基于震源機制的頁巖氣壓裂井套管變形機理

郭雪利 ，李軍 ，柳貢慧 ，2，陳朝偉 ，任凱 ，來東風

（1.中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249；2.北京工業大學，北京 100124；3.中國石油集團鉆井工程技術研究院，北京 102206；4.中國石油冀東油田分公司勘探開發建設項目部，河北 唐山 063200）

0 引言

頁巖氣儲層具有低孔隙度和極低的基質滲透率，水平井多級分段壓裂是保證頁巖儲層高效開發的關鍵技術［1］。壓裂施工中，壓力大、排量大、改造規模大以及改造區域不對稱［2］的特點使得套管在壓裂過程中處于復雜的力學環境。在四川盆地長寧-威遠國家級頁巖氣示范區勘探開發過程中，部分頁巖氣井出現套管變形問題［3-5］，導致壓裂工具無法下入，變形嚴重的井段被迫放棄壓裂作業，極大阻礙了頁巖氣井的高效開發［6］。

針對頁巖氣井壓裂中套管變形的問題，國內外學者［7-9］認為壓裂區域不對稱、環空束縛水及局部載荷會增加套管受力，導致套管失效。這些因素僅僅產生套管屈服，套管橫截面的變形卻很小。劉偉等［10］認為斷層在壓裂過程中，激活和錯動是套管變形的主要因素。陳朝偉等［11］建立了斷層和地震震源參數數學模型，明確了震級大小與套管變形的定量關系。由于地層為彈性介質，會產生彈性變形，因此直接將斷層滑移量作為套管變形量的做法并不準確。本文在此基礎上，基于震源機制理論，由微地震數據反演斷層滑動距離，通過有限元方法研究不同參數對套管應力和變形的影響規律。

1 套管變形情況

截至2016年3月，中石油在長寧-威遠頁巖氣區塊壓裂井141口（水平井112口），其中36口井出現套損（套管變形點達48個），套損井占比25.50%。……