頁(yè)巖氣超長(zhǎng)水平井預(yù)控水泥環(huán)封固失效水泥漿技術(shù)

郝海洋 劉俊君 何吉標(biāo) 王建斌 彭 博 張家瑞

1.中石化江漢石油工程有限公司頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)服務(wù)公司 2.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 3.中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司

0 引言

國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)普遍采用“水平井+分段壓裂”技術(shù)，以達(dá)到增大儲(chǔ)層利用率、提高頁(yè)巖氣產(chǎn)量的目的。隨著鉆完井技術(shù)的快速發(fā)展，超長(zhǎng)水平井[1]和密切割技術(shù)[2]已取得突破。而涪陵頁(yè)巖氣田面臨壓裂后環(huán)空帶壓率上升的難題，技術(shù)套管帶壓率從壓裂前的15.84%提升至壓裂后的53.01%[3]。研究表明，大型分段水力壓裂對(duì)水泥環(huán)密封完整性造成破壞[3-8]，包括界面脫粘和水泥石本體破壞[9]。而水泥環(huán)密封完整性對(duì)保持油氣井生命周期內(nèi)的層間封隔至關(guān)重要。針對(duì)水泥環(huán)封固系統(tǒng)密封失效的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究集中在水泥環(huán)力學(xué)強(qiáng)度失效、水泥環(huán)界面密封失效等方面[3,7,10-16]。劉碩瓊等[17]詳細(xì)研究了水力壓裂時(shí)套管在加載和卸載條件下水泥環(huán)的受力狀態(tài)和界面受力情況，揭示了卸載階段容易在界面處形成微環(huán)隙；林元華等[18]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了強(qiáng)交變熱載荷對(duì)水泥環(huán)封固系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)水泥環(huán)與套管間的剪切力、軸向與徑向結(jié)合強(qiáng)度等界面力學(xué)性能指標(biāo)均隨交變溫度增加而降低；劉奎等[19]以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了各界面的徑向應(yīng)力計(jì)算方程，并討論了套管內(nèi)壓、溫度、地應(yīng)力等因素對(duì)水泥環(huán)封隔能力的影響規(guī)律。陶謙[20]利用全尺寸?139.7 mm生產(chǎn)套管，開(kāi)展了物理模擬試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)水泥環(huán)體積收縮是影響水泥環(huán)密封性能的重要因素之一，溫度和壓力變化產(chǎn)生的殘余應(yīng)變累積，將導(dǎo)致水泥石膠結(jié)界面劣化，影響水泥環(huán)長(zhǎng)期密封能力。……