保护煤储层的固井技术

由于煤层气井机械强度低，易破碎，裂缝发育，常规固井水泥浆密度大，形成压差大，易造成地层漏失，滤液和固相颗粒堵塞孔道等伤害，影响煤层气的开发。因此，可将油气井固井技术和煤层气地层特性有机结合，形成煤层气固井水泥浆体系。

（1）低密度水泥浆体系

高密度水泥浆会产生很大的正压差，造成储层应力敏感，同时如果滤失量高也会造成大量滤液侵入储层。水泥浆滤液的pH值较高，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，如加入高比例黏性固态无机物和有机物的高吸水材料和轻质充填物（膨润土、硅藻土、膨胀珍珠岩、核桃壳、焦炭、硬沥青、水玻璃、油基乳化液等），这类水泥浆的密度可控制在1.4～1.6g／cm3；用钻井液、矿渣、微硅、微珠通过钻井液转化为水泥浆技术（MTC），水泥浆密度可调至1.32～1.60g／cm3；加入细小但耐压的中空玻璃球和微珠，这类材料的密度在0.4～0.8g／cm3范围，故该类水泥浆的密度可控制在1.2～1.4g／cm3范围，有的目前已达到1.0g／cm3左右；采用机械充气或自身发气方法而配制的泡沫水泥浆体系，其密度可控制在0.7g／cm3。

（2）低温膨胀水泥浆

膨胀水泥浆具有凝固过程体积膨胀的效果，该水泥体系主要用于易产生“微环隙”的井固井施工。低温下可以产生膨胀的水泥体系有钙矾石体系和加膨胀剂的发气水泥浆。钙矾石体系属于钙矾石体系的膨胀水泥，国外主要有K、S、M型，国内有SEP型产品。这类膨胀水泥主要由钙、铝（或少量镁）的氧化物和石膏构成，以一定细度的煅烧熟料或生料构成，有时需要掺入部分铝酸盐水泥组成膨胀水泥。铝钙（镁）氧化物和石膏等组分在水泥水化时生成高硫型硫铝酸钙（钙矾石）结晶，并在水化过程中晶体不断长大使水泥石体积膨胀，故可补偿水泥硬化时发生的体积收缩。加膨胀剂的发气水泥浆是在水泥浆中加入铝粉等低温膨胀剂，一般加量为0.3%～0.6%，水泥浆注入井眼后，发生反应产生气体膨胀，以阻止地层流体侵入水泥环，同时也使水泥基体膨胀，充填水泥凝固后体积收缩留下的微间隙。

（3）双凝水泥浆

固井后在水泥浆凝固过程中发生气窜是气层固井中的难题，该问题在煤层气井中也较为突出。煤层气储层低压低渗，气层多，含气井段较长，压力梯度不等，固井时易发生气侵窜槽，造成水泥石界面胶结不良，出现空心。

为了确保在水泥浆凝固过程中失重时能够压稳地层，采用“双凝水泥浆”，要求两种水泥浆初凝时间差必须在1h以上。气层段水泥浆中加入低温促凝剂，缩短稠化时间和过渡时间，提高水泥石早期强度；上部水泥浆保证在下部水泥浆“失重”时能压稳地层，避免地层流体侵入，影响水泥石质量。(www.xing528.com)

双凝水泥浆具有较强的触变性能，搅拌下可长达4～5h，一旦静止立即变稠，进而形成水泥石结构。当速凝浆注入环空静止候凝时，上部缓凝浆还未达到初凝，这时整个环空压力仍大于地层压力，地层流体不能流入井内，待上段水泥浆凝固产生失重现象时，下部井段的水泥浆已形成较高的胶凝强度，有效地阻止了地层流体的内窜。

（4）双级固井技术

煤层气常规固井施工时一次性封固段过长，固井注水泥量过大，施工时间过长，施工隐患也就越多。井深约1500m的煤层气井固井，可以采用双级固井技术，把长封固段改为短封固段施工，其分级箍位于煤层的顶部。待一级水泥凝固以后，再注入二级水泥。双级固井减少了单级封固段长度，一次注水泥量也随之减少，降低了环空的液柱压力，从而可以防止固井时压破地层，有利于保护煤储层。另外，单级封固段长度减少，水泥浆柱失重也较小，可以防止气窜的发生。一级水泥和二级水泥可以分别采用不同的水泥浆体系和水泥浆配方，也降低了水泥浆配方设计的难度。

（5）塞流注水泥顶替技术

煤层气井套管下入浅，替浆量少，而井径扩大率一般又比较大，顶替时很难达到紊流顶替的排量，采用紊流顶替对设备和水泥浆性能要求也比较高。塞流注水泥技术，是在两相界面上形成聚集物质，在井眼扩大段及不规则段，产生类似活塞的顶替作用，可以取得较好的顶替效果。塞流顶替降低了环空流动阻力，减少了对煤层渗透率的损害；所用设备和人员，也都比紊流顶替时少一半，从而大大降低施工成本。塞流顶替对工艺和设备的要求相对较低，对水泥浆性能的要求也不十分严格。所以，塞流顶替是比较理想的顶替方式。

（6）绕煤层固井技术

绕煤层固井技术是目前消除固井作业对煤层伤害最有效的技术，其基本技术思路是在套管串中主力煤层部位安装绕煤层固井工具。在注水泥过程中，当水泥返到目的煤层底部时，利用套管串上安装的绕煤层固井工具将水泥浆引入井内，在非目的煤层部位又将水泥浆引到环空。这种方法使水泥浆不与煤层接触，避免了水泥浆渗入煤层造成对煤层的伤害。对于单煤层或主煤层较厚的多煤层，采用绕煤层固井是一种较好的方法。