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水平井压裂过程中固井界面裂缝的扩展规律

李成嵩 李社坤 范明涛 陈旭波 靳迪 高飞 王茜

李成嵩,李社坤,范明涛,等. 水平井压裂过程中固井界面裂缝的扩展规律[J]. 钻井液与完井液,2022,39(6):761-766, 775 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.015
引用本文: 李成嵩,李社坤,范明涛,等. 水平井压裂过程中固井界面裂缝的扩展规律[J]. 钻井液与完井液,2022,39(6):761-766, 775 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.015
LI Chengsong, LI Shekun, FAN Mingtao, et al.Rule of propagation of fractures through the bonding interfaces of cement sheath in horizontal well fracturing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(6):761-766, 775 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.015
Citation: LI Chengsong, LI Shekun, FAN Mingtao, et al.Rule of propagation of fractures through the bonding interfaces of cement sheath in horizontal well fracturing[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(6):761-766, 775 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.015

水平井压裂过程中固井界面裂缝的扩展规律

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.015
基金项目: 中石化集团公司项目“地热井增注增采与分层采灌技术研究”(JP22001);中石化集团公司项目“深层页岩气固井关键技术研究与应用”(JPE19017-3)
详细信息
    作者简介:

    李成嵩,高级工程师,1977年生,毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,现从事油气钻完井工艺。电话13176639677;E-mail:lichengsong.xxsy@sinopec.com

    通讯作者:

    范明涛,E-mail:fmt806@163.com

  • 中图分类号: TE256

Rule of Propagation of Fractures through the Bonding Interfaces of Cement Sheath in Horizontal Well Fracturing

  • 摘要: 页岩气水平井压裂过程中,高压流体的注入可能会引起压裂液沿水泥环一、二界面的窜流,对页岩气井井筒完整性提出了严峻挑战。基于CZM模型建立了定注入压力下水泥环一、二界面裂缝扩展模型,分析了水泥环、地层力学参数对固井界面裂缝扩展的影响规律。研究结果表明:提高固井二界面的胶结强度能同时抑制一、二界面的裂缝扩展;水泥环弹性模量由4 GPa增加至9 GPa,一、二界面扩展长度分别降低10 m、19 m,当弹性模量超过6 GPa时,其对二界面的影响减弱,泊松比由0.2增加至0.3,一、二界面裂缝长度分别降低10 m、1 m,表明泊松比主要会对一界面的裂缝扩展有所影响;地层弹性量从25 GPa增加到35 GPa,一、二界面裂缝长度分别增加3 m、9 m,表明弹性模量较低的地层有助于控制界面裂缝扩展。研究结果对水平井压裂过程中水泥环密封完整性的评价以及水泥浆体系的优选具有一定的指导意义。

     

  • 图  1  Cohesive单元损坏区流体流动

    图  2  固井一、二界面裂缝扩展模型

    图  3  固井界面裂缝扩展示意图

    图  4  不同水泥环一、二界面胶结强度下的裂缝扩展形态

    图  5  水泥石界面胶结强度实验

    图  6  水泥环弹性模量对固井界面裂缝扩展的影响

    图  7  水泥石应力应变测试

    图  8  水泥环泊松比固井界面裂缝扩展的影响

    图  9  施工压力对水泥环一界面裂缝扩展的影响

    图  10  施工压力对水泥环二界面裂缝扩展的影响

    图  11  地层弹性模量对固井界面裂缝扩展的影响

    表  1  模型几何参数及材料特性

    介质外径/
    mm
    内径/
    mm
    弹性模量/
    GPa
    泊松比内摩擦角/
    (°)
    黏聚力/
    MPa
    套管139.7118.622100.30
    水泥环215.9139.7080.3017.121.6
    地层350.2330.059.3
    下载: 导出CSV

    表  2  水泥石界面胶结强度

    实验胶结强度/MPa
    原模+水2.52
    原模+油基钻井液0.12
    原模+油+油基钻井液冲洗2.35
    下载: 导出CSV

    表  3  模型几何参数及材料特性

    粒径/
    mm
    弹性剂/
    %
    水泥石抗压
    强度/ MPa
    水泥石弹性
    模量/GPa
    033.3012.44
    0.18231.009.10
    424.856.46
    619.326.15
    815.674.88
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-11
  • 修回日期:  2022-07-09
  • 刊出日期:  2022-11-30

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