空心玻璃微珠水泥浆在煤层气固井中的应用刘凯，耿勇，桑鹏飞(中原石油工程有限公司固井公司，河南濮阳457000）摘要：用常规的油井水泥浆对煤层进行封固，容易引起固井漏失，造成煤储层的污染。本文通过分析固井作业对煤储层的损害机理，提出了一种高强度、低密度水泥浆体系—空心玻璃微珠水泥浆，以减轻水泥浆密度，提高水泥环强度，从而最大限度降低对煤储层的伤害、提高固井质量。关键词：煤层气；固井；空心玻璃微珠中图分类号：TE256文献标识码：A文章编号：1004-0935（2014）04-0425-03目前，我国煤层气钻完井缺乏针对煤层气储层特性的技术和标准，大多沿用石油天然气钻完井技术和标准，煤层气固井更是缺乏统一的标准。用常规的油井水泥浆对煤层进行封固，容易引起固井漏失，造成煤储层的污染。本文通过分析固井作业对煤储层的损害机理，提出了一种高强度、低密度水泥浆体系—空心玻璃微珠水泥浆，以减轻水泥浆密度，提高水泥环强度，从而最大限度降低对煤储层的伤害、提高固井质量。1固井作业对煤层的损害机理分析（1）煤层气的主要储集空间和渗流通道是煤层的孔隙和割理，固井时，水泥浆中的固相颗粒运移至其中，造成机械封堵，继而引起孔隙度和渗透率的大幅度下降，不利于煤层气的解吸。（2）煤层往往具有较高的粘土矿物含量，当水泥浆滤液进入煤层后，造成粘土矿物的水化膨胀，引起孔隙度和渗透率的降低。此外，煤本身也具有吸收液体而产生膨胀的性质，且煤吸收液体导致基质膨胀和渗透率降低的过程是几乎不可逆的。（3）煤储层具有很强的非均质性，固井作业时，当水泥浆液柱压力大于煤储层压力时，会引起煤层产生塑形变形，导致渗透率的变化；此外，过2空心玻璃微珠的性能空心玻璃微珠是一种高强度、低密度的减轻剂，其主要化学成分是碱石灰硼硅酸盐玻璃[2]。图1是空心玻璃微珠的偏光显微镜照片和SEM照片。由图看出：空心玻璃微珠光泽度、圆度都比较高，是一种密闭中空的玻璃球体，有坚硬的外壳，内部充有稀薄的氮气。图1空心玻璃微珠的偏光显微镜照片和SEM照片经室内研究，空心玻璃微珠真密度小，其密度可在0.20~0.60g/cm3之间进行调节，容易均匀分散于有机溶剂中；抗压强度高，当抗静压强度达到60MPa时，球体破损率小于10%；晶体稳定，呈化学惰性，不溶于水和油，除氢氟酸以外不与任何物质发生化学反应。表1为本实验中所采用的空心玻璃微珠（中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司）的产品性能。表1空心玻璃微珠产品性能平衡压力大，会影响水泥浆对煤层的侵入速度和侵型号外观真密度/粒度分布抗压pH入半径，造成煤储层的渗透率降低[1]。（4）煤岩低孔低渗,毛管力作用强，当煤岩与水泥浆接触时,会引起毛细管自吸，导致煤储层的水相圈闭损害,造成气相渗透率下降,严重影响煤层气的产量。（g·cm-3）10th%50th%90th%强度T20白色粉末0.2032681065508～9.5T25白色粉末0.2530651007508～9.5T32白色粉末0.3230567420008～9.5T40白色粉末0.4022457040008～9.5T46白色粉末0.4620456560008～-9.5T60白色粉末0.60184060100008～9.5收稿日期：2013-11-21作者简介：刘凯（1986-），男，助理工程师，山东济宁人，2009年毕业于重庆科技学院石油工程专业，现从事固井作业。426辽宁化工2014年4月3空心玻璃微珠水泥浆空心玻璃微珠水泥浆主要由水泥、空心玻璃微珠、增强剂以及配套的外加剂组成，可根据固井需要，选择不同的外加剂体系，设计不同密度的水泥浆配方。旋转粘度计测试其流变性能，结果见表5。通过结果可以看出，空心玻璃微珠水泥浆具有良好的流变性能，其流变性符合冥律模式，表明水泥浆能形成稳定的空间网架结构，保证了水泥浆的稳定性。表4空心玻璃微珠水泥浆稳定性能测试密度/(g·cm-3)对空心玻璃微珠水泥浆外加剂进行了室内实配方顶部底部密度差验研究，选出了配伍性良好的外加剂。3.1空心玻璃微珠水泥浆水灰比确定水泥浆的强度除与水泥的标号以及水泥配方有关外，主要取决于水泥水灰比的大小。选择合适的水灰比，可以使水泥浆具有良好地流动性能，同时易于其它性能的调节。无论水灰比过大还是过小，对水泥浆的性能都是不利地。过大，则玻璃微珠上浮，影响水泥浆的强度；过小，则...