储层 ， 任何 环 节 的污染 都 会对 煤层 造成永久性 伤害 。固井 过程 中如果 水泥浆 的密度高 、 失
水 量大 ， 水泥 浆性能 差或施 工 不 当 ， 很容 易 造成 对煤 层 的伤害 。
２ 固井过程 中的储层伤 害
层存在渗透性滞后现象。煤层 的渗透率低， 孔隙压力 小， 水泥浆 密度大 于钻井 液 密度 ， 固井 过 程易 形成 过平 衡压 力 。当环 空液柱压 力大于煤储层 压力 时 ， 会使作用 在井 筒附近 的净 应力 降低 ， 从而增大 了钻井液 与水泥浆 对煤层 的侵入速 度与浸 入半径 ， 造成 煤储层渗 透率 的下