张佳滢, 严俊涛, 周迎春, 张 鹏, 徐 璞, 张海志

1中国石油集团工程技术研究院有限公司 2中国石油川渝页岩气前线指挥部3中国石油川庆钻探井下作业公司 4中国石油集团长庆油田公司第七采油厂

0 引言

页岩气属于超低渗气藏，需通过大型水力压裂增产措施提高储集层渗透能力，才能实现经济有效开发[1-4]。普通油井水泥石属于脆性材料，变形能力弱，在大型体积压裂下水泥环易发生不同密封破坏，引起密封失效，造成环空带压[5-12]，影响页岩气井的后续施工作业和安全生产。为了满足分段压裂后水泥环的密封完整性，通常在固井水泥浆掺入弹性粒子、胶乳或纤维等，改善水泥石的脆性，降低弹性模量，形成弹韧性水泥石[13-16]，取得了一定的效果，满足了中浅层页岩气井压裂后水泥环的密封性。随着我国页岩气勘探开发的深入，深层页岩气井逐渐增多。深层页岩气垂深大、地层破裂压力高，压裂荷载较高，普通弹韧性水泥石无法满足更高压裂荷载下水泥环的密封完整性。为了实现深层页岩气安全高效开采，需开发可满足高压裂荷载下水泥环密封完整性的水泥石。

本文首先分析高压裂荷载下水泥环可能发生的密封完整性破坏模式，分析满足深层页岩气井压裂后密封完整性所需水泥石力学性能需求。试验研究单掺和复掺弹性粒子、纳米硅灰和晶须水泥石的力学性能，形成满足深层页岩气井密封完整性需求的水泥浆配比；并测试水泥石的微观形貌和孔隙结构，解释水泥石力学性能改善的机理。……