河北省煤田地质局第二地质队 河北邢台 054000
摘要：我国的煤层气资源十分丰富, 但开发利用刚刚起步。 煤层与一般的油气层相比埋藏浅, 微孔隙和裂缝发育, 煤层的机械强度和孔隙度低, 易坍塌、易污染。根据煤层气井的特点,一般油气井固井与煤层气井固井的区别、煤层气固井的特点及难点,目前煤层气井固井存在的主要问题。根据煤储层的特点,固井技术对策及外加剂的选择。探讨当前煤层气固井所要研究解决的问题.
关键词：煤层气 裂隙 灰分
1煤层气储层的组成
煤层气储层(煤层)具有双重孔隙结构,即裂隙和基质的孔洞孔隙煤层在形成过程中自然生成 两组互相垂直的内生裂隙一组为面割理为主要裂隙组可以延伸很远; 另一组为端割 理只发育于面割理之间。两组割理与层理面正交或陡角相交从而把煤层分割成若干小块体。这些基质块体中发育了许多以微孔隙为主的孔洞孔隙,其内表面上吸附着水和气体,这些吸附气体就是煤层气。而游离气和水溶一般很少,可以忽略不计。因此煤层气储层的含气量只与其基质有关。煤层中的构造形成的外生裂隙,在排采前充满地层水;而在排采时,则是流体流向井筒的通道。因此煤层气储层的渗透率只与其裂隙有关。煤层中的基质除微孔隙中吸附着水和气外,其固体部分则是由有机质和矿物质组成。矿物质由多种成分构成,常以粘土矿物为主。而有机质则是煤。的可燃物,可分为可挥发和不可挥发的两部分。煤层气储层首先是由裂隙和由裂隙分割围限的含微孔隙的基质两个部分组成的。但就煤层气储层的 组成成分而言,又是由四个部分构成的:有机质、矿物质、水和气。
2影响煤层气井产量的主要因素分析
从客观角度说，影响煤层气井产量的原因主要有三个方面：第一是煤层气的吨煤含量，在其它条件基本一致的情况下，吨煤含量高的区域，产气量相对高；另外一个原因是煤层本身的渗透性和微裂隙之间的相互连通性，连通性好的储层通常能获得较高的产量；第三个影响煤层气井产量的原因就是储层中的水含量。当然了，煤层气井的压裂效果和排采方式也是影响煤层气产量的原因之一，但本文认为并不是主要因素。在这里，关于其它因素对于煤层气吨煤含量的影响已经有许多文章进行了详细的剖析[1]，就不再赘述，本文只叙述储层中的水对于煤层气开采的影响。
从理论上来说，煤层气储层中水的储存形态通常有两种形式，一种是以束缚水的形式存在，另一种是以自由水的形式存在。对于束缚水来说，除了会导致煤层气吨煤含量的些许下降，由于其不可流动，故在煤层气开采过程中不能起到降压作用；在煤层气井降压开采过程中起到关键作用的就是煤层气储层中的自由水。储层中的自由水流入井内后会导致储层内压力下降，当压力降到煤层气解吸压力后，气井才能正常产气。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆煤层气储层中的自由水来源又有若干种，一种是在成藏过程中就存在的自由水，一种是通过煤层中的裂隙渗进煤层中的自由水，一种是无源自由水，一种是有源自由水。如果我们的生产井正好打在了无源自由水区域，由于储层中的自由水无水源供应，只要排出少量的水，就会迅速在近井地带形成比较大的压降漏斗，使近井地带的储层迅速达到煤层气的解吸压力，达到生产煤层气的条件。从目前生产井的排水量和产气量数据可以看出，有一些井虽然排水量比较少，但产气量比较高，这种类型的井通常就是打在了无源自由水区域；如果生产井正好打在有源自由水区域，在煤层气井排采过程中，由于有水源供水，导致近井地带储层降压速度缓慢，压力漏斗扩展缓慢，不能在比较大的范围内形成解吸压力区域，导致煤层气不能解吸。另外，由于有水源供水，储层中的裂隙始终被水占据，使已经解吸的煤层气也无法通过裂隙通道到达井内。这种类型的井在排采过程中的主要表现为排水量比较大，产气量相对较低。如果在储层中存在有比较大的裂隙，并且具有充足的水源供水，就会导致虽然在不断地进行大量排水，但在近井地带无法有效地建立解吸压降，导致气井无法产气。在生产实践中，大排水量，低产气量或无产气量的气井占有相当的比例。究其原因，就是由于水源供应充足，不能在近井地带建立有效的解吸压降漏斗。
3目前煤层气井存在的主要问题
(1)没有针对煤储层的特点设计合理的注水泥工艺及水泥浆体系 。与一般油气井不同, 煤层埋藏浅 ,孔隙压力梯度、破裂压力梯度 、渗透性低。因此应针对煤储层的特点 ,设计适合于煤层的固井技术。但是 ,目前许多煤层气井固井时依然沿用油气井的固井技术, 前置液、水泥浆体系和施工工艺与油气井固井大体相同, 不但影响了固井质量 ,同时也对煤层造成了伤害。
(2)水泥浆的性能差 。目前煤层气井固井时 ,没有针对煤储层埋藏浅、井底温度及压力低、易伤害等特点,研究适合于煤层气井固井的水泥浆体系及外加剂。主要表现为水泥浆密度高 ,浆体不稳定,失水量大,水泥石早期强度、后期强度低, 有的井甚至用原浆固井。用性能差的水泥浆固井,不但会影响环空的封固质量, 水泥浆向地层大量失水,还会导致煤层渗透性的降低 。
(3)综合固井措施应用不好。和油气井固井相同,煤层气井固井时也必须从各方面入手, 采取有效的措施 ,应用综合固井技术。固井时应针对每口井的具体情况, 在井眼准备 、保证套管居中度、提高顶替效率、保证水泥浆性能等方面, 对影响固井质量的每个环节都进行认真考虑 ,争取将影响固井质量的每项因素都减小到最低限度。否则只注意一个方面或几个方面,都不能很好地固好井 。
4煤层气井固井技术对策
衡量煤层气井注水泥技术的主要标准是固井质量和减少对煤储层的伤害。注水泥施工后一方面要求形成一个完整的水泥环 ,第一界面与第二界面的固结好 ,胶结强度高,对煤层的封固好;另一方面要求水泥浆进入储层的深度浅,伤害小。要满足以上要求,必须改善水泥浆的性能,采用合理的压差固井,提高顶替效率。
(1)外加剂的选择。满足煤层气井固井的水泥外加剂 ,要求低温快凝、低失水、高早强 ,同时对煤层的伤害小。(2)注水泥工艺。①采用常规密度水泥浆封固煤层及煤层以上150m的井段 ,以高强度和致密性的水泥石可靠地封固产层 ,满足射孔 、压裂及长期采气的需要。②煤层气井一般全井封固, 采用低密度水泥浆封固煤层以上的充填段, 低密度水泥浆配合常规密度水泥浆来降低环空的液柱压力,减少过平衡压力 ,提高固井质量与保护煤储层相结合。③采用塞流注水泥技术。采用塞流注水泥技术时, 在两相界面上形成聚集物质, 在井眼扩大段及不规则段,产生类似活塞一样的顶替作用, 同样可以取得好的顶替效果。④应用综合固井技术。固井时对影响固井质量的每个环节都进行精心考虑、认真准备 ,争取将影响固井质量的每项因素都减小到最低限度,提高固井质量与保护煤层相结合。⑤设计满足封固要求的水泥浆体系。根据煤层的特点及井下条件,设计出满足封固质量要求低失水、低渗透、低温下强度发展快、稳定性好的水泥浆体系。
结论
从煤层气储层中水对煤层气产量影响的理论分析和现场实际气井所反映出来的表象都证明了游离水的分布对煤层气产量有着直接的影响。对于煤层中水的分布状况的深入研究，将对煤层气的排水采气措施起到积极的指导作用。建议深入对沁水煤层气储集层中水的分布状况进行研究，明晰储层水源及高渗透区域，为开发井的合理布局提供重要的参考依据。
参考文献：
1降文萍,崔永君,钟玲文,李建武,张群 煤中水分对煤吸附甲烷影响机理的理论研究《天然气地球科学》。
2段德松等.煤成气固井工艺实践和认识.石油钻探技术。
3 煤炭科学研究院北京煤化研究所煤炭化验手册 [M]
4刘家瑾, 陆国纯煤田测井资料数字处理[M]
论文作者:左建文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/21
标签：煤层论文; 气井论文; 水泥浆论文; 煤层气论文; 裂隙论文; 气量论文; 自由论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;