梁志平 邓裕 周四兵 刘宁泽 李彤

摘要：山西大宁-吉县区块属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东部构造，地质条件复杂，煤层的孔隙压力和破裂压力低，钻井过程中均发生不同程度的井漏问题，针对该地区固井难点，满足煤层气井固井的水泥浆体系，要求低密高早强，浆体稳定性好，稠度适宜，同时对煤层的伤害小。为此在水泥浆中加入微硅、漂珠、降失水剂、增韧剂、多功能纤维堵漏剂等，形成低密高强防漏水泥浆体系，有效的防止油气水侵，防止煤层漏失，提高水泥浆的封固质量，现场在吉页平01井应用效果良好。

关键词：煤层气;固井;水泥浆体系;防漏;低密度水泥

一、概况

大宁-吉县区块属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东部构造，地层承压较低，此区块漏层主要为地表黄土层浅层漏失，刘家沟组底部为区域漏失层，石千峰奥陶系顶部裂缝、孔洞发育易漏失，钻井过程中均发生不同程度的井漏问题。煤层多且地破压力低，封固段长，水泥浆防漏、防气窜等性能要求高，煤层段胶结稳定性差，固井施工时易发生坍塌憋堵，憋漏地层。

二、主要地层序列及岩性简述：

和尚沟组：棕红、紫红色泥岩夹同色砂砾岩

刘家沟组：灰紫、灰白色块状砂岩

山西组：深灰、灰色泥岩，浅灰、灰白色砂岩，夹煤

太原组：深灰、褐灰色灰岩，深灰、灰黑色泥岩，浅灰色砂岩夹煤

本溪组：灰黑、深灰色泥岩，浅灰、灰色砂岩，煤

马家沟：褐灰、灰褐、深灰、灰色云岩、灰质云岩、泥质云岩、深灰色灰岩

三、固井技术难点

煤层孔隙压力低，固井时易漏失。煤层的孔隙压力和破裂压力低，水泥浆密度比钻井液密度（1.15-1.25g/cm3）高很多，且要求水泥浆返到地面，因此固井过程中易形成高的过平衡压力，很容易发生漏失，并导致水泥浆低返，影响固井质量。

四、低密度水泥浆技术

满足煤层气井吉页平01井固井漏失的问题，上部水泥浆要求低失水、高早强，浆体稳定性好，稠度适宜，同时对煤层的伤害小。经过大量的室内化验和以往在煤层气固井的经验，我们采用低密高强防漏水泥浆体系水泥浆体系。

1、优选新型堵漏纤维材料，它是一种惰性材料，呈单纤维丝形态，密度约0.91g/cm3，抗拉强度高（≥270MPa）、长度规格5-19mm。其具有高分散性、高悬浮性、安全环保的特点。调配出的纤维堵漏水泥浆，可有效封堵2mm裂缝和3mm孔径漏失，提高地层承压能力。

纤维水泥抑制裂缝发生的能力比无纤维的水泥要高90%～100%，水泥石的渗透系数可降低33%～44%，变形能力增加10%。纤维材料的增韧作用在于：纤维材料能够阻止水泥石中微裂缝的发展，显著增强水泥石的抗裂抗渗能力;纤维水泥中的纤维能与水泥基体共同承受外力。

2、水泥漿密度的调整。根据井底地层压力，确定水泥浆密度为1.40 g/cm3-1.35g/cm3。在水泥中加入漂珠和微硅，由于漂珠不吸水，只需少量水润湿表面，可以降低水灰比，减少水泥石形成时由于水泥浆的过量水而形成的毛细孔道，降低水泥石的渗透性，加入适量的增强剂，提高水泥石的强度，同时，适量微硅粉的加入，改善了漂珠与水泥颗粒的颗粒级配，增加水泥石的致密性和热稳定性。

3、失水与析水。通过多次试验可以观察到，防漏防窜低密度水泥浆体系在失水试验开始后的前60s，滤失量约占30min的60%～70%，这是因为滤液在很短的时间内大量滤出，使得靠近滤网处的非渗透剂浓度急剧增大，形成一层厚度约为0.1～0.3mm的坚韧薄膜，限制了自由水的进一步滤出。因此，水泥浆在流经渗透性地层时，开始瞬间会有少量失水，但随着失水薄膜的迅速形成，控制了后续水泥浆的失水，一方面避免了因失水造成的液注压力损失，也减少了对储层的污染，同时滤饼中的薄膜能起到一定的防气侵作用。通过优选，采用QS-14S降失水剂。该降失水剂呈白色粉末状，不溶于水，够较好的控制水泥浆失水。

4、水泥浆配方及性能：

（1）水泥配方：G级水泥+微硅+漂珠+增强剂+降失水剂+分散剂+漏纤堵漏剂+缓凝剂

（2）试验条件：养护温度75℃ 升温时间34min 压力25MPa

（3）水泥浆性能：密度1.40kg/cm3 流动度23cm 稠化时间216min 失水量42 ml

抗压强度10.6MPa/48h*75℃

5、低密高强防漏水泥浆体系的抗压性能

水泥中掺入一定比例的漂珠后，相同体积水泥浆内可水化胶结材料也就相应减少了。在上西大宁地区，保证水泥的抗压强度是提高固井质量的关键环节。

在水泥浆体系中加入增强剂，在水泥浆硬化期间，增强水泥颗粒与晶体及漂珠之间的联结，是水化产物尽快形成网架结构，提高水泥石抗压强度。

五、吉页平01井应用情况

吉页平01井是大宁吉县区块区块首口页岩重点水平井。该井为三开井，设计井深3293m，一开用φ445mm钻头钻至450m;二开用φ311.1mm钻头钻至2223m下φ244.5mm套管，三开开用φ215.9mm钻头钻至3293m完钻，下139.7mm套管，要求一次全封返地面。

13：33 -13：48 注前隔液10方;

13：48 -14：40 注低密度水泥50方;

14：40 -15：22 注常规密度水泥41方;

15：22-15：25 压胶塞2方;

15：25-16：05 替清水32.3方碰压20MPa;

现场水泥浆返出地面，经测升幅固井质量优质，得到甲方好评。

六、认识及结论

1.根据煤层气井地层疏松、易漏等特点，选择合适的低密度水泥是提高固井质量的关键。

2.纤维堵漏剂既能提高水泥石韧性，又具有防漏功能，同时解决了固井过程中的水泥浆漏失和水泥石脆性的技术难题，有利于提高固井质量，延长油气井寿命。

3、对于煤层气井应严格控制失水和析水，析水接近于零为宜。

4..水泥浆中加入微硅、漂珠、降失水剂、增强剂、堵漏剂等，形成低密高强防漏水泥浆体系，能够实现山西大宁-吉县区块一次上返及后期甲方开采作业要求。

参考文献：

[1]张德润 张旭等 《固井液设计及应用》上册、下册 北京：石油工业出版社 2000.10

[2]屈建省 许树谦 郭小阳 等《特殊固井技术》北京：石油工业出版社 2006.11