留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

页岩气压裂井套变缓解水泥浆体系研究及现场应用

陈敏华 余兆才 周琛洋 邓天安 张顺平 刘波 郭雪利

陈敏华,余兆才,周琛洋,等. 页岩气压裂井套变缓解水泥浆体系研究及现场应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(0):1-9
引用本文: 陈敏华,余兆才,周琛洋,等. 页岩气压裂井套变缓解水泥浆体系研究及现场应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(0):1-9
CHEN Minhua, YU Zhaocai, ZHOU Chenyang, et al.Study and application of cement slurry for mitigating casing deformation in shale gas well fracturing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(0):1-9
Citation: CHEN Minhua, YU Zhaocai, ZHOU Chenyang, et al.Study and application of cement slurry for mitigating casing deformation in shale gas well fracturing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(0):1-9

页岩气压裂井套变缓解水泥浆体系研究及现场应用

基金项目: 中国石油西南油气田分公司项目“川渝地区非常规气钻井提速关键配套技术”(2024D102-01-03)现场试验;国家自然科学基金面上项目“CCUS工程多场耦合及跨时空尺度条件下井筒密封完整性失效机理与控制方法研究”(52374001)。
详细信息
    作者简介:

    陈敏华,工程师,1986年生,毕业于西南石油大学,现从事钻井管理、固井技术施工及研究等工作。电话 18481127856;E-mail:chenmh1986@petrochina.com.cn

    通讯作者:

    郭雪利,高级工程师,博士,1988年生,毕业于中国石油大学(北京),现从事井筒完整性、油气储运技术方面研究工作。电话 17310233314;E-mail:clouder0713@163.com

  • 中图分类号: TE256

Study and Application of Cement Slurry for Mitigating Casing Deformation in Shale Gas Well Fracturing

  • 摘要: 针对川渝地区页岩气储层地质构造复杂、天然裂缝发育导致长水平井密切割压裂中易诱发地层滑移和套管变形的技术难题,提出了一种新型水泥浆体系以缓解套管变形,并开展了现场试验验证。基于地质-工程一体化有限元模拟,系统分析了水泥石弹性模量和变形能力对套管受力的影响,明确了降低弹性模量、提升变形能力的改性方向。通过复合高强变形材料与弹性材料的协同作用,研发的水泥浆体系在保持适度弹性模量(小于5 GPa)的同时,水泥石具备25%以上的变形率,且工程性能满足作业要求。该水泥浆体系在Z-1井成功应用,室内剪切试验显示其套变缓解能力较常规水泥石显著提升,现场压裂施工全程未发生套管变形,证实了其显著的技术效果,为页岩气井全生命周期井筒完整性管理提供了创新解决方案。

     

  • 图  1  四川盆地深层页岩气开发区块页岩气井套变情况

    图  2  L203井区建产井生产效果对比

    图  3  川渝地区复杂构造示意图

    图  4  L-Z区块套管变形井径测量图

    图  5  井筒组合体模型

    图  6  水泥石弹性模量对套管应力的影响

    图  7  水泥石变形对套管变形影响

    图  8  高弹材料加量对水泥石弹性模量影响

    图  9  水泥石侧向加载示意图

    图  10  变形材料加量对水泥石变形量的影响

    图  11  Z-1井身结构及水泥浆柱结构

    图  12  井筒剪切模拟载荷加载试验系统

    图  13  试验后套管变形状态(左为试验组,右为对照组)

    表  1  套变缓解水泥浆工程性能

    ρ/
    g/cm3
    缓凝剂/
    %
    t稠化/min
    (70 Bc)
    流动度/
    cm
    沉降稳定性/
    (g/cm3)
    FL/
    mL
    自由水/
    mL
    p/
    MPa
    1.020321
    1.302.0304220.0235014.5
    3.556923
    1.022921
    1.401.5304230.0232019.6
    3.554922
    0.522820
    1.501.0295220.0136021.0
    3.552123
    下载: 导出CSV

    表  2  水泥浆性能对比

    水泥浆 ρ/
    g/cm3
    弹性
    模量/GPa
    p/
    MPa
    水泥石
    尺寸
    轴向
    载荷/kN
    水泥石变
    形量/mm
    变形率/
    %
    实际水泥
    环厚度/mm
    环空双边提供
    缓冲位移/mm
    常规水泥浆 1.90 7.8 21 Φ25.5 mm×49.26 mm 87.36 4.03 8.18 43.5 7.12
    套变缓解水泥浆 1.40 3.6 17.9 Φ25.6 mm×50.03 mm 87.36 13.29 28.86 43.5 25.11
     注:环空双边提供缓冲位移=实际水泥环厚度×变形率×2;水泥石养护条件为137℃×20.7 MPa×7 d。
    下载: 导出CSV
  • [1] 唐颖, 张金川, 张琴, 等. 页岩气井水力压裂技术及其应用分析[J]. 天然气工业, 2010, 30(10): 33-38.

    TANG Ying, ZHANG Jinchuan, ZHANG Qin, et al. An analysis of hydraulic fracturing technology in shale gas wells and its application[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(10): 33-38.
    [2] 高书阳, 薄克浩, 张亚云, 等. 川东北陆相页岩储层井壁失稳机理研究[J]. 钻井液与完井液, 2025, 42(2): 217-224.

    GAO Shuyang, BO Kehao, ZHANG Yayun, et al. Study on wellbore instability mechanism of continental shale reservoir in Northeastern Sichuan Basin[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2025, 42(2): 217-224.
    [3] 李兵, 甯冼逸, 朱卫平, 等. 鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气层应力敏感实验[J]. 钻井液与完井液, 2025, 42(1): 30-40.

    LI Bing, NING Xianyi, ZHU Weiping, et al. Stress sensitivity experiment on shale gas formations in marine-continental transitional facies in easten margin of Ordos basin[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2025, 42(1): 30-40.
    [4] 于浩, 练章华, 徐晓玲, 等. 页岩气直井体积压裂过程套管失效的数值模拟[J]. 石油机械, 2015, 43(3): 73-77.

    YU Hao, LIAN Zhanghua, XU Xiaoling, et al. Numerical simulation for casing failure during volumetric fracturing of shale gas vertical wells[J]. China Petroleum Machinery, 2015, 43(3): 73-77.
    [5] 高利军, 王永亮, 庄茁, 等. 水力压裂诱发套管剪切变形的模拟研究[C]//中国力学大会-2015论文摘要集. 上海, 2015: 343.

    GAO Lijun, WANG Yongliang, ZHUANG Zhuo, et al. Simulation study on casing shear deformation induced by hydraulic fracturing[C]//Abstract Collection of Papers from the 2015 China Mechanics Congress. Shanghai, 2015: 343.
    [6] 陈朝伟, 王鹏飞, 项德贵. 基于震源机制关系的长宁-威远区块套管变形分析[J]. 石油钻探技术, 2017, 45(4): 110-114.

    CHEN Chaowei, WANG Pengfei, XIANG Degui. Analysis of casing deformation in the Changning-Weiyuan block based on focal mechanism[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2017, 45(4): 110-114.
    [7] 李留伟, 王高成, 练章华, 等. 页岩气水平井生产套管变形机理及工程应对方案——以昭通国家级页岩气示范区黄金坝区块为例[J]. 天然气工业, 2017, 37(11): 91-99.

    LI Liuwei, WANG Gaocheng, LIAN Zhanghua, et al. Deformation mechanism of horizontal shale gas well production casing and its engineering solution: a case study on the Huangjinba Block of the Zhaotong National Shale Gas Demonstration Zone[J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(11): 91-99.
    [8] 刘伟, 陶长洲, 万有余, 等. 致密油储层水平井体积压裂套管变形失效机理数值模拟研究[J]. 石油科学通报, 2017, 2(4): 466-477.

    LIU Wei, TAO Changzhou, WAN Youyu, et al. Numerical analysis of casing deformation during massive hydraulic fracturing of horizontal wells in a tight-oil reservoir[J]. Petroleum Science Bulletin, 2017, 2(4): 466-477.
    [9] XU Z Y, YIN F, HAN L H, et al. Mechanism study of casing deformation in multistage hydraulic fracturing shale reservoir[C]//SPE/AAPG/SEG Unconventional Resources Technology Conference. Houston, Texas, USA, 2018: URTEC-2896020-MS.
    [10] CAO J, YANG S Y, HAN L H, et al. Research on casing deformation prevention technology of a deep shale gas well based on cementing slurry system optimization[J]. Process, 2022, 10(9): 1678. doi: 10.3390/pr10091678
    [11] NING W K, JU W, GUO W. The present-day in-situ stress field and its effect on shale gas development in Zigong area of southern Sichuan Basin[J]. Unconventional Resources, 2024, 4: 100078. doi: 10.1016/j.uncres.2024.100078
    [12] 邓乃尔, 徐浩, 邓虎成, 等. 断裂系统对现今地应力扰动特征研究—以四川盆地泸州北区深层页岩气为例[J]. 中国地质, 2025, 52(1): 95-110.

    DENG Naier, XU Hao, DENG Hucheng, et al. Characteristics of fracture system disturbance on present-day geostress: An example of deep shale gas in the North Luzhou district, Sichuan Basin[J]. Geology in China, 2025, 52(1): 95-110.
    [13] WARPINSKI N R, MAYERHOFER M J, VINCENT M C, et al. Stimulating unconventional reservoirs: maximizing network growth while optimizing fracture conductivity[J]. Journal of Canadian Petroleum Technology, 2009, 48(10): 39-51. doi: 10.2118/114173-PA
    [14] SUN Z H, CHE M G, ZHU L H, et al. Implications for fault reactivation and seismicity induced by hydraulic fracturing[J]. Petroleum Science, 2024, 21: 1081-1098. doi: 10.1016/j.petsci.2023.11.022
  • 加载中
图(13) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  35
  • HTML全文浏览量:  28
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 网络出版日期:  2025-11-24

目录

    /

    返回文章
    返回

    尊敬的作者、读者:

    您好!

    为更好地服务于广大作者和读者,提升期刊编辑部的办公效率和服务质量,本刊编辑部办公地点及联系电话已进行变更。

    新办公地址:天津经济技术开发区第二大街83号中国石油天津大厦A517房间

    新联系电话:022-65278734

    我们衷心希望广大作者和读者能够继续支持我们的工作,共同推动期刊的发展和进步。

    再次感谢您对期刊的关注和支持!