范明涛 李社坤 李 军 李 艳

(1.中石化中原石油工程有限公司固井公司 2.中国石油大学(北京)石油工程学院)

0 引 言

据测算，四川盆地五峰组-龙马溪组海相页岩气埋深普遍超过3 500 m。在此深度以浅，工程技术较为成熟，但是在3 500 m以深页岩气的开发过程中，还存在诸多难题尚未解决，气井压裂改造过后环空带压问题较为突出，对深层页岩气井长期安全高效生产提出了挑战[1]。截至目前，已有多位学者对压裂过程中水泥环的界面密封失效问题进行了研究。初纬和赵效锋等[2-3]建立了套管-水泥环-围岩组合体弹塑性分析模型，研究了交变载荷作用下水泥环一界面的径向位移变化规律。范明涛等[4]采用分步有限元方法分析了水泥浆失重以及压裂过程中地层性质变化对微环隙的影响规律。以上学者均采用套管-水泥环界面位移或应力变化的方法来表征微环隙产生的规律，模型忽略了不同施工阶段瞬态温度变化下水泥环界面胶结强度的损伤演变过程，也未考虑水泥石热力学参数对水泥环密封完整性的影响。上述研究认为，压裂过程中高内压导致的水泥环塑性变形是产生微环隙的主要因素，现场可采用柔性水泥浆体系来降低水泥环一界面所受到的径向压应力，从而改善水泥环一界面的塑性变形[5-6]。但是相较于涪陵等浅层页岩气区块，川南深层页岩气区块具有深层高温、高压等特点，井底温度普遍在120 ℃左右，高压冷流体的大排量注入所产生的剧烈温度变化以及不同阶段温度-压力的耦合作用可能会对水泥环的界面密封完整性产生一定影响。……