页岩气多级压裂井筒完整性失效机理及控制方法研究进展
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摘要
综述了国内外页岩气多级分段压裂过程中井筒完整性失效的概况。总体来看,我国的页岩气井筒完整性失效问题明显比国外严重,严重制约了我国页岩气的高效开发。进一步明确了失效形式分为两大类,一是结构完整性失效,即套管产生变形;二是密封完整性失效,即出现环空带压现象。分析了页岩气井筒完整性失效机理,包括压裂前的井筒组合体原始应力状态、压裂过程中套管载荷的动态变化等多个阶段。分析表明,复杂的地应力条件、地层各向异性、长水平段非均质性、岩性界面、断层和裂缝发育、井眼轨迹质量差、下套管困难等对压裂前套管的原始应力有明显影响。而在压裂过程中,套管承受拉压交变载荷、近井地应力场及地层性质动态变化、裂缝非均匀扩展、微断层滑移、套管温度的急剧变化、水泥环出现微环隙或微裂隙等是导致井筒完整性失效的原因。对中国页岩气套管变形问题而言,以地层滑移的影响最为显著。最后提出了井筒完整性控制方法,包括:井眼轨道优化与轨迹控制、套管钢级与壁厚优选、固井方式优化、水泥浆体系优化、分段分簇及压裂参数优化、采用可溶桥塞、井身结构优化、裸眼分段压裂等,可为我国页岩气井筒完整性失效问题的治理提供参考。